JPH0531724B2 - - Google Patents
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- JPH0531724B2 JPH0531724B2 JP59262678A JP26267884A JPH0531724B2 JP H0531724 B2 JPH0531724 B2 JP H0531724B2 JP 59262678 A JP59262678 A JP 59262678A JP 26267884 A JP26267884 A JP 26267884A JP H0531724 B2 JPH0531724 B2 JP H0531724B2
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
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Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体基板面に形成されている電極
配線などの微細パターンの寸法を電子ビームを用
いて測定する電子ビーム測長装置に係り、特に、
複数の異なる材料から成る試料面でのパターン寸
法測定に好適な電子ビーム測長装置に関する。
配線などの微細パターンの寸法を電子ビームを用
いて測定する電子ビーム測長装置に係り、特に、
複数の異なる材料から成る試料面でのパターン寸
法測定に好適な電子ビーム測長装置に関する。
〔発明の背景〕
電子ビームを用い二次電子量を検出してパター
ン寸法を測定する従来例として文献(1)、石田他
“微小寸法計測における電子信号波形のシミユレ
ーシヨン”、昭55、秋季応物講演会資料、324頁、
17a−Ｆ−２がある。これは、第４図に例示する
ように、Si（シリコン）基板上に形成されている
Ｗ（タングステン）ゲートのパターン寸法を、基
板面上で電子ビームを走査することで得られる二
次電子信号のエツジ信号が、Ｗゲートのエツジ形
状に対応するものとして、Ｗゲートの寸法を求め
るものである。この文献(1)は、試料から発生する
二次電子量に対応する信号のみからパターン寸法
を決定している。しかし、第４図の場合、Ｗゲー
トの膜厚が厚くてそのエツジ形状が良好であつた
こと、試料基板の断面形状が既知であつたことか
ら、二次電子信号からエツジ信号を読み取ること
ができたが、常に上記のような条件が満たされて
いるとは限らない。むしろ、電子デバイスの高密
度化に伴つてＷゲートの薄膜化が進むとSi基板で
の二次電子信号レベルとＷゲートでの信号レベル
にはあまり差がないのが一般であり、また、非破
壊での試料測定では断面構造が不明である場合が
通常であり、二次電子信号からエツジ信号を分離
するのは困難である。
ン寸法を測定する従来例として文献(1)、石田他
“微小寸法計測における電子信号波形のシミユレ
ーシヨン”、昭55、秋季応物講演会資料、324頁、
17a−Ｆ−２がある。これは、第４図に例示する
ように、Si（シリコン）基板上に形成されている
Ｗ（タングステン）ゲートのパターン寸法を、基
板面上で電子ビームを走査することで得られる二
次電子信号のエツジ信号が、Ｗゲートのエツジ形
状に対応するものとして、Ｗゲートの寸法を求め
るものである。この文献(1)は、試料から発生する
二次電子量に対応する信号のみからパターン寸法
を決定している。しかし、第４図の場合、Ｗゲー
トの膜厚が厚くてそのエツジ形状が良好であつた
こと、試料基板の断面形状が既知であつたことか
ら、二次電子信号からエツジ信号を読み取ること
ができたが、常に上記のような条件が満たされて
いるとは限らない。むしろ、電子デバイスの高密
度化に伴つてＷゲートの薄膜化が進むとSi基板で
の二次電子信号レベルとＷゲートでの信号レベル
にはあまり差がないのが一般であり、また、非破
壊での試料測定では断面構造が不明である場合が
通常であり、二次電子信号からエツジ信号を分離
するのは困難である。
一方、二次電子のエネルギー分布には物質固有
の情報が含まれていることは公知〔文献(2)、小河
他“オージエマイクロプローブにより２次電子の
測定”、昭59、春季応物講演会資料、291頁、29p
−ｘ−10参照〕であり、一般に、半導体を含めた
絶縁物の二次電子エネルギー分布と、金属の二次
電子エネルギー分布とには、第５図に示すような
差異があることが知られている〔文献(3)、ピー．
アール．ソーントン“スキヤニング エレクトロ
ン マイクロスコピー”ピーピー104〜105、参照
（P.R.Thornton“Scanning Electron
Microscopy”pp104〜105、参照〕。即ち、金属
の二次電子エネルギー分布に比べて半導体のそれ
は、より幅が狭く、二次電子発生効率σがMax
（最大）になる位置の二次電子エネルギーが、半
導体では2.5〜5eVと、金属の５〜10eVに比べて
小さいことが知られている。従つてエネルギーが
10eV以上付近での二次電子により検出すれば物
質境界位置が分離判別できることになる。これに
対し、第４図に例示した従来方式では、種々のエ
ネルギーの二次電子の総数を計測してしまうの
で、物質による上記のような差異は反映されな
い。
の情報が含まれていることは公知〔文献(2)、小河
他“オージエマイクロプローブにより２次電子の
測定”、昭59、春季応物講演会資料、291頁、29p
−ｘ−10参照〕であり、一般に、半導体を含めた
絶縁物の二次電子エネルギー分布と、金属の二次
電子エネルギー分布とには、第５図に示すような
差異があることが知られている〔文献(3)、ピー．
アール．ソーントン“スキヤニング エレクトロ
ン マイクロスコピー”ピーピー104〜105、参照
（P.R.Thornton“Scanning Electron
Microscopy”pp104〜105、参照〕。即ち、金属
の二次電子エネルギー分布に比べて半導体のそれ
は、より幅が狭く、二次電子発生効率σがMax
（最大）になる位置の二次電子エネルギーが、半
導体では2.5〜5eVと、金属の５〜10eVに比べて
小さいことが知られている。従つてエネルギーが
10eV以上付近での二次電子により検出すれば物
質境界位置が分離判別できることになる。これに
対し、第４図に例示した従来方式では、種々のエ
ネルギーの二次電子の総数を計測してしまうの
で、物質による上記のような差異は反映されな
い。
本発明の目的は、半導体基板上に形成された微
細パターンの段差部よりの二次電子量の信号検出
と、物質差による二次電子エネルギー分布の検出
とを組合せることによりパターン寸法を正確に測
定できる電子ビーム測長装置を提供することにあ
る。
細パターンの段差部よりの二次電子量の信号検出
と、物質差による二次電子エネルギー分布の検出
とを組合せることによりパターン寸法を正確に測
定できる電子ビーム測長装置を提供することにあ
る。
上記目的を達成するために、本発明では、試料
台と、該試料台上に配置された試料表面に電子ビ
ームを照射する手段と、該電子ビームの該試料表
面での照射位置を変化させる手段と、該電子ビー
ムの照射により該試料面より発生する二次電子量
を検出する手段と、該電子ビームが該試料面に照
射されることにより発生する二次電子のエネルギ
ー分布を測定する手段とを有し、該試料表面上の
電子ビーム照射位置と二次電子量に対応する信号
の強度との関係と、該試料表面上の電子ビーム照
射位置と特定のエネルギーの二次電子量に対応す
る信号の強度との関係を比べることによりパター
ン境界を決める構成の電子ビーム測長装置とす
る。
台と、該試料台上に配置された試料表面に電子ビ
ームを照射する手段と、該電子ビームの該試料表
面での照射位置を変化させる手段と、該電子ビー
ムの照射により該試料面より発生する二次電子量
を検出する手段と、該電子ビームが該試料面に照
射されることにより発生する二次電子のエネルギ
ー分布を測定する手段とを有し、該試料表面上の
電子ビーム照射位置と二次電子量に対応する信号
の強度との関係と、該試料表面上の電子ビーム照
射位置と特定のエネルギーの二次電子量に対応す
る信号の強度との関係を比べることによりパター
ン境界を決める構成の電子ビーム測長装置とす
る。
電子ビームと物質との相互作用は、二次電子量
とそのエネルギー分布とに反映され、特に、二次
電子のエネルギー分布には物質固有の情報が含ま
れている。従来の電子ビームによるパターン寸法
測定では、パターンを構成する物質からの二次電
子量の変化を用いているので、物質差の検出は不
明瞭であつた。これに対し、本発明は、二次電子
のエネルギー分布を測定し物質固有の信号も検出
することで、段差の小さなパターンに対してもパ
ターン境界検出を可能にしようとするものであ
る。
とそのエネルギー分布とに反映され、特に、二次
電子のエネルギー分布には物質固有の情報が含ま
れている。従来の電子ビームによるパターン寸法
測定では、パターンを構成する物質からの二次電
子量の変化を用いているので、物質差の検出は不
明瞭であつた。これに対し、本発明は、二次電子
のエネルギー分布を測定し物質固有の信号も検出
することで、段差の小さなパターンに対してもパ
ターン境界検出を可能にしようとするものであ
る。
以下、本発明の一実施例を第１図、第２図、第
３図により説明する。第１図は全体装置構成の概
略図、第２図は被測定試料の断面図、第３図ａは
試料基板及び基板上のパターン（電極金属薄膜）
のそれぞれからの二次電子エネルギー分布図、ｂ
は従来方式による測定例、ｃは本発明方式による
測定例を示す図である。
３図により説明する。第１図は全体装置構成の概
略図、第２図は被測定試料の断面図、第３図ａは
試料基板及び基板上のパターン（電極金属薄膜）
のそれぞれからの二次電子エネルギー分布図、ｂ
は従来方式による測定例、ｃは本発明方式による
測定例を示す図である。
第１図において、対物レンズ６により、被測定
パターン（第２図の電極金属薄膜９）が形成され
ている被測定試料５（第２図では半導体基板８）
上に電子ビーム１を細く集束する。その結果発生
する二次電子２を二次電子検出器３及び二次電子
エネルギー分析器４により検出してその信号変動
によりパターン位置を計測する。本実施例では二
次電子検出器３としてシンチレーシヨン計数管と
光電子倍増管を用い、二次電子エネルギー分折器
４としては円筒鏡面形二次電子エネルギー分折器
（CMA）を用いた。なお、第１図の７は試料移動
台である。
パターン（第２図の電極金属薄膜９）が形成され
ている被測定試料５（第２図では半導体基板８）
上に電子ビーム１を細く集束する。その結果発生
する二次電子２を二次電子検出器３及び二次電子
エネルギー分析器４により検出してその信号変動
によりパターン位置を計測する。本実施例では二
次電子検出器３としてシンチレーシヨン計数管と
光電子倍増管を用い、二次電子エネルギー分折器
４としては円筒鏡面形二次電子エネルギー分折器
（CMA）を用いた。なお、第１図の７は試料移動
台である。
次に第２図、第３図により本発明の動作を説明
する。第２図に示すような、半導体基板８上に形
成された電極金属薄膜９を被測定パターンとする
場合、物質の異なる境界部の位置ａで段差がほと
んどなく、位置ｂだけに段差がある試料のａ−ｂ
間寸法を測長すると、従来の二次電子量の発生量
に対応する検出信号〔第３図のｂ〕からは、位置
ｂ部の段差は検出されるが、位置ａでは、二次電
子発生効率の物質差が小さい場合、その境界が検
出できない。次に二次電子エネルギー分析器４に
より二次電子のエネルギー分析を行なつてエネル
ギー分布曲線を求めると第３図ａに示すように物
質固有のピークや吸収がみられる。第３図ａにお
いて、１０は第２図の半導体基板８からの二次電
子エネルギー分布曲線、破線曲線の１１は、第２
図の電極金属薄膜９からの二次電子エネルギー分
布曲線である。従つて、電極金属薄膜９からの二
次電子エネルギー分布曲線１１のピークが発生す
る位置の二次電子エネルギー値EAに着目して二
次電子を検出すると第３図ｃのように、従来法で
は検出できなかつた物質境界位置ａの検出が可能
となり、正確な位置情報が得られる。
する。第２図に示すような、半導体基板８上に形
成された電極金属薄膜９を被測定パターンとする
場合、物質の異なる境界部の位置ａで段差がほと
んどなく、位置ｂだけに段差がある試料のａ−ｂ
間寸法を測長すると、従来の二次電子量の発生量
に対応する検出信号〔第３図のｂ〕からは、位置
ｂ部の段差は検出されるが、位置ａでは、二次電
子発生効率の物質差が小さい場合、その境界が検
出できない。次に二次電子エネルギー分析器４に
より二次電子のエネルギー分析を行なつてエネル
ギー分布曲線を求めると第３図ａに示すように物
質固有のピークや吸収がみられる。第３図ａにお
いて、１０は第２図の半導体基板８からの二次電
子エネルギー分布曲線、破線曲線の１１は、第２
図の電極金属薄膜９からの二次電子エネルギー分
布曲線である。従つて、電極金属薄膜９からの二
次電子エネルギー分布曲線１１のピークが発生す
る位置の二次電子エネルギー値EAに着目して二
次電子を検出すると第３図ｃのように、従来法で
は検出できなかつた物質境界位置ａの検出が可能
となり、正確な位置情報が得られる。
二次電子のエネルギー分析器４としては、本実
施例で用いたCMAだけでなく、二次電子検出器
３の前にエネルギーフイルタとなる電極グリツド
を設けた測定器でも同様の効果が得られる。
施例で用いたCMAだけでなく、二次電子検出器
３の前にエネルギーフイルタとなる電極グリツド
を設けた測定器でも同様の効果が得られる。
本発明によれば、段差部の小さなパターン境界
領域の正確な検出が可能となり、従つて、従来法
の二次電子発生量に対応する検出信号では測定で
きなかつたパターン構造の寸法測定が可能とな
る。半導体プロセスにおける微細パターンの大半
が複数の異なる物質で構成されること、半導体デ
バイスの微細化に伴なつてパターン段差がより小
さくなる傾向にあることから本発明の効果は大き
い。
領域の正確な検出が可能となり、従つて、従来法
の二次電子発生量に対応する検出信号では測定で
きなかつたパターン構造の寸法測定が可能とな
る。半導体プロセスにおける微細パターンの大半
が複数の異なる物質で構成されること、半導体デ
バイスの微細化に伴なつてパターン段差がより小
さくなる傾向にあることから本発明の効果は大き
い。
第１図は本発明を実施する装置の構成概略図、
第２図は被測定試料の一例の断面図、第３図ａ，
ｃは本発明で得られる二次電子検出信号測定例、
ｂは従来法による測定例、第４図は従来の寸法測
定法の説明図、第５図は従来文献に発表されてい
る二次電子エネルギー分布図である。 符号の説明 １…電子ビーム、２…二次電子、
３…二次電子検出器、４…二次電子エネルギー分
析器、５…被測定試料、６…対物レンズ、７…試
料移動台、８…半導体基板、９…電極金属薄膜、
１０，１１…二次電子エネルギー分布曲線。
第２図は被測定試料の一例の断面図、第３図ａ，
ｃは本発明で得られる二次電子検出信号測定例、
ｂは従来法による測定例、第４図は従来の寸法測
定法の説明図、第５図は従来文献に発表されてい
る二次電子エネルギー分布図である。 符号の説明 １…電子ビーム、２…二次電子、
３…二次電子検出器、４…二次電子エネルギー分
析器、５…被測定試料、６…対物レンズ、７…試
料移動台、８…半導体基板、９…電極金属薄膜、
１０，１１…二次電子エネルギー分布曲線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 試料台と、該試料台上に配置された試料表面
に電子ビームを照射する手段と、該電子ビームの
該試料表面での照射位置を変化させる手段と、該
電子ビームの照射により該試料面より発生する二
次電子量を検出する手段と、該電子ビームが該試
料面に照射されることにより発生する二次電子の
エネルギー分布を測定する手段とを有し、該試料
表面上の電子ビーム照射位置と二次電子量に対応
する信号の強度との関係と、該試料表面上の電子
ビーム照射位置と特定のエネルギーの二次電子量
に対応する信号の強度との関係とを比べることに
よりパターン境界を決めることを特徴とする電子
ビーム測長装置。 ２ 該電子ビームが該試料面に照射されることに
より発生する二次電子のエネルギー分布を測定す
る手段は、円筒鏡面形エネルギー分析器を用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
子ビーム測長装置。 ３ 該電子ビームが該試料面に照射されることに
より発生する二次電子のエネルギー分布を測定す
る手段は、二次電子検出器の前にエネルギーフイ
ルタとなる電極グリツドを設けることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の電子ビ
ーム測長装置。 ４ 該電子ビームの照射により該試料面より発生
する二次電子量を検出する手段は、シンチレーシ
ヨン計数管を用いることを特徴とする特許請求の
範囲第１項又は第２項記載の電子ビーム測長装
置。 ５ 該電子ビームは、対物レンズにより微小スポ
ツトに集束されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の電子ビー
ム測長装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59262678A JPS61140811A (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 電子ビ−ム測長装置 |
| KR1019850008945A KR940000735B1 (ko) | 1984-12-14 | 1985-11-29 | 전자비임 길이 측정장치 |
| US06/807,681 US4740693A (en) | 1984-12-14 | 1985-12-11 | Electron beam pattern line width measurement system |
| DE8585115938T DE3580004D1 (de) | 1984-12-14 | 1985-12-13 | System zur messung einer elektronenstrahl-linienbreite. |
| EP85115938A EP0184859B1 (en) | 1984-12-14 | 1985-12-13 | Electron beam line width measurement system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59262678A JPS61140811A (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 電子ビ−ム測長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61140811A JPS61140811A (ja) | 1986-06-27 |
| JPH0531724B2 true JPH0531724B2 (ja) | 1993-05-13 |
Family
ID=17379069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59262678A Granted JPS61140811A (ja) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | 電子ビ−ム測長装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4740693A (ja) |
| EP (1) | EP0184859B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61140811A (ja) |
| KR (1) | KR940000735B1 (ja) |
| DE (1) | DE3580004D1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07122574B2 (ja) * | 1986-07-25 | 1995-12-25 | 株式会社日立製作所 | 断面形状測定方法 |
| US6511187B1 (en) | 1992-02-20 | 2003-01-28 | Kopin Corporation | Method of fabricating a matrix display system |
| US5876132A (en) * | 1995-05-23 | 1999-03-02 | International Business Machines Corporation | Method and system for high character density printing utilizing low pel density characters |
| JP2012068197A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | 寸法測定方法および寸法測定装置ならびに寸法測定処理プログラム |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT279943B (de) * | 1965-07-14 | 1970-03-25 | Boehler & Co Ag Geb | Einrichtung zur Elektronenstrahl-Mikroanalyse heterogen aufgebauter metallischer oder nichtmetallischer Stoffe |
| US4139774A (en) * | 1977-02-09 | 1979-02-13 | Hitachi, Ltd. | Apparatus for irradiating a specimen by an electron beam |
| JPS53138790A (en) * | 1977-05-10 | 1978-12-04 | Nippon Steel Corp | Method and device for full electronic monitor |
| US4179604A (en) * | 1978-09-29 | 1979-12-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electron collector for forming low-loss electron images |
| JPS5572807A (en) * | 1978-11-27 | 1980-06-02 | Hitachi Ltd | Electron-beam mask check unit |
| JPS5796207A (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-15 | Nec Corp | Measuring apparatus for pattern dimensions |
| JPS59112217A (ja) * | 1982-11-29 | 1984-06-28 | Toshiba Corp | 寸法測定方法 |
| JPS59163506A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Hitachi Ltd | 電子ビ−ム測長装置 |
| JPS6033040A (ja) * | 1983-08-03 | 1985-02-20 | Hitachi Ltd | オ−ジエ電子分析装置 |
-
1984
- 1984-12-14 JP JP59262678A patent/JPS61140811A/ja active Granted
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