JPS62110248A - 回転角度補正方法およびその装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、電子顕微鏡により被測定物たとえば半導体
ウェハに形成されたパターンの寸法などを測定する場合
に生ずる被測定物の回転ずれを補正する回転角度補正方
法およびその装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体集積回路の高密度化にともなって、半導体ウェハ
の表面に形成されるパターンはまずまず微細化しつつあ
り、その設計製造過程において、このパターンの幅寸法
を高速高精度に測定する必要が生じている。

通常、この半導体集積回路のパターンのように微細な部
材の寸法測定は、光学式顕微鏡を用いた測微計、光学式
顕微鏡と搬像カメラを組合せた電子式測定器など、光学
的な手段を用いた測定器が広く利用されている。しかし
、パターン寸法がサブミクロン程度の大きさになると、
分解能上これを光学的手段を用いた測定器で測定するこ
とが困難となる。

非光学的手段による測定器、特に走査型電子顕微鏡を用
いた測定器は、このような微細パターンに対しても分解
能上測定可能であり、かつ倍率を適切に設定することに
より原理的に高精度の測定か可能である。

この電子顕微鏡によるパターン寸法の測定は、テーブル
に半導体ウェハを位置決めして搭載し、そのパターン形
成面を電子ビームで走査して得られる画像情報を表示装
置の画面上に表示し、この両面下に表示される測定パタ
ーン像をたとえば一文・１のカーソル線で挟んで、その
カーソル線間隔を測定することにより得られる。しかし
、画面上に表示されるパターン像が一対のカーソル線に
対してその測定方向に傾いていると、コサインエラーを
生じ、正確な測定が困難となる。そのため、通常は、テ
ーブルに回転テーブルを取り何けて、画面上のパターン
像を見ながら、回転テーブルを手動で回転して傾きをな
くすように補正している。

しかしこのような方法でパターン像の回転を補正すると
、測定しようとする所要のパターンが回転テーブルの中
心軸上にあるときは、回転テーブルを回転しても画面上
のパターン像の移動は少く、比較的容易に測定すること
ができる。しかし所要のパターンが回転テーブルの中心
軸から離れるにしたがって画面上のパターン像の移動は
大きくなり、通常測定しようとするパターンは、おおく
の場合、回転テーブルの中心軸から離れた位置にあるの
で、この離れた位置にあるパターンの像の回転を補正し
ようとすると、テーブルを支持しているｘ−ｙステージ
と回転テーブルを交互に繰返し動かさなければならず、
操作が複雑になり、補正に時間がかかる。またテーブル
の構造も複雑になる。

［発明の目的］ この発明は、電子顕微鏡の電子ビーム走査により表示装
置の画面上に得られる被測定物の画像の回転を迅速かつ
容易に補正できるようにすることに必る。

（発明の概要〕 この発明は、位置決め基準が設けられたテーブルに被測
定物を位置決めして搭載し、この被測定物を電子顕微鏡
の電子ビームで走査して表示装置（こ１■られる画像の
回転を補正するに際し、位置決め基へ１にズ・１勺る被
測定物の回転を角度検出器で検出し、その検出出力から
回転角度を算出し、この回転角度に基づいて電子顕微鏡
の電子ビームの走査方向を補正づることにより、画像の
回転を迅速かつ容易に補正するようにしたものである。

（発明の実施例〕 以下、図面を参照してこの発明を実施例に基づいて説明
する。

第１図にこの発明の一実施例でおる走査型電子顕微鏡に
より半導体ウェハのパターン寸法を測定する装置に用い
られる回転角度補正装置の構成を、また第２図に走査型
電子顕微鏡の構成を示す。この走査型電子顕微鏡は、電
子銃（ト）から放出された電子ビーム■を、その放出方
向に設けられた電子レンズ系■で集束し、集束された電
子ビーム■を偏向装置（イ）で偏向して、テーブル０上
に位置決めされた被測定物、すなわちこの例では、半導
体ウェハ（Ｗ）のパターン面を×、Ｙ方向に走査し、こ
の電子ビーム走査によりパターン面から発生する二次電
子（６）を二次電子検出器■で捕捉して、表示装置（８
）の画面上にその画像を表示するように構成されている
。パターン寸法の測定は、この画面上に表示されるパタ
ーン像を、たとえば画面上を任意に移動できる一対のカ
ーソル線で挟んで、この一対のカーソル線間隔を測定す
ることによりおこなわれる。

上記テーブル０は、そのテーブル面にＹ方向に延在する
帯板状の位置決め基準（ｌΦが設けられ、このテーブル
０に搭載される半導体ウェハ（Ｗ）を、このウェハ（−
）に形成されているオリフラが上記位置決め基準０Φの
側縁に渉接する如く位置決めする。また、このテーブル
０は、表示装置（８）の画面上に、位置決めされた半導
体ウェハ（Ｗ）の所要のパターン像を表示しうるように
、ＸＹ方向に任意に移動できるＸＹステージ■上に設け
られている。

上記位置決め基準αΦ上には、この位置決め基準θΦ付
近を照明する光源０のが設けられ、また、この位置決め
基１Ｉ（Ｉ＠の両端部上には、位置決め基準０Φの長手
方向と直交する方向に細長い一対の一次元イメージセン
サ（１４ａ）　、　（１４ｂ）からなる角度検出器Ｏ０
が設Ｃプられている。この一対のイメージセンサ（１４
ａ）　、　（１４ｂ）の出力は、角度演算装置ＣΦに送
出され、その演算結果に基づいてこの角度演算装置（１
ゆから、上記電子顕微鏡の偏向装置（イ）を制御する偏
向制御部（ロ）に電子ビームの走査方向を補正する補正
信号を送出するようになっている。

つぎにこの走査型電子顕微鏡を用いた半導体ウェハ（臀
）のパターン寸法測定における回転角度補正方法につい
て述べる。

まずテーブル０上に位置決め基準０Φを基準にして半導
体ウェハ（讐）を位置決め塔載し、電子顕微鏡の電子銃
■から放出された電子ビーム■を偏向して、上記半導体
ウェハ（脣）のパターン形成面を上記位置決め基準０Φ
の長手方向と平行にかつ直交する方向に順次走査して、
表示装置（ハ）の画面上に上記パターン像を表示する。

測定しようとする所要のパターンは、ＸＹステージを図
示しない駆動装置により動かすことにより画面上に表示
することができる。通常、半導体ウェハ（臀）のパター
ンは、オリフラを基準にして形成され、このオリフラに
平行および垂直な多数のパターンを持つ。したがって、
この半導体ウェハ（ＩＪ）のオリフラが位置決め基準０
Φの側面に密着するように、テーブル（へ）に正しく位
置決め搭載されておれば、□第３図に示すように、画面
（至）上のパターン像（イ）は、画面０［有］のＸ軸、
Ｙ軸に平行に表示される。しかし第４図　　　　　′−
に示すように、半導体ウェハ（胃）が回転ずれをおこし
、そのオリフラ（２０が位置決め基Ｑ−Ｏのに対して傾
いたまま位置決めされると、その傾斜角度θ（半導体ウ
ェハの回転角度）に対応して、第５図に示すように、画
面ＯノにもＸ軸、Ｙ軸に対してθ回転したパターン像■
が表示される。

このようなパターン像Ｇ！φの回転を補正するため、こ
の回転角度補正方法では、光源０３）を点灯して位置決
め基準αΦ付近を照明し、この位置決め基準０Φの両端
部上に設けられた一対の一次元イメージセンサ（１４ａ
）　、　’（１４ｂ）により、上記位置決め基準（１φ
に対するオリフラ（２０の傾斜角度を検出する。正確な
検出が得られるように、位置決め基準０Φおよびテーブ
ル０の反射率を半導体ウェハ（−）と異ならしめるか、
あるいは光源０３）の照明によりオリフラ（２Ｄの鮮鋭
な影ができるようにするとよい。

第６図にこのとき各−次元イメージセンサ（１４ａ＞（
１４ｂ）から出力される検出情報（２２ａ）　’ｔ　（
２２ｂ）　（７）レベル変化を示す。各検出情報（２２
ａ）　、　（２２ｂ）におけるレベルの立上り部（２３
）は、各−次元イメージセンサ（１４ａ）　、　（１４
ｂ）の長手方向に対するオリクラＣＤの位置を示してい
る。したがって第４図に示したように、位置決めＷｅ（
１Φに対してオリフラ（２０が角度θ傾いていると、−
次元イメージセンサ（１４ａ）から得られる信号（２２
ａ）の立上りと一次元イメージセンサ（１４ｂ）から得
られる信号（２２ｂ）の立上りとの間にｔで示す差を生
じ、上記位置決め基準（１Φに対するオリフラ（２＋）
の傾斜角度θは、−次元イメージセンサ（１４ａ）’、
　（１４ｂ）の間隔をｄとすると、０式で表わされる。

θ＝　ｊａｎ−１−・・・・・・・・・■したがって角
度演算装置０Φは、まず上記一対の一次元イメージセン
サ（１４ａ）　、　（１ａｂ）の検出情報（２２ａ）　
、　（２２ｂ）からｔを算出し、つぎにこの１の値とメ
モリに記憶されているｄの値とから、Ｕ）式によりθを
算出する。そしてこのθの値に基づいて偏向制御部■に
電子じ一ム■の偏向を補正する補正信号を送出する。

この補正信号により変調された偏向装置（へ）の電流波
形を第７図に示す。（Ａ）図に示すＸ方向の偏向電流波
形（２４）に対し、Ｙ方向の偏向電流波形は、（Ｂ）図
に示すようになる。すなわち、Ｙ方向の偏面電流波形（
２５）は、補正がない場合は破線で示すように電子ビー
ムのＹ方向走査の一周期間Ｔｙ一様に変化するが、上記
補正信号により補正されると、Ｘ方向走査の一周期Ｔｘ
に対応して階段状に変化し、電子ビームの走査方向を補
正して半導体ウェハ（Ｗ）が角度θ回転しているために
生じた画面θΦ上のパターン像Ｑ巾の回転（第５図示）
を第３図に示したＹ軸およびＹ軸に平行な状態に補正す
る。

なお、パターンの寸法測定は、上記のように表示装置（
８）の画面Ｏ＄上に表示される所要パターンのパターン
像ＣΦの回転を補正したのち、そのパターン像（２Φに
一対のカーソル線を合せておこなわれる。

上記のように電子顕微鏡の電子ビーム走査により表示装
置（８）の画面上に得られるパターン像の回転を補正す
ると、角度検出器θΦにより、自動的にテーブル■に位
置決め搭載された半導体ウェハ（Ｗ）の回転角度を検出
し、その検出情報に基づいて、電子顕微鏡の電子ビーム
■の走査方向を補正するので、迅速かつ容易にパターン
像の回転を補正することかできる。すなわち、従来方法
では、ＸＹステージのほかに回転テーブルを設けて、画
面上に表示されるパターン像を見ながら、回転テーブル
およびＸＹステージを動かして、パターン像の回転がな
くなるように調整しなければならず、作業者の負担が大
きく、また補正に時間がかかったが、この発明の方法に
よれば、作業者の負担を大幅に軽減でき、かつ補正に要
する時間をいちじるしく短縮することができる。

つぎに他の実施例について述べる。

上記実施例では、テーブルに設けられる位置決め基準と
して、帯板状に構成したものを示したが、この位置決め
基準は、一定間隔離間したピンで構成してもよい。また
位置決め基準の方向は、特にＹ方向に限定されない。

また、半導体ウェハのパターンがオリフラに対して一定
角度α傾斜しているときは、必らかしめこの傾斜角度α
を角度演算装置のメモリに記憶させておけば、上記実施
例と同様に、表示装置の画面にそのパターン像を表示す
ることができる。

また、上記実施例は、走査型電子顕微鏡を用いた場合に
ついて説明したが、この発明は、透過型電子顕微鏡に対
しても適用できる。

なお、上記実施例は、半導体ウェハのパターン寸法を測
定する場合について述べたが、この発明は、半導体ウェ
ハ以外の被測物の寸法測定に対しても適用できる。

（発明の効果） 位置決め基準が設けられたテーブルに、上記位置決め基
準を基準にして被測定物を位置決め搭載し、この被測定
物を電子顕微鏡の電子ビームで走査して、表示装置に得
られる画像の回転を補正するに際し、位置決め基準に対
する被測定物の回転を角度検出器で検出し、その検出出
力から回転角度を算出して電子顕微鏡の電子ビームの走
査方向を補正するようにしたので、表示装置に得られる
被測定物の画像の回転を迅速かつ容易に補正できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である走査型電子顕微鏡を
用いた半導体ウェハのパターン寸法測定装置にあける回
転角度補正装置の構成を示す図、第２図はその走査型電
子顕微鏡の構成を示す図、第３図は半導体ウェハが正し
く位置決めされたとき、表示装置の画面上に表示される
パターン像を示す図、第４図は位置決め基準に対する半
導体ウェハの回転角度検出方法を説明するための図、第
５図は位置決め基準に対して半導体ウェハが回転して位
置決めされたとき、表示装置の画面上に表示されるパタ
ーン像を示す図、第６図は角度検出器の検出情報を示す
図、第７図（Ａ）および（Ｂ）図はそれぞれ偏向装置を
流れるＸ方向偏向電流波形およびＹ方向偏向電流波形を
示す図でおる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置決め基準の設けられたテーブルに上記位置決
   め基準を基準にして被測定物を搭載し、この被測定物を
   電子顕微鏡の電子ビームで走査し、その結果表示装置に
   得られる上記被測定物の画像の回転角度を補正する回転
   角度補正方法において、角度検出器により上記位置決め
   基準に対する上記被測定物の回転を検出し、この角度検
   出器から出力される検出情報を演算処理して上記位置決
   め基準に対する上記被測定物の回転角度を算出し、この
   回転角度に基づいて上記電子ビームの走査方向を補正す
   ることを特徴とする回転角度補正方法。
2. （２）被測定物を搭載するテーブルに設けられた位置決
   め基準上に設けられ、上記位置決め基準に対する上記テ
   ーブルに搭載された被測定物の回転を検出する角度検出
   器と、この角度検出器の出力を演算処理して上記位置決
   め基準に対する上記被測定物の回転角度を算出し、この
   回転角度に基づいて上記被測定物を走査する電子顕微鏡
   の電子ビームの偏向制御部に上記電子ビームの走査方向
   を補正する補正信号を送出する角度演算装置とを具備す
   ることを特徴とする回転角度補正装置。
3. （３）角度検出器は一定間隔離間した一対の一次元イメ
   ージセンサを有することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の回転角度補正装置。