Способ и схема для определения характеристики краев структур в измерительных приборах

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является обеспечение контроля геометрических параметров микро.труктур. -Схема устройства содержит центральное устройство, предназначенное для анализа сигнала с У2 fB (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (su 4 С 01 В 21/30

gf Fл

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ1ЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (89) 206722 DD (21) 77726 13/24-28 (22) 01.09.82 (31) MP Н 01 J 234526 (32) 02. 11.81 (33) (46) 15.05.87. Бюл. У 18 (71) ФЕБ Карл-Цейсс-Иена (DD) (72) Райнер Плонтке и Вернер Лелле (DD) (53) 531.6(088.8) (54) СПОСОБ И СХЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИКИ КРАЕВ СТРУКТУР В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является обеспечение контроля геометрических параметров микроструктур. Схема устройства содержит центральное устройство, предназначенное для анализа сигнала с г 310ь40 приемника .излучения, например ЭПТ, мещают луч вдоль края многократно на и воздействия на отклоняющие системы gY, каждый раз ведя и измерений, а

ЭЛТ для осуществления развертки изо- затем усредняют значение каждои из бражения края 3 структуры 1. При этом координат по всем измерениям. Частсначала получают и измерений при од- ное от деления крутизны указанных .нострочном разложении одного и того кривых друг на друга и учете постоянже элемента структуры 1 для уменьше- ной, установленной по тест-объекту, ния отношения сигнал/шум. Для учета получают меру шероховатости края. шероховатости края 3 структуры пере- 2 с.п. и 3 з.п. ф-лы, 8-ил.

В основу изобретения положена за. дача создать такой способ со схемой для его осуществления, позволяющий, с одной стороны, проводить измерение ширин структур в субмикронном преде35 ле, с другой стороны, положить в основу обработки достаточно большое для требований точности количество отсчетов, чтобы получить вывод о ка— честве краев структур. При способе 0 определения характеристики краев

Изобретение относится к способу и схеме для его осуществления, служащих для контроля относительного положения, ширины или расстояния, а также качества микролитографически изготовленных структур благодаря автоматическому определению характеристики краев структур.

Изобретение может быть применено в микролитографии в электронно-луче- ® вых приборах, служащих для измерения и контроля таких топологий структур.

Структуры могут быть в качестве фоторезистовых масок, в металлизированных оптических деталях из стекла или

15 в качестве полупроводниковых дисков. (Известно использование для таких

: измере ний свет ооптич еских измеритель1 ных приборов проспекты фирмы НиконЯпония, относящиеся к "Nicro-Pattern

ХпзресС ог Station или к Lasser

Interfегоmetric х-у Neasuring Nachine".

0днако эти методы возможны, если минимальные размеры или расстояния элементов не меньше нескольких микрометров. При этом интенсивный световой пучок с прямоугольным поперечным сечением, узкая сторона которого имеет величину до 1 мкм, а длинная сто -. рона - до нескольких тысяч микрометров, направляется по краю структуры, и проходящий или отраженный световой сигнал обрабатывается через фотодетекторы.

Недостатком является то, что измерения связаны с требованиями oTHD сительно геометрических форм измеряемых структур и тем самым значительно ограничивают многообразие.

Для контроля структур известно также использование электронно-лучевых приборов (DD-WP 124 091, кл .

H 01 J 37/26, 1979), при котором по принципу растрового электронного микроскопа по измеряемому объекту направляется тонкий электронный зонд,синхронно с ним на экране представляется изображение объекта, .которое сравнивается с проектированной масштабной сеткой. Измерение производят при помощи масштабной сетки или путем определенного перемещения объекта при применении проектированной на люминесцентный экран контрольной отметки.

Недостатком этого способа является то, что производительность измерения слишком низка и точность измерения находится под субъективными влияниями.

Цель изобретения — измерение и контроль микролитографически изготовленных структур различной величины и формы до ширин и расстояний структур в субмикронном пределе ° Способ должен быть высокопроизводительным, протекать автоматически и без субъективных влияний.

1310б40 4 структур в измерительных приборах для определения положения, размера или расстояния (как и качества) преимущественно микролитографически изготовленных топологий структур возника- 5 ющие при растрировании электронным. лучом сигналы используются для регистрации краев структур, и электронный луч шаг эа шагом направляется по измеряемому краю. 10

Способ осуществляют следующим ,образом.

В перпендикулярном размеру края направлении свипа вдоль линии в постоянных заданных шагах точечно развертывают топологию структуры перемещением электронного луча, причем полученный в каждой точке сигнал оцифровывают и откладывают в ЗУ ЦВМ.Так как диаметр электронного зонда небольшой, регистрируют свойство края только в этой небольшой области и не предъявляют требования к линейному размеру края. 25

Шаг "a" многократно (и раз) повторяют, причем координаты свипа в направлении края не изменяют, чтобы улучшить отношение сигнал/шум полу- З0 ченного в "a" сигнала. Полученные в шагах "а" и "б" оцифрованные значения сигнала, относящиеся к одинаковым местам вдоль направления свиуммируют в одну кривую сигнала ° 35

Для и различных мест на заданных расстояниях а вдоль края структуры, перпендикулярного направлению свипа повторяют шаг "а",чтобы уменьшить влияние шероховатости края на измерительный сигнал. Полученные в.шаге

"г" сигналы развертки оцифровывают и суммируют для всех точек развертки одинаковой координаты в направлении свипа. Полученный таким обра-. 45 эом сигнал представляют в виде пространственного среднего и среднего по времени через область края и а.

Расстояние а выбирают таким, чтобы перемещение свипа было приспособлено к размеру края, т.е. и à 6 1,где — размер края. При образовании сигналов в шаге "д" в случае конеч— ной шероховатости края накладываютсясигналы, перемещенные друг к другу в направлении свипа порядка шероховатости края. Результирующий сигнал края тем в общем более плоский, чем такой, при котором а = О.

Крутизна кривой сигнала, полученной по ."B, т.е. для а - О, делится на крутизну кривой сигнала, полученной по д", т.е. для à Р О, и это частное связывается с установленной из тест-объектов постоянной. При этом возникает значение, которое является мерой для шероховатости края измеряемой структуры.

Для осуществления способа соглассно изобретению служит схема в электронно-лучевом приборе, в котором электронный луч падает на измеряемую структуру и в зависимости от этой струк1гуры образованный из выходящих электронов сигнал подводится к приемнику. Схема отличается следующими признаками.

Сигнал приемника, который относительно величины может быть очень различным и содержит мешающий основной уровень, подводится к нормирующему звену. Нормированный сигнал в аналс-.о-цифровом преобразователе, в который через стробирующую схему вводятся данные из центрального устройства ЦВМ, оцифровывается и подводится к центральному устройству.

Перемещение электронного луча для направляющих х- и у-координаты предусмотрено по одному счетчику положения, определяющему через цифроаналоговый преобразователи и оконечные усилители положение электронного лу-, ча через отклоняющую систему. На один вход каждого счетчика положения подают информацию о начальных или конечных значениях в направлении свипа.

При достижении конечного значения счетчика положения производится сообщение центральному устройству. Одновременно счетчик положения возвращается к начальному значению и выдается тактовый импульс счетчику положения второго координатного направления . Благодаря этому возможен новый свип развертки на строке, параллельной предыдущей строке, причем обе строки имеют заданное расстояние а.

Между обоими счетчиками положения находится электронное переключающее уст ройство для выбора свипов развертки в направлениях х- или у-координаты.

При этом в качестве тактовых импульсов служат импульсы ввода оцифровывания сигналов, которые, кроме того, через звено задержки в качестве на1310640 чального сигнала подводятся к аналого-цифровому преобразователю.

Импульсом ввода оцифрованный сиг нал принимается в центральное устройство. Задний фронт этого импульса повышает счетчик положения, и электронный луч занимает следующее положение. После времени задержки пускается аналого-цифровой преобразователь и оцифровывается новое значение сигнала.

Для сглаживания зашумленных сигналов служит предвключенный перед нормирующим звеном фильтр нижних частот, постоянная времени которого согласована с временем задержки аналого-цифрового преобразователя.

Для улучшения сигнала края относительно возможности обработки выгодно, если сигналы различных при- 29 емников аддитивна или субтративно смешиваются.

Для улучшения точности позиционирования электронного луча служат спедующие признаки схемы. 25

Приспособление величины шага к измеряемой структуре и к чувствительности отклонения отклоняющей системы производится через каскад умножителя импульсов и цифроустанавли- 30 ваемое аналоговое демпфирующее звена, Наклонное положение объекта относительно направления отклоняющих систем учитывается блоками вращающей коррекции. Счетчик положения с установкой величин шага и быстрым цифроаналоговым преобразователем используется только для собственного 40 растрового свинца симметрично относительно предполагаемого положения края, и основное отклонение луча относительна предполагаемого положения края устанавливается вторым цифро45 аналоговым преобразователем до начала ряда измерений. Этот цифроаналоговый преобразователь точнее и медленее, ега выходной сигнал аддитивно прибавляется к растрированному отклоняющему напряжению.

На фиг. 1 представлена характеристика краев структур: на фиг.2 — схема регистрации краев структур; на фиг.3 — схема улучшения сигнала края; на фиг.4 — схема улучшения позицио55 нирования электронного луча.

1

Решение данной схемы регистрации: краев структур исходит из того, чта электронный луч перемещается и полученный приемником сиг нал оцифровывается. На фиг.1 а в поперечном сечении показана структура 1 на подложке 2.

На фиг.1 Ъ представлен край структуры 3, который следует измерить.Для положения краев структуры было выбрано направление у-координаты. Перпендикулярна тому расположено направление свипа, в котором край структуры 3 развертывают в заданных шагах, например 5 нм. Полученный в каждой точке развертки сигнал из обратнорассеянных электронов, вторичных электронов или смещения обоих электронов оцифравывают и накапливают. Так как диаметр электронного зонда небольшой, т.е. обычно 10 нм, регистрируют край только в этой небольшой области, не предъявляя требования к линейному разразмеру края. Время прибывания на точку составляет, например 4 мкс. Изза небольшого количества регистрированных электронов сигнал 4 (фиг.1 с) имеет небольшое отношение сигнал/шум.

Чтобы улучшить это отношение (при у = пост.) развертку п раз (например, п = 50) повторяют и оцифрованные значения сигнала суммируют в одну кривую сигнала 5 (фиг.1 d). Регистрация края продолжается и 2 с

=0,1 с ° При этом виде образования сигналов не учитывают шероховатости края.

Поэтому после свипа развертки при у, в каждом случае после перемещения электронного луча вдоль направления аси у на Ьу проводят и дальнейших измерений. Возникшие сигналы накладывают в кривую сигналов 6 (фиг.1 е), представляющую собой пространственное среднее и среднее по времени через область края и у, причем у выбирают так, что и ° у J i (i = размер. края). Крутизна кривой сигнала 5 делится на крутизну кривой сигнала

6, и это частное связывается с постоянной, которая была установлена из тест-объектов, При этом возникает значение, которое является мерой для шероховатости края.

На фиг.2 приведена схема для ос;-ществления способа, по которой с .гнал приемника 7 в нормирующем звене

8 нормируется ацдитивным перемещением уровня и мультипликативным изменением усиления. Для ацифравывания этого сигнала служит аналого-цифровой преобразователь 9, в который через 1310640 при позиционировании электронного луча достигается тем, что счетчик 12 положения с быстрым цифроаналоговым преобразователем l4 и демпфирующим звеном 34 используется толька для собственного свипа, который в примере осуществляется в направлении оси х и симметрично относительно положения края. Основное отклонение электронного луча относительно этого предполагаемого положения края устанавливается вторым цифроаналоговым преобразователем 38 или 39 для направления х- или у-координаты до начала ряда измерений. Они работают более точно и медленно, например с

16 битами.

Цифровое значение этого основного отклонения устанавливается центральным устройством 11 и выдается в двух буферных запоминающих устройствах 40 и 41, предвключенных перед цифроаналоговыми преобразователями 38 и 39.

Постоянная времени фильтРа 26 HHR них частот, а также фильтра 27 нижних частот согласована с временем задержки аналого-цифрового преобразователя 31.

Выходные сигналы цифроаналоговых преобразователей 38 и 39 суммируются с выходным сигналом цифроаналогового преобразователя l4 или 15 соответстробирующую схему 10 вводятся данные иэ центрального устройства 11 ЦВМ.

Звено 21 задержки получает импульс ввода Е1 от центрального устройства

11 и отдает начальный сигнал аналого-цифровому преобразователю 9. Цифровое перемещение по координатному направлению осуществляется счетчиками 12 и 13 .положения, которые через цифроаналоговые преобразователи 14 и 10

15, как и оконечные усилители 16 и

17, влияют на отклоняющую систему 18 для направления оси х и на отклоняющую систему 19 для направления оси у.

Начальные и конечные значения А® и

Е,ч растрового свипа центральным устройством 11 задаются для счетчиков

12 и 13 положения, они описывают предположительное положение кромки.

Электронным переключающим устройством20

20 по выбору можно создать х- или устроку. В качестве тактовых импульсов при этом служат импульсы ввода Е1, оцифровывания сигналов. При достижении конечного значения строки, располо- 25 женной в направлении оси х, счетчиком

12 положения дается сигнал М центральному устройству 11; Одновременно этот счетчик положения возвращается к начальному значению ивыдает- 30 ся тактовый импульс счетчику 13 по ложения. Благодаря этому осуществляется новый свип развертки на строке,перемещенной параллельно первой строке на расстояние by 35

На фиг ° 3 представлена схема улучшения сигнала края, в которой. ripeдусмотрены два приемника 22 и 23 для обратнорассеянных электродов и один приемник 24 для вторичных элек- 4р тронов. Выходные сигналы приемников

22 и 23 в суммирующем звене 25 аддитивно или субстративно смешиваются, результирующий сигнал, а также выходной сигнал приемника 24.для сглаживания через фильтры 26 и 27 нижних частот подводятся к нормирующим звеньям 28 и 29, выходные сигкалы которых в дальнейшем в суммИрующем звене 30 аддитивно или субтративно связываются и в аналогоцифровом преобразователе 31 оцифровываются.

Схема на фиг.4 способствует улучшению позиционирования электронного луча для осуществления способа согласно изобретению. Приспособление расстояния у к измеряемому краю структуры длины z, а также к чувствительности отклонения .отклоняющих систем 18 и 19 производится через каскад умножителя 32 импульсов, предвключенный перед счетчиком 13 положения. Кроме того, для этого предусмотрено аналоговое демпфирующее звено 35, включенное после цифроаналогового преобразователя t5.

Аналогично этому величина шага в направлении оси х осуществляется каскадом умножителя 32 импульсов, предвключенным перед счетчиком 12 положения, и аналоговым демпфирующим звеном 24, включенным после цифроаналогового преобразователя 14.

Наклонное положение измеряемой структуры относительно направления отклоняющих систем 18 и 19 учитывается блоками 36 и 37 вращающей коррекции. При этом устанавливаемая часть отклоняющего напряжения прибавляется к одной координате аддитивно и к другой координате субстративно.

Значительное повышение точности

1310640

9. ствующей координаты в суммирующем звене 42 или 43, к которому подводится и выходной сигнал соответствующего блока 36 или 37 вращающей коррекции и которое соединено с одним иэ оконечных усилителей 16 или 17.

Для достижения высокой степени автоматизации выгодно управлять всеми устанавливаемыми единицами цифровым образом, т.е. обозначенным на 10 фиг.3 и 4 буквой d с центрального устройства 11 и образовывать добавочные обратные сигнализации центральному устройству, например максимальное и минимальное значение нормиро- 15 ванного сигнала, позицию счетчиков положения и готовность аналого-цифрового преобразователя..

Соответствующей установкой умножителя 33 импульсов можно варьировать20 расстояние Ду между строками или сохранять ту же самую строку для многократной развертки. Если необходимо дальнейшее увеличение д у, тактовые импульсы записывают в двоичный раз- 25 ряд большего значения счетчика положения. Сообщение центральному устройству 11 о предположительном положении края осуществляют тем, что заданное положение вводят в централь- 30 ное устройство 11. Этот способ служит для измерения известных структур на заданных точках измерения. Кроме того, сообщение может происходить тем, что объект изображается на экра- 35 не и измеряемый край маркируется при- годным образом. Для растрирования,образующего иэображение, при этом используют счетчики 12, 13 положения.

Маркировка может осуществляться, на- 40 пример, введенной, перемещаемой меткой.

Формулаизобретения

1. Способ определения характеристики краев структур в измерительных приборах, заключающийся в том, что возникающие при развертке электронным лучом сигналы используются для регистрации краев структур и электронный луч шаг за шагом направляется по измеряемому краю, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в перпендикулярноМ размеру края направления свипа вдоль линии в постоянных заданных шагах точечно развертывают топологию структуры при помощи электронного луча, сигналы развертки оцифровывают и накапливают, многократно повторяют

1О перпендикулярное краю точечное развертывание, причем координаты в направлении края не изменяют, полученные таким образом и оцифрованные значения сигналов, относящиеся к одинаковым местам вдоль направления свипа, суммируют в одну кривую сигнала, для и различных мест на заданных расстояниях а вдоль края структуры, перпендикулярно направлению свипа, повторяют точечную развертку и накопление сигналов, полученных для п различных мест, и оцифрованные сигналы развертки суммируют для всех точек развертки одинаковой координаты в направлении свипа, и образовывают сигналы в виде пространственных средних значений и средних значений по времени через выбираемую область края структуры и, а, крутизна кривой сигнала, полученной при многократной точечной развертке без изменения координаты вдоль края, делится на крутизну кривой сигнала, полученной в виде пространственных средних значений и средних значений во времени через выбранную область края структур, и это частное связывается с установленной из тест-объектов постоянной, а полученное значение является мерой шероховатости края измеряемой структуры.

2. Схема для определения характеристики краев структур в измерительных приборах, содержащая источник электронного луча и приемник излучения, отличающаяся тем, что приемник через нормирующее звено и аналого-цифровой преобразователь со стробирующей схемой, соединенной с центральным устройством ЦВМ, соединен с центральным устройством, стробирующий вход этой стробирующей схемы через звено задержки соединен с входом пускового импульса аналог-> †цифрового преобразователя, счетчики положения по координатам Х и Y через входы начальных и конечных значений растрового свипа соединены с центральным устройством, первые выходы которого через цифроаналоговые преобразователи и оконечные усилители подключены к отклоняющей системе позиционирования электронного луча, а вторые выходы счетчиков положения соединены с центральным устройством, между обоими счетчиками положения включено электронное переключающее

1310640

12 устройство выбора направления свипа по Х и у координатам, вторые выходы каждого из счетчиков положения через переключающее устройство соединены с другим счетчиком положения .

3. Схема по п.2, о тли ч аю— щ а я с я тем, что предусмотрены некоторые приемники, соединенные через действующее в качестве фильтра нижних частот звено задержки с нормирующим звеном, и выходные сигналы всех нормирующих звеньев через аддитивно или субстративно действующее суммирующее звено подводятся к аналого-цифровому преобразователю.

4. Схема по п.3, о т л и ч а ющ а я с я тем, что по меньшей мере после части приемников включено суммирующее звено, которое соединено с дополнительным звеном задержки.

5. Схема по п.2, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что приспособления величины шага в направлении свипа и расстояния а в направлении края киэмеряемой структуре и для коррекции наклонного положения объекта в линию входных тактовых импульсов счетчиков

10 положения включены устанавливаемый каскад умножителя импульсов и между цифроаналоговым преобразователем и оконечным усилителем устанавливаемое .аналоговое демпфирующее звено, пре15 дусмотрены блоки вращающей коррекции, что по направлению координаты предусмотрен второй цифроаналоговый пре-— образователь, выход которого аддитивно связан с соответствующей отклоняющей

20 системои.

131О64О

Корректор, М.Пожо

Texpep A.Êðàâ÷óK

Редактор Л.Повхан

Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Рауыская наб., д.4/5

Заказ 1879/36

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4