Способ и схема для определения характеристики краев структур в измерительных приборах

ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИ 21 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ 1 лу ЗОБРЕ 1 ЕН ОПРЕДЕЛЕНИЯ УКТУР В ИЗ 8(54) СПОСОБ И СХЕМА ХАРАКТЕРИСТИКИ КРАЕ МЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРА Бюл. У 18 Цейсс-Иена (0 Э онтке и Вернер елле ПИСАНИ К АВТОРСКОМУ Св(57) Изобре рольно-изме изобретения контроля ге микро".трукт держит цент назначенное тение относится к контрительной технике. Целью является обеспечение ометрических параметров ур. Схема устройства соральное устройство, преддля анализа сигнала с1 310 ь 40приемника .излучения, например ЭПТ, мещают луч вдоль края многократно на и воздействия на отклоняющие системы ЬУ, каждый раз ведя и измерений, ан ЭЛТ для осуществления развертки изо- затем усредняют значение каждои из бражения края 3 структуры 1. При этом координат по всем измерениям. Част- сначала 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 с.п. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.30В основу изобретения положена за. дача создать такой способ со схемойдля его осуществления, позволяющий,с одной стороны, проводить измерениеширин структур в субмикронном преде ле, с другой стороны, положить в основу обработки достаточно большоедля требований точности количествоотсчетов, чтобы получить вывод о ка -честве краев структур. При способе 40 определения характеристики краев Изобретение относится к способуи схеме для его осуществления, служащих для контроля относительног о положения, ширины или расстояния, атакже качества микролитографически 5изготовленных структур благодаря автоматическому определению характеристики краев структур,Изобретение может быть примененов микролитографии в электронно-луче-вых приборах, служащих для измеренияи контроля таких топологий структур,Структуры могут быть в качестве фоторезистовых масок, в металлизированных оптических деталях из стекла или15в качестве полупроводниковых дисков.Известно использование для таких.измерений светооптических измерительных приборов проспекты фирмы НиконЯпония, относящиеся к Майско-Раггегп1 пяресггог Бгаг 1 опили к Еаяяег1 псеккеготпеггс х-у Меаяцгпя МасЬже".0 днако эти методы возможны, еслиминимальные размеры или расстоянияэлементов не меньше нескольких микрометров. При этом интенсивный световой пучок с прямоугольным поперечнымсечением, узкая сторона которого имеет величину до 1 мкм, а длинная сторона - до нескольких тысяч микрометров, направляется по краю структуры, и проходящий или отраженный световой сигнал обрабатывается черезфотодетекторы.Недостатком является то, что измерения связаны с требованиями относительно геометрических форм измеряемых структур и тем самым значительно ограничивают многообразие. Для контроля структур известнотакже использование электронно-лучевых приборов (ППР 124 091, кл .Н 01 1 37/26, 1979), при котором попринципу растрового электронного миктроскопа по измеряемому объекту направляется тонкий электронный зонд,синхронно с ним на экране представляется изображение объекта, .которое сравнивается с проектированной масштабной сеткой. Измерение производят припомощи масштабной сетки или путемопределенного перемещения объекта приприменении проектированной на люминесцентный экран контрольной отметки.Недостатком этого способа является то, что производительность измерения слишком низка и точность измерения находится под субъективнымивлияниями,Цель изобретения - измерение иконтроль микролитографически изготовленных структур различной величины иформы до ширин и расстояний структурв субмикронном пределе. Способ долженбыть высокопроизводительным, протекать автоматически и без субъективныхвлияний,1310 б 404 Шаг а многократно (и раз) повторяют, причем координаты свипа в направлении края не изменяют, чтобы улучшить отношение сигнал/шум полу- З 0 ченного в а сигнала, Полученные в шагах "а" и "б" оцифрованные значения сигнала, относящиеся к одинаковым местам вдоль направления свипа, суммируют в одну кривую сигнала.Для и различных мест на заданныхрасстояниях 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 а1 ,где- размер края. При образовании сигналов в шаге "д" в случае конеч - ной шероховатости края накладываются.сигналы, перемещенные друг к другу 55 в направлении свипа порядка шероховатости края. Результирующий сигнал края тем в общем более плоский, чем такой, при котором а = О. 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 устройство 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 наструктур в измерительных приборах для определения положения, размера или расстояния (как и качества) преимущественно микролитографически изготовленных топологий структур возника ющие при растрировании электронным лучом сигналы используются для регистрации краев структур, и электронный луч шаг эа шагом направляется по измеряемому краю. 0Способ 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 Крутизна кривой сигнала, полученной по.в, т.е. для а - О, делится на крутизну кривой сигнала, полученной по д", т.е. для аО, 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 струк 1 гуры 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.чального сигнала подводятся к аналого-цифровому преобразователю,Импульсом ввода оцифрованный сигнал 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 зна чение сигнала.Для сглаживания зашумленных сигналов служит предвключенный перед нормирующим звеном фильтр нижних частот, постоянная времени которого 15 согласована с временем задержки аналого-цифрового преобразователя.Для улучшения сигнала края относительно возможности обработки выгодно, если сигналы различных при емников аддитивна или субтративно смешиваются.Для улучшения точности позиционирования электронного луча служат спедующие признаки схемы. 25Приспособление величины шага к измеряемой структуре и к чувствительности отклонения отклоняющей системы производится через каскад умножителя импульсов и циАроустанавли ваемое аналоговое демпАирующее 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 цифро 45 аналоговым преобразователем до начала ряда измерений, Этот цифроаналоговый преобразователь точнее и медленее, ега выходной сигнал аддитивно прибавляется к растрированному отклоняющему напряжению,50На фиг.1 представлена характеристика краев структур: на Аиг.2 - схема регистрации краев структур; на фиг.3 - схема улучшения сигнала края; на фиг.4 - схема улучшения позицио 55 нирования электронного луча.1Решение данной схемы регистрации: краев структур исходит из того, чта электронный луч перемещается и полученный приемником сигнал оцифровывается. На фиг,1 а в поперечном сечениипоказана структура 1 на подложке 2.На Аиг.1 Ъ представлен край структуры 3, который следует измерить,Дляположения краев структуры было выбрано направление у-каординаты, Перпендикулярна тому расположено направление свипа, в котором край структуры 3 развертывают в заданных шагах,например 5 нм. Полученный в каждойточке развертки сигнал из обратнорассеянных электронов, вторичных электронов или смещения обоих электроновоцифравывают и накапливают. Так какдиаметр электронного зонда небольшой,т.е, обычно 10 нм, регистрируют крайтолько в этой небольшой области, непредъявляя требования к линейному разразмеру края. Время прибывания наточку составляет, например 4 мкс. Изза небольшого количества регистрированных электронов сигнал 4 (фиг.1 с)имеет небольшое отношение сигнал/шум.Чтобы улучшить это отношение (приу = пост.) развертку п раз (например, п = 50) повторяют и оцифрованные значения сигнала суммируют водну кривую сигнала 5 (фиг.1 й) . Регистрация края продолжается и 2 с=0,1 сПри этом виде образования сигналов не учитывают шероховатости края.Поэтому после свипа развертки при у,в каждом случае после перемещенияэлектронного луча вдоль направленияаси у на Ьу проводят п дальнейшихизмерений, Возникшие сигналы накладывают в кривую сигналов 6 (фиг.1 е),представляющую собой пространствен-ное среднее и среднее по времени через область края и ьу, причем л увыбирают так, что иЬу ) 1 (1 = Размер. края). Крутизна кривой сигнала 5делится на крутизну кривой сигнала6, и это частное связывается с постоянной, которая была установлена изтест-объектов, При этом возникаетзначение, которое является мерой дляшероховатости края,На фиг,2 приведена схема для осуществления способа, по которой с.гнал приемника 7 в нормирующем звене8 нормируется ацдитивным перемещением уровня и мультипликативным изменением усиления. Для ацифравыванияэтого сигнала служит аналого-цифровойпреобразователь 9, в который черезстробирующую схему 10 вводятся данные иэ центрального устройства 11 ЦВМ. Звено 21 задержки получает импульс ввода Е 1 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 15 Е ч растрового свипа центральным устройством 11 задаются для счетчиков 12 и 13 положения, они описывают предположительное положение кромки. Электронным переключающим устройством 20 20 по выбору можно создать х- или устроку. В качестве тактовых импульсов при этом служат импульсы ввода Е 1 , оцифровывания сигналов. При достижении конечного значения строки, располо женной в направлении оси х, счетчиком 12 положения дается сигнал М центральному устройству 11; Одновременно этот счетчик положения возвращается к начальному значению ивыдает ся тактовый импульс счетчику 13 положения. Благодаря этому осуществляется новый свип развертки на строке,перемещенной параллельно первой строке на расстояние 6 у 35На Фиг.3 представлена схема улучшения сигнала края, в которой предусмотрены два приемника 22 и 23 для обратнорассеянных электродов и один приемник 24 для вторичных элек 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 суммИ- рующем звене 30 аддитивно или субтративно связываются и в аналогоцифровом преобразователе 31 оцифровываются. Постоянная времени фильтра 26 ниж-.55 них частот, а также Фильтра 27 нижних частот согласована с временем задержки аналога-цифровага преобразователя 31. Схема на Фиг.4 способствует улучшению позиционирования электронного луча для осуществления способа согласно изобретению. Приспособление расстояния у к измеряемому краю структуры длины г, а также к чувствительности отклонения .отклоняющих систем 18 и 19 производится через каскад умнажителя 32 импульсов, предвключенный перед счетчиком 13 положения, Кроме того, для этого предусмотрено аналоговое демпфирующее звено 35, включенное после цифроаналогового преобразователя 15.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 точностипри позиционировании электронного луча достигается тем, чта счетчик 12положения с быстрым цифроаналоговымпреобразователем 14 и демпфирующимзвеном 34 используется толька длясобственного свипа, который в примере осуществляется в направлении осих 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. Выходные сигналы цифроаналоговых преобразователей 38 и 39 суммируются с выходным сигналом цифроаналоговогоф преобразователя 14 или 15 саответ1310640 50 9,ствующей координаты в суммирующемзвене 42 или 43, к которому подводится и выходной сигнал соответствующего блока 36 или 37 вращающей коррекции и которое соединено с однимиэ оконечных усилителей 16 или 17,Для достижения высокой степениавтоматизации выгодно управлять всеми устанавливаемыми единицами цифровым образом, т.е. обозначенным на 10фиг.3 и 4 буквой й, с центральногоустройства 11 и образовывать добавочные обратные сигнализации центральному устройству, например максимальное и минимальное значение нормированного сигнала, позицию счетчиковположения и готовность аналого-цифрового преобразователя,Соответствующей установкой умножителя 33 импульсов можно варьировать 20расстояние Ьу между строками или сохранять туже самую строку для многократной развертки. Если необходимодальнейшее увеличение д у, тактовыеимпульсы записывают в двоичный разряд большего значения счетчика положения. Сообщение центральному устройству 11 о предположительном положении края осуществляют тем, что заданное положение вводят в центральное устройство 11, Этот способ служит для измерения известных структурна заданных точках измерения, Крометого, сообщение может происходитьтем, что объект изображается на экране й измеряемый край маркируется при-годным образом. Для растрирования,образующего иэображение, при этом используют счетчики 12, 13 положения.Маркировка может осуществляться, например, введенной, перемещаемой меткой,Формула изобретения1 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 шагахточечно развертывают топологию структуры при помощи электронного луча, сигналы развертки оцифровывают и накапливают, многократно повторяют 1 Оперпендикулярное 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 ви. де 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, о т л и ч а ю щ а я с я 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 аналого-цифрового преобразователя, счетчики положения по координатам Х и У 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 переключающееустройство 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 т л и ч а ю - 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 ич 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 к измеряемой структуре и для коррекции наклонного положения объекта в линиювходных тактовых импульсов счетчиков Ю положения включены устанавливаемыйкаскад умножителя импульсов и между цифроаналоговым преобразователем и оконечным усилителем устанавливаемое .аналоговое демпфирующее звено, пре дусмотрены блоки вращающей коррекции,что по направлению координаты предусмотрен второй цифроаналоговый пре- - образователь, выход которого аддитивно связан с соответствующей отклоняющей 20 системой.ож ехред А.Кравчук Коррект ктор Л.Повх Закаэ 1879/3 Н 5 скв графическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектна роизводственн Тираж ИИПИ Го по дела 3035, М Подписственного комитета СССРбретений и открытийЖ,Рауыская наб., д.4