JP2000243695A

JP2000243695A - 合わせずれ検査方法、半導体装置の製造方法及び合わせずれ検査プログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP2000243695A
Application number: JP11209830A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ikeda; 隆洋池田; Toru Koike; 徹小池
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】下地マーク表面が平坦化されている場合でも簡
便に合わせずれの検査を行う。【解決手段】Ｓｉ基板１上に第１のマーク４及び５を形
成し、第１のマーク４及び５を含めたＳｉ基板１上にＳ
ｉＯ₂層３を形成し、第１のマーク４及び５に対して位
置合わせ露光を行い、第２のマーク２３及び２４をＳｉ
Ｏ₂層３上に形成し、第１のマーク４及び５の一部を含
む領域に対して電子線を照射して該第１のマーク４及び
５とその周辺部に対して異なる帯電量を生ぜしめ、第１
のマーク４及び５の少なくとも一部と第２のマーク２３
及び２４の少なくとも一部を含む領域に対して電子線を
走査して２次電子の信号を位置の関数として取得し、２
次電子の信号から第１及び第２のマーク２３及び２４の
中心位置をそれぞれ求め、これら両中心位置の差を算出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置製造工
程において用いられる合わせずれを電子線を用いて計測
する合わせずれ検査方法、半導体装置の製造方法及び合
わせずれ検査プログラムを記録した記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】微細な半導体デバイス製造におけるリソ
グラフィ工程においてはパターン寸法の精度と合わせず
れの計測が行われる。従来は寸法の検査と合わせずれの
検査は別々の装置で行われていたため、装置コストがか
かりまた検査に長時間費やされていた。

【０００３】パターン寸法の検査には走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）を用いる方法が広く実用化されている。一
方、同じＳＥＭを用いて合わせずれを計測する方法がい
くつか提案されている。例えば特許番号第２６１６６７
６号においては微細な検査マークを用いて同一のパター
ンで測長と全部合わせずれ検査を同時に行う方法が記載
されており、またProc. SPIE 1673 pp. 157164(1992)で
は下層の基準マークに段差構造を設けた上にレジストに
よる第２のマークを形成し、両者の相対位置ずれを計測
する方法が記載されている。

【０００４】しかしながら、製造工程の途中の成膜や研
磨工程の結果、合わせずれ計測の際の基準となる下地マ
ークが平坦化された場合には従来の技術では下地位置の
検出が困難であり、従来技術の適用可能な範囲は下地マ
ークに凹凸のある場合であってかつ下地マークが平坦化
されていない場合のみに極めて限定されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
微細パターンの検査方法では、製造工程の途中の成膜や
研磨工程の結果、合わせずれ計測の際の基準となる下地
マークが平坦化された場合には従来の技術では下地位置
の検出が困難であり、従来技術の適用可能な範囲は下地
マークに凹凸のある場合のみに極めて限定されていた。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、下地マーク表面が
平坦化されている場合でも簡便に合わせずれの検査を行
うことができる合わせずれ検査方法、半導体装置の製造
方法及び合わせずれ検査プログラムを記録した記録媒体
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る合わせずれ
検査方法は、基板上にパターンの基準となる第１のマー
クを形成する工程と、前記第１のマークを含めた前記基
板上に、表面が平坦な平坦層を形成する工程と、前記第
１のマークに対してリソグラフィ技術を用いて位置合わ
せ露光を行い、該第１のマークとの相対位置の計測に用
いる第２のマークを前記平坦層上に形成する工程と、少
なくとも前記第１のマークの一部を含む領域に対して第
１の電子線を照射して該第１のマークとその周辺部に対
して異なる帯電量を生ぜしめる工程と、前記第１のマー
クの少なくとも一部と前記第２のマークの少なくとも一
部を含む領域に対して第２の電子線を走査して２次電子
の信号を位置の関数として取得する工程と、前記２次電
子の信号から前記第１及び第２のマークの代表位置をそ
れぞれ求め、これら両代表位置の差を算出する工程とを
含むことを特徴とする。

【０００８】ここで、第１及び第２のマークは、単一又
は複数のパターンにより構成される。

【０００９】本発明の望ましい形態を以下に示す。

【００１０】（１）第１の電子線照射は、全２次電子放
出効率が１以下となる入射エネルギーにより照射する。

【００１１】ここで、全２次電子放出効率とは、（２次
電子の放出量）／（１次電子の入射量）をいう。

【００１２】（２）第１のマーク及び第２のマークのい
ずれか一方は、少なくとも２以上のマークを有する。

【００１３】（３）第１のマークはパターニングにより
基板に凹部あるいは凸部を設けることにより形成され、
第２のマークは平坦な層上にパターニングにより所望の
パターンを設けることにより形成される。

【００１４】（４）第１の電子線の照射領域の走査方向
の幅が、走査方向に対して垂直な方向の幅よりも長い。

【００１５】（５）（４）において、第１の電子線の照
射領域は、続く工程の照射領域の少なくとも一部を含
む。

【００１６】（６）第１のマークの一部を含む領域を含
む領域を電子線で照射する工程において、電子線が、第
２のマークを横切る走査により照射され、かつその走査
の方向が互いに反対方向である２つの電子線走査を交互
に行う。

【００１７】（７）第１及び第２のマークのそれぞれが
少なくとも２方向の合わせずれを計測するものであっ
て、合わせずれを計測する方向に対して垂直な方向に配
置された線状のまたは帯状の平面形状を有し、かつ各方
向の合わせずれを計測する第１及び第２のマークの中心
位置が設計上異なる位置に配置されていることを特徴と
する。

【００１８】（８）第２のマークはレジストにより形成
する。

【００１９】（９）２次電子信号波形の取得を電子線を
走査させて２以上の部位において行い、倍率補正の係数
を、２以上の部位において行った２次電子信号波形に基
づいて求める。

【００２０】（１０）（９）において、２以上の部位に
おいて行った２次電子信号波形における第１及び第２の
マークの代表位置を平均化して得られる基準位置を用い
て位置ずれ量を算出する。

【００２１】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、前記両代表位置の差を算出する工程の後に、該算出
した差と所定のしきい値との大小を判定し、該算出した
差が該所定のしきい値よりも大きい場合には前記第２の
マークを除去して再度前記第２のマークを形成して前記
第１のマークと該第２のマークの代表位置の差を算出
し、所定のしきい値との大小を判定する工程を繰り返し
行い、該算出した差が該所定のしきい値よりも小さい場
合には前記第２のマークを除去して前記平坦層上に所望
のパターンを形成することを特徴とする。

【００２２】また、別の本発明に係る合わせずれ検査方
法は、基板上の平坦な層の下に形成された第１のマーク
と、該平坦な層の上に露出して形成された第２のマーク
の各エッジを横切る領域に電子線を照射して２次電子信
号波形を取得する工程と、２次電子信号波形のうち、第
１及び第２のマークの少なくとも一方の極大又は極小位
置に対して非対称な関数で近似する工程と、非対称な関
数に基づいて第１及び第２のマークの代表位置を求め、
該代表位置に基づいて該第１のマークと該第２のマーク
の位置ずれ量を算出する工程とを含むことを特徴とす
る。

【００２３】ここで、２次電子信号波形から得られる第
１のマーク周辺における波形は、極大又は極小位置近傍
における信号強度の変化が急峻な波形をピーク波形、該
ピーク波形から極大又は極小位置より離れていく方向に
得られる波形をベースライン波形とした場合に、ピーク
波形が極大又は極小位置に関して非対称である場合と、
ベースライン波形が極大又は極小位置に関して非対称で
ある場合とを含む。

【００２４】望ましくは、２次電子信号波形から得られ
る第２のマーク周辺における波形は、第２のマークのエ
ッジ部分に対応して２つの極大及び極小を有し、各エッ
ジ部分の該極大及び極小の間の少なくとも一部の信号波
形を１次関数に近似して該第２のマークの代表位置を算
出する。

【００２５】また、電子線は、第１のマークとその周辺
部に対して異なる帯電量を生ぜしめる条件で照射する。

【００２６】また、第１のマークの代表位置の算出の際
に、ベースライン波形を直線に漸近する関数を用いて近
似する。

【００２７】また、２次電子信号波形に対して微分処理
を施すことにより微分波形を取得し、該微分波形のゼロ
点、又は極大点及び極小点から得られる基準点を求め、
これらゼロ点又は基準点を第１のマークの非対称な関数
への近似の際の初期値として用いる。

【００２８】また、非対称な関数には、位置をｘ、信号
強度をｙとした場合に、数式ｙ＝Ａ ₀＋Ａ₁・（ｘ−
ｘ₀）−Ｂ（ｌｏｇ｛ｅｘｐ（Ｃ（ｘ−ｘ₀））＋１｝、
ｙ＝Ａ（ｘ−ｘ₀）＋Ｂ／（ｘ−ｘ₀）、ｙ＝｛（Ａｘ＋
Ｂ）・ｅｘｐ（ｘ）＋Ｃｘ＋Ｄ）・ｅｘｐ（−ｘ）｝／
｛Ｅ・ｅｘｐ（ｘ）＋Ｆ・ｅｘｐ（−ｘ）｝によって表
される関数を含む。ここで、Ａ₀，Ａ₁，Ａ，Ｂ，Ｃ、
Ｄ，Ｅ，Ｆ，ｘ₀は定数である。

【００２９】また、望ましくは、２次電子信号の信号波
形における極大もしくは極小位置の算出は、該２次電子
信号の信号波形を第１及び第２の関数の合成関数によっ
て近似するものであって、第１の関数は、２次電子信号
の信号波形における単一の極大もしくは極小位置を有
し、かつ該極大もしくは極小位置近傍で対称な関数であ
り、第２の関数は、定数及び１次以上の多項式で表され
る。

【００３０】また、別の本発明に係る合わせずれ検査方
法は、基板上の平坦な層の下に形成された第１のマーク
と、該平坦な層の上に露出して形成された第２のマーク
の各エッジを横切る領域に電子線を照射して２次電子信
号波形を取得する工程と、２次電子信号波形に基づい
て、第１及び第２のマークより得られる信号の代表位置
を求め、該代表位置に基づいて該第１及び第２のマーク
の中心位置を算出する工程と、第１及び第２のマークの
中心位置の差を算出する工程と、第１及び第２のマーク
の代表位置と設計値とを比較して倍率補正の係数を取得
する工程と、倍率補正の係数を第１及び第２のマークの
中心位置の差に乗ずる工程とを含むことを特徴とする。

【００３１】望ましくは、電子線の照射及び２次電子信
号波形の取得は、電子線を走査させて２以上の異なる部
位において行い、倍率補正の係数は、該２以上の部位に
おいて行った２次電子信号波形に基づいて求める。

【００３２】また、第１及び第２のマークはそれぞれ平
行であり、これら第１及び第２のマークに平行な基準線
に対して線対称に配置されてなる。

【００３３】また、第１及び第２のマークはともに２以
上の方向に対して計測可能なマークを有し、各方向を計
測する第１及び第２のマークはそれぞれ長手方向が異な
る方向に配置されてなり、かつ２次電子信号波形の取得
のために照射される電子線の照射領域を、該２以上の方
向に配置されたマークの各エッジを横切るように任意の
角度の帯状領域に設定する。

【００３４】また、方法に係る本発明は、コンピュータ
に当該発明に相当する機能を実現させるための合わせず
れ検査プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体としても成立する。

【００３５】（作用）本発明では、第１のマーク上に平
坦層が形成され、この平坦層の上に第２のマークが形成
されている場合に、第１のマークを含む領域に電子線を
照射して第１のマークとその周辺部に対して異なる帯電
量を生ぜしめる。これにより、合わせずれ計測の際の電
子線走査の際に、第１のマークとその周辺部で２次電子
の信号はコントラストを有する信号となり、第２のマー
ク位置のみならず第１のマーク位置も測定することがで
きる。従って、従来の合わせずれ検査において困難だっ
た下地マーク表面に凹凸のない場合の合わせずれ検査が
可能となり、単一の電子光学系によって寸法計測を行う
ことが可能となり、検査工程に必要な装置コストを大幅
に削減することが可能となる。

【００３６】また、第１の電子線を照射する工程におい
て、全２次電子放出効率が１以下となる入射エネルギー
に設定する。電子放出効率が１よりも低くなるというこ
とは、照射される電子線に対して、放出される電子線の
量の方が少ないことを意味する。従って、電子放出効率
が１よりも低い場合には、半導体装置表面において帯電
が生じる。従って、第１のマークとその周辺部に対して
異なる帯電量を生ぜしめることができる。

【００３７】また、第２の電子線の走査が、第１の電子
線を照射する工程を兼ねることにより、２次電子信号を
位置の関数として取得する工程までに費やす時間を短縮
することが可能となる。また、第１の電子線の照射領域
が、走査方向に対して垂直な方向の長さが走査方向の長
さよりも短い場合には、下地マーク位置の検出に要する
時間をさらに短縮することが可能となる。

【００３８】また、第１の電子線を照射する工程におけ
る該第１の電子線が、第２のマークを横切る走査により
照射され、かつその走査の方向が互いに反対方向である
２つの電子線走査を交互に行うことにより、１方向のみ
に電子線走査を行う場合に比較して第１の電子線照射に
よる計測領域の不均一な帯電に基づく下地マーク位置の
検出誤差が大幅に低減する。

【００３９】また、第１及び第２のマークのそれぞれが
少なくとも２方向の合わせずれを計測するものであっ
て、合わせずれを計測する方向に対して垂直な方向に配
置された線状のまたは帯状の平面形状を有し、かつ各方
向の合わせずれを計測する第１及び第２のマークの中心
位置が設計上異なる位置に配置されることにより、独立
な方向の合わせずれを計測する際の、一方の計測が他方
の計測に悪影響を及ぼすことなく、より高精度の合わせ
ずれ計測が可能となる。

【００４０】また、別の本発明によれば、本来のマーク
の特徴的位置に対応する信号波形の極大・極小の他に、
雑音による多数の極大・極小が存在する場合であって
も、非対称な関数で２次電子信号波形を近似することに
より、安定したマーク位置検出が可能となり、高精度の
合わせずれ計測が可能となる。特に、マーク近傍の試料
表面が帯電している場合に、電子線が照射されている領
域と対象とするマークの相対位置、マークの周辺の構造
いかんによってはマーク近傍の帯電量が不均一となる
が、そのような場合でも、非対称性の影響を被ることの
少ない位置検出が可能となる。

【００４１】また、別の本発明では、合わせずれ検査用
の第１及び第２のマークに電子線を照射し、得られる２
次電子信号波形に基づいて第１及び第２のマークの中心
位置を算出し、第１及び第２のマークの代表位置と設計
値とを比較して倍率補正の係数を取得する。これによ
り、倍率補正の係数を算出するサンプルと合わせずれ検
査を行うマークを同一の対象とするため、サンプルの構
造や測定倍率の違いで生じる理想値からのずれ、および
焦点位置の違い等の理由で生じる画像データの倍率誤差
の発生を防ぐことにより、高精度の合わせずれ計測が可
能となる。

【００４２】また、２以上の異なる部位における電子線
照射により２以上の２次電子信号波形を取得し、これら
２以上の信号波形に基づいて倍率補正係数を求めること
により、マークの非対称性や、マーク周辺の構造が与え
る影響を低減することができる。さらに、電子線の照射
領域の幅を狭くして局所的な測定を行う場合であって
も、照射部位近傍のマークエッジの微小なエッジラフネ
スや、描画工程におけるつなぎ合わせ誤差のような局所
的なエッジ位置の変動による測定誤差を低減できる。

【００４３】さらに、第１及び第２のマークそれぞれに
ついて、２以上の方向の計測用マークを配置し、それぞ
れの方向のマークの各エッジを横切る領域に電子線を照
射して２次電子信号波形を得ることにより、２以上の方
向の位置ずれを１つの信号波形から同時に得ることがで
き、計測に要する時間を短縮することができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００４５】（第１実施形態）図１〜図４は本発明の第
１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するため
の図である。

【００４６】図１及び図２は本実施形態に係る半導体装
置の製造工程中で行われる合わせずれ検査に用いられる
マークの形成工程を示す図である。これら図１及び図２
を用いて合わせずれ検査に用いられるマークの形成工程
を以下説明する。

【００４７】まず、図１に示すように、Ｓｉ基板１上に
ＳｉＮ層２を形成する。このＳｉＮ層２に、リソグラフ
ィ工程を用いてＳｉ基板１が露出するまでパターニング
を行い、凹部からなる第１のマーク４及び５を形成す
る。そして、この凹部の形成されたＳｉＮ層２上にＳｉ
Ｏ₂層３を形成し、表面を平坦化する。図１（ａ）はこ
の第１のマーク４及び５を上面から見た図、図１（ｂ）
はその横断面図である。図１（ｂ）に示すように、半導
体装置に存在する２５０ｎｍの段差が続く膜厚３００ｎ
ｍの酸化膜の成膜工程で平坦化されていることが分か
る。この第１のマーク４及び５の構造は、チップ内にデ
バイス構造を形成する工程において同時に形成されたも
のであり、通常チップの周辺に配置されているものであ
る。また、図１中４及び５はおのおののその長手方向に
垂直な方向の合わせずれを計測するためのマークであ
る。

【００４８】次いで、上記の構造を有する半導体装置上
に反射防止膜２１を塗布した後、フォトレジスト２２を
塗布する。次いで、このフォトレジスト２２をリソグラ
フィ工程を用いてパターニングし、レジストパターンを
形成する。このレジストパターンが第２のマーク２３及
び２４となる。この第２のマーク２３及び２４は、下地
マークである第１のマーク４及び５に対して設計上同一
の中心となるような平面構造となる。この第２のマーク
２３及び２４を含む半導体装置を図２に示す。図２
（ａ）は半導体装置の平面図を、図２（ｂ）はその断面
構造を示す。その断面構造は、図２（ｂ）に示すように
反射防止膜及びフォトレジスト層が形成されている。

【００４９】次に、図３〜図５を用いて本実施形態に係
る合わせずれ検査方法を説明する。

【００５０】まず、第１及び第２の合わせずれ検査マー
クが形成された半導体装置を測長ＳＥＭの試料室に搬入
する。比較のために、通常のパターンの観察・測長と同
様の方法でマーク検出を行った場合のｘ方向の信号波形
を図３に示す。横軸は位置、縦軸は信号強度である。こ
のマーク検出は、以下のように行った。まず、電子線光
学系の光軸上に第１及び第２のマーク４，５，２３及び
２４を移動する。次いで、通常の測長を行うのと同様の
条件で上記の構造を有する合わせずれ検査マークに対し
て観察倍率を１万倍として観察した。図３に示すよう
に、得られた信号波形は凹凸形状を有する第２のマーク
２３及び２４に起因する２次電子信号３１のみが得ら
れ、基準となる第１のマーク４及び５からの信号が得ら
れず、従って合わせずれの検査はこの条件ではできない
ことが分かる。

【００５１】そこで、加速電圧を２０００Ｖ、試料電流
を１０ｐＡとしてさらに電子線のスキャン周波数を１ｋ
Ｈｚに設定して上記の構造を有する合わせずれ検査マー
ク上を３分間電子線で照射する。その後、再度通常の測
長ＳＥＭで寸法測定を行うのと同様のビーム照射条件で
検査マークを観察し、２次電子信号を画像データとして
取得する。このとき得られたｘ方向の信号波形を図４に
示す。図３と比較して分かるように、第２のマーク２３
及び２４に起因する２次電子信号は図４でも同様に得ら
れているが、図３に示す手法では検出できなかった第１
のマーク４及び５に起因する２次電子信号３２が検出さ
れていることが分かる。

【００５２】以上の工程により検出された第１のマーク
４及び５に起因する２次電子信号３２と、第２のマーク
２３及び２４に起因する２次電子信号３１を含む信号波
形を解析し、それぞれの極大及び極小位置を算出する。
そして、これら極大及び極小位置から各マークの相対位
置を求め、この相対位置に基づいて位置ずれ量を算出す
る。

【００５３】具体的に図４に示す信号波形で説明する
と、例えば２つの第２のマーク２３に起因する２次電子
信号３１の中心位置と、２つの第１のマーク５に起因す
る２次電子信号３２の中心位置との相対位置からｘ方向
の相対位置ずれ量を算出する。一方、２つの第２のマー
ク２４に起因する２次電子信号３１の中心位置と、２つ
の第１のマーク４に起因する２次電子信号３２の中心位
置との相対位置からｙ方向の相対位置ずれ量を算出す
る。

【００５４】次に、この相対位置ずれ量が所定のずれ量
を超えているかを判定する。相対位置ずれ量が所定のず
れ量を超えていない場合には、パターニング等のさらな
る半導体装置の製造工程を続行し、半導体装置を完成さ
せる。これに対して、相対位置ずれ量が所定のずれ量を
超えている場合には、合わせずれが無視できないほど大
きいため、既に形成されたフォトレジスト２２を除去し
て合わせ直しを行い、再びフォトレジスト２２により第
２のマーク２３及び２４を形成し、合わせずれ検査を行
う。

【００５５】このように通常の測長とは異なる条件で合
わせずれ検査を行う理由を以下説明する。

【００５６】上記構成において、３分間の電子線照射の
条件は、通常測長に用いられる照射条件よりも電流量が
大きく、また加速電圧も高く設定されている。このよう
な照射条件においては、電子線照射領域に対して負の帯
電が誘起される。下地マーク４及び５とその周辺部で
は、絶縁膜であるＳｉＯ₂膜３の膜厚も層構造も異なっ
ており、第１のマーク３及び５のある部分とその周辺部
とでは電気容量に差がある。従って、同じ照射条件で電
子線を照射してもその蓄積される電荷量が異なるため、
表面電位に差を生じる。この３分間の電子線照射の後に
信号波形を取り込むための電子線走査を行うと、上記の
表面電位の差に基づく第１のマーク４及び５の電位コン
トラスト像が得られ、従来技術では検出が著しく困難で
あった平坦な表面構造を持つ下層マークの検出が可能と
なる。

【００５７】ここで、電子線の加速電圧と電子放出効率
の関係を図５に示す。横軸は加速電圧、縦軸は電子放出
効率である。電子放出効率とは、入射する電子線の注入
量に対して放出される２次電子の割合を表す。図５から
分かるように、１０００Ｖ弱よりも大きい加速電圧にお
いて、あるいは４００Ｖ程度よりも低い加速電圧におい
て、電子放出効率は１．０よりも低くなる。電子放出効
率が１．０よりも低くなるということは、照射される電
子線に対して、放出される電子線の量の方が少ないこと
を意味する。従って、電子放出効率が１．０よりも低い
場合には、半導体装置表面において帯電が生じる。本実
施形態における３分間の電子線照射は、加速電圧２００
０Ｖで行うものであって、半導体装置表面に帯電を生ぜ
しめることができることが分かる。

【００５８】なお、下層マークである第１のマーク４及
び５を検出する方法としては、上記実施形態における方
法の他にも、１次電子線の加速度を極めて大きくして下
層マーク底部からの反射電子信号を得る方法がある。し
かし通常そのような極めて大きな加速電圧と、測長に対
して適当な加速電圧を同一の電子光学系で達成すること
は困難である。本実施形態では通常測長に用いられる数
ｋＶ以下の加速電圧で下地マークの検出を可能とするた
め、従来の装置構成を大きく変更する必要を生じないと
いう効果を奏する。

【００５９】このように、本実施形態によれば、従来の
方法では計測のできなかった層構造に対して、電子線に
よる合わせずれ計測が可能となる。

【００６０】なお、本実施形態では１回の電子線照射に
より２次電子信号波形を取得したが、これに限定される
ものではなく、異なる部位に２回以上の電子線照射を行
い、２以上の２次電子信号波形を取得し、これらに基づ
いて第１及び第２のマーク４，５，２３，２４の相対位
置を求めることも可能である。この場合、第１及び第２
のマーク４，５，２３，２４に生じるパターンのゆが
み、すなわちエッジラフネスが存在する場合であって
も、このエッジラフネスによる誤差を低減することがで
きる。

【００６１】（第２実施形態）図６は本発明の第２実施
形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図で
ある。本実施形態の構成が第１実施形態と共通する部分
についての詳細な説明は省略する。

【００６２】本実施形態に係る合わせずれ検査に用いら
れるマークの形成工程は、第１実施形態と同様である。
次いで、上記のような合わせずれ検査マークが形成され
た半導体装置を、測長ＳＥＭの試料室に搬入し、通常パ
ターンを観察・測長するのと同様の方法で合わせずれマ
ークの第２のマーク位置を検出し、電子線光学系の光軸
上にマークを移動する。

【００６３】次いで、加速電圧を２０００Ｖ、試料電流
を１０ｐＡとしてさらに電子線のスキャン周波数を１ｋ
Ｈｚに設定して上記の構造を有する合わせずれ検査マー
ク上を３分間電子線で照射する。

【００６４】次いで、その照射によって得られた２次電
子信号をそのまま画像データとして取得する。この２次
電子信号の検出の際に得られたｘ方向の信号波形を図６
に示す。横軸は位置、縦軸は信号強度である。図６に示
すように、図４と同様に、従来の技術では検出できなか
った第１のマーク５に起因する２次電子信号３２が検出
されていることが分かる。

【００６５】次いで、第１のマーク５に基づく信号波形
と第２のマーク２３に基づく信号波形から、おのおの極
大、極小位置を算出し、それらの相対位置からｘ方向の
位置ずれ量を算出する。同様に、ｙ方向の信号波形を解
析し、ｙ方向の相対位置ずれを算出する。なお、その後
の合わせずれ量の判定以後の工程は第１実施形態と同様
である。

【００６６】以上に示した本実施形態における合わせず
れ検査の構成は、試料表面に帯電を生ぜしめる電子線照
射と、その後の２次電子信号を取得する際の電子線走査
を兼ねている部分に第１実施形態との違いがある。本実
施形態の場合、第２のマーク２３及び２４の部分にも帯
電が誘起されるため、その部分の信号波形の線幅やピー
ク高さが第１実施形態に対して変化するが、マーク位置
の算出には大きな影響を及ぼさない。

【００６７】このように本実施形態によれば、第１実施
形態において、帯電を生ぜしめる工程と２次電子信号を
取得する工程とを１工程で兼ねることにより、計測に要
する時間が短縮できる。

【００６８】（第３実施形態）図７及び図８は本発明の
第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するた
めの図である。本実施形態の構成が第２実施形態と共通
する部分についての詳細な説明は省略する。図７は本発
明の第３実施形態に係る合わせずれ検査方法を説明する
ための図である。

【００６９】本実施形態に係る合わせずれ検査に用いら
れるマークの形成工程は、第１実施形態と同様である。
次いで、上記のような合わせずれ検査マークが形成され
た半導体装置を、測長ＳＥＭの試料室に搬入し、通常パ
ターンを観察・測長するのと同様の方法で合わせずれマ
ークの第２のマーク２３及び２４の位置を検出し、電子
線光学系の光軸上にマークを移動した。

【００７０】次いで、通常の測長を行うのと同様の条件
で上記の構造を有する合わせずれ検査マークに対して観
察倍率を１万倍として観察し、さらに精密に位置合わせ
を行った。

【００７１】次いで、半導体装置表面に帯電を生ぜしめ
るべく、加速電圧を１７００Ｖ、試料電流を１０ｐＡと
して電子線のスキャン周波数を６ｋＨｚに設定して電子
線を照射する。この帯電を生ぜしめる場合における電子
線の照射領域を図７に示す。電子線照射領域は４１で表
される。この電子線照射領域４１は、第１のマーク５の
一部を含み、さらに第２のマーク２３の一部を含む。こ
の電子線照射領域４１のビーム幅は概略１００ｎｍとす
る。このような帯状の電子線により、合わせずれ検査マ
ーク上を１５秒間照射する。

【００７２】次いでその照射によって得られた２次電子
信号を取得する。この２次電子信号の検出の際に得られ
たｘ方向の信号波形を図８に示す。横軸は位置、縦軸は
信号強度である。図８に示すように、図４及び図６と同
様に、従来の技術では検出できなかった下地マークであ
る第１のマーク５に起因する２次電子信号３２が１５秒
間程度の照射によって検出されていることが分かる。

【００７３】次いで、第１のマーク５に基づく信号波形
と第２のマーク２３に基づく信号波形から、各々極大、
極小位置を算出し、これらの相対位置からｘ方向の位置
ずれ量を算出する。同様に、電子線走査方向を９０°回
転させることによってｙ方向の信号波形を解析し、ｙ方
向の相対位置ずれ量を算出する。なお、その後の合わせ
ずれ量の判定以後の工程は第１実施形態と同様である。

【００７４】本実施形態では、半導体装置表面に帯電を
生ぜしめる電子線照射を、第１のマーク４又は５の一部
に対して繰り返し行っているため、マーク４又は５への
電子注入の効率を著しく向上させることができる。この
ため、第１のマーク４又は５とその周辺に対してより効
率よく帯電を付与することが可能となっている。これに
より、単位時間に多くの信号を取得することが可能とな
る。さらに単位時間当たりに発生する２次電子量も多く
なるために、上記第１及び第２実施形態よりもＳ／Ｎ比
のよい信号が得られる。

【００７５】このように本実施形態によれば、第２実施
形態に比較して、さらに計測に要する時間が短縮でき
る。また、第１，２実施形態よりもＳ／Ｎ比のよい信号
を得ることができる。

【００７６】（第４実施形態）図９及び図１０は本発明
の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する
ための図である。本実施形態の構成が第３実施形態と共
通する部分についての詳細な説明は省略する。

【００７７】本実施形態に係る合わせずれ検査に用いら
れるマークの形成工程は、第１〜第３実施形態と同様で
ある。また、試料の搬送とマークのある箇所への移動も
第１〜第３実施形態と同様に行う。次いで、通常の測長
を行うのと同様の条件で上記の構造を有する合わせずれ
検査マークに対して観察倍率を１万倍として観察し、精
密な位置合わせを行う。

【００７８】次いで、加速電圧を１７００Ｖ、試料電流
を１０ｐＡとして電子線のスキャン周波数を６ｋＨｚに
設定して、さらに照射領域を図７に示すように第１のマ
ーク４又は５の一部に対して帯状に照射する。この電子
線照射の際のｘ方向の走査信号を図９に示す。横軸は時
間、縦軸は信号強度である。図９に示すように、走査信
号は三角波として、１走査毎に走査方向を交互に入れ替
えるように照射した。帯状の照射領域の幅は第３実施形
態と同様概略１００ｎｍとする。上記の構造を有する合
わせずれ検査マーク上を１５秒間電子線で照射する。

【００７９】次いで、その照射によって得られた２次電
子信号を取得する。この２次電子信号の検出の際に得ら
れたｘ方向の信号波形を図１０に示す。横軸は位置、縦
軸は信号強度である。図１０に示すように、図８と同様
に第１のマーク４及び５に起因する２次電子信号３２が
検出されているのが分かる。さらに、本実施形態では、
走査方向を交互に入れ替えて電子線を走査することによ
り半導体装置表面に帯電を生ぜしめるため、第３実施形
態で得られた信号波形よりも対称性のよい信号波形を得
ることができる。

【００８０】次いで、第１のマーク５に基づく信号波形
と第２のマーク２３に基づく信号波形から、おのおの極
大、極小位置を算出し、それらの相対位置からｘ方向の
位置ずれ量を算出する。同様に、電子線走査方向を９０
°回転させることによってｙ方向の信号波形を解析し、
ｙ方向の相対位置ずれを算出する。なお、その後の合わ
せずれ量の判定以後の工程は第１実施形態と同様であ
る。

【００８１】本実施形態における合わせずれ検査の構成
は、半導体装置表面に帯電を生ぜしめる電子線照射を、
１走査毎にその方向を反転させることをその特徴として
いる。このため、走査信号の歪みに基づく照射領域の帯
電量の非対称性を相殺することができ、その結果第３実
施形態よりも対称性のよい２次電子信号を得ることがで
きる。

【００８２】このように本実施形態によれば、帯電量の
非対称性に基づく合わせずれ測定値の偏りを解消するこ
とができる。

【００８３】（第５実施形態）図１１〜図１３は本発明
の第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する
ための図である。

【００８４】図１１は本実施形態に係る合わせずれ検査
に用いられる合わせずれマークの構成を示す図であり、
図１１（ａ）は上面図を、（ｂ）は横断面図である。形
成すべき第１のマーク及び第２のマークの製造方法は上
記第１〜第４実施形態と同様であるが、その配置が上記
実施形態と異なる。

【００８５】すなわち、図１１（ａ）に示すように、第
１のマーク４及び５，第２のマーク２３及び２４はｘ方
向の合わせずれを計測するための１組のマーク５１と、
ｙ方向の合わせずれを計測するための１組のマーク５２
からなる。これら１組のマーク５１と５２とは、各組の
中心座標が設計上異なる位置に配置されていることを特
徴とする。これらのマークを、第１実施形態と同様にウ
ェハ上に形成し、第１実施形態と同様に半導体装置の搬
送とマーク１１のある箇所への移動を行う。次いで第４
実施形態と同様の電子線照射条件によって、マーク１１
の一部を照射する。次いでその照射によって得られた２
次電子信号を取得する。このとき得られたｘ方向の信号
波形を図１２に示す。横軸は位置、縦軸は信号強度であ
る。

【００８６】次いでマーク１２のある箇所への移動を行
い、電子線走査方向を９０°回転した後、上記と同様の
電子線照射条件によってｙ方向の信号を取得する。

【００８７】次いで、第１のマークに基づく信号波形と
第２のマークに基づく信号波形から、各々極大、極小位
置を算出し、それらの相対位置からｘ方向、ｙ方向の位
置ずれ量を算出する。なお、その後の合わせずれ量の判
定以後の工程は第１実施形態と同様である。

【００８８】このように本実施形態で合わせずれを測定
するマークの中心位置をｘ方向とｙ方向で異なる位置に
した理由を図１３を用いて説明する。

【００８９】すなわち、第３実施形態の方法では合わせ
ずれマークの一部を局所的に帯電させる方法を用いてい
る。この帯電の際、帯状の帯電部分がマーク上に残るた
め、ｘ方向とｙ方向の計測を行うマークが中心位置を同
じにしている場合には、帯電痕が残る。この帯電に基づ
く帯電痕の様子を図１３（ａ）に示す。６１に示したの
が、図の矢印の方向、すなわちはじめにｙ方向に行った
走査に基づく帯電痕である。この帯電痕６１の残った状
態でそれに垂直な方向、すなわちｘ方向の信号波形を取
得すると、最初に行った照射の影響が次いで取得した信
号波形に対して悪影響を及ぼす。このようにして得られ
たｘ方向の信号波形を図１３（ｂ）に示す。横軸は位
置、縦軸は信号強度である。図１３（ｂ）に示すよう
に、第２のマークに起因する２次電子信号３１と、第１
のマークに起因する２次電子信号３２それぞれの中間
に、大きな信号のぶれが見られる。このぶれが帯電痕６
１による影響を示すものであり、高精度の合わせずれ検
査を困難にする。

【００９０】これに対して本実施形態に係る合わせずれ
検査マークの配置の場合、ｘ方向とｙ方向のマークの中
心が異なる位置に配置されているため、各方向の走査に
おける電子線照射領域が、少なくともマーク近傍では重
ならない。従って、図１３に示したような帯電痕６１に
よる影響を受けない２次電子信号を検出することができ
る。このことは、図１２より明らかである。

【００９１】このように本実施形態によれば、合わせず
れの独立な２方向を計測する際の、一方の計測が他方の
計測に及ぼす悪影響を解消することが可能となり、より
高精度の合わせずれ計測が可能となる。

【００９２】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。例えばマーク上を帯電させる工程は、広い照射
領域を持った電子線を照射することによりマーク全体を
一括して帯電させるものであってもよい。また、第１の
マーク上に形成され、表面が平坦な層としてＳｉＯ₂膜
を用いたが、他の絶縁材料からなる層でもよく、また絶
縁材料でなくても有機性帯電防止膜等、所定の抵抗値よ
りも低い抵抗値を有する導電性膜であってもよい。ま
た、帯電及びマーク位置の測定に電子線を用いたが、イ
オンビーム等、荷電ビームであれば何でもよい。

【００９３】（第６実施形態）図１４は本発明の第６実
施形態に係る合わせずれ検査方法の検査対象とする合わ
せずれマークの構成を示す図である。図１４（ａ）は上
面図、（ｂ）は断面図である。

【００９４】図１４（ａ）に示すように、長方形の第１
のマーク７１が配置され、この第１のマーク７１を挟ん
で長方形の第２のマーク７２が２つ配置されている。こ
の第２のマーク７２は、第２のマーク７１に対して設計
上同一の中心となるような平面構造となる。

【００９５】この図１４（ａ）に示した合わせずれマー
クの断面構造は図１４（ｂ）に示す通りである。すなわ
ち、Ｓｉ基板７４に溝部７４ａが形成され、この溝部が
第１のマーク７１となる。また、Ｓｉ基板７４上に溝部
７４ａを含めてＳｉＮ層７５が形成され、さらにその上
に反射防止膜７６が形成されている。そして、この反射
防止膜７６上にはリソグラフィ技術を用いてパターニン
グされたフォトレジスト７７により２本のラインパター
ンが形成される。この２本のラインパターンが第２のマ
ーク７２となる。

【００９６】次に、以上のように構成された合わせずれ
マークを用いた合わせずれ検査方法を説明する。

【００９７】まず、図１４に示す合わせずれマークが形
成されたシリコンウェハを、測長ＳＥＭの試料室に搬入
し、通常パターンを観察及び測長するのと同様の方法で
第１のマーク７１の位置を検出し、電子線光学系の光軸
上に合わせずれマークを移動する。

【００９８】次に、加速電圧を１７００Ｖ、試料電流を
１０ｐＡとしてさらに電子線のスキャン周波数を６ｋＨ
ｚに設定して上記の構造を有する合わせずれ検査マーク
上を１５秒間電子線で照射する。

【００９９】次に、電子線の照射によって得られた２次
電子信号を取得する。ここで得られるｘ方向の信号波形
を図１５に示す。横軸はｘ方向の位置、縦軸は信号強度
を示す。２つの大きなピークが第２のマーク７２に対応
する信号であり、この２つのピークの間に見られる凹み
が第１のマーク７１に対応する信号である。第１のマー
ク７１とその周辺部分には、表面電位に基づく電位コン
トラスト信号が検出され、第２のマーク７２部分には、
フォトレジスト７７の断面形状に対応する信号が検出さ
れる。また、第２のマーク７２に対応する信号の断面形
状における側壁部分は、１次電子線となす角度がほぼ０
度であるため、２次電子放出効率が大きく、その周囲よ
りひときわ明るいピークとなる。

【０１００】次に、このように検出された２次電子信号
を以下に示すように解析する。その解析手法を図１６の
フローチャートに沿って説明する。

【０１０１】まず、第１のマーク７１に対応する信号が
極小となる位置をｘ１とする（８１）。次に、２本の第
２のマーク７２の極大位置をそれぞれｘ方向の位置が小
さい側からｘ２ｌ，ｘ２ｒ，ｘ３ｌ，ｘ３ｒとする（８
２）。そして、これらそれぞれの極大位置の外側に隣接
する極小位置をそれぞれｘ２ｌ‘，ｘ２ｒ’，ｘ３
ｌ‘，ｘ３ｒ’として（８３）メモリに格納する。

【０１０２】次に、第２のマーク７２の極大位置のう
ち、ｘ２ｌを選択し（８４）、ｘ２ｌとｘ２ｌ‘の間に
ある画素に対応する座標ｘｌ１，…，ｘｌｎとその座標
における信号強度ｙｌ１，…，ｙｌｎの値をメモリに格
納する（８５）。

【０１０３】次に、これらｘ２ｌとｘ２ｌ‘により挟ま
れた各点の信号強度に基づいて最小自乗法をよってこれ
ら各点を結ぶ直線の式ｙ＝ａｘ＋ｂを算出する。そし
て、この直線式ｙ＝ａｘ＋ｂの傾きと切片の推定値ａ，
ｂを求める（８６）。

【０１０４】次に、得られた直線に基づいて、ｘ２ｌと
ｘ２ｌ‘により挟まれた各点の代表値を算出する（８
７）。本実施形態では、ｘ２ｌとｘ２ｌ‘により挟まれ
た各点の中間点を代表値とする。具体的には、得られた
近似直線ｙ＝ａｘ＋ｂにおいて、その範囲内の信号強度
が中間値Ｙ２ｌとなるｘ座標Ｘ２ｌをＸ２ｌ＝Ｙ２ｌ−
ｂ）／ａにより算出し、第２のマーク７２の極大位置と
極小位置により規定されるいわゆる側壁部分の代表値と
する。

【０１０５】同様に、他の３つの側壁部分について代表
値を算出し、Ｘ２ｒ，Ｘ３ｌ，Ｘ３ｒとする。すべての
側壁部分について代表値を算出すると、（８８）のステ
ップに進み、まだ算出していない代表値がある場合に
は、（８４）に戻り、算出していない第２のマーク７２
の極大位置を選択し、上記と同様の解析を行う。

【０１０６】次に、第２のマーク７２の４点の極大位置
に対応する代表値Ｘ２ｌ，Ｘ２ｒ，Ｘ３ｌ，Ｘ３ｒに基
づいて第２のマーク７２の中心位置Ｘ（中心）を算出す
る（８９）。具体的には、式：Ｘ（中心）＝（Ｘ２ｌ＋
Ｘ２ｒ＋Ｘ３ｌ＋Ｘ３ｒ）により算出する。

【０１０７】最後に、第１のマーク７１と第２のマーク
７２の合わせずれ量δＸを算出する（９０）。第１のマ
ーク７１は（８１）で求めた極小位置ｘ１を基準とし、
第２のマーク７２は（８９）で求めた中心位置Ｘ（中
心）を基準とし、合わせずれ量δＸ＝Ｘ（中心）−ｘ１
により算出する。

【０１０８】本実施形態の作用効果は以下の通りであ
る。

【０１０９】第１〜第５実施形態におけるマークの代表
位置の算出手法において、本来のマークの特徴的位置に
対応する信号波形の極大・極小の他に、雑音による多数
の極大・極小が存在する。例えば第２のマーク７２のマ
ークがトポグラフィを有するフォトレジストパターンで
ある場合、その側壁部分に対応する信号波形のピーク以
外にも、その周辺部分には雑音に由来する多くの極大が
存在する。同様に、第１のマーク７１の中心に対応する
極小の周辺にも、多くの極小が存在する。このような雑
音ピークは、マーク７１又は７２を検出する際の誤検出
の原因となり、計測精度を著しく劣化させる場合があ
る。

【０１１０】また、マーク近傍の試料表面を帯電させて
はいるが電子線が照射されている領域と、対象とするマ
ークの相対位置マークの周辺の構造いかんによってはマ
ーク近傍の帯電量が不均一となる。このような場合、マ
ーク近傍から得られる２次電子信号波形が、周辺の不均
一な帯電に基づく電場の影響によって非対称な形状にな
る。

【０１１１】そこで、本実施形態を用いることにより、
従来の合わせずれ検査に比較してより多くの位置情報を
利用して第２のマーク７２の代表位置を算出するため、
検出した信号のノイズに基づく代表位置の誤検出が少な
くなり、より高精度の合わせずれ検査が可能となる。

【０１１２】なお、本実施形態では第２のマーク７２の
代表位置として側壁部分の信号波形を直線近似した後極
小値と極大値の中間値を与える座標を用いたが、この値
は中間位置に限らず、得られる信号波形に応じて、例え
ば信号強度が（極大値−極小値）の８０％となるｘ座標
の推定値を用いる、というように任意のしきい値によっ
て代表位置を算出することも可能である。

【０１１３】（第７実施形態）本実施形態は、第６実施
形態の変形例に係わる合わせずれ検査方法である。本実
施形態における合わせずれ検査方法の検査対象は第６実
施形態と同じ図１４に示すものを用い、また図１５と同
様に２次電子信号の座標決定も同じであるのでその詳細
な説明は省略する。さらに、第２のマーク７２の代表位
置の算出も第６実施形態と共通する。

【０１１４】以下、本実施形態に係る合わせずれ検査方
法を説明する。

【０１１５】まず、図１４に示す合わせずれマークが形
成されたシリコンウェハを試料室に搬入し、電子線光学
系の光軸上に合わせずれマークを移動し、第１実施形態
と同様の条件下で電子線を照射し、２次電子信号を取得
する。ここで得られるｘ方向の信号波形は図１５に示し
たものである。ここまでは第１実施形態と同じである。

【０１１６】次に、本実施形態に係る２次電子信号波形
の解析手法を説明する。

【０１１７】まず、第１実施形態と同様に、解析に必要
とされる各点の座標を決定する。次に、第１のマーク７
１の周辺の信号から、画素に対応する座標ｘ_L1，…，ｘ
_Lnとその座標における信号強度ｙ_L1，…，ｙ_Lnの値を読
み取りメモリに格納する。この座標の読み取りの範囲、
すなわちｘ_L1からｘ_Lnまでの範囲は、第１のマーク７１
の極小位置を決定するために必要な範囲で任意に設定可
能である。

【０１１８】次に、これら第１のマーク７１の周辺の各
点の信号強度を、以下のような関数に対して最小自乗法
を適用し、これら各点を結ぶ曲線式を求める。

【０１１９】ｙ＝ｙ_sym＋ｙ_base ここで、ｙ_symはガウス分布関数であり、ｙ_sym＝ｈ₀・
ｅｘｐ（−（ｘ−ｘ₀） ²）／ｗ₂）で表され、ｙ_baseは
２次関数で、ｙ_base＝ａ₀＋ａ₁・ｘ＋ａ₂・ｘ²で表され
る。次いで、上記のｘ₀を第１のマーク７１の代表位置
とする。このようにして求められた曲線式ｙを図１７
（ａ）に示す。横軸はｘ方向の位置、縦軸は信号強度で
ある。

【０１２０】次に、第２のマーク７２についても代表位
置Ｘ（中心）を求める。この代表位置Ｘ（中心）の算出
手法は第１実施形態と同じであるため、その説明は省略
する。

【０１２１】次に、第１のマーク７１の代表位置ｘ₀と
第２のマーク７２の代表位置Ｘ（中心）の差を合わせず
れ量として算出する。

【０１２２】このように本実施形態によれば、第１実施
形態と同様の効果を奏するとともに、第１のマーク７１
の代表位置算出につぃていも従来の手法に比較して多く
の位置情報を利用するため、信号のノイズに基づく代表
位置の誤検出が少なくなり、さらに高精度の合わせずれ
検査が可能となる。

【０１２３】なお、本実施形態では第１のマーク７１の
極小位置を決定するためのモデル関数としてガウス分布
関数を用いたが、これは本発明を限定するものではな
く、単一の極小をもちかつ極小の周辺部分で対称な関数
であれば、例えばローレンツ分布関数、ｖ_oigt関数等種
々の関数を用いることが可能となる。

【０１２４】また、極小に対するベースラインに相当す
る多項式は本実施形態では２次関数を用いたが、これも
種々の関数が利用可能である。例えばこれは１次式でも
よいし、波形が対象な場合には単に定数項のみを用いる
ことも可能である。

【０１２５】また、上述したｙ_symとｙ_baseは同時に求
めてもよいが、順次求めることも可能である。図１７
（ｂ）はこれらｙ_symとｙ_baseを別個に求める手法を説
明するための図である。まず、第１実施形態と同様に極
小位置の座標ｘ１を求め、この極小位置ｘ１からの距離
が大きくなるほど重みが小さくなるように信号波形をま
ず２次関数９１で近似する。次いで、波形データから２
次関数成分を減じた残りの波形９２を求める。これによ
り、極小近傍以外の部分が直線になる。この波形９２に
対して改めてガウス関数への近似を行い、上述の式のｘ
₀を推定してもよい。このような手法により、より好適
かつ安定に所定の関数への近似が可能となる。

【０１２６】（第８実施形態）本実施形態は、第６及び
第７実施形態の変形例に係わる。第６実施形態と共通す
る部分の詳細な説明は省略する。本実施形態では、第１
のマーク７１の極小位置の算出手法が第７実施形態と異
なる。

【０１２７】本実施形態の合わせずれ検査方法では、ま
ず第１実施形態と同様に、図１５に示す合わせずれマー
クの２次電子信号波形を取得する。次に、第１のマーク
７１の周辺の信号から、画素に対応する座標ｘ_L1，…，
ｘ_Lnとその座標における信号強度ｙ_L1，…，ｙ_Lnの値を
読み取りメモリに格納する。

【０１２８】次に、これら第１のマーク７１の周辺の各
点の信号強度を、以下のような関数に対して最小自乗法
を適用し、これら各点を結ぶ曲線式を各係数Ａ₀，Ａ₁，
Ｘ₀，Ｂ，Ｃを推定して求める。

【０１２９】ｙ＝Ａ₀＋Ａ1・（ｘ−ｘ₀）−Ｂ・ｌｏｇ
［ｅｘｐ｛Ｃ（ｘ−ｘ₀）｝＋１］この関数は、（ｘ−ｘ₀）＜０で傾きＡ₁，（ｘ−ｘ₀）
＞０で傾き（Ａ₁−ＢＣ）の直線に漸近し、ｘ＝ｘ₀にお
いて極小値をもち滑らかに両直線を連結するような関数
であり、極小の周辺の非対称性は上記２つの異なる傾き
の値によって表される。そして、得られた近似曲線ｙに
おけるｘ₀を第１のマーク７１の代表位置とする。ま
た、第２のマーク７２の中心位置Ｘ（中心）を第１実施
形態と同様の手法で求め、両者の差として合わせずれ量
δｘを算出する。

【０１３０】このように本実施形態によれば、モデル関
数として非対称性を扱うことが可能な関数を用いている
ため、合わせずれマーク近傍の帯電状態が不均一でマー
ク近傍から得られる２次電子信号波形が非対称な形状に
なっている場合にも安定に第１のマーク７１の位置を算
出することが可能となり、計測の不確かさを低減するこ
とが可能となる。

【０１３１】なお、第１のマーク７１を近似するモデル
関数は本実施形態に示したものに限定されない。例え
ば、χ二乗分布関数やＦ分布関数等のような非対称分布
関数、双曲線関数等を用いることも可能である。

【０１３２】（第９実施形態）本実施形態は第７実施形
態の変形例に係わる。第７実施形態と共通する部分の詳
細な説明は省略する。

【０１３３】まず、第１実施形態と同様に、図１５に示
す合わせずれマークの２次電子信号波形を取得する。次
に、次に、第１のマーク７１の周辺の信号から、画素に
対応する座標ｘ_L1，…，ｘ_Lnとその座標における信号強
度ｙ_L1，…，ｙ_Lnの値を読み取りメモリに格納する。

【０１３４】次に、これら信号データに対して平滑化微
分処理を施すことによって微分信号波形を取得する。次
に、得られた微分信号波形のゼロ点の位置をＸ_0i，極大
−極小の間隔の１／２の値をｗ₀とする。次いで、これ
らの値を用いて、Ｘ₀からの距離が大きくなるほど重み
が小さくなるように線形最小自乗法によって信号波形を
まず２次関数で近似し、極小近傍のベースライン関数を
決定する。

【０１３５】次いで、波形データから２次関数成分を減
じた差のデータを算出する。そして、この差のデータに
対して、ｘ₀＝Ｘ_0i，ｗ＝ｗ₀として、以下の残差平方和
Ｓを算出する。

【０１３６】Ｓ＝σ（ｙ_i−ｆ（ｘ_Li））²，ｆ（ｘ）＝
ｙ_sym＝ｈ₀・ｅｘｐ（−（ｘ−ｘ₀）²／ｗ₂）次いで、パラメータ（ｈ₀，ｘ₀，ｗ）の値を初期値から
変動させ、再度上記のＳを算出することを繰り返し、Ｓ
の値が最小となるパラメータの組を求め、そのときのｘ
₀を第１のマーク７１の中心位置とする。このように近
似した結果を図１８に示す。図１８において、近似曲線
は９３で表される。

【０１３７】次いで、第２のマーク７２の中心位置を第
１実施形態と同様の手法によって算出し、第１のマーク
７１の代表値との差として合わせずれ量δｘを算出す
る。

【０１３８】このように本実施形態によれば、第７及び
第８実施形態におけるモデル関数による近似を行う場合
に残差平方和を取り、この残差平方差を取る際の初期値
として最適値に近い微分信号のゼロ点位置Ｘ_0iを予め用
いるため、関数近似に要する時間を短縮することが可能
となり、検査時間を大幅に短縮可能である。

【０１３９】なお、上記第７，８実施形態で述べた場合
と同様に、第１のマーク７１を近似する関数としては種
々の関数を用いることができることはもちろんである。

【０１４０】（第１０実施形態）図１９〜図２１は本発
明の第１０実施形態に係る合わせずれ検査方法を説明す
るための図である。本実施形態における合わせずれ検査
の対象は、第１実施形態で示された図１及び図２に示し
たものと同じである。なお、以下の実施形態において、
第１のマークとは、平坦な層の下に埋め込まれたマーク
であり、第２のマークとは、平坦な層の上面に露出した
マークである。

【０１４１】以下、図１９に示すフローチャートに沿っ
て本実施形態の合わせずれ検査方法を説明する。

【０１４２】まず、図１及び図２の工程により合わせず
れマークが形成されたシリコンウェハからなるサンプル
を、測長ＳＥＭの試料室に搬入する（１０１）。そし
て、通常パターンを観察・測長するのと同様の方法で合
わせずれ検査用マークの第２のマーク２４の位置を検出
し（１０２）、電子線光学系の軸上に合わせずれ検査用
マークを移動する。

【０１４３】次に、加速電圧を１７００Ｖ、試料電流を
１０ｐＡとしてさらに電子線のスキャン周波数を３．２
ｋＨｚに設定して第１及び第２のマーク５，２３の一部
に電子線を照射する。図２０（ａ）は合わせずれマーク
を上面から見た電子線照射の様子を示す図である。ｘ，
ｙ方向に配置された第１及び第２のマーク４，５，２
３，２４のうち、ｙ方向に平行に長手方向が配置された
第１のマーク５及び第２のマーク２３のうち、これらす
べてのマークを横切るように電子線１１１が照射され
る。この照射領域の幅は１００ｎｍである。１０秒程度
の電子線照射によって、画像データを取得し（１０
３）、この画像データから図２０（ｂ）に示す２次電子
信号の信号波形が得られる（１０４）。横軸はｘ方向の
位置、縦軸は信号強度である。得られた信号波形に基づ
いて、以下に示す手法により第１及び第２のマーク５，
２３の代表位置を決定する（１０５）。

【０１４４】まず、第１のマーク５に起因する２次電子
信号波形は、図２０（ｂ）の１２１で示した部分であ
り、第１のマーク５の中心部分で一つの極小値を有す
る。従って、この極小値を示す位置を第１のマーク５の
代表位置とし、それぞれのマーク５についてｘ_1L，ｘ_1r
とする。

【０１４５】一方、第２のマーク２３に起因する２次電
子信号波形は、図２０（ｂ）の１２２で示した部分であ
り、パターンの立体形状を反映して、パターンエッジ部
で急峻なピークを持つ構造をしている。そこで、各々の
ピーク部分の極小値ｙ_minと極大値ｙ_maxの間で信号強度
がｙ_50%＝（ｙ_max−ｙ_min）／２となる位置を算出し、
その位置をマークの両側で求め、ピクセル座標での代表
位置ｘ２_Ll，ｘ２_Lr，ｘ２_Rl，ｘ２_Rrとする。

【０１４６】次に第１のマーク５，第２のマーク２３の
中心位置Ｘ_2c，Ｘ_1cを各々以下の式により算出する。

【０１４７】Ｘ_1c＝（ｘ１_l＋ｘ１_r）／２Ｘ_2c＝（ｘ２_Ll＋ｘ２_Lr＋ｘ２_Rl＋ｘ２_Rr）／４次いで、ｘ方向の位置ずれ量δｘ_Aを上記中心位置の差
として算出する（１０６）。さらに、ｘ２_Rl−ｘ２_Llあ
るいはｘ２_Rr−ｘ２_Lrの値を設計値と比較することによ
り、倍率補正のための係数Ｒ（倍率補正値Ｒ）を決定す
る（１０７）。最後に、上記倍率補正値Ｒをδｘ_Aに乗
ずることにより、位置ずれ量の値を距離の次元で表す
（１０８）。同様の手順によりｙ方向についても計測を
行う（１０９）。ｙ方向について計測が終了すると、す
べての計測が終了する（１１０）。

【０１４８】以上の手順により得られた位置ずれ量を、
通常の光学式検査結果と比較した結果を図２１（ａ）に
示す。なお、比較のために、従来の測長ＳＥＭを用いた
検査結果と比較した結果を図２１（ｂ）に示す。それぞ
れ、横軸が光学式検査結果により得られる位置ずれ量
（Ｏｐｔｉｃａｌ δｘ）であり、縦軸が測長ＳＥＭを
用いた結果により得られる位置ずれ量（ＳＥＭ δｘ）
を示す。従って、図２１（ａ）及び（ｂ）では、図示し
た直線に測定結果が近いほど良好な相関が得られている
ことを示すものである。これによると、本実施形態によ
る検査結果（図２１（ａ））は、従来の測長ＳＥＭを用
いた検査結果（図２１（ｂ））に比較して光学式検査結
果との極めて良好な相関が得られていることが分かる。

【０１４９】本実施形態の合わせずれ検査方法の作用効
果を以下説明する。

【０１５０】一般に、ＳＥＭを用いて計測を行う場合、
観察倍率は電子線の照射条件や焦点位置の違い、あるい
は基板を構成する材質や膜厚の違いに基づく試料表面電
位の違いによって変動を受ける。従来は、ある基準のパ
ターンを形成したサンプルを倍率標準として用い、この
サンプルから倍率補正値を算出して倍率校正を行ってい
るが、試料に対して意図的に帯電を付与する本実施形態
の方法では、通常の倍率校正の際と同一の構造や電子線
の照射条件でなされるとは限らない。

【０１５１】また、実際に合わせずれ計測を行うマーク
と倍率校正を行うパターンとは、一般にその形状も異な
っているため、パターン近傍の帯電状態も一般に両者で
異なる。そこで、本実施形態のように合わせずれ計測を
行うマークに帯電を付与して倍率校正を行うことによ
り、倍率補正値を算出するサンプルと合わせずれ検査を
行うマークを同一の対象とするため、サンプルの構造や
測定倍率の違いで生じる理想値からのずれ、及び焦点位
置の違い等の理由で生じる画像データの倍率誤差の発生
を防ぐことにより、高精度の合わせずれ計測が可能とな
る。

【０１５２】このように本実施形態によれば、寸法校正
に関わる誤差要因を取り除くことにより、より高精度の
合わせずれ検査が可能となる。

【０１５３】（第１１実施形態）本実施形態は第１０実
施形態の変形例に関わり、図２２は本実施形態の合わせ
ずれ検査方法を説明するための図である。図２２は、第
１０実施形態と同様のマークであるが、第１のマーク
４，５及び第２のマーク２３，２４のエッジラフネスも
含めてある。このエッジラフネスに依存するｘ方向の誤
差をδとする。第１０実施形態と共通する部分の詳細な
説明は省略する。

【０１５４】本実施形態では、評価サンプルを試料室へ
導入してから倍率補正値Ｒを用いた位置ずれ量の算出を
行う点までは第１０実施形態と同じである（（１０１）
〜（１０８））。本実施形態では、１回の電子線の照射
により倍率補正値Ｒを求めた後、図２２に示すように、
電子線の走査位置を検査の対象とすべきマーク５及び２
３の長手方向に距離Ｌだけずらし、上記と同様に倍率補
正値Ｒの取得を行い、位置ずれ量δｘ_A及びδｘ_B算出す
る。さらに、２つの電子線走査位置により得られたそれ
ぞれの位置ずれ量δｘ_A及びδｘ_Bについて、以下の式に
より位置ずれ量の平均値δｘを取得し、合わせずれを検
査する。

【０１５５】δｘ＝（δｘ_A＋δｘ_B）／２このように、２つの異なる部位における電子線照射によ
り２つの２次電子信号波形を取得し、これら２つの信号
波形に基づいて倍率補正値Ｒを求めることにより、マー
クの非対称性や、マーク周辺の構造が与える影響を低減
することができる。さらに、電子線の照射領域１１１の
幅を狭くして局所的な測定を行う場合であっても、照射
部位近傍のマークエッジの微小なエッジラフネスや、描
画工程におけるつなぎ合わせ誤差のような局所的なエッ
ジ位置の変動による測定誤差を低減でき、第１０実施形
態よりもさらに高精度の合わせずれ検査が可能となる。

【０１５６】なお、本実施形態では電子線の走査回数を
２回としたが、その回数には限定されない。３回以上で
あってもよく、回数を増やすほど測定誤差を小さくする
ことが可能となる。また、２回の電子線の走査によるそ
れぞれの位置ずれ量δｘ_A，δｘ_Bを平均化する場合を示
したが、得られた電子信号波形の代表値を平均化し、又
は中心位置を平均化するものであってもよい。

【０１５７】また、図２２に示すように、エッジラフネ
スのピーク位置を予め計測しておき、そのピーク間の概
略の間隔ｄｘを求め、次いで、合わせずれを計測する複
数の箇所の位置を、Ｌ＜ｄｘ／２と設定し、また測定個
所をｎ個とした場合、ｎ個の測定個所が存在する長手方
向の幅をＷとすると、Ｗ＞ｄｘとするのが望ましい。ｎ
個の測定個所がそれぞれ間隔Ｌ毎に配置されている場
合、Ｗ＝（ｎ−１）Ｌとなる。

【０１５８】（第１２実施形態）図２３は本発明の第１
２実施形態に係る合わせずれ検査方法を説明するための
図であり、（ａ）は本実施形態の検査対象の上面図であ
り、（ｂ）は本実施形態における検査で得られる２次電
子信号の信号波形である。

【０１５９】図２３（ａ）に示すように、検査対象は、
ラインパターンの第１のマーク１３１と第２のマーク１
３２が交互に同じ方向に配置されている。第１のマーク
１３１は３本、第２のマークは４本配置されている。

【０１６０】このように合わせずれ検査用マークが配置
されたシリコンウェハを測長ＳＥＭの試料室に搬入し、
通常パターンを観察するのと同様の方法で合わせずれ検
査用マークの位置を検出し、電子線光学系の軸上に合わ
せずれ検査用マークを移動する。次に、加速電圧１７０
０Ｖ、試料電流１０ｐＡ、スキャン周波数１．６ｋＨｚ
に設定した電子線を照射する。この電子線の照射領域を
１３３に示す。

【０１６１】電子線照射により得られた２次電子信号波
形から、第１０実施形態と同様の手法により、第１のマ
ーク１３１の代表位置としてｘ１_A，ｘ１_B，ｘ１_Cを算
出する。また、第２のマーク１３２の代表位置として、
ｘ２_Al，ｘ２_Ar，ｘ２_Bl，ｘ２_Br，ｘ２_Cl，ｘ２_Cr、ｘ
２_Dl，ｘ２_Drを算出する。

【０１６２】さらに、第１のマーク１３１及び第２のマ
ーク１３２の基準位置Ｘ１，Ｘ２をそれぞれ以下のよう
に算出する。

【０１６３】Ｘ１＝（ｘ１_A＋ｘ１_B＋ｘ１_C）／３Ｘ２＝（ｘ２_Al＋ｘ２_Ar＋ｘ２_Bl＋ｘ２_Br＋ｘ２_Cl＋ｘ
２_Cr＋ｘ２_Dl＋ｘ２_Dr）／８次いで、ｘ方向の位置ずれ量δｘを基準位置Ｘ１とＸ２
の差として算出する。同様の手順により、ｙ方向につい
ても検査を行う。

【０１６４】このように、第１のマーク１３１及び第２
のマーク１３２を交互に配置することにより、マークの
非対称性の問題を解決できる。また、１つの画像データ
から複数個の合わせずれ計測を行い、得られたデータを
平均化することにより、従来は達成不可能であった計測
精度を達成することが可能となる。

【０１６５】（第１３実施形態）図２４は本発明の第１
３実施形態に係る合わせずれ検査方法を説明するための
図であり、（ａ）は本実施形態の検査対象の上面図であ
り、（ｂ）は本実施形態における検査で得られる２次電
子信号の信号波形である。

【０１６６】図２４（ａ）に示すように、検査対象は、
ラインパターンの第１のマーク１４１と、第２のマーク
１４２からなり、ｙ方向に長手方向を持つ第１のマーク
１４１を挟んで第１のマーク１４１に平行にかつ離間し
て第２のマーク１４２が２本形成され、これら３本のマ
ークによりｘ方向の合わせずれを計測する。同様に、ｘ
方向に長手方向を持つ第１のマーク１４１を挟んで第１
のマーク１４１に平行にかつ離間して第２のマーク１４
２が２本形成され、これら３本のマークによりｙ方向の
合わせずれを計測する。

【０１６７】本実施形態の合わせずれ検査では、まず合
わせずれ検査用マークが配置されたシリコンウェハを測
長ＳＥＭの試料室に搬入し、通常パターンを観察するの
と同様の方法で合わせずれ検査用マークの位置を検出
し、電子線光学系の軸上に合わせずれ検査用マークを移
動する。次に、加速電圧１７００Ｖ、試料電流１０ｐ
Ａ、スキャン周波数１．６ｋＨｚに設定した電子線を照
射する。この電子線の照射領域を１４３に示す。電子線
照射領域１４３の幅は１００ｎｍであり、ｘ方向に対し
て任意の角度θを有する。角度θは、ｘ方向及びｙ方向
それぞれの合わせずれ検査用マークすべてを横切るよう
な角度に設定される。このような照射領域１４３を持つ
電子線を１０秒程度照射する。

【０１６８】電子線照射により得られた画像データから
２次電子信号波形を得る。得られた２次電子信号波形を
図２４（ｂ）に示す。横軸はｘ方向の位置、縦軸は信号
強度である。この信号波形から、第１のマーク１４１及
び第２のマーク１４２に基づく極大位置及び極小位置を
算出する。極大及び極小位置の算出は第１０実施形態と
同様の手法による。

【０１６９】次に、第１０実施形態と同様の手法によ
り、第１のマーク１４１の代表位置として、ｘ１，ｙ１
を算出する。また、第２のマーク１４２の代表位置とし
て、ｙ２_Ll，ｙ２_Lr，ｙ２_Rl，ｙ２_Rr，ｘ２_Ll，ｘ
２_Lr，Ｘ２_Rl，ｘ２_Rrを算出する。

【０１７０】さらに、第２のマーク１４２の基準位置Ｘ
２，Ｙ２をそれぞれ以下のように算出する。なお、第１
のマーク１４１の基準位置は、第１のマーク１４１の代
表位置ｘ１，ｙ１とする。

【０１７１】Ｙ２＝（ｙ２_Ll＋ｙ２_Lr＋ｙ２_Rl＋ｙ２_Rr）／４Ｘ２＝（ｘ２_Ll＋ｘ２_Lr＋Ｘ２_Rl＋ｘ２_Rr）／４次に、第１のマーク１４１及び第２のマーク１４２の基
準位置の差Ｙ２−ｙ１、Ｘ２−ｘ１を算出する。最後
に、以下の式を用いてｘ方向及びｙ方向の合わせずれ量
δｘ，δｙを算出する。

【０１７２】δｘ＝（Ｙ２−ｙ１）／ｓｉｎθ δｙ＝（Ｘ２−ｘ１）／ｃｏｓθ このように本実施形態によれば、ｘ方向及びｙ方向の位
置ずれを１つの信号波形に基づいて同時に計測できるた
め、計測に要する時間が短縮される。

【０１７３】（第１４実施形態）図２５は本発明の第１
４実施形態に係る合わせずれ検査方法を説明するための
図である。本実施形態は第１３実施形態の変形例に関わ
り、本実施形態における合わせずれ検査の対象は、図２
４（ａ）に示したものと同じである。

【０１７４】本実施形態では、評価サンプルである合わ
せずれ検査用マークが形成されたシリコンウェハを試料
室へ導入してから第１のマーク１４１及び第２のマーク
１４２についての代表位置を求めるまでの工程は第１３
実施形態と同じである。

【０１７５】本実施形態では、１回の電子線照射により
代表位置を求めた後、図２５に示すように、電子線の走
査位置を電子線照射角度θを保持したままずらし、上記
と同様に電子線を照射して代表位置の取得を行う。それ
ぞれの電子線照射領域を１４３及び１４４とする。この
２回の電子線照射により得られる２次電子信号波形を図
２６に示す。横軸はｘ方向の位置、縦軸は信号強度であ
り、図２６（ａ）は１回目の電子線照射により得られる
信号波形を、（ｂ）は２回目の電子線照射により得られ
る信号波形を示す。１回目の電子線照射により得られる
代表位置を、第１のマーク１４１についてはｘ１-1，ｙ
１-1、第２のマーク１４２についてはｙ２_Ll-1，ｙ２
_Lr-1，ｙ２_Rl-1，ｙ２_Rr-1，ｘ２_Ll-1，ｘ２_Lr-1，Ｘ２
_Rl-1，ｘ２ _Rr-1とし、２回目の電子線照射により得られ
る代表位置を、第１のマーク１４１についてはｘ１-2，
ｙ１-2、第２のマーク１４２についてはｙ２_Ll-2，ｙ２
_Lr-2，ｙ２_Rl-2，ｙ２_Rr-2，ｘ２_Ll-2，ｘ２_Lr-2，Ｘ２
_Rl-2，ｘ２_Rr-2とする。

【０１７６】そして、２回の電子線照射により得られた
代表位置から、以下の式により代表位置の平均値を算出
する。

【０１７７】ｘ１＝ｘ１-1＋ｘ１-2 ｙ１＝ｙ１-1＋ｙ１-2 ｙ２_Ll＝ｙ２_Ll-1＋ｙ２_Ll-2 ｙ２_Lr＝ｙ２_Lr-1＋ｙ２_Lr-2 ｙ２_Rl＝ｙ２_Rl-1＋ｙ２_Rl-2 ｙ２_Rr＝ｙ２_Rr-1＋ｙ２_Rr-2 ｘ２_Ll＝ｘ２_Ll-1＋ｘ２_Ll-2 ｘ２_Lr＝ｘ２_Lr-1＋ｘ２_Lr-2 Ｘ２_Rl＝Ｘ２_Rl-1＋Ｘ２_Rl-2 ｘ２_Rr＝ｘ２_Rr-1＋ｘ２_Rr-2 さらに、ｘ方向及びｙ方向に対する第２のマーク１４２
の基準位置Ｘ２，Ｙ２の算出、さらに基準位置の差Ｘ２
−ｘ１，Ｙ２−ｙ１の算出、位置ずれ量δｘ，δｙの算
出手法は、第１３実施形態と同じである。

【０１７８】このように本実施形態によれば、第１３実
施形態と同様の効果を奏するとともに、複数個のデータ
を平均化することにより、マークの局所的なばらつきよ
り発生していた測定誤差を小さくすることが可能とな
り、第１３実施形態よりもさらに高精度合わせずれ検査
が可能となる。

【０１７９】なお、本実施形態では電子線の走査回数を
２回としたが、その回数には限定されない。従って、３
回以上であってもよく、回数を増やすほど測定誤差を小
さくすることができる。

【０１８０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、従
来の技術において困難であった下地マーク表面に凹凸の
ない場合の合わせずれ検査を単一の電子光学系によって
簡便に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造
方法を説明するための図。

【図２】同実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明
するための図。

【図３】半導体装置の帯電を用いずにマーク検出を行っ
た場合のｘ方向の信号波形を示す図。

【図４】同実施形態における合わせずれ検査により得ら
れるｘ方向の信号波形を示す図。

【図５】電子線の加速電圧と電子放出効率の関係を示す
図。

【図６】本発明の第２実施形態に係る合わせずれ検査に
より得られるｘ方向の信号波形を示す図。

【図７】本発明の第３実施形態に係る合わせずれ検査に
おける電子線照射領域を示す図。

【図８】同実施形態における合わせずれ検査により得ら
れるｘ方向の信号波形を示す図。

【図９】本発明の第４実施形態における合わせずれ検査
における電子線照射の際のｘ方向の走査信号を示す図。

【図１０】同実施形態における合わせずれ検査により得
られるｘ方向の信号波形を示す図。

【図１１】本発明の第５実施形態における合わせずれ検
査に用いられる合わせずれ検査マークの構成を示す図。

【図１２】同実施形態における合わせずれ検査により得
られるｘ方向の信号波形を示す図。

【図１３】同実施形態における帯電痕の影響を説明する
ための図。

【図１４】本発明の第６実施形態に係る合わせずれ検査
方法の検査対象とする合わせずれマークの構成を示す
図。

【図１５】同実施形態において取得されるｘ方向の２次
電子信号波形を示す図。

【図１６】同実施形態における２次電子信号の解析手法
のフローチャートを示す図。

【図１７】同実施形態における第１のマーク近傍で近似
された曲線を示す図。

【図１８】本発明の第９実施形態における第１のマーク
近傍で微分により得られる近似曲線を示す図。

【図１９】本発明の第１０実施形態に係る合わせずれ検
査方法のフローチャートを示す図。

【図２０】同実施形態における合わせずれ検査方法を説
明するための図。

【図２１】同実施形態及び従来の位置ずれ量を光学式検
査結果と比較して示した図。

【図２２】本発明の第１１実施形態に係る合わせずれ検
査方法を説明するための図。

【図２３】本発明の第１２実施形態に係る合わせずれ検
査方法を説明するための図。

【図２４】本発明の第１３実施形態に係る合わせずれ検
査方法を説明するための図。

【図２５】本発明の第１４実施形態に係る合わせずれ検
査方法を説明するための図。

【図２６】同実施形態における２回の電子線照射により
得られる２次電子信号波形を示す図。

【符号の説明】

１，７４…Ｓｉ基板２，７５…ＳｉＮ層３…ＳｉＯ₂層４，５，７１，１３１，１４１…第１のマーク２１…反射防止膜２２，７７…フォトレジスト２３，２４，７２，１３２，１４２…第２のマーク３１…第２のマークに起因する２次電子信号３２…第１のマークに起因する２次電子信号４１，７３，１１１，１１１’，１３３，１４３，１４
４…電子線照射領域５１，５２…１組のマーク６１…帯電痕７５…反射防止膜

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にパターンの基準となる第１のマ
ークを形成する工程と、前記第１のマークを含めた前記基板上に、表面が平坦な
平坦層を形成する工程と、前記第１のマークに対してリソグラフィ技術を用いて位
置合わせ露光を行い、該第１のマークとの相対位置の計
測に用いる第２のマークを前記平坦層上に形成する工程
と、少なくとも前記第１のマークの一部を含む領域に対して
第１の電子線を照射して該第１のマークとその周辺部に
対して異なる帯電量を生ぜしめる工程と、前記第１のマークの少なくとも一部と前記第２のマーク
の少なくとも一部を含む領域に対して第２の電子線を走
査して２次電子の信号を位置の関数として取得する工程
と、前記２次電子の信号から前記第１及び第２のマークの代
表位置をそれぞれ求め、これら両代表位置の差を算出す
る工程とを含むことを特徴とする合わせずれ検査方法。
【請求項２】前記第１の電子線は、全２次電子放出効
率が１以下となる入射エネルギーにより照射することを
特徴とする請求項１に記載の合わせずれ検査方法。
【請求項３】前記第２の電子線の走査が、前記第１の
電子線を照射する工程を兼ねることを特徴とする請求項
１に記載の合わせずれ検査方法。
【請求項４】前記第１の電子線の照射領域における走
査方向の幅が、走査方向に対して垂直な方向の幅よりも
長いことを特徴とする請求項１に記載の合わせずれ検査
方法。
【請求項５】前記第１の電子線を照射する工程におけ
る該第１の電子線は、前記第２のマークを横切るよう
に、かつ反対方向に交互に走査することを特徴とする請
求項１に記載の合わせずれ検査方法。
【請求項６】前記第１及び第２のマークのそれぞれが
少なくとも２方向の合わせずれを計測するものであっ
て、合わせずれを計測する方向に対して垂直な方向に配
置された線状のまたは帯状の平面形状を有し、かつ各方
向の合わせずれを計測する前記第１及び第２のマークの
中心位置が設計上異なる位置に配置されていることを特
徴とする請求項３に記載の合わせずれ検査方法。
【請求項７】前記第１及び第２のマークの代表位置の
差を算出する工程の後に、該算出した差と所定のしきい
値との大小を判定し、該算出した差が該所定のしきい値
よりも大きい場合には前記第２のマークを除去して再度
前記第２のマークを形成して前記第１のマークと該第２
のマークの代表位置の差を算出し、所定のしきい値との
大小を判定する工程を繰り返し行い、該算出した差が該
所定のしきい値よりも小さい場合には前記第２のマーク
を除去して前記平坦層上に所望のパターンを形成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の合わせずれ検査方法を
用いた半導体装置の製造方法。
【請求項８】基板上の平坦な層の下に形成された第１
のマークと、該平坦な層の上に露出して形成された第２
のマークの各エッジを横切る領域に電子線を照射して２
次電子信号波形を取得する工程と、前記２次電子信号波形のうち、第１及び第２のマークの
少なくとも一方の極大又は極小位置に対して非対称な関
数で近似する工程と、前記非対称な関数に基づいて第１及び第２のマークの代
表位置を求め、該代表位置に基づいて該第１のマークと
該第２のマークの位置ずれ量を算出する工程とを含むこ
とを特徴とする合わせずれ検査方法。
【請求項９】前記２次電子信号波形から得られる第１
のマーク周辺における波形は、極大又は極小位置近傍に
おける信号強度の変化が急峻な波形をピーク波形、該ピ
ーク波形から極大又は極小位置より離れていく方向に得
られる波形をベースライン波形とした場合に、前記ピー
ク波形が極大又は極小位置に関して非対称であることを
特徴とする請求項８に記載の合わせずれ検査方法。
【請求項１０】前記２次電子信号波形から得られる第
１のマーク周辺における波形は、極大又は極小位置近傍
における信号強度の変化が急峻な波形をピーク波形、該
ピーク波形から極大又は極小位置より離れていく方向に
得られる波形をベースライン波形とした場合に、前記ベ
ースライン波形が極大又は極小位置に関して非対称であ
ることを特徴とする請求項８に記載の合わせずれ検査方
法。
【請求項１１】前記２次電子信号波形から得られる第
２のマーク周辺における波形は、第２のマークのエッジ
部分に対応して２つの極大及び極小を有し、各エッジ部
分の該極大及び極小の間の少なくとも一部の信号波形を
１次関数に近似して該第２のマークの代表位置を算出す
ることを特徴とする請求項８に記載の合わせずれ検査方
法。
【請求項１２】前記第１のマークの代表位置の算出の
際に、前記ベースライン波形を直線に漸近する関数を用
いて近似することを特徴とする請求項９又は１０に記載
の合わせずれ検査方法。
【請求項１３】該２次電子信号波形に対して微分処理
を施すことにより微分波形を取得し、該微分波形のゼロ
点、又は極大点及び極小点から得られる基準点を求め、
これらゼロ点又は基準点を第１のマークの前記非対称な
関数への近似の際の初期値として用いることを特徴とす
る請求項８に記載の合わせずれ検査方法。
【請求項１４】コンピュータに、電子線を用いた合わ
せずれ検査を行う機能を実現するための合わせずれ検査
プログラムを記録した記録媒体において、基板上の平坦な層の下に形成された第１のマークと、該
平坦な層の上に露出して形成された第２のマークを横切
るように電子線を照射して２次電子信号情報を取得して
記憶部に格納する機能と、格納された前記２次電子信号情報のうち、第１及び第２
のマークの少なくとも一方の極大又は極小位置に対して
非対称な関数で近似する機能と、前記非対称な関数に基づいて前記第１及び第２のマーク
の代表位置を求め、該代表位置に基づいて該第１のマー
クと該第２のマークの位置ずれ量を算出する機能とを実
現するための合わせずれ検査プログラムを記録した記録
媒体。
【請求項１５】基板上の平坦な層の下に形成された第
１のマークと、該平坦な層の上に露出して形成された第
２のマークの各エッジを横切る領域に電子線を照射して
２次電子信号波形を取得する工程と、前記２次電子信号波形に基づいて、前記第１及び第２の
マークより得られる信号の代表位置を求め、該代表位置
に基づいて該第１及び第２のマークの中心位置を算出す
る工程と、前記第１及び第２のマークの中心位置の差を算出する工
程と、前記第１及び第２のマークの代表位置と設計値とを比較
して倍率補正の係数を取得する工程と、前記倍率補正の係数を前記第１及び第２のマークの中心
位置の差に乗ずる工程とを含むことを特徴とする合わせ
ずれ検査方法。
【請求項１６】前記電子線の照射及び２次電子信号波
形の取得は、前記電子線を走査させて２以上の異なる部
位において行い、前記倍率補正の係数は、該２以上の部
位において行った２次電子信号波形に基づいて求めるこ
とを特徴とする請求項１５に記載の合わせずれ検査方
法。
【請求項１７】前記第１及び第２のマークはそれぞれ
平行であり、これら第１及び第２のマークに平行な基準
線に対して線対称に配置されてなることを特徴とする請
求項１５に記載の合わせずれ検査方法。
【請求項１８】前記第１及び第２のマークはともに２
以上の方向の位置ずれを計測可能なマークを有し、各方
向を計測する第１及び第２のマークはそれぞれ長手方向
が異なる方向に配置されてなり、かつ２次電子信号波形
の取得のために照射される電子線の照射領域を、該２以
上の方向に配置されたマークの各エッジを横切るように
任意の角度の帯状領域に設定することを特徴とする請求
項１５に記載の合わせずれ検査方法。