JP6362827B2 - Alignment measuring apparatus and alignment measuring method - Google Patents

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本発明は、基板上に形成された複数レイヤー上のパターン間のアライメントを測定するアライメント測定装置およびアライメント測定方法に関するものである。   The present invention relates to an alignment measuring apparatus and an alignment measuring method for measuring alignment between patterns on a plurality of layers formed on a substrate.

近年、半導体デバイスはムーアの法則に合うように年々微細化を繰り返しデバイスサイズが20nmを切るようになってきた。この傾向は6nm程度までは続くと言われている。半導体デバイスはシリコン基板上に、能動デバイスであるトランジスタを形成した後、そのトランジスタを動作させるための配線を形成するために、絶縁体薄膜と導体薄膜を繰り返しサンドイッチした構造を持つ。最先端半導体デバイスは、厚みや材料が違う数十層ものレイヤーを有すものもある。それぞれのレイヤーは配線なので、お互いの位置関係が正しく保たれ電気的に接続されて、始めて半導体デバイスとして機能する。最先端のデバイスではレイヤーの相対位置関係は数nmの精度で保たれている必要がある。   In recent years, semiconductor devices have been miniaturized year by year to meet Moore's Law, and the device size has come to fall below 20 nm. This tendency is said to continue up to about 6 nm. A semiconductor device has a structure in which after forming a transistor as an active device on a silicon substrate, an insulator thin film and a conductor thin film are repeatedly sandwiched in order to form wiring for operating the transistor. Some state-of-the-art semiconductor devices have dozens of layers with different thicknesses and materials. Since each layer is a wiring, it can function as a semiconductor device only when the positional relationship between the layers is properly maintained and electrically connected. In the state-of-the-art device, the relative positional relationship between layers needs to be maintained with an accuracy of several nanometers.

最下層レイヤーはシリコン基板であり、イオン注入、拡散工程によってトランジスタが作り込まれている。トランジスタは3端子素子なのでトランジスタに制御電圧を加えるためのゲート、電流を流すためのソース、ドレインがあり、それらがコンタクトホールで第1配線層に繋がっている。コンタクトホールはプラグと呼ばれる導電物質で満たされている。一般にプラグはその後の高温熱処理に耐えられるように高融点金属材料が多く使用されており、タングステンやWSi、ポリシリコン、あるいはアルミや銅で出来ている。   The lowermost layer is a silicon substrate, and transistors are formed by ion implantation and diffusion processes. Since the transistor is a three-terminal element, it has a gate for applying a control voltage to the transistor, a source for draining current, and a drain, which are connected to the first wiring layer through contact holes. The contact hole is filled with a conductive material called a plug. In general, the plug is made of a high melting point metal material so that it can withstand a subsequent high-temperature heat treatment, and is made of tungsten, WSi, polysilicon, aluminum, or copper.

第1配線層で個々のトランジスタは完成する。第2配線層は、それぞれのトランジスタ端子を結んでインバーターや単純なアンプなどを構成するように短い配線が行われる。第3配線層では上記素子を結んで単位論理回路が構成される。第4の配線層では単位論理回路を結んで機能回路ブロックが構成される。このように配線層が上がるに従ってより複雑な論理回路等が構成され、最終的に半導体デバイスが成立する。   Individual transistors are completed in the first wiring layer. In the second wiring layer, short wiring is performed so that each transistor terminal is connected to form an inverter, a simple amplifier, or the like. In the third wiring layer, a unit logic circuit is configured by connecting the above elements. In the fourth wiring layer, functional circuit blocks are configured by connecting unit logic circuits. As the wiring layer goes up in this way, a more complicated logic circuit or the like is configured, and a semiconductor device is finally formed.

最先端半導体デバイスはGHzオーダーの超高速動作を行う。動作速度はトランジスタのゲート容量を満たすスピードで決定される。高速化には大電流供給を必要とするため、電源を供給するためだけの配線層も沢山存在する。   State-of-the-art semiconductor devices perform ultra-high speed operation on the order of GHz. The operation speed is determined by a speed that satisfies the gate capacitance of the transistor. Since high speed requires a large current supply, there are many wiring layers only for supplying power.

最近は銅配線がエレクトロマイグレーション耐性が大きいため従来のアルミ配線に代わって使用されることが多い。これら材料の異なる配線層はめっきやCMPなどを利用したダマシンプロセスで作られる。フラッシュメモリーやCCDなどは、動作電圧が異なったトランジスタが同一チップ上に存在する場合があるため、電源電圧毎に配線層が存在する場合がある。   Recently, copper wiring is often used in place of conventional aluminum wiring because of its high resistance to electromigration. These wiring layers made of different materials are produced by a damascene process using plating or CMP. In a flash memory, a CCD, or the like, there are cases where transistors having different operating voltages exist on the same chip, and therefore there may be a wiring layer for each power supply voltage.

新しいレイヤーは別のパターンを持った配線なので、新しいレイヤーを作る度に光リソグラフィー等によるパターニングプロセスが存在する。   Since the new layer is a wiring having a different pattern, there is a patterning process such as photolithography every time a new layer is formed.

従来は、レイヤー間のパターン(配線など)の位置合わせを行うために、スクライブラインに回路とは無関係なアライメント用のボックス イン ボックス パターンを設け、それに光を照射してCCDカメラ等で撮像して位置合わせを行うことが行われてきた。   Conventionally, in order to align patterns (wiring, etc.) between layers, a scribe line is provided with a box-in-box pattern for alignment that is unrelated to the circuit. Alignment has been done.

しかしながら、上述した従来のCCDカメラ等で撮像して位置あわせを行う方法では、アライメント用のパターンサイズは10ミクロン以上と非常に大きく場所を取るという問題があった。   However, the above-described method of performing image alignment using a conventional CCD camera or the like has a problem that the pattern size for alignment takes a very large area of 10 microns or more.

また、デバイスの最小フィーチャーサイズが20nm以下と非常に小さくなってきたために、目標パターンの非対称性誤差など従来の光方式ではアライメントを取る時の誤差が大きすぎ、半導体デバイスが正確に作ることができないという不具合が報告されるようになってきたという問題が発生した。   In addition, since the minimum feature size of the device has become very small, such as 20 nm or less, the conventional optical method such as the asymmetry error of the target pattern has too much error in alignment, and the semiconductor device cannot be made accurately. The problem that came to be reported has been reported.

本発明は、前記不具合を解消し、微細化が進んだ半導体デバイスの正確なレイヤー間アライメントを実現する装置および方法を提供する。   The present invention provides an apparatus and method for solving the above problems and realizing accurate inter-layer alignment of semiconductor devices that have been miniaturized.

そのため、本発明は、基板上に形成された複数レイヤー上のパターン間のアライメントを測定するアライメント測定装置において、基板上に形成された複数レイヤーのうちのアライメント対象のパターンの位置に、当該基板を移動して位置づける移動手段と、位置づけた状態で、細く絞った電子線ビームを照射しつつ走査する走査手段と、走査手段で電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、基板上に形成された複数レイヤーのうちの上層のパターンの画像を取得する上層画像取得手段と、走査手段で電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、基板上に形成された複数レイヤーのうちの下層のパターンの画像を取得する下層画像取得手段と、取得した上層のパターンと上記下層のパターンとの位置すれ量を測定する測定手段とを備えるように構成する。   Therefore, the present invention provides an alignment measuring apparatus that measures alignment between patterns on a plurality of layers formed on a substrate, and places the substrate at the position of a pattern to be aligned among the plurality of layers formed on the substrate. A moving means for moving and positioning, a scanning means for scanning while irradiating a finely focused electron beam in the positioned state, and a scanning means for irradiating the electron beam with the scanning means and formed on the substrate An upper layer image acquisition unit that acquires an image of an upper layer pattern of a plurality of layers, and an image of a lower layer pattern of the plurality of layers formed on the substrate while being scanned while being irradiated with an electron beam by the scanning unit A lower layer image acquisition means for acquiring the image and a measurement means for measuring the amount of positional deviation between the acquired upper layer pattern and the lower layer pattern. It is configured.

この際、下層のパターンの画像として、細く絞った電子線ビームを照射しつつ走査したときに基板に流れる基板電流を検出して下層のパターンの画像を取得するようにしている。   At this time, as an image of the lower layer pattern, a substrate current flowing in the substrate when scanning is performed while irradiating a finely focused electron beam, and an image of the lower layer pattern is acquired.

また、上層のパターンの画像として、細く絞った電子線ビームを照射しつつ走査したときに上層のパターンから放出される2次電子あるいは上層のパターンで反射した反射電子を検出して上層のパターンの画像を取得するようにしている。   Also, as an image of the upper layer pattern, secondary electrons emitted from the upper layer pattern or reflected electrons reflected by the upper layer pattern are detected when scanning while irradiating a narrowly focused electron beam, and the upper layer pattern is detected. I try to get an image.

また、取得した上層のパターンと下層のパターンとの位置すれ量を測定し、予め設定した許容値と比較して許容値内のときにアライメントが良、許容値外のときにアライメントが不良と判定するようにしている。   In addition, the amount of displacement between the acquired upper layer pattern and lower layer pattern is measured, and compared with a preset tolerance value, the alignment is good when it is within the tolerance value, and the alignment is judged as bad when it is outside the tolerance value Like to do.

また、アライメント不良と判定された場合に、基板上の露光・現像済のレジストを剥離し、レジスト塗布、露光、現像をやり直す指示するようにしている。   Further, when it is determined that the alignment is defective, the exposed / developed resist on the substrate is peeled off, and the resist coating, exposure, and development are instructed again.

また、上層のパターンと、下層のパターンとのサイズをそれぞれ測定して設計値とそれぞれ比較し、上層のパターンと下層のパターンとの露光装置の縮小率を算出あるいは両者の縮小率の誤差を算出するようにしている。   Also, measure the size of the upper layer pattern and the lower layer pattern and compare each with the design value to calculate the reduction rate of the exposure device between the upper layer pattern and the lower layer pattern, or calculate the error of the reduction rate of both Like to do.

また、下層のパターンであるコンタクトあるいはビアホールのパターンの底から取得した当該コンタクトあるいはビアホールの底の下層画像と、上層のパターンであるコンタクトあるいはビアホールに接するように配置されたパターンの上層画像との位置関係を測定し、予め設定した許容値をもとにコンタクトホールあるいはビアホールのプロセスの良否を判定するようにしている。   Also, the position of the lower layer image of the bottom of the contact or via hole acquired from the bottom of the contact or via hole pattern as the lower layer pattern and the upper layer image of the pattern arranged so as to be in contact with the contact or via hole as the upper layer pattern The relationship is measured, and the quality of the contact hole or via hole process is determined based on a preset allowable value.

また、上層のパターンと下層のパターンとの位置すれ量は、露光装置で基板上に露光するショット毎の領域でそれぞれ測定するようにしている。   Further, the amount of displacement between the upper layer pattern and the lower layer pattern is measured in each shot area exposed on the substrate by the exposure apparatus.

また、電子線ビームの加速電圧を可変し、最良のコントラストを有する下層のパターンの画像を取得するようにしている。   Further, the acceleration voltage of the electron beam is varied to acquire an image of the lower layer pattern having the best contrast.

本発明は、基板上に形成された複数レイヤー上のパターン間のアライメントを測定するアライメント測定装置において、基板上に形成された複数レイヤーのうちのアライメント対象の上層のパターンと下層のパターンとの位置ずれを測定することにより、複数レイヤー上のパターン間の位置ずれ量を迅速かつ確実に測定することが可能となる。   The present invention relates to an alignment measuring apparatus that measures alignment between patterns on a plurality of layers formed on a substrate, and positions of an upper layer pattern and a lower layer pattern to be aligned among the plurality of layers formed on the substrate. By measuring the deviation, it is possible to quickly and reliably measure the amount of positional deviation between patterns on a plurality of layers.

例えば、現像された直後のレジスト構造物(パターン)が形成された状態でレジスト構造物とその下に埋もれている下部配線との位置ずれの大きさおよび方向を非破壊に定量的に把握できる。利用電子エネルギーが低く、電流も小さいのでトランジスタを損傷することが無い。   For example, the size and direction of positional deviation between the resist structure and the lower wiring buried under the resist structure (pattern) immediately after development can be quantitatively grasped in a non-destructive manner. Since the electron energy used is low and the current is small, the transistor is not damaged.

再露光する際に露光装置のアライメント量調整に本発明の測定装置の出力データを与えることで、正しくアライメントした露光結果をウェハー全面で得ることが出来るようになる。このようなリワークにより、廃棄ウエハーが減少して半導体デバイスの歩留まりは高くなり、半導体工場の効率は高くなり、より多くの利益を上げることが出来るようになる。   By providing the output data of the measuring apparatus of the present invention for adjusting the alignment amount of the exposure apparatus during re-exposure, it becomes possible to obtain a correctly aligned exposure result on the entire wafer surface. By such rework, the number of discarded wafers is reduced, the yield of semiconductor devices is increased, the efficiency of the semiconductor factory is increased, and more profits can be made.

SACプロセスにおいて、リーク原因を突き止めかつ、それを防止できるようにプロセス条件最適化に利用できる。歩留まり改善につながり、利益の向上効果がある。   In the SAC process, it can be used for optimizing process conditions so that the cause of leakage can be identified and prevented. It leads to yield improvement and has the effect of improving profits.

多層配線プロセスにおいても上記効果があり、配線のレイアウトマージンを正確に把握できるとともに、プロセス改善や回路配線デザインの改善を通じて半導体デバイスの製造歩留まりを向上させることが出来る。   In the multilayer wiring process, the above-described effects can be obtained. The wiring layout margin can be accurately grasped, and the manufacturing yield of semiconductor devices can be improved through process improvement and circuit wiring design improvement.

従来の光装置のように特別に測定のための大きなパターンを置くことも必要ないので、デバイス作製領域を増やすことができる。実際に動作する半導体素子のアライメント状況を直接測定できるので、最終的に得られるデバイス電気特性と相関が容易でプロセス改善を効率よく遂行できる。特にSACにおけるリーク発見など有効である。   Since it is not necessary to place a large pattern for measurement as in the conventional optical apparatus, it is possible to increase the device manufacturing area. Since it is possible to directly measure the alignment state of the actually operating semiconductor element, it is easy to correlate with the finally obtained device electrical characteristics, and the process improvement can be performed efficiently. This is particularly effective for leak detection in SAC.

本発明は、基板上に形成された複数レイヤー上のパターン間のアライメントを測定するアライメント測定装置において、基板上に形成された複数レイヤーのうちのアライメント対象の上層のパターンと下層のパターンとの位置ずれを測定し、複数レイヤー上のパターン間の位置ずれ量を迅速かつ確実に測定することを実現した。   The present invention relates to an alignment measuring apparatus that measures alignment between patterns on a plurality of layers formed on a substrate, and positions of an upper layer pattern and a lower layer pattern to be aligned among the plurality of layers formed on the substrate. By measuring the deviation, we realized that the amount of positional deviation between patterns on multiple layers can be measured quickly and reliably.

図1は、本発明の1実施例構成図を示す。図1は電子ビームをサンプル9に照射して生じた基板電流を利用して層間アライメントを実現する手段を開示するものである。   FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 1 discloses a means for realizing interlayer alignment using a substrate current generated by irradiating a sample 9 with an electron beam.

図1において、電子銃1は、電子ビーム3を発生するものであって、例えばW, LaB6などで作成した陰極を加熱したいわゆる熱エミッターや、ZrO/W TFEエミッター,あるいはW、CNTなどの冷陰極エミッターなど世の中で知られている色々なエミッターを用いたものである。電子銃1に高圧を加えるための高圧電源12があり、所望のエネルギー(加速電圧に対応するエネルギー)をもった電子ビーム3を取り出すことができる。   In FIG. 1, an electron gun 1 generates an electron beam 3, which is a so-called thermal emitter in which a cathode made of, for example, W or LaB6 is heated, a ZrO / W TFE emitter, or a cold cathode such as W or CNT. Various emitters such as cathode emitters known in the world are used. There is a high voltage power source 12 for applying a high voltage to the electron gun 1, and an electron beam 3 having a desired energy (energy corresponding to an acceleration voltage) can be taken out.

高圧電源12は、電子銃1から放出された電子を加速する高電圧を発生して印加する公知のものである。   The high-voltage power supply 12 is a known one that generates and applies a high voltage for accelerating electrons emitted from the electron gun 1.

電子ビームコラム2は、電子銃1から放出された電子ビーム3を集束レンズで集束し、更にサンプル9の面上に対物レンズで細く絞った状態で走査コイルにより当該絞った電子ビーム3を面走査する公知のものである。   The electron beam column 2 focuses the electron beam 3 emitted from the electron gun 1 with a focusing lens, and further scans the focused electron beam 3 with a scanning coil in a state where the electron beam 3 is narrowed with the objective lens on the surface of the sample 9. It is a publicly known thing.

電子ビーム3は、電子銃1から放出された電子ビームである。   The electron beam 3 is an electron beam emitted from the electron gun 1.

電子検出装置4は、サンプル9の面上を細く絞った電子ビーム3で平面走査しつつ走査したときに放出される2次電子や反射した反射電子を検出・増幅するものであって、例えば公知のMCPなどの電子検出装置である。   The electron detector 4 detects and amplifies secondary electrons and reflected backscattered electrons that are emitted while scanning the surface of the sample 9 while scanning the surface with a narrowly focused electron beam 3. An electronic detection device such as MCP.

真空チャンバー5は、サンプル9、XYステージ6などを真空中に保持する容器であって、真空ポンプ11によって真空に排気されるものである。   The vacuum chamber 5 is a container for holding the sample 9, the XY stage 6 and the like in a vacuum, and is evacuated to a vacuum by a vacuum pump 11.

XYステージ6は、サンプル9(例えばウェハなど)をX、Y方向に精密に移動させるものであって、レーザー距離測定装置10によって精密に位置制御されるものである。   The XY stage 6 precisely moves the sample 9 (for example, a wafer) in the X and Y directions, and is precisely controlled by the laser distance measuring device 10.

ステージ制御装置7は、XYステージ6を移動制御するものである。   The stage controller 7 controls the movement of the XY stage 6.

プレート8は、XYステージ6上にサンプル9を絶縁した状態で保持し、当該サンプル9に電子ビーム3が流れたときの電流(基板電流)を測定するためのものであって、当該プレート8は電流アンプ22に接続して微小電流を増幅するためのものである。   The plate 8 is for holding the sample 9 in an insulated state on the XY stage 6 and for measuring the current (substrate current) when the electron beam 3 flows through the sample 9. This is for amplifying a minute current by connecting to the current amplifier 22.

サンプル9は、細く絞った電子ビーム3で平面走査し、複数レイヤー中の上層パターンの画像、および下層パターンの画像を取得してパターンの位置づけを測定する対象のサンプルであって、例えばウェハー91などである。   A sample 9 is a sample to be subjected to plane scanning with a finely focused electron beam 3 to acquire an image of an upper layer pattern and an image of a lower layer pattern in a plurality of layers and measure the positioning of the pattern. For example, a wafer 91 or the like It is.

レーザー距離測定装置10は、XYステージ6の移動を精密に測定する公知のものである。   The laser distance measuring device 10 is a known device that accurately measures the movement of the XY stage 6.

真空ポンプ11は、真空チャンバー(試料室)5を真空に排気するものである。   The vacuum pump 11 exhausts the vacuum chamber (sample chamber) 5 to a vacuum.

電流アンプ21,22は、微小電流を増幅するアンプ(前置アンプ)である。   The current amplifiers 21 and 22 are amplifiers (preamplifiers) that amplify a minute current.

AD23は、電流アンプ21,22で増幅された画像信号(上層、下層のパターンの画像信号)をデンタルの信号にAD変換するもののである。   The AD 23 AD-converts the image signals (upper and lower pattern image signals) amplified by the current amplifiers 21 and 22 into dental signals.

PC24は、パソコンであって、プログラムに従い各種制御、処理を行うものあって、ここでは、移動手段25、走査手段26、画像取得手段27、測定手段28、評価手段29などから構成されるものである。   The PC 24 is a personal computer that performs various types of control and processing according to a program. Here, the PC 24 includes a moving unit 25, a scanning unit 26, an image acquiring unit 27, a measuring unit 28, an evaluating unit 29, and the like. is there.

移動手段25は、ステージ制御装置7を制御してXYステージ6を所定の位置に、レーザー距離測定装置10からの信号をもとに移動制御するものであって、CADデータをもとに測定対象のサンプル(ウェハー)8の所定位置に細く絞った電子ビーム3が走査されるように移動制御するものである。   The moving means 25 controls the stage control device 7 to control the movement of the XY stage 6 to a predetermined position on the basis of a signal from the laser distance measuring device 10, and is to be measured based on CAD data. The movement of the sample (wafer) 8 is controlled so that the electron beam 3 narrowly focused at a predetermined position is scanned.

走査手段26は、移動手段25によってサンプル(ウェハー)9の所定位置に細く絞った電子ビーム3が位置づけられた状態で、所定領域内を当該電子ビーム3で平面走査制御するものである。   The scanning unit 26 controls the plane scanning of the predetermined area with the electron beam 3 in a state where the electron beam 3 narrowed to a predetermined position of the sample (wafer) 9 is positioned by the moving unit 25.

画像取得手段27は、走査手段26によってサンプル9の所定領域が平面走査されたときに放出された2次電子を検出増幅した電流、およびプレート8(基板)に流れた電流をもとに2次電子画像(上層画像)、反射電子画像(上層画像)、基板電流画像(下層画像)などを取得して蓄積するものである(後述する)。   The image acquisition unit 27 detects a secondary electron emitted when a predetermined region of the sample 9 is planarly scanned by the scanning unit 26 and a secondary current based on a current flowing through the plate 8 (substrate). An electronic image (upper layer image), a reflected electronic image (upper layer image), a substrate current image (lower layer image), and the like are acquired and stored (described later).

測定手段28は、画像取得手段27によって取得した上層画像(2次電子画像、反射電子画像)と、下層画像(基板電流画像)とを比較し、パターン間の位置ずれや、パターンの縮小率などを測定するものである(後述する)。   The measuring unit 28 compares the upper layer image (secondary electron image, reflected electron image) acquired by the image acquiring unit 27 with the lower layer image (substrate current image), and a positional deviation between patterns, a pattern reduction rate, etc. Is measured (described later).

評価手段29は、測定手段28によって測定したパターン間の位置すれ、パターンの縮小率などをもとに、予め設定した設定値との差異をもとに良、不良などを評価するものである(後述する)。   The evaluation means 29 evaluates good or bad based on the difference from a preset value based on the position between patterns measured by the measuring means 28, the reduction rate of the pattern, etc. ( Will be described later).

測定データ蓄積手段30は、測定手段28で測定した測定値(パターン間の位置すれ、パターンの縮小率などの測定データ)を蓄積するものである(後述する)。   The measurement data accumulating unit 30 accumulates the measurement values (measurement data such as a position between patterns and a pattern reduction ratio) measured by the measurement unit 28 (described later).

CADデータ蓄積手段31は、設計データであるCADデータを蓄積したものである。   The CAD data storage means 31 stores CAD data that is design data.

露光装置32は、ウェハー(サンプル9)にパターンを順次露光する装置である。露光装置を用いて基板上(あるいは既に形成したパターン上)に膜形成(導電性、絶縁性の膜を形成)、レジスト塗布、露光、現像、エッチングなどを繰り返し、基板上にパターンをそれぞれ持つ複数のレイヤー(層)を形成するための露光装置である。   The exposure device 32 is a device that sequentially exposes a pattern on a wafer (sample 9). A plurality of patterns each having a pattern on the substrate by repeatedly performing film formation (forming a conductive or insulating film) on the substrate (or an already formed pattern) using an exposure apparatus, resist coating, exposure, development, etching, etc. It is the exposure apparatus for forming the layer (layer).

以上の構成のもとで、その動作を簡単に説明する。   The operation of the above configuration will be briefly described.

(1)電子銃1で発生した電子ビーム3は設定されたエネルギーに加速され、コンデンサレンズ等で所望の電流量になるように調整され、対物レンズで所望のスポットサイズに収束された後サンプル9に照射される。サンプル9に電子ビーム3が照射されるとサンプル9の構造、材料に依存した2次電子や反射電子等が発生する。本発明ではサンプル9の表面で発生した2次電子や反射電子を検出して電気信号に変換するのはもちろんのこと、同時に生じるサンプル9を搭載したプレート8に流れる基板電流を測定する。実際の測定系には色々な遅延があるため、時間シフト機能を用いて両者の時間的な遅れの同期を取る。   (1) The electron beam 3 generated by the electron gun 1 is accelerated to the set energy, adjusted to a desired current amount by a condenser lens or the like, and converged to a desired spot size by the objective lens and then sample 9 Is irradiated. When the sample 9 is irradiated with the electron beam 3, secondary electrons and reflected electrons depending on the structure and material of the sample 9 are generated. In the present invention, the secondary electrons and reflected electrons generated on the surface of the sample 9 are detected and converted into electric signals, and the substrate current flowing in the plate 8 on which the sample 9 is generated is measured at the same time. Since there are various delays in the actual measurement system, the time delay is synchronized using the time shift function.

(2)2次電子信号あるいは反射電子信号はMCPや電子増倍管、シンチレータ式の光電子増倍管あるいは半導体電子増幅器である電子検出装置4で増幅し電気信号とする。   (2) The secondary electron signal or the reflected electron signal is amplified by an electron detection device 4 which is an MCP, an electron multiplier, a scintillator photomultiplier or a semiconductor electron amplifier to be an electric signal.

(3)一方、基板電流はサンプル9が導電体試料の場合は、プレート8を導電性であるサンプル9に接触させることにより基板電流を導く回路を形成し、超高速電流電圧変換アンプ(電流アンプ23)て電気信号に変換する。サンプル9が導電性を持たない場合には、サンプル9の裏面、側面等に大きな電極であるプレート8を接触させ、出来るだけ大きな電気容量を形成して、基板電流を電流アンプ22に導く。本発明で測定される基板電流量はpAからnAレベルの信号であるため、サンプル9との間に電気容量を設けることで、実質的に損失なく基板電流を測定することが出来る。必要によっては、照射する電子ビーム3を1つのピクセル照射期間中に変調する、例えば交流、間欠的、パルス状にしても良い。このようにすれば、非常に小さな電気容量の形成により十分に信号が電流アンプ22に導ける。この場合には、得られた基板電流信号を整流あるいは絶対値処理した後適切なオフセット処理するなどして輝度信号に変換する。基板電流は非常に小さく帯域が広いので、ノイズに弱い。インピーダンス変換を兼ねた微小電流電圧変換アンプ(電流アンプ22)はシールド効果のある真空チャンバー5の中に設けることが望ましい。空気中に置くときは完全にシールドを行う。電流アンプ22の冷却はノイズを減らす効果がある。   (3) On the other hand, when the sample 9 is a conductor sample, a substrate current is formed by bringing the plate 8 into contact with the conductive sample 9 to form a circuit for guiding the substrate current. 23) and converted into an electric signal. When the sample 9 is not conductive, the plate 8 that is a large electrode is brought into contact with the back surface, side surface, and the like of the sample 9 to form a capacitance as large as possible, and the substrate current is guided to the current amplifier 22. Since the substrate current amount measured in the present invention is a signal from pA to nA level, the substrate current can be measured substantially without loss by providing an electric capacity between the sample 9 and the sample 9. If necessary, the electron beam 3 to be irradiated may be modulated during one pixel irradiation period, for example, alternating current, intermittent, or pulsed. In this way, a signal can be sufficiently guided to the current amplifier 22 by forming a very small electric capacity. In this case, the obtained substrate current signal is rectified or subjected to absolute value processing and then converted to a luminance signal by performing appropriate offset processing. The substrate current is very small and wide, so it is vulnerable to noise. It is desirable to provide a minute current-voltage conversion amplifier (current amplifier 22) that also serves as impedance conversion in the vacuum chamber 5 having a shielding effect. Fully shield when placed in air. Cooling the current amplifier 22 has the effect of reducing noise.

(4)2次電子、反射電子および基板電流信号は高速アナログデジタル変換装置(AD23)でデジタル信号に変換された後、PC23に入力される。もちろんPC23内蔵のADコンバーターを利用しても良い。それぞれの信号タイミングが同時性を満たすように、ハードあるいはソフトウエアーで取得信号の時間軸をシフトさせる機能を有する。   (4) Secondary electrons, reflected electrons, and substrate current signals are converted into digital signals by a high-speed analog-digital converter (AD23) and then input to the PC 23. Of course, an AD converter built in the PC 23 may be used. It has a function of shifting the time axis of the acquired signal by hardware or software so that each signal timing satisfies simultaneity.

(5)一方、サンプル9の位置あるいは電子ビーム3の走査振幅が0の時の電子ビーム着地点はXYステージ6にに固定された反射鏡を用いてレーザー距離測定装置10によりレーザー距離測定が行われる。X、Y軸ともにMHzオーダーでリアルタイムに測定されており、例えば0.03nmの精度で絶対位置を知ることが出来る。これらのデータも前述の画像データを処理するためのPC24に入力される。   (5) On the other hand, at the position of the sample 9 or the electron beam landing point when the scanning amplitude of the electron beam 3 is 0, laser distance measurement is performed by the laser distance measuring device 10 using a reflecting mirror fixed to the XY stage 6. Is called. Both X and Y axes are measured in real time on the order of MHz, and the absolute position can be known with an accuracy of 0.03 nm, for example. These data are also input to the PC 24 for processing the aforementioned image data.

(6)サンプル9上の電子ビーム4の着地点の絶対位置はレーザー距離測定装置10の値に電子ビーム3の振り幅を加えた値として表現される。上記手段を通じて得られた画像中の位置はサンプル9の絶対位置に常に変換することが出来る。サンプル9はXYステージ6の上に乗せられており、ステージ制御装置7に移動情報を入力することで任意の位置に正確に移動制御することが出来る。   (6) The absolute position of the landing point of the electron beam 4 on the sample 9 is expressed as a value obtained by adding the amplitude of the electron beam 3 to the value of the laser distance measuring device 10. The position in the image obtained through the above means can always be converted to the absolute position of the sample 9. The sample 9 is placed on the XY stage 6 and can be accurately controlled to be moved to an arbitrary position by inputting movement information to the stage controller 7.

図2は、本発明の他の実施例構成図を示す。当該図2は、サンプル9を大気中(あるいは大気に近い圧力中)に配置した例を示す。ここで、図2で隔膜90を設けたこと、および図1の真空チャンバー5内を大気圧にした以外は、図1と同様であるので、説明を照射する。   FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an example in which the sample 9 is arranged in the atmosphere (or in a pressure close to the atmosphere). Here, since it is the same as FIG. 1 except that the diaphragm 90 is provided in FIG. 2 and the inside of the vacuum chamber 5 in FIG.

図2において、本発明では画像形成に基板電流を利用するため、通常のSEMのようにサンプル9に照射した電子ビーム3が生成する2次電子や反射電子が電子検出装置41のあるコラムまで到達する必要は必ずしもない。電子ビーム3がサンプル9に対して照射出来れば基板電流像が得られるため、空気中でさえ測定を行うことができる。   In FIG. 2, since the substrate current is used for image formation in the present invention, secondary electrons and reflected electrons generated by the electron beam 3 irradiated to the sample 9 reach a column where the electron detector 41 is located as in a normal SEM. You don't have to. Since the substrate current image can be obtained if the electron beam 3 can be applied to the sample 9, the measurement can be performed even in the air.

このような目的のためには、電子ビームコラム2の出口に電子ビーム3を通過し空気は流入しない隔膜90を設けることによって実現できる。電子ビームコラム2内の真空と大気圧の差圧に耐える必要があるので、薄くて丈夫な膜が必要である。視野は小さくて良いので、精々10ミクロンの開口に対して薄膜(隔膜90)が形成されていれば良い。例えば、数十nmから数百nmの非常に薄いアルミニウム薄膜やチタン薄膜、あるいはグラフェン等の炭素薄膜、ポリイミド等の有機薄膜等が利用できる。この膜を通過した電子ビーム3はサンプル9に照射され2次電子を発生させる。発生した2次電子は周辺の空気によって中和される。一方、中和された2次電子量に相当する基板電流が生じるためその電流を用いて画像を形成することができる。隔膜90の種類にもよるが、数キロから数10KV程度の加速電圧が望ましい。10KVをサンプル9に直接照射することが望ましくない場合は、サンプル9にバイアス電圧を加えることによって、所望の着地電圧を得ることが出来る。バイアス電圧を大きくすると、2次電子や反射電子は加速されて大きなエネルギーを持つため、空気中であっても2次電子や反射電子が電子ビームコラム2に到達する場合がある。そのような場合は、図1の実施例構成図と同じように2次電子や反射電子を同時に利用しても良い。   Such a purpose can be realized by providing a diaphragm 90 at the outlet of the electron beam column 2 through which the electron beam 3 passes and air does not flow. Since it is necessary to withstand the differential pressure between the vacuum in the electron beam column 2 and the atmospheric pressure, a thin and strong film is required. Since the visual field may be small, it is sufficient that a thin film (diaphragm 90) is formed with respect to an opening of at most 10 microns. For example, a very thin aluminum thin film or titanium thin film of several tens to several hundreds of nanometers, a carbon thin film such as graphene, an organic thin film such as polyimide, or the like can be used. The electron beam 3 that has passed through this film irradiates the sample 9 and generates secondary electrons. The generated secondary electrons are neutralized by the surrounding air. On the other hand, since a substrate current corresponding to the neutralized amount of secondary electrons is generated, an image can be formed using the current. Although depending on the type of the diaphragm 90, an acceleration voltage of about several kilos to several tens of kilovolts is desirable. When it is not desirable to directly irradiate the sample 9 with 10 KV, a desired landing voltage can be obtained by applying a bias voltage to the sample 9. When the bias voltage is increased, the secondary electrons and the reflected electrons are accelerated and have a large energy, so that the secondary electrons and the reflected electrons may reach the electron beam column 2 even in the air. In such a case, secondary electrons and reflected electrons may be used simultaneously as in the configuration diagram of the embodiment of FIG.

次に、図3のフローチャートの順番に従い、図1、図2の構成の動作を詳細に説明する。   Next, the operation of the configuration of FIGS. 1 and 2 will be described in detail according to the order of the flowchart of FIG.

図3は、本発明の動作説明フローチャートを示す。   FIG. 3 shows a flowchart for explaining the operation of the present invention.

図3において、S1は、グローパルアライメントを行う。これは、例えば後述する図4に示すように、サンプル9であるウェハー91上の所定位置に予め形成しておいたグローバルアライメントマークの画像を取得し、この取得した位置(グローバルアライメントマークの画像上の位置(レーザー距離測定装置10からの位置座標))をもとに、CADデータ上の当該グローバルアライメントマークの位置(CADデータ上の位置座標)との対応づけ(両座標系の対応付け)を行う。以降は、CADデータ上の座標で、サンプル9であるウェハの電子ビーム3の照射位置などの移動制御を行う。   In FIG. 3, S1 performs global alignment. For example, as shown in FIG. 4 to be described later, an image of a global alignment mark formed in advance at a predetermined position on a wafer 91 as a sample 9 is acquired, and the acquired position (on the image of the global alignment mark) is acquired. ) (Position coordinates from the laser distance measuring device 10)) and the association (correspondence between both coordinate systems) with the position of the global alignment mark on the CAD data (position coordinates on the CAD data). Do. Thereafter, movement control of the irradiation position of the electron beam 3 on the wafer which is the sample 9 is performed using coordinates on the CAD data.

以上によって、ウェハー上の図4の複数のグローバルアライメントマークをもとに、当該ウェハー上の位置と、CADデータ上の位置との対応付けが行われ、以降は、CADデータ上の位置(座標)をもとに所定パターンの位置に移動制御などすることが可能となる。   As described above, the position on the wafer and the position on the CAD data are associated with each other based on the plurality of global alignment marks in FIG. 4 on the wafer. Thereafter, the position (coordinates) on the CAD data. Based on the above, it becomes possible to control movement to a predetermined pattern position.

S2は、CADデータからウェハー測定点の位置座標を取得する。これにより、複数レイヤー上のパターン中の測定対象の位置座標(図4の原点からの距離と方向からなる位置座標)を取得でき、測定点に移動して測定する準備が完了したことなる。   In S2, the position coordinates of the wafer measurement point are acquired from the CAD data. As a result, the position coordinates of the measurement target in the pattern on the plurality of layers (position coordinates consisting of the distance and direction from the origin in FIG. 4) can be acquired, and preparation for moving to the measurement point and measuring is completed.

S3は、測定点にステージ移動する。これは、S2で取得した測定点の位置座標(図4の原点からの距離と方向)をもとに、ステージ6をレーザー距離測定装置10からの情報をもとに精密に当該測定点にサンプル(ウェハー)9を位置づける。   In S3, the stage is moved to the measurement point. This is based on the position coordinates (distance and direction from the origin in FIG. 4) of the measurement point acquired in S2, and the stage 6 is sampled precisely at the measurement point based on the information from the laser distance measuring device 10. (Wafer) 9 is positioned.

S4は、電子ビーム3を走査する。これは、S3で測定点に位置づけた状態で、所定領域範囲内を電子ビーム3で面走査する。   In S4, the electron beam 3 is scanned. In this state, the surface is scanned with the electron beam 3 in a predetermined area range in a state where the measurement point is positioned in S3.

S5は、2次電子像、反射電子像、基板電流像を取得する。これは、S4で電子ビーム3を測定点に位置づけた状態で所定領域内を平面走査したことに対応して、放出された2次電子、反射電子を電子検出装置4,41で検出、更に、ウェハーに向けて流れる基板電流をプレート8で検出し、2次電子像、反射電子像、基板電流像をそれぞれ取得し、一時的に蓄積する。   In S5, a secondary electron image, a reflected electron image, and a substrate current image are acquired. This corresponds to the scanning of the predetermined area in a state where the electron beam 3 is positioned at the measurement point in S4, and the emitted secondary electrons and reflected electrons are detected by the electron detection devices 4 and 41, The substrate current flowing toward the wafer is detected by the plate 8, and a secondary electron image, a reflected electron image, and a substrate current image are acquired and temporarily accumulated.

S6は、基板電流像が見えるか判別する。これは、S5で取得した基板電流像(サンプル9に流れる電流(あるいはプレート8に流れる電流)をもとに形成した基板電流像)が見えるか判別する。YESの場合には、測定点を中心とした所定領域内に測定対象の下層のパターンの基板電流像が見えたので、YESとなり、S10に進む。一方、見ない場合には、NOとなり、S7に進む。   In S6, it is determined whether a substrate current image is visible. This determines whether or not the substrate current image (the substrate current image formed based on the current flowing through the sample 9 (or the current flowing through the plate 8)) acquired in S5 is visible. In the case of YES, since the substrate current image of the lower layer pattern to be measured is seen in the predetermined area centered on the measurement point, the determination becomes YES and the process proceeds to S10. On the other hand, when not seeing, it becomes NO and progresses to S7.

S7は、S6のNOで基板電流画像が見えないと判明したので、加速電圧を上げ、複数レイヤー上の下層のパターンにまで電子ビーム3が届くように電子ビーム3の加速電圧を上げて透過率を大きくする。   In S7, it was found that the substrate current image could not be seen with NO in S6. Therefore, the acceleration voltage was increased, and the transmission voltage was increased by increasing the acceleration voltage of the electron beam 3 so that the electron beam 3 reaches the lower layer pattern on a plurality of layers. Increase

S8は、最大値か判別する。S7をの加速電圧を所定値づつ上げて電子ビーム3の加速電圧が最大値に到達してもやは上げることができなくなったか判別する。YESの場合には、加速電圧が高すぎで複数レイヤー上の下層のパターンを電子ビーム3が透過して見えないと判明したので、S9で逆に加速電圧を下げ、S5以降を繰り返す。そして、S9を繰り返して電子ビーム3の最小加速電圧に到達したときにエラーとして終了する。一方、NOの場合には、S5以降を繰り返す。   S8 determines whether the maximum value. The acceleration voltage in S7 is increased by a predetermined value to determine whether the acceleration voltage of the electron beam 3 can no longer be increased even when it reaches the maximum value. In the case of YES, since it has been found that the acceleration voltage is too high and the electron beam 3 cannot be seen through the lower layer pattern on the plurality of layers, the acceleration voltage is decreased in S9 and S5 and subsequent steps are repeated. When S9 is repeated and the minimum acceleration voltage of the electron beam 3 is reached, the process ends as an error. On the other hand, in the case of NO, S5 and subsequent steps are repeated.

以上のS5からS9を繰り返すことにより、ウェハーの基板電流像が見えないときは電子ビーム3の加速電圧を上げたり、下げたりして最適なコントラストの基板電流像が見えるように自動制御することが可能となる。   By repeating the above steps S5 to S9, when the substrate current image of the wafer is not visible, the acceleration voltage of the electron beam 3 can be increased or decreased to automatically control the substrate current image with the optimum contrast. It becomes possible.

S10は、S6のYESで基板電流像が見えたと判明したので、距離測定、アライメント情報を得る。これは、複数レイヤーの上層の測定対象のパターンの2次電子画像(あるいは反射電子画像)および下層のパターンの基板電流像の距離情報、位置すれなどのアライメント情報を得る。   In S10, since it is determined that the substrate current image is seen in S6 YES, distance measurement and alignment information are obtained. This obtains alignment information such as distance information and position information of the secondary electron image (or reflected electron image) of the pattern to be measured on the upper layer of the plurality of layers and the substrate current image of the lower layer pattern.

S11は、層間アライメント情報を得る(図8参照)。   In step S11, interlayer alignment information is obtained (see FIG. 8).

S12は、結果をディスプレイに表示する。これは、S11で得た層間アライメント情報をディスプレイに表示、例えば後述する図14に示すようにディスプレイに表示する。   S12 displays the result on the display. This displays the interlayer alignment information obtained in S11 on the display, for example, on the display as shown in FIG.

S13は、結果を露光装置32に転送する。これは、層間アライメント情報(例えば図14参照)を露光装置32に補正データとして転送し、層間アライメント情報で示された上層のパターンと、下層のパターンとの位置すれをショット毎に当該位置づれがゼロとなるように層(レイヤー)の露光時に位置補正を行い、修正する。これにより、何らかの原因による複数レイヤー上のパターンの層間パターンの位置すれを自動的に露光装置の当該レイヤー(層)の露光時に自動補正し、層間パターンの位置すれを補正(ゼロあるいは許容値以内)にすることが可能となる。   In step S <b> 13, the result is transferred to the exposure device 32. This is because interlayer alignment information (see, for example, FIG. 14) is transferred to the exposure apparatus 32 as correction data, and the positional shift between the upper layer pattern and the lower layer pattern indicated by the interlayer alignment information is adjusted for each shot. Correct the position by correcting the position when the layer is exposed to zero. This automatically corrects the position of the inter-layer pattern of the pattern on multiple layers due to some cause, and automatically corrects the position of the inter-layer pattern (zero or within tolerance) It becomes possible to.

図4は、本発明の説明図(その1)を示す。図4は、本発明のグローバルアライメントマークの例を示す。   FIG. 4 shows an explanatory diagram (part 1) of the present invention. FIG. 4 shows an example of the global alignment mark of the present invention.

図4において、ウェハー91は、図1、図2のサンプル9の例であって、座標系を一致させるための複数のグローバルアライメントマーク92を予め所定座標に設けたものであり、表面に複数レイヤーからなるパターン(位置すれ測定対象のパターン)が形成されているものである。   In FIG. 4, a wafer 91 is an example of the sample 9 in FIGS. 1 and 2, in which a plurality of global alignment marks 92 for matching the coordinate system are provided in advance at predetermined coordinates, and a plurality of layers are formed on the surface. (Pattern for measurement of displacement) is formed.

グローバルアライメントマーク92は、予め所定座標に複数形成したマークであって、ここでは、周辺に図示のように3点形成(更に、多数形成してもよい)したものである。   A plurality of global alignment marks 92 are formed in advance at predetermined coordinates, and here, three points are formed in the periphery as shown in the figure (more may be formed).

原点A、原点Bは、ウェハー91上の各パターンなどの位置を決める原点の例であって、例えば図示のようにウェハー91のほぼ中心(原点B)、あるいはウェハー91の外側の点(原点A)などであって、予めウェハー91に対応づけて決めた原点である。原点が決まると、ウェハー91上のパターンなどの位置は、当該原点からの距離と方向でそれぞれ表される。   The origin A and origin B are examples of origins for determining the position of each pattern on the wafer 91. For example, as shown in the figure, substantially the center of the wafer 91 (origin B) or a point outside the wafer 91 (origin A , Etc., which are the origins determined in advance in association with the wafer 91. When the origin is determined, the position of the pattern or the like on the wafer 91 is represented by the distance and direction from the origin.

以上のようにウェハー91上の複数のグローバルアライメントマーク92をもとに当該ウェハー91上の座標系を決めることが可能となる。この際、ウェハー91上の原点A,Bなどを予め決めて当該原点A,Bからの距離と方向で、ウェハー91上のパターンなどの位置(座標)で表す。これにより、ウェハー91上の座標系と、設計データであるCADデータの座標系とを対応づけ、以降は、CADデータの座標系で測定対象のパターンなどに位置合わせすることが可能となる。   As described above, the coordinate system on the wafer 91 can be determined based on the plurality of global alignment marks 92 on the wafer 91. At this time, the origins A, B, etc. on the wafer 91 are determined in advance and are represented by the positions (coordinates) of the pattern, etc., on the wafer 91 in the distance and direction from the origins A, B. As a result, the coordinate system on the wafer 91 and the coordinate system of CAD data as design data are associated with each other, and thereafter, it is possible to align with the pattern to be measured in the coordinate system of CAD data.

図5は、本発明の説明図(その2)を示す。図5は、ウェハー91上に
・第1層に第1絶縁層
・第2層に第2絶縁層と配線
・第3層に第3絶縁層とコンタクトホール(導体)
という順番に3層(3レイヤー)を作成した様子を模式的に表し、図5の(a)は断面図を示し、図5の(b)は上面図を示す。簡単のため配線部分だけを取り出して図示している。
FIG. 5 shows an explanatory diagram (part 2) of the present invention. FIG. 5 shows a wafer 91 with a first insulating layer as a first layer, a second insulating layer and wiring as a second layer, a third insulating layer as a third layer and a contact hole (conductor).
FIG. 5A shows a cross-sectional view, and FIG. 5B shows a top view. For simplicity, only the wiring portion is taken out and shown.

図5において、最下層(第1層)は、酸化膜等の絶縁層である。その上の第2層に金属やポリシリコンの配線が設けられている。更にその上の第3層にコンタクトホール(あるいはビアホール)が形成されている。   In FIG. 5, the lowermost layer (first layer) is an insulating layer such as an oxide film. On the second layer thereabove, metal or polysilicon wiring is provided. Further, a contact hole (or via hole) is formed in the third layer thereon.

図6は、本発明の説明図(その3)を示す。図6は、図5のウェハー91に対して図1あるいは図2の装置にて取得した画像の例を示す。電子ビーム3はある一定の速度で図5の(b)の面上をXY方向に順次あるいはランダムに面走査され、それに同期して2次電子(あるいは反射電子)を検出した信号、および基板電流信号を取得する。信号の大きさは画像上の輝度信号に対応し、明暗で表現し、2次電子画像(反射電子画像)として図6の(a)の画像、および基板電流画像として図6の(b),(c)の画像が同時に得られる。   FIG. 6 shows an explanatory diagram (part 3) of the present invention. FIG. 6 shows an example of an image acquired with the apparatus of FIG. 1 or 2 for the wafer 91 of FIG. The electron beam 3 is surface-scanned sequentially or randomly in the XY direction on the surface of FIG. 5B at a certain speed, and a signal in which secondary electrons (or backscattered electrons) are detected in synchronization therewith, and a substrate current. Get the signal. The magnitude of the signal corresponds to the luminance signal on the image and is expressed in light and dark, the secondary electron image (reflected electron image) is the image of FIG. 6A, and the substrate current image is FIG. The image of (c) is obtained simultaneously.

ウェハー91上の電子ビーム照射点の精度は0.1nm以上に制御されている。電子ビーム走査によりウェハー91の上面から検出される信号から作られる画像(2次電子画像、反射電子画像)とウェハー91(あるいはプレート8を通じて)から取得される信号から作られる画像(基板電流画像)とがある。それぞれの画像は、同一の電子ビーム3の照射点からの信号であるため、得られた両者の画像は同じ場所の違う信号による表現となり、位置関係が1対1であることが保証されている。つまり同一時刻に発生した信号は同一地点の情報と見なすことが可能であり、それぞれの信号からの画像を比較することにより、両者の信号(画像)で表されるパターンの位置関係を正確に比較することが可能となる。   The accuracy of the electron beam irradiation point on the wafer 91 is controlled to 0.1 nm or more. An image (substrate current image) generated from an image (secondary electron image, reflected electron image) generated from a signal detected from the upper surface of the wafer 91 by electron beam scanning and a signal acquired from the wafer 91 (or through the plate 8). There is. Since each image is a signal from the irradiation point of the same electron beam 3, both obtained images are represented by different signals at the same location, and it is guaranteed that the positional relationship is 1: 1. . In other words, signals generated at the same time can be regarded as information at the same point, and by comparing the images from each signal, the positional relationship between the patterns represented by both signals (images) can be accurately compared. It becomes possible to do.

ウェハー91の上面から得られる2次電子画像(あるい反射電子画像)はウェハー91を上から見た時の幾何学形状を反映した画像を構成する。一方、ウェハー91の下面から得られる基板電流画像は、X線画像のように、電子ビーム3が透過した深さに存在する導電性材料の形状を反映した幾何学形状の情報をもたらす。また、最先端半導体デバイスを構成する材料の厚みは非常に薄いので、電子ビーム3が容易に貫通する。電子ビーム3のエネルギーを色々変更することで、電子ビーム3の到達可能距離あるいは深さを連続的に変化させることが可能であり、電子ビーム3のエネルギーを距離の関数として、いろいろな深さの導電体の幾何学形状を得ることが出来る。さらには角度を変えて電子ビーム3の照射した画像を用いればCTの原理で3D情報を再構築することも出来る。   The secondary electron image (or reflected electron image) obtained from the upper surface of the wafer 91 constitutes an image reflecting the geometric shape when the wafer 91 is viewed from above. On the other hand, the substrate current image obtained from the lower surface of the wafer 91 provides information on the geometric shape reflecting the shape of the conductive material existing at the depth where the electron beam 3 is transmitted, like an X-ray image. Further, since the material constituting the state-of-the-art semiconductor device is very thin, the electron beam 3 penetrates easily. By changing the energy of the electron beam 3 in various ways, the reachable distance or depth of the electron beam 3 can be continuously changed, and the energy of the electron beam 3 as a function of the distance can be varied. The geometric shape of the conductor can be obtained. Furthermore, if an image irradiated with the electron beam 3 is used at a different angle, 3D information can be reconstructed based on the principle of CT.

図6の(a)は、ウェハー91の上面から得られる信号から構成した2次電子画像を示す。この図6の(a)の場合は、コンタクトホールを観察した例を示しており、コンタクトホールの開口部の画像が得られる。コンタクトホールはアスペクトレシオが非常に大きいので、ホール底から2次電子信号が上がってこないため、ホールの底が図示のように真っ暗な画像となる。   FIG. 6A shows a secondary electron image composed of signals obtained from the upper surface of the wafer 91. FIG. 6A shows an example in which a contact hole is observed, and an image of the opening of the contact hole is obtained. Since the contact hole has a very large aspect ratio, the secondary electron signal does not rise from the bottom of the hole, so that the bottom of the hole becomes a dark image as shown in the figure.

図6の(b)は、絶縁体を貫通してしまわない程度に電子ビーム3のエネルギーを調節した状態で取得した基板電流画像を示す。この図6の(b)の場合は、電子ビーム3はホール底にジャストフォーカスされている。基板電流は電子ビーム3が導電体に達すれば流れるため、アスペクト比の大きなコンタクトホールのホールの底形状が観察できる。例えば図6の(a)の画像と図6の(b)の画像を比較することで、ホール底と下層配線の位置関係を正確に知ることが出来る。   FIG. 6B shows a substrate current image acquired with the energy of the electron beam 3 adjusted so as not to penetrate the insulator. In the case of FIG. 6B, the electron beam 3 is just focused on the bottom of the hole. Since the substrate current flows when the electron beam 3 reaches the conductor, the bottom shape of the contact hole having a large aspect ratio can be observed. For example, by comparing the image of FIG. 6A and the image of FIG. 6B, the positional relationship between the hole bottom and the lower layer wiring can be accurately known.

図6の(c)は、走査する電子ビーム3のエネルギーを第2絶縁層を透過する程度の大きさに設定して得られた基板電流画像を示す。図6の(c)の基板電流画像から明らかなように、この基板電流画像では別の深さにある2つのレイヤーの構造物(導電性のパターン)が1つの画像に同時に再現される。この基板電流画像から、コンタクトホールの底の位置と絶縁体に埋まって外からは分からない配線(導体のパターン)の相対的な位置関係を直接測定することができる。   FIG. 6C shows a substrate current image obtained by setting the energy of the electron beam 3 to be scanned to such a magnitude that it passes through the second insulating layer. As is apparent from the substrate current image in FIG. 6C, in this substrate current image, two layers of structures (conductive patterns) at different depths are reproduced simultaneously in one image. From this substrate current image, it is possible to directly measure the relative positional relationship between the position of the bottom of the contact hole and the wiring (conductor pattern) buried in the insulator and not visible from the outside.

図7は、本発明の説明図(その4)を示す。この図7は、図6で得られた画像からアライメント状態を測定する方法を示す。   FIG. 7 shows an explanatory diagram (part 4) of the present invention. FIG. 7 shows a method of measuring the alignment state from the image obtained in FIG.

図7の(a)は、画像を構成する構造物(パターン)のエッジあるいは輪郭を用いて位置を評価する方法例を示す。この図7の(a)の方法では、画像のコントラストが急変する箇所を求めて境界線を算出し、その境界線と境界線の距離を測定する。高アスペクトコンタクトホールの底形状は歪んでおり、必ずしも真円であるとは限らない。楕円であったり、ギザギザがあったりする。特に、下層の配線に対してコンタクトホールが踏み外すと、電流リーク原因となるため、本発明の方法によってエッジ位置を管理することは非常に重要である。図7の(a)の境界線検出方法には、例えば輝度ピークを取る方法、輝度の微分値を利用する方法、ラプラシアン、Sobel , Roberts , Prewittなど既知のいずれの方法も適用できる。   FIG. 7A shows an example of a method for evaluating a position using an edge or contour of a structure (pattern) constituting an image. In the method of FIG. 7A, a boundary line is calculated by finding a portion where the contrast of the image changes suddenly, and the distance between the boundary line and the boundary line is measured. The bottom shape of the high aspect contact hole is distorted and is not necessarily a perfect circle. It may be oval or jagged. In particular, if the contact hole is stepped on the lower layer wiring, it causes current leakage. Therefore, it is very important to manage the edge position by the method of the present invention. As the boundary detection method of FIG. 7A, any known method such as a method of taking a luminance peak, a method of using a differential value of luminance, Laplacian, Sobel, Roberts, Prewitt, or the like can be applied.

図7の(b)は、コンタクトホールの重心を用いて各レイヤーの位置関係を評価する方法を示す。各レイヤーの相対位置が変化する原因の1つにエッチングプロセスがある。例えばコンタクトホール形成プロセスでは非常に深いエッチングを行うが、エッチングは物理および化学反応の合成なので、均一に反応が進むとは限らず、垂直のホールが出来るとは限らない。一般にウエハー91の周辺部と中央部では化学反応の進み方が異なるため、コンタクトホールがウエハー91の平面に対して左右が非対称になったり、微妙に傾いたりする。特に最近のようにnmオーダーの位置制御を目標とした場合、ホール形成状態はプロセス条件の変化によって大きく変化がすることが知られている。このような場合は、前述の図7の(a)のエッジ情報とともに、図7の(b)のように形成されたホールの重心位置を統計的に処理することで、プロセスのバイアスを検出可能であり、それを用いて、半導体プロセス条件修正や半導体レイアウト修正するなど、半導体デバイスのプロセス歩留まりを上げることが出来るようになる。   FIG. 7B shows a method for evaluating the positional relationship of each layer using the center of gravity of the contact hole. One of the causes that the relative position of each layer changes is an etching process. For example, very deep etching is performed in the contact hole formation process, but since etching is a synthesis of physical and chemical reactions, the reaction does not always progress uniformly, and vertical holes are not always formed. In general, since the way of chemical reaction differs between the peripheral portion and the central portion of the wafer 91, the contact hole is asymmetrical or slightly tilted with respect to the plane of the wafer 91. In particular, it is known that the hole formation state varies greatly with changes in process conditions when the target is nm-order position control as in recent years. In such a case, the process bias can be detected by statistically processing the center of gravity of the hole formed as shown in FIG. 7B together with the edge information shown in FIG. By using this, it becomes possible to increase the process yield of semiconductor devices such as correction of semiconductor process conditions and correction of semiconductor layout.

また、エッチング後のプロセス結果を知ることも大事であるが、フォトリソグラフィープロセス段階で位置ずれが判明するとさらに便利である。リソグラフィープロセス段階であれば、仮に設計位置に所望の構造が形成できなかった場合は、レジストを除去した後、再度レジストを塗布して再リソグラフィープロセスを行って不具合を除去することが可能である(図10を用いて詳述する)。   It is also important to know the process result after etching, but it is more convenient if the positional deviation is found at the photolithography process stage. At the lithography process stage, if a desired structure cannot be formed at the design position, after removing the resist, it is possible to apply the resist again and perform a relithographic process to remove the defects ( This will be described in detail with reference to FIG.

図8は、本発明の層間シフトテーブル例を示す。図示の層間シフトテーブルは、既述した図7の(b)で測定した層間パターンの位置すれなどの測定したデータを登録して管理するものであって、ここでは、例えば図示の下記の情報を測定して登録して管理する。   FIG. 8 shows an example of an interlayer shift table of the present invention. The illustrated interlayer shift table registers and manages measured data such as the displacement of the interlayer pattern measured in FIG. 7B described above. Here, for example, the following information illustrated in FIG. Measure, register and manage.

・ID:
・X方向シフト:
・Y方向シフト:
・方向(ベクトル差):
・シフト量:
・許容値:
・その他:
ここで、IDは、図7の(b)の配線パターン(点線の縦方向の帯状の配線パターン)とコンタクトホールの底部パターン(円状のパターン)との位置すれ量の測定データに対して付与した一意のIDである。X方向シフト、Y方向シフトは、IDで指定された例えば図7の(a),(b)の配線パターンとコンタクトホールの底部パターンとのX方向シフト量、Y方向シフト量である。方向(ベクトル差)は、X方向シフトとY方向シフトできまる方向(ベクトル差)である。シフト量は2つのパターンの一致した位置(最適な位置)からのシフト量である。許容量は、シフト量があっても許される許容量である。
・ ID:
-X direction shift:
・ Y direction shift:
・ Direction (vector difference):
・ Shift amount:
-Allowable value:
・ Other:
Here, ID is given to the measurement data of the amount of positional deviation between the wiring pattern in FIG. 7B (vertical band-shaped wiring pattern in the dotted line direction) and the bottom pattern of the contact hole (circular pattern). Unique ID. The X-direction shift and the Y-direction shift are the X-direction shift amount and the Y-direction shift amount between, for example, the wiring patterns shown in FIGS. 7A and 7B and the bottom pattern of the contact hole specified by the ID. The direction (vector difference) is a direction (vector difference) that can be shifted in the X direction and the Y direction. The shift amount is a shift amount from a position (optimal position) where the two patterns coincide. The allowable amount is an allowable amount even if there is a shift amount.

図9は、本発明の説明図(その5)を示す。図9の(a)はフォトリソグラフィープロセスによりレジストパターンが形成された直後のウェハー91の断面図を示し、図9の(b)は上面図を示す。最下層(第1層)は絶縁層であって、その上の第2層に配線層、第3層に絶縁層、第4層に現像によってパターンが形成されたレジストが順番に積層されている。   FIG. 9 is an explanatory view (No. 5) of the present invention. FIG. 9A shows a cross-sectional view of the wafer 91 immediately after the resist pattern is formed by the photolithography process, and FIG. 9B shows a top view. The lowermost layer (first layer) is an insulating layer, in which a wiring layer is formed on the second layer, an insulating layer is formed on the third layer, and a resist having a pattern formed by development on the fourth layer is laminated in order. .

第4層のレジスト(フォトレジスト)は、密度の小さな炭素化合物であるので低エネルギー電子ビームは透過することが出来る。しかしながらエネルギーが低すぎるとレジスト層の途中で散乱を起こしエネルギーが減衰するためレジスト中に電荷として蓄積する。緻密な熱酸化膜、窒化膜等の絶縁膜は非常に厚いと電子ビーム3が透過することは困難であるが、最先端デバイスに使用されるような200nm程度の膜であれば、5KV程度のエネルギーで透過することが出来る。   Since the fourth layer resist (photoresist) is a carbon compound having a low density, it can transmit a low-energy electron beam. However, if the energy is too low, scattering occurs in the middle of the resist layer and the energy is attenuated, so that it accumulates as charges in the resist. If the insulating film such as a dense thermal oxide film or a nitride film is very thick, it is difficult for the electron beam 3 to pass therethrough. However, if the film is about 200 nm as used in a state-of-the-art device, it is about 5 KV. It can be transmitted with energy.

このような条件で、走査された電子ビーム3はレジストと酸化膜や窒化膜を透過して第2層の配線層に到達する。配線層は一般に非常に長く、どこかでトランジスタを形成している基板に繋がっているため、配線層に達した電子ビーム3は結果的に基板(ウェハー91)に流れる。配線が基板に直接接触していない場合でも、配線は長いので比較的大きな電気容量を基板(ウェハー91)との間に形成している。そのため、配線に到達した電子も基板電流を生じる。この基板電流を用いて画像を形成すると図10の(a),(b)のような基板電流像が得られる。基板電流像では図9の第4層で、レジストに形成されたホール開口部と下層配線が同一の画像中に再現される。この画像から各層間のパターンのアライメント情報を得ることが出来る。   Under such conditions, the scanned electron beam 3 passes through the resist and the oxide film or nitride film and reaches the second wiring layer. Since the wiring layer is generally very long and is connected to a substrate on which a transistor is formed somewhere, the electron beam 3 reaching the wiring layer eventually flows to the substrate (wafer 91). Even when the wiring is not in direct contact with the substrate, since the wiring is long, a relatively large capacitance is formed between the substrate (wafer 91). Therefore, electrons that reach the wiring also generate a substrate current. When an image is formed using this substrate current, substrate current images as shown in FIGS. 10A and 10B are obtained. In the substrate current image, in the fourth layer in FIG. 9, the hole opening formed in the resist and the lower layer wiring are reproduced in the same image. From this image, the alignment information of the pattern between each layer can be obtained.

図10の(a)はエッジを用いてアライメントを評価した例を示し、図10の(b)はホール重心位置を用いてアライメントを評価する例を示す。   FIG. 10A shows an example in which alignment is evaluated using edges, and FIG. 10B shows an example in which alignment is evaluated using hole center-of-gravity positions.

図11は、本発明の説明図(その7)を示す。この図11は、SACと呼ばれる自己整合型コンタクトホール形成プロセス管理に用いた例を示す。   FIG. 11 shows an explanatory diagram (No. 7) of the present invention. FIG. 11 shows an example used for managing a self-aligned contact hole forming process called SAC.

図11の(a)はSACデバイスの断面図である。このプロセスはゲート電極形成後に、CVD等で薄い酸化膜および窒化膜をゲート周辺に設け、その厚みが容易に正確に制御出来ることを利用して、自己整合的にコンタクトホールを創りだすプロセスである。このプロセスではゲート両側に設けられた側壁を正確に残すことが重要である。   FIG. 11A is a cross-sectional view of a SAC device. This process is to create a contact hole in a self-aligned manner by using the fact that a thin oxide film and nitride film are provided around the gate by CVD or the like after the gate electrode is formed, and the thickness can be easily and accurately controlled. . In this process, it is important to accurately leave the side walls provided on both sides of the gate.

コンタクトホール形成用レジストパターンのアライメントがゲート電極位置に対してずれていると、左右対称にエッチングされないためどちらかの側壁が余分にエッチングされリーク電流が起こる。リークはトランジスタ不良原因となるのでホールが正確に両側側壁に対して対称中心に出来るように制御することが必要である。   The alignment of the resist pattern for forming contact holes are misaligned with respect to the gate electrode position, it is either the side wall not etched symmetrically extra etched leakage current occurs. Since leakage causes a transistor failure, it is necessary to control the holes so that they are accurately symmetric with respect to the side walls.

本発明を利用すれば、エッチング実施前に、レジスト構造とゲート配線の位置関係を知ることが出来るので、ずれが生じた場合にはレジストプロセスをやり直すことにより不良発生を未然に防止できる(図15参照)。   If the present invention is used, the positional relationship between the resist structure and the gate wiring can be known before the etching is performed. Therefore, if a deviation occurs, the resist process can be repeated to prevent the occurrence of defects (FIG. 15). reference).

ゲートはゲート酸化膜と呼ばれる非常に薄い絶縁膜を介してシリコン基板(ウェハー91)に容量的に接地しているため、ゲート容量を形成したりリーク電流があるため、電子ビーム3を照射するとpAからnA程度の電流が流れる。この電流を画像化したのが、図11の(b)である。   Since the gate is capacitively grounded to the silicon substrate (wafer 91) via a very thin insulating film called a gate oxide film, a gate capacitance is formed and there is a leakage current. Current of about nA flows. FIG. 11B shows this current imaged.

電子ビーム3のエネルギーはゲート上の絶縁膜を貫通する程度のエネルギーに設定する。このような条件下で基板電流像を取得すると、レジストホールの開口形状と酸化膜の内部に埋め込まれたゲート配線の両方を同一画面上で見ることが出来る。   The energy of the electron beam 3 is set to an energy that penetrates the insulating film on the gate. When the substrate current image is acquired under such conditions, both the opening shape of the resist hole and the gate wiring embedded in the oxide film can be seen on the same screen.

この図11の(b)からエッジを抽出することにより、レジストパターン位置とゲート配線層の位置関係をそれぞれの幾何学図形の長さや幅を測定することで知ることが出来る。また、電子ビーム3の走査位置はレーザー干渉計(レーザー距離測定装置10)にて常に絶対位置が監視されているので、ウェハー91上にある構造物(パターン)の絶対位置座標をサブnmオーダーの精度で知ることが出来る。これにより、作られた構造物(パターン)のアライメントの良否を絶対位置の観点からも判断できる。   By extracting an edge from FIG. 11B, the positional relationship between the resist pattern position and the gate wiring layer can be known by measuring the length and width of each geometrical figure. Further, since the absolute position of the scanning position of the electron beam 3 is always monitored by a laser interferometer (laser distance measuring device 10), the absolute position coordinates of the structure (pattern) on the wafer 91 are in the order of sub nm. You can know with accuracy. Thereby, the quality of alignment of the produced structure (pattern) can be determined also from the viewpoint of absolute position.

所望の位置に出来ていないときは、プロセス条件、CADデータあるいは露光時のアライメントデータを修正して、露光プロセスをやり直すことによって歩留まりが上がるようにする(図15参照)。   If the desired position is not achieved, the process condition, CAD data, or alignment data at the time of exposure is corrected, and the exposure process is repeated to increase the yield (see FIG. 15).

図12は、本発明の説明図(その8)を示す。この図12は、ショット毎の測定点の例を示す。図12のショット毎の測定点は、図示のように、ここでは、矩形のショット領域の各隅に1つづつ、合計4つの測定点を設け、この4つの測定点の層間パターンの位置づづれ量をそれぞれ測定し、これらの平均を算出し、当該ショットの層間パターンの位置すれ量を算出する(尚、更に多数あるいは少数の測定点としもよい)。そして、全ショットについて層間パターンの位置すれを算出し、算出した位置すれ量を方向と大きさで模式的に表すと、後述する図14に示すように、ウェハー91上の各ショット毎の層間位置すれ量を表示することが可能となる。   FIG. 12 shows an explanatory diagram (No. 8) of the present invention. FIG. 12 shows an example of measurement points for each shot. As shown in FIG. 12, four measurement points are provided for each shot in FIG. 12, one for each corner of the rectangular shot region, and the position of the interlayer pattern at these four measurement points is determined. The respective amounts are measured, the average of these is calculated, and the amount of displacement of the interlayer pattern of the shot is calculated (in addition, more or fewer measurement points may be used). Then, when the position shift of the interlayer pattern is calculated for all shots, and the calculated position shift amount is schematically represented by the direction and the size, the interlayer position for each shot on the wafer 91 as shown in FIG. It is possible to display the amount of slip.

図13は、本発明のアライメントパターン例を示す。図示のアライメントパターンは、縦方向と横方向にそれぞれラインを設け、4つで1つのグループを形成する。これらのアライメントパターンを用いれば、1つのアライメントパターンの測定で、縦横のズレ量や回転、縮小率のずれ等も検出できる。このため、従来のパターンと比較して10分の1以下のサイズを、ウェハー91上に割り当てるのみで十分な測定精度を実現できる。   FIG. 13 shows an example of an alignment pattern of the present invention. In the illustrated alignment pattern, lines are provided in the vertical direction and the horizontal direction, respectively, and four groups form one group. By using these alignment patterns, it is possible to detect vertical and horizontal misalignments, rotations, reductions in reduction ratio, and the like by measuring one alignment pattern. For this reason, sufficient measurement accuracy can be realized only by allocating a size of 1/10 or less on the wafer 91 as compared with the conventional pattern.

ここで、層間パターンのアライメントの位置ずれ量は、下記の(式1)により計算できる。基準となるアライメントパターンのX,Y座標とウェハー91のアライメントパターンのX、Y座標をそれぞれ引き算することでシフト量を計算する。測定点は、何点でも良く、設計図上の同じ座標に対応する図形の座標であれば良い。ずれの方向はそれぞれのシフト量のベクトル和で与えられる。仮にX軸シフトとY軸シフトが同じ量であれば、45度方向にシフトしていると計算される。縮小率はデザイン上長さが既知である2点の座標の長さを測定しその差を求めることで得られる。例えばウェハー91上のx1座標とX2座標の差とデザイン上の2点間長さの比率を求める。   Here, the positional deviation amount of the alignment of the interlayer pattern can be calculated by the following (Equation 1). The shift amount is calculated by subtracting the X and Y coordinates of the reference alignment pattern and the X and Y coordinates of the alignment pattern of the wafer 91, respectively. Any number of measurement points may be used as long as the coordinates correspond to the same coordinates on the design drawing. The direction of deviation is given by the vector sum of the respective shift amounts. If the X-axis shift and the Y-axis shift are the same amount, it is calculated that the shift is in the 45 degree direction. The reduction ratio is obtained by measuring the length of the coordinates of two points whose lengths are known in design and obtaining the difference. For example, the ratio of the difference between the x1 coordinate and the X2 coordinate on the wafer 91 and the length between two points on the design is obtained.

Xシフト量=基準パターンの位置座標x1−ウェハー91のパターンの位置座標x2
Yシフト量=基準パターンの位置座標y1−ウェハー91のパターンの位置座標y2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(式1)
図14は本発明の位置すれ量の表示例を示す。この図14は、層間パターンの位置すれ量の測定結果を模式的に表示したものである。図中の矢印は、図13の(式1)によって得られたアライメント(層間パターン)のズレ方向とその大きさである。この様に露光装置の最小プロセス単位である、ショット毎にアライメント方向を示すことによって、ショット毎にどちらの方向にどれだけ位置ズレが起こっているのかをひと目で確認することが出来る。正確なずれ値を知るために既述した図8の層間シフトテーブルに示すように数値で表示(記録)される。測定された層間シフトデータは露光装置が読めるフォーマットに変換した後、露光装置に送る。これらのアライメントずれ量は露光装置のショット間のズレの大きさと方向を示している。これらの情報を利用してずれ量が0になるようにアライメント情報を修正した後に露光装置に戻して再び露光を行うことにより、正常なアライメントがされた露光をウェハー91全体に得ることが出来る(図15参照)。
X shift amount = reference pattern position coordinate x1−wafer 91 pattern position coordinate x2
Y shift amount = standard pattern position coordinate y1-wafer 91 pattern position coordinate y2
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (Formula 1)
FIG. 14 shows a display example of the position shift amount of the present invention. FIG. 14 schematically shows the measurement result of the amount of displacement of the interlayer pattern. The arrows in the figure indicate the displacement direction and the size of the alignment (interlayer pattern) obtained by (Equation 1) in FIG. In this way, by indicating the alignment direction for each shot, which is the minimum process unit of the exposure apparatus, it is possible to confirm at a glance how much positional deviation occurs in which direction for each shot. In order to know an accurate deviation value, it is displayed (recorded) numerically as shown in the interlayer shift table of FIG. The measured interlayer shift data is converted into a format that can be read by the exposure apparatus, and then sent to the exposure apparatus. These amounts of misalignment indicate the magnitude and direction of misalignment between shots of the exposure apparatus. By using these pieces of information to correct the alignment information so that the deviation amount becomes zero, and then returning to the exposure apparatus and performing exposure again, exposure with normal alignment can be obtained on the entire wafer 91 ( FIG. 15).

図15は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。   FIG. 15 is a flowchart for explaining another operation of the present invention.

図15において、S21は、ウェハー表面処理を行う。これは、ウェハー91の表面をきれいに洗浄し、レジストを塗布しやすいようにする。   In FIG. 15, a wafer surface treatment is performed in S21. This cleans the surface of the wafer 91 and makes it easier to apply the resist.

S22は、レジストを塗布する。これは、レジストをスピンコートあるいはバブルジェット(登録商標)等の塗布器によってウェハーの表面に均一に塗布する。あわせて、ウェハーを均一に加熱してレジストに含まれる溶剤を飛ばし、ウェハーの表面に定着させる。   In S22, a resist is applied. In this method, the resist is uniformly applied to the surface of the wafer by an applicator such as spin coat or bubble jet (registered trademark). At the same time, the wafer is heated uniformly to remove the solvent contained in the resist and fix it on the surface of the wafer.

S23は、アライメントデータを修正する。これは、最初は設計データの通り、2回目以降は後述するS26のアライメント測定で得られたショット毎に数点づつの測定点での層間パターンの位置すれ量、縮小率の違いなどをもとに許容値内に収まるようにアライメントデータの修正を行う。   In step S23, the alignment data is corrected. This is based on the design data, and the second and subsequent times are based on the amount of displacement of the interlayer pattern at several measurement points for each shot obtained by the alignment measurement in S26 described later, the difference in the reduction ratio, and the like. The alignment data is corrected so as to be within the allowable value.

S24は、露光する。   In step S24, exposure is performed.

S25は、現像する。   In step S25, development is performed.

S26は、アライメント測定する。   In step S26, alignment is measured.

これら、S24からS26は、S23で修正(最初は設計データのまま)したアライメントデータをもとにウェハーの層間パターンを構成する各層のパターンの露光、現像し、現像後に既述したショット毎に数点の測定点の層間パターンの位置ずれ量、縮小率の違いなどのアライメント情報を測定する。   In S24 to S26, the pattern of each layer constituting the interlayer pattern of the wafer is exposed and developed on the basis of the alignment data corrected in S23 (initially the design data). Alignment information such as the amount of positional deviation of the interlayer pattern at the measurement point and the difference in reduction ratio is measured.

S27は、スペックインか判別する。これは、S26で層間パターンの位置すれ量、縮小率などが許容値内でスペックインか判別する。YESの場合には、許容値内(スペックイン)と判明したので、S30の次の工程は進む。一方、NOの場合には、許容値内(スペックイン)でないと判明したので、S28でウェハー上のレジストを剥離しS29でウェハーを洗浄し、S21に進み、S23でアライメントデータを修正し、S24以降を繰り返す。   In S27, it is determined whether the spec is in. In step S26, it is determined whether the positional deviation amount of the interlayer pattern, the reduction rate, and the like are within the allowable values. In the case of YES, since it is determined that the value is within the allowable value (spec-in), the next step of S30 proceeds. On the other hand, in the case of NO, since it has been found that the value is not within the allowable value (spec-in), the resist on the wafer is removed in S28, the wafer is cleaned in S29, the process proceeds to S21, the alignment data is corrected in S23, and S24 Repeat thereafter.

以上のように、露光装置32の最小単位であるショット毎に数点ずつ測定点を設定し、ウエハー面内全体のアライメントのシフト方向、シフト量、回転方向、回転量等が分かるように測定を行い(S26)、予め決められているアライメント誤差許容度と比較しスペックインしているかどうかを判定し(S27)、スペックインしていれば、露光プロセスは完了し、ポストベークやエッチング等の次のウェハープロセスに進す。一方、スペックインしていない場合には、ウェハー表面に付着したレジストは液相あるいは酸素プラズマ等のレジスト剥離工程により剥離(S28)し、ウエハー表面を洗浄後、本ウエハーに対して得られたアライメント測定情報を元に、再露光にて正しいアライメントが得られるアライメントデータに修正する(ずれた方向と逆方向にアライメントデータを修正する)。このように修正されたデータを用いて再露光することで良品のウェハーを製造することが可能となる。   As described above, several measurement points are set for each shot, which is the minimum unit of the exposure apparatus 32, and measurement is performed so that the shift direction, shift amount, rotation direction, rotation amount, etc. of the alignment in the entire wafer surface can be known. In step S26, it is determined whether or not the spec-in is performed by comparing with a predetermined alignment error tolerance (S27). If the spec-in is performed, the exposure process is completed, and post-baking, etching, and the like are performed. Advance to the wafer process. On the other hand, if not spec-in, the resist adhering to the wafer surface is stripped by a resist stripping process such as a liquid phase or oxygen plasma (S28), and the wafer surface is washed, and then the alignment obtained for this wafer is obtained. Based on the measurement information, the alignment data is corrected so that correct alignment can be obtained by re-exposure (alignment data is corrected in the direction opposite to the shifted direction). It becomes possible to manufacture a non-defective wafer by performing re-exposure using the data thus corrected.

本発明の1実施例構成図である。1 is a configuration diagram of one embodiment of the present invention. 本発明の他の実施例構成図である。It is another Example block diagram of this invention. 本発明の動作説明フローチャートである。It is an operation | movement explanatory flowchart of this invention. 本発明の説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) of this invention. 本発明の説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of this invention. 本発明の説明図(その3)である。It is explanatory drawing (the 3) of this invention. 本発明の説明図(その4)である。It is explanatory drawing (the 4) of this invention. 本発明の層間シフトテーブル例である。It is an example of the interlayer shift table of this invention. 本発明の説明図(その5)である。It is explanatory drawing (the 5) of this invention. 本発明の説明図(その6)である。It is explanatory drawing (the 6) of this invention. 本発明の説明図(その7)である。It is explanatory drawing (the 7) of this invention. 本発明の説明図(その8)である。It is explanatory drawing (the 8) of this invention. 本発明のアライメントパターン例である。It is an example of the alignment pattern of this invention. 本発明の位置ずれ量の表示例である。It is an example of a display of the amount of position shift of the present invention. 本発明の他の動作説明フローチャートである。It is another operation | movement description flowchart of this invention.

1:電子銃
2:電子ビームコラム
3:電子ビーム
4:電子検出装置
5:真空チャンバー
6:XYステージ
7:ステージ制御装置
8:プレート
9:サンプル
90:薄膜
91:ウェハー
12:高圧電源
21、22:電流アンプ
23:AD
24:PC(パソコン)
25:移動手段
26:走査手段
27:画像取得手段
28:測定手段
29:評価手段
30:測定データ蓄積手段
31:CADデータ蓄積手段
32:露光装置
1: electron gun 2: electron beam column 3: electron beam 4: electron detector 5: vacuum chamber 6: XY stage 7: stage controller 8: plate 9: sample 90: thin film 91: wafer 12: high voltage power supplies 21, 22 : Current amplifier 23: AD
24: PC
25: moving means 26: scanning means 27: image acquiring means 28: measuring means 29: evaluation means 30: measurement data storage means 31: CAD data storage means 32: exposure apparatus

Claims (12)

基板上に形成された複数レイヤー上のパターン間のアライメントを測定するアライメント測定装置において、
前記基板上に形成された複数レイヤーのうちのアライメント対象のパターンの位置に、当該基板を移動して位置づける移動手段と、
前記アライメント対象を大気中あるいは大気に近い圧力中に配置する配置手段と、
前記位置づけた状態で、真空中で細く絞った電子線ビームを、前記配置手段により大気中あるいは大気に近い圧力中に配置した前記アライメント対象を照射しつつ走査する走査手段と、
前記走査手段で第1の加速電圧で加速した電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの上層のパターンの画像を取得する第1の画像取得手段と、
前記走査手段で前記第1の加速電圧を上げた加速電圧で加速した電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの下層のパターンの画像を取得する第2の画像取得手段と、
前記取得した前記第1の上層のパターンと前記第2の下層のパターンとの位置ずれ量を測定する測定手段と
を備えたことを特徴とするアライメント測定装置。
In an alignment measuring apparatus that measures alignment between patterns on multiple layers formed on a substrate,
A moving means for moving and positioning the substrate at the position of the pattern to be aligned among the plurality of layers formed on the substrate;
Arranging means for arranging the alignment object in the atmosphere or in a pressure close to the atmosphere;
A scanning unit that scans while irradiating the alignment target arranged in the atmosphere or in a pressure close to the atmosphere by the arrangement unit with the electron beam beam narrowly narrowed in a vacuum in the positioned state;
First image acquisition means for acquiring an image of an upper layer pattern of a plurality of layers formed on the substrate while being scanned while being irradiated with an electron beam accelerated by a first acceleration voltage by the scanning means. When,
An image of a lower layer pattern of a plurality of layers formed on the substrate is acquired in a state in which the scanning unit scans while irradiating an electron beam beam accelerated by an acceleration voltage obtained by increasing the first acceleration voltage. A second image acquisition means;
An alignment measuring apparatus comprising: a measuring unit that measures a positional deviation amount between the acquired pattern of the first upper layer and the pattern of the second lower layer .
基板上に形成された複数レイヤー上のパターン間のアライメントを測定するアライメント測定装置において、
前記基板上に形成された複数レイヤーのうちのアライメント対象のパターンの位置に、当該基板を移動して位置づける移動手段と、
前記アライメント対象を大気中あるいは大気に近い圧力中に配置する配置手段と、
前記位置づけた状態で、真空中で細く絞った電子線ビームを、前記配置手段により大気中あるいは大気に近い圧力中に配置した前記アライメント対象を照射しつつ走査する走査手段と、
前記走査手段で電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの上層のパターンの画像を取得する上層画像取得手段と、
前記走査手段で第1の加速電圧で加速した電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの第1の下層のパターンの画像を取得する第1の下層画像取得手段と、
前記走査手段で前記第1の加速電圧を上げたあるいは下げた第2の加速電圧で加速した電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの第2の下層のパターンの画像を取得する第2の下層画像取得手段と、
前記取得した上層のパターンと、上記第1の下層のパターンおよび上記第2の下層のパターンのいずれか1つ以上との位置ずれ量を測定する測定手段と
を備えたことを特徴とするアライメント測定装置。
In an alignment measuring apparatus that measures alignment between patterns on multiple layers formed on a substrate,
A moving means for moving and positioning the substrate at the position of the pattern to be aligned among the plurality of layers formed on the substrate;
Arranging means for arranging the alignment object in the atmosphere or in a pressure close to the atmosphere;
A scanning unit that scans while irradiating the alignment target arranged in the atmosphere or in a pressure close to the atmosphere by the arrangement unit with the electron beam beam narrowly narrowed in a vacuum in the positioned state;
An upper layer image acquisition means for acquiring an image of an upper layer pattern of a plurality of layers formed on the substrate in a state of being scanned while irradiating an electron beam with the scanning means;
While scanning while irradiating an electron beam that is accelerated by the first acceleration voltage by said scanning means, first to obtain an image of the first underlying pattern of a plurality layers formed on said substrate A lower layer image acquisition means;
A second of a plurality of layers formed on the substrate is scanned while being irradiated with an electron beam beam accelerated by the second acceleration voltage with the first acceleration voltage raised or lowered by the scanning means. Second lower layer image acquisition means for acquiring an image of the lower layer pattern of
An alignment measurement comprising: a measuring unit that measures a positional deviation amount between the acquired upper layer pattern and one or more of the first lower layer pattern and the second lower layer pattern. apparatus.
前記上層と下層あるいは下層のパターンの画像として、細く絞った電子線ビームを照射しつつ走査したときに基板に流れる基板電流を検出して上層あるいは下層のパターンの画像を取得することを特徴とする請求項1から請求項2のいずれかに記載のアライメント測定装置。   The upper layer and lower layer or lower layer pattern images are obtained by detecting a substrate current flowing through the substrate when scanning while irradiating a finely focused electron beam, and acquiring an upper layer or lower layer pattern image. The alignment measuring apparatus according to claim 1. 前記上層のパターンの画像として、細く絞った電子線ビームを照射しつつ走査したときに上層のパターンから放出される2次電子あるいは上層のパターンで反射した反射電子を検出して上層のパターンの画像を取得することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のアライメント測定装置。   An image of the upper layer pattern is detected by detecting secondary electrons emitted from the upper layer pattern or reflected electrons reflected by the upper layer pattern when scanning while irradiating a finely focused electron beam. The alignment measuring device according to claim 1, wherein the alignment measuring device is acquired. 前記取得した上層のパターンと下層のパターンとの位置ずれ量を測定し、予め設定した許容値と比較して許容値内のときにアライメントが良、許容値外のときにアライメントが不良と判定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のアライメント測定装置。   The amount of positional deviation between the acquired upper layer pattern and lower layer pattern is measured, and compared with a preset allowable value, it is determined that the alignment is good and when the value is outside the allowable value, the alignment is determined to be bad. 5. The alignment measuring apparatus according to claim 1, wherein 請求項5でアライメント不良と判定された場合に、基板上の露光・現像済のレジストを剥離し、レジスト塗布、露光、現像をやり直す指示することを特徴とするアライメント測定装置。   6. An alignment measuring apparatus, wherein when the alignment is determined to be poor, an instruction is given to peel off the exposed and developed resist on the substrate and perform resist coating, exposure and development again. 前記上層のパターンおよび前記下層のパターンのサイズをそれぞれ測定して設計値とそれぞれ比較し、当該上層のパターンおよび下層のパターンの縮小率をそれぞれ算出あるいは両者の縮小率の誤差を算出することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のアライメント測定装置。   The sizes of the upper layer pattern and the lower layer pattern are respectively measured and compared with design values, respectively, the reduction rate of the upper layer pattern and the lower layer pattern is calculated, or the error of the reduction rate of both is calculated. An alignment measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6. 前記下層のパターンであるコンタクトあるいはビアホールのパターンの底から取得した当該コンタクトあるいはビアホールの底の下層画像、および前記上層のパターンであるコンタクトあるいはビアホールに接するように配置されたパターンの上層画像の位置関係を測定し、予め設定した許容値をもとにコンタクトホールあるいはビアホールのプロセスの良否を判定することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載のアライメント測定装置。   The positional relationship between the lower layer image of the bottom of the contact or via hole acquired from the bottom of the contact or via hole pattern that is the lower layer pattern, and the upper layer image of the pattern that is arranged to contact the contact or via hole that is the upper layer pattern The alignment measuring apparatus according to claim 1, wherein the quality of the contact hole or the via hole is determined based on a preset allowable value. 前記上層のパターンと下層のパターンとの位置ずれ量は、露光装置で基板上に露光するショット毎の領域でそれぞれ測定したことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載のアライメント測定装置。   9. The alignment according to claim 1, wherein the amount of positional deviation between the upper layer pattern and the lower layer pattern is measured in an area for each shot exposed on the substrate by an exposure apparatus. measuring device. 請求項3において、電子線ビームの加速電圧を可変し、最良のコントラストを有する下 層のパターンの画像を取得することを特徴とするアライメント測定装置。   4. The alignment measurement apparatus according to claim 3, wherein an acceleration pattern of the electron beam is varied to acquire an image of a lower layer pattern having the best contrast. 基板上に形成された複数レイヤー上のパターン間のアライメントを測定するアライメント測定方法において、
前記基板上に形成された複数レイヤーのうちのアライメント対象のパターンの位置に、当該基板を移動して位置づける移動ステップと、
前記位置づけた状態で、真空中で細く絞った電子線ビームを、前記アライメント対象を大気中あるいは大気に近い圧力中に配置する配置手段により大気中あるいは大気に近い圧力中に配置した前記アライメント対象を照射しつつ走査する走査ステップと、
前記走査ステップで第1の加速電圧で加速した電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの上層のパターンの画像を取得する第1の画像取得ステップと、
前記走査ステップで第1の加速電圧を上げた第2の加速電圧で加速した電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの下層のパターンの画像を取得する第2の画像取得ステップと、
前記取得した前記第1の上層のパターンと前記第2の下層のパターンとの位置ずれ量を測定する測定ステップと
を有することを特徴とするアライメント測定方法。
In an alignment measurement method for measuring alignment between patterns on a plurality of layers formed on a substrate,
A movement step of moving and positioning the substrate to the position of the pattern to be aligned among the plurality of layers formed on the substrate;
In the positioned state, the alignment object is arranged in the atmosphere or in a pressure close to the atmosphere by an arrangement means for arranging the electron beam narrowed in vacuum in the atmosphere or in a pressure close to the atmosphere. A scanning step of scanning while irradiating;
A first image acquisition step of acquiring an image of an upper layer pattern among a plurality of layers formed on the substrate in a state of being scanned while irradiating the electron beam accelerated at the first acceleration voltage in the scanning step. When,
An image of a lower layer pattern of a plurality of layers formed on the substrate is scanned while irradiating with an electron beam accelerated by a second acceleration voltage that has been increased by the first acceleration voltage in the scanning step. A second image acquisition step to acquire;
An alignment measurement method, comprising: a measurement step of measuring a positional deviation amount between the acquired pattern of the first upper layer and the pattern of the second lower layer .
基板上に形成された複数レイヤー上のパターン間のアライメントを測定するアライメント測定方法において、
前記基板上に形成された複数レイヤーのうちのアライメント対象のパターンの位置に、当該基板を移動して位置づける移動ステップと、
前記位置づけた状態で、真空中で細く絞った電子線ビームを、前記アライメント対象を大気中あるいは大気に近い圧力中に配置する配置手段により大気中あるいは大気に近い圧力中に配置した前記アライメント対象を照射しつつ走査する走査ステップと、
前記走査ステップで電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの上層のパターンの画像を取得する上層画像取得ステップと、
前記走査ステップで第1の加速電圧で加速した電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの第1の下層のパターンの画像を取得する第1の下層画像取得ステップと、
前記走査ステップで第1の加速電圧を上げたあるいは下げた第2の加速電圧で加速した電子線ビームを照射しつつ走査した状態で、前記基板上に形成された複数レイヤーのうちの第2の下層のパターンの画像を取得する第2の下層画像取得ステップと、
前記取得した上層のパターンと、上記第1の下層のパターンおよび上記第2の下層のパターンのいずれか1つ以上との位置ずれ量を測定する測定ステップと
を有することを特徴とするアライメント測定方法。
In an alignment measurement method for measuring alignment between patterns on a plurality of layers formed on a substrate,
A movement step of moving and positioning the substrate to the position of the pattern to be aligned among the plurality of layers formed on the substrate;
In the positioned state, the alignment object is arranged in the atmosphere or in a pressure close to the atmosphere by an arrangement means for arranging the electron beam narrowed in vacuum in the atmosphere or in a pressure close to the atmosphere. A scanning step of scanning while irradiating;
An upper layer image acquisition step of acquiring an image of an upper layer pattern among a plurality of layers formed on the substrate in a state of being scanned while irradiating an electron beam in the scanning step;
While scanning while irradiating an electron beam that is accelerated by the first acceleration voltage at the scanning step, the first to obtain an image of the first underlying pattern of a plurality layers formed on said substrate A lower layer image acquisition step;
A second of the plurality of layers formed on the substrate is scanned while being irradiated with an electron beam beam accelerated by a second acceleration voltage that has been increased or decreased in the scanning step. A second lower layer image acquisition step of acquiring an image of a lower layer pattern;
An alignment measuring method comprising: a measuring step of measuring a positional deviation amount between the acquired upper layer pattern and any one or more of the first lower layer pattern and the second lower layer pattern. .
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