JP6908479B2 - Ｍｅｍｓ製造システムおよびｍｅｍｓ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ製造システムおよびＭＥＭＳ製造方法に関し、特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）に形成されるデバイス構造の３次元による取得に有効な技術に関する。

近年、プリンターヘッドやプロジェクタのミラーデバイスなど様々な分野にＭＥＭＳデバイスが用いられている。ＭＥＭＳデバイスの開発では、例えば半導体製造技術を利用して試作することが広く行われている。

ＭＥＭＳデバイスは、最終的に完成したデバイス特性が所望のものとなっていることが重要である。このデバイス特性は、作製したデバイス構造に依存する。

この種のデバイス構造を高精度に形成する技術としては、例えば試作品の画像の角度を変えて複数枚取得し、試作品の３次元形状を測定し、当該３次元形状と設計のＣＡＤデータとを寸法比較した差データに基づいてデバイスの加工データを変更する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、デバイス構造の他の形成技術としては、２次元情報であるデバイスのゲート長の測定を行い、測定した結果から特性を算出して、次の工程にフィードバックを行う技術がある（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−２０９６２６号公報 特開平０７−３０２８２６号公報

しかしながら、上述した半導体製造技術を利用した試作技術では、開発試作に１年以上の長期間を要することが多く、短期間で製品をリリースできなかったり、開発費がかさんだりという課題がある。

特に、デバイス作製プロセスが完了してデバイスが完成してからその特性を測定し、初めて作製したデバイスが所望の特性を有しているかが判明する。このような試作のフィードバックの遅れは、試作期間長期化の理由のひとつとなっている。

また、上記した特許文献１の技術では、複数枚の画像を取得する際、角度を変更するためにステージを傾けることが考えられるが、撮影対象と撮影部との間の角度が設定どおりにならない可能性がある。その結果、測定した３次元形状に誤差が生じて高精度なデバイス構造を形成できない恐れがある。

特許文献２の技術では、３次元立体形状であるデバイス構造を１か所のゲート長に代表させているために、例えばＦＩＢ（Focused Ion Beam）などによる加工などのようにエッジが明確に表れていない場合に誤差が生じる可能性がある。

試作期間短縮化のための製作途中でのデバイス特性予想を高精度化するためには、デバイス特性予測を行うモデル構造である作製したデバイスの構造を３次元で正確に取得する必要がある。

本発明の目的は、ＭＥＭＳに形成されるデバイスの３次元立体形状を高精度に取得することにより、製作途中のデバイス特性を高精度に予想することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、代表的なＭＥＭＳ製造システムは、画像取得部および製造処理部を有する。画像取得部は、ＭＥＭＳの画像情報を取得する。製造処理部は、画像取得部が取得した画像情報からＭＥＭＳに形成されるデバイスの３次元画像を生成して、生成した３次元画像を解析してデバイスの特性を予測し、ＭＥＭＳの製造レシピを修正する。

また、画像取得部は、ＭＥＭＳを載置するステージを有する。製造処理部は、ステージ制御部、ステージ角算出部、および３Ｄデータ生成部を有する。ステージ制御部は、ＭＥＭＳを載置したステージの傾斜角度を設定する第１のステージ傾斜角度および第１のステージ傾斜角度と異なる傾斜角度である第２のステージ傾斜角度に基づいて、ステージを傾斜させる。

ステージ角算出部は、ステージ制御部がステージを第１のステージ傾斜角度に設定した際に画像取得部が取得したステージの傾斜角度算出用の画像である第１の画像およびステージ制御部がステージを第２のステージ傾斜角度に設定した際に画像取得部が取得したステージの傾斜角度算出用の画像である第２の画像からステージの傾斜角度をそれぞれ算出する。

３Ｄデータ生成部は、画像取得部がステージを第１のステージ傾斜角度に設定した際に取得したデバイスの画像である第３の画像および画像取得部がステージを第２のステージ傾斜角度に設定した際に取得したデバイスの画像である第４の画像からデバイスの３次元データを生成する。

この３Ｄデータ生成部は、デバイスの３次元データを生成する際にステージ制御部により設定された第１のステージ傾斜角度、ステージ制御部により設定された第２のステージ傾斜角度、取得した第１の画像、および取得した第２の画像から算出する補正値を用いる。

特に、３Ｄデータ生成部は、ステージ制御部が設定した第１のステージ傾斜角度とステージ角算出部が第１の画像から算出したステージの傾斜角度との差およびステージ制御部が設定した第２のステージ傾斜角度とステージ角算出部が第２の画像から算出したステージの傾斜角度との差をそれぞれ算出して、算出したそれぞれの傾斜角度の差を補正値として用いる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

（１）形状の誤差が少ない、高精度なデバイスの３次元画像を取得することができる。

（２）ＭＥＭＳの開発期間を短縮することができる。

実施の形態１によるＭＥＭＳ製造システムにおける構成の一例を示す説明図である。 図１のＭＥＭＳ製造システムが有する計算機における構成の一例を示す説明図である。 図１のＭＥＭＳ製造システムによるＭＥＭＳ製造における全体処理の一例を示すフローチャートである。 図３のステップＳ１０４の処理における詳細なフローチャートである。 図４のステップＳ２０５の処理およびステップＳ２０８の処理における厳密な位置合わせ処理の一例を示す説明図である。 図４のステップＳ２１２の処理によるステージ角１およびステージ角２の傾斜角度の測定原理の一例を示す説明図である。 実施の形態２によるＭＥＭＳに形成されたデバイスの画像データ取得の一例を示すフローチャートである。 図７に続く処理の一例を示したフローチャートである。

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
〈ＭＥＭＳ製造システムの構成例〉
以下、実施の形態を詳細に説明する。

図１は、実施の形態１によるＭＥＭＳ製造システムにおける構成の一例を示す説明図である。

ＭＥＭＳ製造システム１０は、ＳＥＭ装置１１、計算機１２、および表示入力装置１３を有する。画像取得部であるＳＥＭ装置１１は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）からなり、試料であるＭＥＭＳ５０の観察領域の画像情報を取得する。

ＳＥＭ装置１１は、試料であるＭＥＭＳ５０を外気から遮断する真空チャンバ１５が設けられている。この真空チャンバ１５内には、ＭＥＭＳ５０を載置するとともに該ＭＥＭＳ５０を移動させるステージ１６が設けられている。

ＭＥＭＳ５０は、例えば半導体のシリコン基板、ガラス基板、あるいは有機材料などに機械要素部品のセンサ、アクチュエータ、および電子回路などを有する構造のデバイスである。

真空チャンバ１５内の上部には、電子銃１７および荷電粒子検出部１８がそれぞれ設けられている。電子銃１７は、電子ビームＢＥＭを放出する。この電子銃１７から出射された電子ビームＢＥＭの照射位置は、図示しない走査コイルによって制御される。

電子銃１７の下方には、図示しない電子光学系が真空チャンバ１５内に格納されている。荷電粒子検出部１８は、電子銃１７による電子ビームＢＥＭの照射によりＭＥＭＳ５０から出射される荷電粒子を検出する。真空チャンバ１５は、例えば定盤１９上に載置されている。

製造処理部である計算機１２は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーションなどからなる。この計算機１２は、ステージ１６の動作などのＳＥＭ装置１１における動作制御を行い、該ＳＥＭ装置１１が取得した荷電粒子を取り込み、電子ビームＢＥＭを走査する、言い換えれば照射された領域について、ＭＥＭＳ５０のＳＥＭ画像を生成する。

また、計算機１２は、画像解析による３次元データ、すなわち３次元画像の生成、点群データのＣＡＤモデル化、ＣＡＤモデルによる特性計算と設計データによる製造特性との比較を行う処理、および次工程へのフィードバックなどの処理を実行する。

表示入力装置１３は、計算機１２に接続されており、ＳＥＭ画像や画像解析結果などの該計算機１２が生成した画像を表示するとともに、画像条件、解析条件、計算条件などの様々な情報を入出力するインターフェースである。

〈計算機の構成例〉
図２は、図１のＭＥＭＳ製造システム１０が有する計算機１２における構成の一例を示す説明図である。

計算機１２は、図２に示すように、処理部２０、ＳＥＭ制御部２１、および記憶装置２２を有する。処理部２０は、ＭＥＭＳ５０の表面形状を計測して解析して、その解析結果を次工程にフィードバックする。

具体的には、ＭＥＭＳ５０の表面形状を３次元によって計測して取得し、取得した３次元データを解析する。そして、その解析結果に基づいて、ＭＥＭＳ５０の特性を予測して、予測した特性と設計データによる製造特性とを比較し、その比較結果を次の製造工程にフィードバックする。

処理部２０は、受け付け部２３、画像認識部２４、３Ｄ（３次元）データ生成部２５、ＣＡＤモデル作成部２６、特性算出部２７、特性比較部２８、製造レシピフィードバック部２９、製造レシピ生成部３０、ステージ角算出部３１、およびステージ角比較部３２を有する。

受け付け部２３は、図１の表示入力装置１３から入力されるＭＥＭＳ５０の設計データを受け付ける。画像認識部２４は、ＳＥＭ装置１１によって得られた画像を認識する。３Ｄデータ生成部２５は、ＭＥＭＳ５０の３次元データ、すなわち３次元画像を生成する。

ＣＡＤモデル作成部２６は、３Ｄデータ生成部２５が生成するＭＥＭＳ５０の３次元データからＣＡＤモデルを生成する。特性算出部２７は、ＣＡＤモデル作成部２６が生成するＣＡＤモデルからＭＥＭＳ５０の特性を算出する。また、特性算出部２７は、設計データに基づいたＣＡＤモデルにおける特性を算出する。

特性比較部２８は、特性算出部２７が算出した特性を比較して、その比較結果を出力する。製造レシピ修正部となる製造レシピフィードバック部２９は、特性算出部２７から出力される比較結果を製造レシピにフィードバックする。

製造レシピ生成部３０は、受け付け部２３が受け付けた設計データに基づいて、ＭＥＭＳ５０の製造レシピを生成する。ステージ角算出部３１は、基準マークデータ、および測定条件データなどから図１のステージ１６の角度であるステージ角を算出する。

ステージ角比較部３２は、ステージ角算出部３１が算出したステージ角と予め設定される設定値とを比較して、その比較結果が設定値の範囲以内であるか否かを判定する。ＳＥＭ制御部２１は、ＳＥＭ装置１１の動作を制御する。このＳＥＭ制御部２１は、受け付け部３３、ステージ制御部３４、および画像制御部３５を有する。画像認識部２４およびステージ制御部３４によって位置合わせ処理部が構成される。

受け付け部３３は、表示入力装置１３から入力される測定条件データを受け付ける。ステージ制御部３４は、測定条件データに基づいて、ステージ１６の移動を制御する。画像制御部３５は、測定条件データに基づいて、ＳＥＭ装置１１から画像を読み込み、該画像および画像取得時の条件などを画像データとして記憶装置２２に格納する。

格納部である記憶装置２２は、様々なデータを格納するメモリであり、例えばハードディスクドライブやフラッシュメモリなどに例示される不揮発性メモリなどからなる。記憶装置２２は、主に製造レシピ、３Ｄ化モデル、ＣＡＤ化モデル、特性計算モデル、設計データ、測定条件データ、基準マークデータ、画像データ、３Ｄデータ、算出結果データ、および比較データなどを格納する。

製造レシピは、製造レシピ生成部３０が生成するデータであり、作成するデバイス、すなわちＭＥＭＳ５０を作成する際に、該ＭＥＭＳ５０を製造する製造装置に対する加工条件などを示したデータである。例えばエッチング処理を行う製造装置の場合には、エッチング条件などであり、成膜処理を行う製造装置の場合には、いわゆる膜デポ条件などである。

エッチング条件は、例えばエッチング場所の座標、エッチング時の印加電圧、およびエッチング時間などの条件である。膜デポ条件は、例えば成膜の種類、ガスの種類、成膜場所の座標、および成膜時の印加電圧や時間などの条件である。

３Ｄ化モデルは、画像データから３次元データを算出する算出モデルである。ＣＡＤ化モデルは、特性算出部２７が特性を算出する際に適した形式の素子モデルである。特性計算モデルは、ＭＥＭＳ５０の基板上に形成される素子の特性を算出するためのモデルである。

設計データは、寸法データなどの作成するＭＥＭＳ５０の設計に関わるデータである。測定条件データは、３Ｄデータ生成部２５が生成する３次元データを算出するデータである。

この測定条件データは、例えば画像取得の際のステージ１６のステージ角、座標などによって表される測定箇所の場所、撮影時の画像の倍率、位置合わせの場所、測定すべき基準マークのデータなどからなる。

基準マークデータは、基板に形成される基準マークの形状、位置座標、および寸法などのデータである。基準マークは、基準点であり、後述するステージ１６の傾斜角度を算出する際に用いられる。画像データは、ＳＥＭ装置１１が取り込んだ撮像画像すなわちＳＥＭ画像と該撮像画像を取得した際の撮像条件とからなるデータであり、上述した画像制御部３５が記憶装置２２に格納する。

３Ｄデータは、３Ｄデータ生成部２５が画像データから算出するＭＥＭＳ５０に形成されるデバイスの３次元データである。算出結果データは、特性算出部２７が算出するＭＥＭＳ５０に形成されるデバイス特性の算出結果のデータである。比較データは、特性算出部２７が算出するＭＥＭＳ５０のデバイス特性と設計データに基づいたＣＡＤモデルにおけるデバイス特性との比較結果のデータである。

〈ＭＥＭＳシステムの処理例〉
続いて、ＭＥＭＳ製造システム１０によるＭＥＭＳ５０の製造処理の一例について説明する。

図３は、図１のＭＥＭＳ製造システムによるＭＥＭＳ製造における全体処理の一例を示すフローチャートである。この図３の処理は、例えばＭＥＭＳ５０のレイヤの製造毎に繰り返し行われる。

まず、表示入力装置１３から設計データが入力される（ステップＳ１０１）。入力された設計データは、受け付け部２３が受け付けた後、記憶装置２２に格納される。製造レシピ生成部３０は、入力された設計データに基づいて、ＭＥＭＳ５０の製造レシピを生成して（ステップＳ１０２）、生成した製造レシピを記憶装置２２に格納する。

そして、デバイス作製工程に移行する（ステップＳ１０３）。このデバイス作製工程においては、記憶装置２２に格納される製造レシピに基づいて、ＭＥＭＳ５０が製作される工程である。

デバイス作製工程では、ＭＥＭＳ５０は例えば半導体製造技術を利用して半導体製造装置などを用いて半導体基板にエッチングや成膜処理などが上述したようにレイヤ毎に施されることにより製作される。

続いて、ステップＳ１０３の処理にてＭＥＭＳ５０に形成されたデバイスの３次元表面形状の画像データを取得する（ステップＳ１０４）。なお、このステップＳ１０４の処理については、後述する図４にて詳しく説明する。

そして、取得した画像データの画像解析を行い（ステップＳ１０５）、その解析結果に基づいて３次元の画像を生成する。このステップＳ１０５の処理では、３Ｄデータ生成部２５がステップＳ１０４の処理にて取得した画像データからＳＥＭ画像、測定時のステージ角、および倍率を読み込み、記憶装置２２に格納される３Ｄデータに基づいてＣＡＤモデルを作成して、作成したＣＡＤモデルを記憶装置２２に格納する。

続いて、ＣＡＤモデル作成部２６が点群データのＣＡＤモデル化を行う（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６の処理は、ＣＡＤモデル作成部２６がステップＳ１０５の処理による記憶装置２２に格納されている３Ｄデータを読み込み、該３ＤデータをＣＡＤモデルに入力し、３Ｄデータに基づいてＣＡＤモデルを作成して、該ＣＡＤモデルを記憶装置２２に格納する。

そして、特性算出部２７は、ステップＳ１０６の処理による３ＤデータによるＣＡＤモデルを読み込み、記憶装置２２から読み出した特性計算モデルによって実構造デバイスの特性を算出した後（ステップＳ１０７）、算出結果を該記憶装置２２に格納する。また、特性算出部２７は、設計データに基づいたＣＡＤモデルにおいても同様に実構造デバイスの特性を算出して、その算出結果を記憶装置２２に格納する。

続いて、特性比較部２８は、ステップＳ１０７の処理にて算出された３Ｄデータに基づくデバイスの特性と記憶装置２２に格納される設計データによるデバイスの特性とを比較する（ステップＳ１０８）。

製造レシピフィードバック部２９は、特性比較部２８の比較結果に基づいて、次工程となる次のレイヤの製造工程を修正し、該修正結果に基づいて、記憶装置２２に格納されている製造レシピを修正する（ステップＳ１０９）。

以上により、ＭＥＭＳ製造における全体の製造処理が終了となる。

〈３次元画像の生成例〉
続いて、図３のステップＳ１０４の処理について説明する。

図４は、図３のステップＳ１０４の処理における詳細なフローチャートである。

まず、図３のステップＳ１０３の処理によってＭＥＭＳ５０のデバイスが作成された後、ＳＥＭ制御部２１のステージ制御部３４は、表示入力装置１３から入力される測定条件データからステージ角１を読み込み、読み込んだステージ角１の傾斜角度となるようにステージ１６を設定するように制御する（ステップＳ２０１）。ステージ角１は、第１のステージ傾斜角度である。

ステージ制御部３４は、同様に記憶装置２２から基準となる基準マークデータを読み出し、読み出した基準マークデータに基づいて、その基準マークを撮像すべき場所までステージ１６を平面移動するように制御する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２の処理にてステージ１６が平面移動すると、画像制御部３５は、ＳＥＭ装置１１によってＭＥＭＳ５０に形成されている基準マークの画像を撮像して取得する（ステップＳ２０３）。この画像が第１の画像となる。

画像制御部３５は、取得した画像を記憶装置２２に格納する。この基準マークは、測定条件データに基づいて、撮影倍率、撮像位置などが設定されて撮像される。

続いて、ステージ制御部３４は、評価を行う撮像対象のデバイスを撮像するようにステージ１６を平面移動させる制御を行う（ステップＳ２０４）。このステップＳ２０４の処理では、ステージ制御部３４が測定条件データから撮像するデバイスの位置を取得してステージ１６を移動させる。

ステージ１６の平面移動が終了すると、ステージ制御部３４、画像制御部３５、および画像認識部２４は、厳密な位置合わせ処理を実行する（ステップＳ２０５）。このステップＳ２０５の処理では、画像認識部２４が測定条件データからデバイスの厳密な位置を取得すると共に、画像制御部３５が測定条件データから撮影倍率を取得して設定する。そして、画像認識部２４により位置合わせすべきデバイスの画像を認識して厳密な位置合わせを行う。

厳密な位置合わせ処理が終了すると、画像制御部３５が測定条件データに基づいて、デバイスをＳＥＭ装置１１にて撮影して画像を取得し（ステップＳ２０６）、取得した画像を記憶装置２２に格納する。この画像が第３の画像となる。

続いて、ステージ制御部３４は、測定条件データからステージ角２を取得して、取得したステージ角２の角度となるようにステージ１６を設定する（ステップＳ２０７）。ここで、ステージ角２は、ステップＳ２０１の処理において設定したステージ角１とは異なる傾斜角度である。ステージ角２は、第２のステージ傾斜角度である。

ステージ角２の角度にステージ１６を設定すると、ステージ制御部３４は、再びデバイスの画像を取得して厳密な位置合わせ処理を実行する（ステップＳ２０８）。

厳密な位置合わせが終了すると、ステップＳ２０６の処理と同様にデバイスをＳＥＭ装置１１にて撮影して画像を取得し（ステップＳ２０９）、取得した画像を記憶装置２２に格納する。この画像が第４の画像となる。

続いて、ステージ制御部３４は、記憶装置２２から基準マークデータを読み出し、読み出した基準マークデータに基づいて、その基準マークを撮像すべき場所までステージ１６を平面移動するように制御する（ステップＳ２１０）。

ステップＳ２１０の処理にてステージ１６が平面移動すると、画像制御部３５は、ＳＥＭ装置１１によってＭＥＭＳ５０に形成されている基準マークの画像を再び撮像して取得する（ステップＳ２１１）。この画像が第２の画像となる。

画像制御部３５は、取得した画像を記憶装置２２に格納する。この基準マークは、測定条件データに基づいて、撮影倍率、撮像位置などが設定されて撮像される。

ステージ角算出部３１は、ステップＳ２０３の処理およびステップＳ２１１の処理にてそれぞれ取得した基準マークの画像からステージ角１およびステージ角２を算出して（ステップＳ２１２）、算出したステージ角１およびステージ角２の角度を記憶装置２２に格納する。

以上により、図３のステップＳ１０４の処理が終了となる。

その後、図３のステップＳ１０５の処理である３Ｄデータ生成部２５が対象のデバイスの３次元画像を生成する３次元再構築処理を実行する。この３次元再構築処理では、３次元画像を生成する際のパラメータの１つとしてステージ１６の傾斜角度が用いられる。

その際、ステップＳ２１２の処理にて算出したステージ角１の角度とステップＳ２０１の処理にて設定されたステージ角１の角度との差および同じくステップＳ２１２の処理にて算出したステージ角２の角度とステップＳ２０７の処理にて設定されたステージ角２の角度との差の絶対値をステージ１６の傾斜角度の補正値として用いることにより、精度の高いステージ１６の傾斜角度を得ることができる。

このように、高精度のステージ１６の傾斜角度を用いて３次元画像を生成することにより、ステージ１６の傾斜角度の誤差に伴う形状の誤差を低減した精度の高い３次元画像を生成することができる。

〈厳密な位置合わせ処理〉
続いて、上述した厳密な位置合わせ処理について説明する。

図５は、図４のステップＳ２０５の処理およびステップＳ２０８の処理における厳密な位置合わせ処理の一例を示す説明図である。

まず、図４のステップＳ２０５の処理では、図５（ａ）に示すように、ステージ１６がステージ角１の傾斜角にて取得したデバイスＤＶの画像の原点Ｇ１とデバイスＤＶの画像における仮想軸Ａｘｉｓとが一致するように位置合わせを行う。

また、図４のステップＳ２０８の処理では、図５（ｂ）に示すように、ステージ１６がステージ角２の傾斜角にて取得したデバイスＤＶ１の画像の原点Ｇ１とデバイスＤＶ１の仮想軸Ａｘｉｓとが一致するように位置合わせを行う。

原点Ｇ１は、仮想軸Ａｘｉｓ上に設けられる。図５の例では、デバイスが四角形の額縁状からなり、原点Ｇ１は、仮想軸Ａｘｉｓ上に位置するデバイスＤＶの１つのコーナ部の頂点に設定される。

そして、図５（ｃ）に示すように、ステージ角１にて撮像されたデバイスＤＶとステージ角２にて撮像されたデバイスＤＶ１との原点Ｇ１がそれぞれ一致するように厳密な位置合わせ処理を実行する。すなわち厳密な位置合わせ処理は、２枚の画像の仮想軸上の点を精密に合わせるように位置合わせを行う処理である。

ＳＥＭ装置１１が有するステージ１６のユーセントリック機構によってステージ１６をチルトさせた場合、図５（ｄ）に示すように、実線にて示すステージ角１の傾斜角度にて取得したデバイスＤＶの画像と点線にて示すステージ角２の傾斜角度にて取得したデバイスＤＶの画像との位置がずれてしまうことになる。

このように位置がずれた２つの画像から３次元画像を生成した場合には、ノイジーな画像などが生成されてしまう恐れがある。

一方、図４のステップＳ２０５、ステップＳ２０８の処理にて厳密な位置合わせ処理が行われた場合には、図５（ｅ）に示すように、ステージ角１の傾斜角にて取得したデバイスＤＶの原点Ｇ１とステージ角２の傾斜角にて取得したデバイスＤＶ１の原点Ｇ１とを一致させることにより、２つの画像のずれを低減することができる。

よって、画像のずれが少ない２つの画像から３次元画像を生成することにより、ノイズの少ない高精度な３次元画像を生成することができる。

続いて、ステージ角算出部３１によるステージ角１およびステージ角２の角度の算出技術について説明する。

図６は、図４のステップＳ２１２の処理によるステージ角１およびステージ角２の傾斜角度の測定原理の一例を示す説明図である。

ここで、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、基準マークＭａ，Ｍｂ，ＭｃがそれぞれＭＥＭＳ５０の基板上に形成されているものとする。ステージ１６の傾斜角度、基準マークＭａ，Ｍｂ，Ｍｃの相対位置関係は、以下に示す式１および式２に従う。

これら式１および式２を用いることにより、設定角度、すなわちステージ角１およびステージ角２の角度、および基準マークＭａ，Ｍｂの高さなどを高精度に算出することができる。

以上により、誤差の少ないステージ１６の傾斜角度を３次元画像の生成に用いることが可能となり、その結果、ノイズが少ない、すなわち形状の誤差が少ない、高精度な３次元画像を生成することができる。また、形状の誤差が少ない高精度な３次元画像を用いることにより、精度の高いデバイスの特性を算出することができる。

さらに、算出した精度の高いデバイスの特性と設計データとを比較して、その比較結果を次の製造工程に迅速にフィードバックすることができる。次工程の製造工程を直ちに修正することができるので、ＭＥＭＳ５０の開発期間を短縮することができる。また、取得した精度の高いデバイスの特性を用いて次工程の製造工程を直ちに修正することにより、的確な製造工程へのフィードバックを可能とすることができる。

（実施の形態２）
〈概要〉
前記実施の形態１では、算出した２つのステージ角度の差を補正に用いてデバイスの３次元画像を生成する技術について説明した。本実施の形態２においては、ステージの傾斜角度を修正することにより、デバイスの３次元画像を生成する技術について説明する。

〈ステージの傾斜角度の修正〉
本実施の形態２においては、上述したようにステージの傾斜角度の差が許容値以内となるようにステージの傾斜角を修正する技術について説明する。

図７は、本実施の形態２によるＭＥＭＳ５０に形成されたデバイスの画像データ取得の一例を示すフローチャートである。図８は、図７に続く処理の一例を示したフローチャートである。

この図７は、前記実施の形態１の図４に示す処理の他の処理例を示したものである。

なお、ＭＥＭＳ製造システム１０の構成は、前記実施の形態１の図１および図２と同様であるので、説明は省略する。また、図１のＭＥＭＳ製造システムによるＭＥＭＳ５０の製造における全体処理についても、前記実施の形態１の図３と同様であるので、説明は省略する。

まず、図７において、図３のステップＳ１０３の処理によってＭＥＭＳ５０のデバイスが作製された後、図２のＳＥＭ制御部２１のステージ制御部３４は、表示入力装置１３から入力される測定条件データからステージ１６の傾斜角度であるステージ角１を読み込み、読み込んだステージ角１の傾斜角度となるようにステージ１６を設定するように制御する（ステップＳ３０１）。

ステージ制御部３４は、同様に記憶装置２２から基準マークデータを読み出し、読み出した基準マークデータに基づいて、その基準マークを撮像すべき場所までステージ１６を平面移動するように制御する（ステップＳ３０２）。

図１のステージ１６の平面移動後、図２の画像制御部３５は、ＳＥＭ装置１１によってＭＥＭＳ５０に形成されている基準マークの画像を撮像して取得する（ステップＳ３０３）。これらステップＳ３０１〜ステップＳ３０３の処理は、図４のステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理と同じである。

続いて、図２のステージ角算出部３１は、取得した基準マークの画像、記憶装置２２に格納されている基準マークデータ、および測定条件データなどからステージ角１の角度を算出する（ステップＳ３０４）。また、ステージ角算出部３１は、算出したステージ角１の角度を記憶装置２２に格納する。

そして、図２のステージ角比較部３２は、ステージ角算出部３１が算出したステージ１６の傾斜角度と予め設定された許容値である設定値とを比較し、算出した傾斜角度が設定値の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。

ステップＳ３０５の処理にて、ステージ角比較部３２が算出した傾斜角度が設定値の範囲外であると判定すると、ステージ制御部３４は、ステージ角１が設定値の範囲内となるようにステージ１６の傾斜角度を調整した後（ステップＳ３０６）、再びステップＳ３０３の処理を実行する。

また、ステップＳ３０５の処理にて、ステージ角比較部３２が算出した傾斜角度が設定値の範囲内であると判定した際には、ステージ制御部３４が評価を行う撮像対象のデバイスを撮像するようにステージ１６を平面移動させる制御を行う（ステップＳ３０７）。

ステージ１６の平面移動が終了すると、ステージ制御部３４、画像制御部３５、および画像認識部２４は、厳密な位置合わせ処理を実行する（ステップＳ３０８）。

厳密な位置合わせ処理が終了すると、画像制御部３５が測定条件データに基づいて、デバイスをＳＥＭ装置１１にて撮影して画像を取得し（ステップＳ３０９）、取得した画像を記憶装置２２に格納する。

これらステップＳ３０７〜ステップＳ３０９の処理については、図４のステップＳ２０４〜ステップＳ２０６の処理と同様である。

続いて、図８において、ステージ制御部３４は、測定条件データからステージ角２を取得して、取得したステージ角２の角度となるようにステージ１６を設定する（ステップＳ３１０）。

ステージ制御部３４は、記憶装置２２から基準マークデータを読み出し、読み出した基準マークデータに基づいて、その基準マークを撮像すべき場所までステージ１６を平面移動するように制御する（ステップＳ３１１）。

ステージ１６の平面移動後、画像制御部３５は、ＳＥＭ装置１１によってＭＥＭＳ５０に形成されている基準マークの画像を撮像して取得する（ステップＳ３１２）。ステップＳ３１０の処理は、図４のステップＳ２０７の処理と同じであり、ステップＳ３１２の処理は、図４のステップＳ２１１の処理と同じである。

そして、ステージ角算出部３１は、取得した基準マークの画像、記憶装置２２に格納されている基準マークデータ、および測定条件データなどからステージ角２の角度を算出する（ステップＳ３１３）。また、ステージ角算出部３１は、算出したステージ角２の角度を記憶装置２２に格納する。

ステージ角比較部３２は、ステージ角算出部３１が算出したステージ１６の傾斜角度と予め設定された許容値である設定値とを比較し、算出した傾斜角度が設定値の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３１４）。

ステップＳ３１４の処理にて、ステージ角比較部３２が算出した傾斜角度が設定値の範囲外の場合、ステージ制御部３４は、ステージ角２が設定値の範囲内となるようにステージ１６を角度を再調整した後（ステップＳ３１５）、再びステップＳ３１２の処理を実行する。

また、ステップＳ３０５の処理にて、ステージ角比較部３２が算出した傾斜角度が設定値の範囲内である場合には、ステージ制御部３４が評価を行う撮像対象のデバイスを撮像するようにステージ１６を平面移動させる制御を行う（ステップＳ３１６）。

ステージ１６の平面移動が終了すると、ステージ制御部３４、画像制御部３５、および画像認識部２４は、厳密な位置合わせ処理を実行する（ステップＳ３１７）。厳密な位置合わせが終了すると、対象のデバイスをＳＥＭ装置１１にて撮影して画像を取得する（ステップＳ３１８）。

その後、図３のステップＳ１０５の処理において、３Ｄデータ生成部２５が、対象のデバイスの３次元画像を生成する３次元再構築処理を実行する。この３次元再構築処理では、前記実施の形態１で述べたように３次元画像を生成する際のパラメータの１つとしてステージ１６の傾斜角度が用いられる。

ここで、ステップＳ３１８の処理にて取得した対象のデバイスの画像は、予め設定された許容値以内にてそれぞれ取得されたものである。よって、３次元画像を生成する際に用いるステージ１６の傾斜角度は、誤差が少ない、言い換えればステージ１６の傾斜角度が精密に制御された予め設定された誤差の範囲内に収まる角度である。

このように、高精度に制御されたステージ１６の傾斜角度を３次元画像の生成に用いることにより、ノイズが少ない、すなわち形状の誤差が少ない、高精度な３次元画像を得ることができる。また、形状の誤差が少ない高精度な３次元画像を用いることにより、精度の高いデバイスの特性を算出することができる。

さらに、算出した精度の高いデバイスの特性と設計データとを比較して、その比較結果を次の製造工程に迅速にフィードバックすることができる。

このように、次工程の製造工程を直ちに修正することができるので、ＭＥＭＳ５０の開発期間を短縮することができる。また、取得した精度の高いデバイスの特性を用いて次工程の製造工程を直ちに修正することにより、的確な製造工程へのフィードバックを可能とすることができる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１０ ＭＥＭＳ製造システム
１１ ＳＥＭ装置
１２ 計算機
１３ 表示入力装置
１５ 真空チャンバ
１６ ステージ
１７ 電子銃
１８ 荷電粒子検出部
１９ 定盤
２０ 処理部
２１ ＳＥＭ制御部
２２ 記憶装置
２３ 受け付け部
２４ 画像認識部
２５ ３Ｄデータ生成部
２６ ＣＡＤモデル作成部
２７ 特性算出部
２８ 特性比較部
２９ 製造レシピフィードバック部
３０ 製造レシピ生成部
３１ ステージ角算出部
３２ ステージ角比較部
３３ 受け付け部
３４ ステージ制御部
３５ 画像制御部
５０ ＭＥＭＳ

Claims (4)

1. ＳＥＭ装置と、計算機と、を備え、
   前記ＳＥＭ装置は、ＭＥＭＳを載置するステージと、前記ステージの傾斜角度を設定し前記傾斜角度に基づいて前記ステージを傾斜させるステージ制御部とを有し、前記ステージ上の前記ＭＥＭＳに対する電子ビームの照射に基づいた荷電粒子を検出して、前記ＭＥＭＳの画像情報を取得し、
   前記計算機は、
   前記ＭＥＭＳに係わる設計データを入力して格納し、
   前記設計データに基づいて、前記ＭＥＭＳの製造レシピを生成して格納し、
   前記製造レシピに基づいて、前記ＭＥＭＳのデバイス作製工程で前記ＭＥＭＳのデバイスが作製された後、前記ＳＥＭ装置によって、前記ＭＥＭＳに形成されたデバイスの画像情報を取得し、
   取得した前記画像情報から、前記デバイスの３次元画像を生成し、
   前記デバイスの３次元画像からＣＡＤモデルを生成し、
   前記デバイスの前記３次元画像に基づいたＣＡＤモデルから、前記デバイスの特性を算出し、
   算出した前記デバイスの特性と、前記設計データが有するデバイスの特性とを比較した結果に基づいて、前記デバイスの特性が前記設計データが有する前記デバイスの特性となるように、前記製造レシピを修正し、
   前記計算機は、前記画像情報を取得して前記３次元画像を生成する際に、
   前記ステージ制御部によって、前記ＭＥＭＳを載置した前記ステージの傾斜角度を第１のステージ傾斜角度に設定し、
   前記ステージ制御部によって、前記第１のステージ傾斜角度に設定された前記ステージに載置された前記ＭＥＭＳに形成されている基準マークを撮像するように前記ステージを平面移動させ、前記ＳＥＭ装置によって、前記基準マークを撮像した画像である第１の画像を取得し、
   前記ステージ制御部によって、前記第１のステージ傾斜角度に設定された前記ステージに載置された前記ＭＥＭＳに形成されているデバイスを撮像するように前記ステージを平面移動させ、前記ＳＥＭ装置によって、位置合わせを実行し、前記デバイスを撮像した画像である第３の画像を取得し、
   前記ステージ制御部によって、前記ＭＥＭＳを載置した前記ステージの傾斜角度を前記第１のステージ傾斜角度とは異なる第２のステージ傾斜角度に設定し、
   前記ＳＥＭ装置によって、位置合わせを実行し、前記デバイスを撮像した画像である第４の画像を取得し、
   前記ステージ制御部によって、前記第２のステージ傾斜角度に設定された前記ステージに載置された前記ＭＥＭＳに形成されている前記基準マークを撮像するように前記ステージを平面移動させ、前記ＳＥＭ装置によって、前記基準マークを撮像した画像である第２の画像を取得し、
   前記第１のステージ傾斜角度に設定した際の前記第１の画像から前記ステージの傾斜角度φ１を算出し、前記第２のステージ傾斜角度に設定した際の前記第２の画像から前記ステージの傾斜角度φ２を算出し、
   前記傾斜角度φ１と前記第１のステージ傾斜角度との差、および、前記傾斜角度φ２と前記第２のステージ傾斜角度との差を算出して、前記ステージの傾斜角度に関する補正値とし、前記第１のステージ傾斜角度に設定した際の前記デバイスの前記第３の画像、および前記第２のステージ傾斜角度に設定した際の前記デバイスの前記第４の画像から、前記デバイスの３次元画像を生成する際に、前記補正値を用いて生成し、
   前記計算機は、前記第３の画像および前記第４の画像に係わる前記位置合わせを行う際には、前記第３の画像に撮像された前記デバイスの仮想軸に設定された原点と、前記第４の画像に撮像された前記デバイスの仮想軸に設定された原点との位置が一致するように、前記ステージ制御部によって前記ステージを移動させる、
   ＭＥＭＳ製造システム。
2. 請求項１記載のＭＥＭＳ製造システムにおいて、
   前記ＭＥＭＳの基板上には、前記基準マークとして、基準マークＭａ，Ｍｂを有し、基準マークＭａと基準マークＭｂは同じ高さ位置にあって既知の距離ｘ１を有し、
   前記計算機は、前記ステージの傾斜角度φ１およびφ２を算出する際には、前記画像情報における、基準マークＭａと基準マークＭｂとの距離Ｄ１から、前記ステージの傾斜角度φ１およびφ２を、φ＝ｓｉｎ ^−１ （Ｄ１／ｘ１）に基づいて算出する、
   ＭＥＭＳ製造システム。
3. ＳＥＭ装置と、計算機と、を備えるＭＥＭＳ製造システムにおけるＭＥＭＳ製造方法であって、
   前記ＳＥＭ装置は、ＭＥＭＳを載置するステージと、前記ステージの傾斜角度を設定し前記傾斜角度に基づいて前記ステージを傾斜させるステージ制御部とを有し、前記ステージ上の前記ＭＥＭＳに対する電子ビームの照射に基づいた荷電粒子を検出して、前記ＭＥＭＳの画像情報を取得し、
   前記計算機が実行するステップとして、
   前記ＭＥＭＳに係わる設計データを入力して格納するステップ、
   前記設計データに基づいて、前記ＭＥＭＳの製造レシピを生成して格納するステップ、
   前記製造レシピに基づいて、前記ＭＥＭＳのデバイス作製工程で前記ＭＥＭＳのデバイスが作製された後、前記ＳＥＭ装置によって、前記ＭＥＭＳに形成されたデバイスの画像情報を取得するステップ、
   取得した前記画像情報から、前記デバイスの３次元画像を生成するステップ、
   前記デバイスの３次元画像からＣＡＤモデルを生成するステップ、
   前記デバイスの前記３次元画像に基づいたＣＡＤモデルから、前記デバイスの特性を算出するステップ、
   算出した前記デバイスの特性と、前記設計データが有するデバイスの特性とを比較した結果に基づいて、前記デバイスの特性が前記設計データが有する前記デバイスの特性となるように、前記製造レシピを修正するステップを有し、
   前記画像情報を取得するステップおよび前記３次元画像を生成するステップは、
   前記ステージ制御部によって、前記ＭＥＭＳを載置した前記ステージの傾斜角度を第１のステージ傾斜角度に設定するステップ、
   前記ステージ制御部によって、前記第１のステージ傾斜角度に設定された前記ステージに載置された前記ＭＥＭＳに形成されている基準マークを撮像するように前記ステージを平面移動させ、前記ＳＥＭ装置によって、前記基準マークを撮像した画像である第１の画像を取得するステップ、
   前記ステージ制御部によって、前記第１のステージ傾斜角度に設定された前記ステージに載置された前記ＭＥＭＳに形成されているデバイスを撮像するように前記ステージを平面移動させ、前記ＳＥＭ装置によって、位置合わせを実行し、前記デバイスを撮像した画像である第３の画像を取得するステップ、
   前記ステージ制御部によって、前記ＭＥＭＳを載置した前記ステージの傾斜角度を前記第１のステージ傾斜角度とは異なる第２のステージ傾斜角度に設定し、
   前記ＳＥＭ装置によって、位置合わせを実行し、前記デバイスを撮像した画像である第４の画像を取得するステップ、
   前記ステージ制御部によって、前記第２のステージ傾斜角度に設定された前記ステージに載置された前記ＭＥＭＳに形成されている前記基準マークを撮像するように前記ステージを平面移動させ、前記ＳＥＭ装置によって、前記基準マークを撮像した画像である第２の画像を取得するステップ、
   前記第１のステージ傾斜角度に設定した際の前記第１の画像から前記ステージの傾斜角度φ１を算出し、前記第２のステージ傾斜角度に設定した際の前記第２の画像から前記ステージの傾斜角度φ２を算出するステップ、
   前記傾斜角度φ１と前記第１のステージ傾斜角度との差、および、前記傾斜角度φ２と前記第２のステージ傾斜角度との差を算出して、前記ステージの傾斜角度に関する補正値とし、前記第１のステージ傾斜角度に設定した際の前記デバイスの前記第３の画像、および前記第２のステージ傾斜角度に設定した際の前記デバイスの前記第４の画像から、前記デバイスの３次元画像を生成する際に、前記補正値を用いて生成するステップを有し、
   前記計算機が前記第３の画像および前記第４の画像に係わる前記位置合わせを行う際には、前記第３の画像に撮像された前記デバイスの仮想軸に設定された原点と、前記第４の画像に撮像された前記デバイスの仮想軸に設定された原点との位置が一致するように、前記ステージ制御部によって前記ステージを移動させる、
   ＭＥＭＳ製造方法。
4. 請求項３記載のＭＥＭＳ製造方法において、
   前記ＭＥＭＳの基板上には、前記基準マークとして、基準マークＭａ，Ｍｂを有し、基準マークＭａと基準マークＭｂは同じ高さ位置にあって既知の距離ｘ１を有し、
   前記計算機が前記ステージの傾斜角度φ１およびφ２を算出する際には、前記画像情報における、基準マークＭａと基準マークＭｂとの距離Ｄ１から、前記ステージの傾斜角度φ１およびφ２を、φ＝ｓｉｎ ^−１ （Ｄ１／ｘ１）に基づいて算出する、
   ＭＥＭＳ製造方法。
   

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