JPS63102231A - Mark signal processor using charged particle beam - Google Patents

Mark signal processor using charged particle beam

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JPS63102231A
JPS63102231A JP61248051A JP24805186A JPS63102231A JP S63102231 A JPS63102231 A JP S63102231A JP 61248051 A JP61248051 A JP 61248051A JP 24805186 A JP24805186 A JP 24805186A JP S63102231 A JPS63102231 A JP S63102231A
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JP
Japan
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signal
mark
charged particle
smoothing
circuit
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JP61248051A
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Japanese (ja)
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Shinji Nakanoda
伸治 中野田
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Jeol Ltd
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the wear of a mask due to beam irradiation, by eliminating back ground level from a signal obtained by detecting a reflected beam, and finding a mark position on the basis of the signal in which noise component is eliminated and smoothing is done. CONSTITUTION:Charged particle beam Bi is radiated on a mask 4, generated reflection beam is received, and a signal including back ground level and noise component is output from a beam detector 5. A signal waveform resulting from elimination of the unnecessary ground component independent of the signal component can be obtained by a subtractor 6. Then the output of the subtractor 6 is input to a filter 9, and the elimination of noise and the smoothing of waveform are performed. After a trial function which best approximates a signal to the signal subjected to smoothing is obtained by a fitting circuit 10, center coodinates of the trial function are calculated by the next peak center determination circuit 11. Thus a very accurate trial function can be determined, so that a mark position is accurately obtained. Further the number of times of averaging by integrating can be extermely reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は荷電粒子ビームによるマーク信号処理装置に関
し、更に詳しくはマーク位置を正確に求めることができ
るようした荷電粒子ビームによるマーク信号処理装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a mark signal processing device using a charged particle beam, and more particularly to a mark signal processing device using a charged particle beam that can accurately determine mark positions. .

(従来の技術) 荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子源より出射した荷電粒
子を加速・集束して偏向器により試料上に2次元走査し
、ビーム描画等を行う装置である。
(Prior Art) A charged particle beam device is a device that accelerates and focuses charged particles emitted from a charged particle source and scans them two-dimensionally on a sample using a deflector to perform beam drawing or the like.

荷電粒子ビーム装置としては、例えば電子ビーム描画装
置、集束イオンビーム装置、電子ビーム測長様等がある
。この種の荷電粒子ビーム装置では、ビーム照射を行う
に際し、試料(例えばウェハ)上に付されたマーク乃至
は試料を載置するステージ上に付されたマークを利用し
てマークの位2決めを行う必要がある。
Examples of the charged particle beam device include an electron beam lithography device, a focused ion beam device, and an electron beam length measurement device. In this type of charged particle beam device, when performing beam irradiation, marks are placed on a sample (e.g., a wafer) or on a stage on which the sample is placed to determine the position of the mark. There is a need to do.

このマークの位置決めは、マーク位置付近でビームを複
数回走査し、その反射信号を検出器で検出し、得られた
信号の積算平均より信号強度のピーク中心を求め、それ
をマーク位置としている。
This mark positioning involves scanning a beam multiple times in the vicinity of the mark position, detecting the reflected signal with a detector, determining the peak center of the signal intensity from the integrated average of the obtained signals, and determining the center of the peak of the signal intensity as the mark position.

例えば、第4図(イ)に示すようなマークがあるものと
する。このマーク位置付近でビーム走査を行い(ロ)に
示すような信号が得られたものとする。この信号のピー
クPL、P2の座標をそれぞれXl、X2として、マー
ク位置の座標を求めている。
For example, assume that there is a mark as shown in FIG. 4(a). It is assumed that beam scanning is performed near this mark position and a signal as shown in (b) is obtained. The coordinates of the mark position are determined by setting the coordinates of the peaks PL and P2 of this signal as Xl and X2, respectively.

(発明が解決しようとする問題点) マーク位置を求めるにあたっては、前述したようにS/
N比改善のために積算処理をしているが、荷電粒子ビー
ム(特にイオンビーム)を用いて試料面を例えば10数
回走査すると、ビーム照射の影響によりマークの摩耗が
激しくなり、マークの輪郭がはっきりしなくなってしま
う。即ち、何回もキャリブレーション、ビームコンディ
ショニングを繰り返すと、マークの摩耗のためにマーク
中心の位置決めができなくなってしまう。
(Problem to be solved by the invention) In determining the mark position, as mentioned above, the S/
Integration processing is performed to improve the N ratio, but if a charged particle beam (especially an ion beam) is used to scan the sample surface, for example, 10 times, the marks will be severely worn due to the beam irradiation, and the outline of the mark will be distorted. becomes unclear. That is, if calibration and beam conditioning are repeated many times, the center of the mark cannot be positioned due to wear of the mark.

マークが摩耗すると、得られる信号は第5図(a)に示
すようにその幅が広くなり、積算平均による統計的処理
のみでは位置決め精度が悪くなる。尚、<b)に参考の
ためにマークの摩耗のない場合の信号を示す。
When the marks wear out, the width of the obtained signal becomes wider as shown in FIG. 5(a), and the positioning accuracy deteriorates when only statistical processing using cumulative averaging is performed. For reference, <b) shows the signal when the mark is not worn.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、
その目的はマーク位置を正確に求めることができる荷電
粒子ビームによるマーク位置検出信号処理装置を実現す
ることにある。
The present invention has been made in view of these points, and
The purpose is to realize a mark position detection signal processing device using a charged particle beam that can accurately determine mark positions.

(問題点を解決するための手段) 前記した問題点を解決する本発明は、マーク位置近辺を
荷電粒子ビームで走査することにより得られる反射ビー
ムを検出するビーム検出器と、該ビーム検出器により得
られる信号出力からバックグランドレベルを減算する減
鐸手段と、減算後の信号からノイズの除去と平滑化を行
うフィルタ手段と、フィルタ手段通過後の信号からピー
クの中心を決定するピーク中心決定手段とを具備し、該
ピーク中心決定手段の出力によりマーク位置を求めるよ
うに構成したことを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention that solves the above-mentioned problems includes: a beam detector that detects a reflected beam obtained by scanning the vicinity of a mark position with a charged particle beam; A reduction means for subtracting a background level from the obtained signal output, a filter means for removing noise and smoothing from the signal after the subtraction, and a peak center determining means for determining the center of the peak from the signal passed through the filter means. The present invention is characterized in that the mark position is determined by the output of the peak center determining means.

(作用) マーク位置近辺をビーム走査して得られた検出信号から
バックグラウンドレベルを減算することと、ノイズ除去
と平滑化を行うことの2段階処理によりマーク検出の精
度を上げてピーク中心を決定する。
(Function) The two-step process of subtracting the background level from the detection signal obtained by scanning the beam near the mark position, and performing noise removal and smoothing improves the accuracy of mark detection and determines the peak center. do.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。図において、1は真空空、2は荷電粒子ビームBiを
偏向させる偏向器、3はステージ(試料台)、4は該ス
テージ3上に載置された試料上に或いはステージ上に付
された位置決め用マークである。5はマーク4に照射さ
れた荷電粒子ビーム13iの反射ビームを捉えるビーム
検出器である。該ビーム検出器5からは第4図に示すよ
うな信号が出力される。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a vacuum space, 2 is a deflector that deflects the charged particle beam Bi, 3 is a stage (sample stage), and 4 is a positioning device placed on the sample placed on the stage 3 or on the stage. It is a mark for A beam detector 5 captures the reflected beam of the charged particle beam 13i irradiated onto the mark 4. The beam detector 5 outputs a signal as shown in FIG.

6はビーム検出器5出力からバックグラウンドレベルを
減算する減算回路である。ビーム検出器5の出力には、
信号成分とは無関係のビーム検出器5の暗電流等に基づ
くDCオフセット成分(バックグラウンド成分)が含ま
れるので、減算回路6でこのバックグラウンドレベルを
差し引いてやるのである。このバックグラウンドレベル
は、基準電圧Esを可変抵抗よりなる分圧器7を調整し
て変えられるようになっている。 8は減算回路6の出
力に含まれるノイズ成分の除去と波形の平滑化をソフト
ウェア上の処理により行うソフト平滑回路、9は同じく
減算回路6の出力に含まれるノイズ成分の除去と波形平
滑化をハード的に行うフィルタである。減算回路6の出
力は、スイッチSWs 、SW+ ’ により、ソフト
平滑回路8.フィルタ9の何れか一方に接続される。1
0はソフト平滑回路8或いはフィルタ9の何れかにより
平滑化された信号波形と、別途入力されるフィッティン
グ範囲パラメータを基に作成した試行関数とを比較し、
最適な試行関数をセレクトするフィッティング回路、1
1は該フィッティング回路10から出力される最適試行
関数を基にピークの中心を決定するピーク中心決定回路
である。該ピーク中心決定回路11からマークの位置を
決定する信号(OUTPUT)が出力される。このよう
に構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りであ
る。
6 is a subtraction circuit that subtracts the background level from the beam detector 5 output. The output of the beam detector 5 is
Since a DC offset component (background component) based on the dark current of the beam detector 5, etc., which is unrelated to the signal component, is included, the subtraction circuit 6 subtracts this background level. This background level can be changed by adjusting the reference voltage Es using a voltage divider 7 made of a variable resistor. 8 is a soft smoothing circuit that removes noise components contained in the output of the subtraction circuit 6 and smooths the waveform by processing on software; 9 also removes noise components contained in the output of the subtraction circuit 6 and smooths the waveform. This is a hardware filter. The output of the subtraction circuit 6 is sent to the soft smoothing circuit 8. by the switches SWs and SW+'. It is connected to either one of the filters 9. 1
0 compares the signal waveform smoothed by either the soft smoothing circuit 8 or the filter 9 with a trial function created based on fitting range parameters input separately,
Fitting circuit that selects the optimal trial function, 1
Reference numeral 1 denotes a peak center determining circuit that determines the center of a peak based on the optimal trial function output from the fitting circuit 10. The peak center determining circuit 11 outputs a signal (OUTPUT) for determining the position of the mark. The operation of the device configured as described above will be explained as follows.

マーク4に荷電粒子ビームB1が照射すると、反射ビー
ムが発生する。この反射ビームはマーク部とそれ以外の
領域とで反射モードが異なり、それ自体位置情報を含ん
だものとなる。この反射ビ−ムを受はビーム検出器5か
らは、第2図(イ)に示すようなバックグラウンド成分
りとノイズ成分を含んだ信号が出力される。バックグラ
ウンド成分りは、ビーム検出器5の暗電流等に起因する
もので、信号成分とは無関係である。そこで、減算回路
6で、この不要なバックグラウンドレベルを除去してや
る。具体的には、減算すべきバックグラウンド成分りの
レベルに対応した電圧値を、分圧器7から減算回路6に
与えて、DCオフセット分を除去する。この結果、減算
回路6からは、第2図(ロ)に示すようにバックグラウ
ンド成分が除去された信号波形が得られる。尚、減算回
路6に入力されるDCオフセット対応電圧は、バックグ
ラウンド成分に応じて可変できるので、信号成分を除去
せずにDCオフセット分のみをうまく除去することがで
きる。
When the mark 4 is irradiated with the charged particle beam B1, a reflected beam is generated. This reflected beam has different reflection modes between the mark portion and other areas, and contains positional information itself. Upon receiving this reflected beam, the beam detector 5 outputs a signal containing a background component and a noise component as shown in FIG. 2(A). The background component is caused by the dark current of the beam detector 5, and has nothing to do with the signal component. Therefore, the subtraction circuit 6 removes this unnecessary background level. Specifically, a voltage value corresponding to the level of the background component to be subtracted is applied from the voltage divider 7 to the subtraction circuit 6 to remove the DC offset. As a result, a signal waveform from which the background component has been removed is obtained from the subtraction circuit 6, as shown in FIG. 2(b). Note that since the voltage corresponding to the DC offset inputted to the subtraction circuit 6 can be varied according to the background component, only the DC offset can be effectively removed without removing the signal component.

スイッチSW1.8Wt ’ がフィルタ9側に接続さ
れているものとすると、減舞回路6の出力はフィルタ9
に入ってノイズの除去と波形の平滑化が行われ、第2図
(ハ)に示すような信号波形となる。平滑化された信号
に対し、次のフィッティング回路10で、フィッティン
グ範囲パラメータを入力して最小2乗法或いは非線形最
小2乗法等を用いて信号の一部を第2図(ニ)のfに示
すような試行関数によりフィッティングしてパラメータ
を決める。データのどこの部分を使用するかは別途入力
されるフィッティング範囲パラメータにより設定し、可
変できるようにする。
Assuming that the switch SW1.8Wt' is connected to the filter 9 side, the output of the dance reduction circuit 6 is connected to the filter 9 side.
Then, noise is removed and the waveform is smoothed, resulting in a signal waveform as shown in FIG. 2 (c). For the smoothed signal, a fitting circuit 10 inputs the fitting range parameters and uses the least squares method or nonlinear least squares method to convert a part of the signal as shown in f in Fig. 2 (d). The parameters are determined by fitting using a trial function. The part of the data to be used is set by a fitting range parameter that is input separately, so that it can be varied.

フィッティング回路10により信号を最もよく近似する
試行関数が求まったら、次のピーク中心決定回路11に
より第2図(ホ)に示すように試行関数の中心座標を計
算する。このようにして求めた座標をマークの位置座標
とみなす。本発明によれば、フィッティングする迄の間
に、バックグラウンドレベル及びノイズが除去されてい
るので、極めて正確な試行関数を決定することができ、
従って、マーク位置を正確に求めることができ、積算に
よる平均化の回数も極めて少なくすることができる。
Once the trial function that best approximates the signal is found by the fitting circuit 10, the next peak center determining circuit 11 calculates the center coordinates of the trial function as shown in FIG. 2(E). The coordinates obtained in this way are regarded as the position coordinates of the mark. According to the present invention, since the background level and noise are removed before fitting, an extremely accurate trial function can be determined.
Therefore, the mark position can be accurately determined, and the number of times of averaging by integration can be extremely reduced.

上述の説明では、検出信号のノイズ除去及び平滑化にハ
ード回路のフィルタ9を用いた場合を例にとったが、ソ
フト平滑回路8によるソフトウェアによりノイズ除去及
び平滑化を行ってもよい。
In the above description, an example is given in which the hard circuit filter 9 is used for noise removal and smoothing of the detection signal, but the noise removal and smoothing may be performed by software using the soft smoothing circuit 8.

但し、この場合には、検出データを一旦A/D変換器を
用いてディジタルデータに変換してやる必要がある。ソ
フトウェアによる平滑化処理法としては、例えば2次式
適合化法が用いられるが、その他の方法であってもよい
However, in this case, it is necessary to once convert the detected data into digital data using an A/D converter. As the smoothing processing method using software, for example, a quadratic equation adaptation method is used, but other methods may be used.

尚、前述した2次式適合化法は第3図に示すようなハー
ド回路にnき換えることができる。図に示す回路は多入
力の加算器であり、入力抵抗を図に示すようにRo、R
r 、R2とし、同一符号の抵抗値は等しいものとする
と、出力f、は次式で与えられる。
Note that the quadratic equation adaptation method described above can be replaced with a hardware circuit as shown in FIG. The circuit shown in the figure is a multi-input adder, and the input resistances are Ro and R as shown in the figure.
Assuming that r and R2 are equal, and resistance values of the same sign are equal, the output f is given by the following equation.

f  o  −α f t−2+ β f  喝=14
− γ f 自 + β f;+1 + α f 1+
2こコテ、入力f;−z 、 fl−1,f i  、
 fi+1 、 f’+4−2 ハマークの各位置くこ
こでは5ケ所)における検出信号、α、β、γはゲイン
を示す係数でα−Rf/Rz、β−Rf/Rt。
f o -α f t-2+ β f =14
− γ f self + β f;+1 + α f 1+
2 times, input f;-z, fl-1, fi,
fi+1, f'+4-2 Detection signals at each position of the hamark (in this case 5 positions), α, β, and γ are coefficients indicating gains, α-Rf/Rz and β-Rf/Rt.

γ=Rf/R。γ=Rf/R.

である。It is.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、ビーム検
出で反射ビームを検出して得られた信号からバックグラ
ウンドレベルを除去し、更にノイズ除去と平滑化を行っ
た信号を基にマーク位置を求めるようにしているので、
マーク位置を正確に求めることができ、積算回数も少な
くてすむ。従って、ビーム照射によるマークの摩耗を減
らすこともできる。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, the background level is removed from the signal obtained by detecting the reflected beam by beam detection, and the signal is further subjected to noise removal and smoothing. Since we are trying to find the mark position based on
Mark positions can be determined accurately, and the number of integrations can be reduced. Therefore, wear of the mark due to beam irradiation can also be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第2
図は各部の信号波形を示す図、第3図はフィルタ回路例
を示す図、第4図、第5図は信号波形を示す図である。 1・・・真空空     2・−・偏向器3・・・ステ
ージ    4・・・マーク5・・・ビーム検出器  
6・・・減算回路7・・・分圧器     8・・・ソ
フト平滑回路9・・・フィルタ 10・・・フィッティング回路 11・・・ピーク中心決定回路 SWr 、SWt ’ ・・・スイッチ特許出願人  
日  本  電  子  株  式  会  礼式  
理  人     弁理士   井  島  藤  治
外1名
FIG. 1 is a configuration block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
The figures show signal waveforms at various parts, FIG. 3 shows an example of a filter circuit, and FIGS. 4 and 5 show signal waveforms. 1...Vacuum air 2...Deflector 3...Stage 4...Mark 5...Beam detector
6... Subtraction circuit 7... Voltage divider 8... Soft smoothing circuit 9... Filter 10... Fitting circuit 11... Peak center determining circuit SWr, SWt'... Switch patent applicant
Japan Electronics Stock Exchange Ceremony
Patent attorney Fuji Ijima 1 person

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] マーク位置近辺を荷電粒子ビームで走査することにより
得られる反射ビームを検出するビーム検出器と、該ビー
ム検出器により得られる信号出力からバックグランドレ
ベルを減算する減算手段と、減算後の信号からノイズの
除去と平滑化を行うフィルタ手段と、フィルタ手段通過
後の信号からピークの中心を決定するピーク中心決定手
段とを具備し、該ピーク中心決定手段の出力によりマー
ク位置を求めるように構成したことを特徴とする荷電粒
子ビームによるマーク信号処理装置。
a beam detector for detecting a reflected beam obtained by scanning the vicinity of a mark position with a charged particle beam; a subtraction means for subtracting a background level from a signal output obtained by the beam detector; and a peak center determining means for determining the center of the peak from the signal passed through the filter means, and the mark position is determined by the output of the peak center determining means. A mark signal processing device using a charged particle beam characterized by:
JP61248051A 1986-10-17 1986-10-17 Mark signal processing apparatus using charged particle beam Expired - Lifetime JPH0616486B2 (en)

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