JPS6376252A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 半導体ウェーハのパターンなど被測定部材に形成された
所定のパターンを走査型ｔ＋顕微鏡の定位置に自動位置
決めする位置決め装置に関する。

（従来の技術） 半導体装置の分野では、集積回路の高密度化にともなっ
て、半導体ウェーハの表面に形成された微細なパターン
を高速、高精度に測定する装置を必要としている。通常
このような微細パターンの測定は、光学式顕微鏡を用い
た測微計、光学式顕微鏡と工業用テレビジ璽ンを組合せ
た電子式測定器など光学的手段を用いた測定器が広く用
いられているが、パターン寸法がサブミクロンになると
分解能上これら光学的手段を用いた測定器では測定困難
となる。

非光学的手段、たとえば走査型電子顕微鏡をモニタテレ
ビジ曹ンと組合せた測定器は、このような微細パターン
に対しても分解能上測定可能である。しかし、パターン
を高精度測定するために倍率を高くすると、所要のパタ
ーンをさがし出して位置決めするのに時間がかかり、検
査や測定の能率をいちじるしく低下させる。したがって
走査型電子顕微鏡に対して、所定のバター／を高速、高
精度に位置決めする装置が必要となる。

しかし、たとえば半導体ウェーハに形成されているオリ
７うを：＆：準ピンに押し当てるなどのメカ的な方法で
は、位置決め誤差が大きく、又、回遊しようとすると、
高精度、高価なステージが必要となる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、走査型電子顕微鏡における所定のパターンの
位置決め精度及び能率に問題があることを参酌してなさ
れたもので、走査型電子顕微鏡から得られる所定のパタ
ーンが形成されている被測定部材の画像データを処理し
て、高精度かつ容易に上記所要のパターンを位置決めす
ることにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明の位置決
め装置は、走査型電子顕微鏡と、所定のパターンが形成
されている被測定部材の所定領域を電子ビームが走査す
るように、走査型電子顕微鏡に対して被測定部材を位置
決めするＸ−Ｙステージと、このＸ−Ｙステージの移動
を制御スるステージコントロール部と、上記電子ビーム
が指定の倍率で走査するように制御するスキャンコント
ロール部と、走査型電子顕微鏡から送出される画像信号
を再生して上記所定領域の画像を表示する表示部と、上
記画像Ｇｉ号を画像データとして格納するフレームメモ
リ部と、スキャンコントロール部へ走査指令およびフレ
ームメモリ部の画像データを使い、位置合せマークの位
蓋検出を行ない、ステージコントロール部へステージの
移動指令を送る演算制御部より構成され、画像データの
演算処理によりパターンの位置決めを行うようにしたも
のである。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を半導体ウェーハに形成
されている所定のパターンを位置決めする実施例につい
て説明する。

この例の位置決め装置は、第１図に示すように、走査型
電子顕微鏡（１）と、半導体ウェーハ（ト）を足位置に
位置決めするＸ−Ｙステージ（２）を有する。

走査型電子顕微鏡（１）は、電子銃（３）から放出され
た電子ビーム（４）を電子レンズ系（５）集束し、これ
を偏向系（６）で偏向して、上記定位置に位置決めされ
た半導体ウェーハ（Ｗ）を走査し、この走査により発生
した二次電子検出器（８）に捕捉された二次電子（７）
は、画像信号として表示部（９）およびフレームメモリ
部α呻に送出される。上記Ｘ−Ｙステージ（２）の移動
は、コンピュータ、メモリなどを内蔵する演算制御部ａ
のから送出される駆動指令に基づいてステージコントロ
ール部（１３から送出される信号により制御される。ま
た、上記電子ビーム（４）の偏向は、同じく演算制御部
（Ｉ２から送出される電子ビーム（４）の走査幅および
走査角を指定する走査指令と走査の倍率を指定する倍率
指令に基づいて、スキャンコントロール部α４により制
御される。上記表示部（９）は、二次電子検出器（８）
から送出される画像信号を、スキャンコントロール部Ｉ
から送出される信号により電子ビーム（４）の走査と同
期して取り込み、表示装置すなわちこの例では、図示し
ない表示用プラクン管の画面上に再生表示する。また、
フレ−ムメモリ部αＱに送出される画像信号は、〜０（
アナログ−デジタル）変換されフレームメモリ部（１（
１に格納される。上記演算制御部Ｑ３は、第２図に示す
ように、スキャンコントロール部ｕＬ７レームメモリ部
ａ〔を制御する制御手段（１２ａ）と、７レームメモ’
Ｊ＆ｌＳα１の画像データをＸ、Ｙ方向に投影処理する
投影処理手段（１２ｂ）と、この投影処理手段（１２ｂ
）にて得られた投影データに基づいて後述するマーク（
Ｍｌ）、　（Ｍ２）の位置検出を行う位置検出手段（１
２Ｃ）を有している。

つぎに、半導体ウェーハ（Ｗ）に形成されている位置合
せマーク（Ｍ、１　）　、　（Ｍ２　）を使い、半導体
ウェーハ（Ｗ）の位置決めをする方法について述べる。

まず、Ｘ−Ｙステージ（２）に半導体ウェーハ（Ｗ）を
走査型電子顕微＠！　（１）に対して定位置に送り込む
。

この送り込みは、演算制御部αりから送出される指令に
基づいて、ステージコントロー＃ｆｌＱ３にヨリ一定の
精度でおこなわれる。半導体ウェーハ（Ｗ）には、第３
図及び第４図に示す様に、たとえばチップ（Ａ）、　（
Ｂ）に近接した場所に位置合せマーク（Ｍｌ）、　（Ｍ
２）が作っである。なお、第４図は第３図の円内の拡大
図である。しかして、演算制御部Ｑ２には、この位置合
せマーク（Ｍｌ）、　（Ｍ２）の位置データと、チップ
（Ａ）、　（Ｈ）のアドレスが＄前に登録されている。

つぎに、チップ（Ａ）の位置合せマーク（Ｍｌ　）のア
ドレスを検出する。つづいて、送り込まれた半導体クエ
ーハ（Ｗ）に対して、走査型電子顕微鏡（１）の偏向系
（６）は、演算制御部側からスキャンコントロール部α
４に送出される走査指令および倍率指令に基づいて、電
子銃（３）から放出され電子レンズ系（５）で集束され
た電子ビーム（４）を数１００倍ないし１０００倍の低
倍率で偏向してチップ（Ａ）の位置合せマーク（Ｍｌ）
の付近を走査する。この走査にしたがって、半導体ウェ
ーハ（Ｗ）から放出される二次電子は、二次電子検出器
（８）に捕捉され、画像信号として表示部（９）および
フレームメモリ部ａｔＪｌに送出される。表示部（９）
は、これを再生して表示用プ２クン管の画面に上記所定
領域の画像を表示する。フレームメモリ部０Ｑは、Ａ／
Ｄ変換して、デジタルデータとして、それを１画像デー
タとして格納する。上記電子ビーム（４）の偏向走介を
低倍率でおこなうことは、上記のように半導体ウェーハ
（Ｗ）を比較的低い一定の精度で送り込んでも、この電
子ビーム（４）の走査領域内に目的とする位置合せマー
クが含まれ、第５図（Ａ）に示される様に、表示用ブラ
ウン管の画面に、位置合わせマーク（Ｍｌ）が表示され
、フレームメモリ部ＧＱに格納された画像データにも含
まれることを意味する。フレームメモリ部Ｏ１に格納さ
れた画像データは、演算制御部α２によって容易に読み
誉きができる様になっている。位置合せマーク（Ｍｌ）
、　（Ｍ２）は、第５図（Ａ）に示す様に、ダイシング
ライン（ＤＬ）の中央部に形成されている。かくて、演
算制御部ｕ４は、次の処理を行なって、位置合せマーク
（Ｍｌ）の中心位置を求める。第５図（Ａ）の画像に対
して、水平方向。

垂直方向に、画素データを加算し、第５図（１３）、　
（Ｃ）の様なヒストグラムを求める。すると、２次電子
画像では、チップ（Ａ）の端部（ダイシングライン（Ｄ
Ｌ）とチップ（Ａ）の境界線（ＢＬ）・・・）は暗く見
える。

これは、境界ｉ　（ＢＬ）・・・を構成しているレジス
トなどの２次電子発生率が低いためと考えられる。次に
、第６図（Ａ）に示す様に１任意のしきい値Ｔ１でヒス
トグラムを切り、ダイシング２イン（１）Ｌ）の境界線
（ＢＬ）、　（ＢＬ）を求める。次に、第６図（Ｂ）に
示す様に、ダイシングライン（ＤＬ）内のヒスドグ２ム
の最低点を、しきい値Ｔ２を使って求める。しきい値Ｔ
２とヒストグラムの交点ｃ１．ｃ２．ｙ−、求め、その
中央点が求めるアドレスとなる。この様な方法で、第５
図（Ｂ）、　（Ｃ）について行ない、位置合わせマーク
（Ｍｌ）の中心アドレス（ａｘ、ａｙ）を決定する。

演算制御部（ｌりは、次に、第３図のチップ（Ｂ）へス
テージコントロール部（１３へ指令を送って移動させ、
同様の作業を行ない、中心アドレス（ｂｘ、　ｂｙ）を
求める。コレら中心アトＬ／　／＜　（ａｘ、ａｙ）、
　（ｂｘ、ｂｙ）　ヨリ、ステージＱ３）に対する半導
体ウェーハ（〜■）の回転角θ。を求める。測定点への
半導体ウェーハ（Ｗ）の移動の場盆、演算制御部は、θ
補正を行なってアドレスを算出する。

以上のように、この％Ｍ例の位置決め装：１１は、所定
のパターンが形成さｎている被測定部Ｚを、Ｘ−Ｙステ
ージに搭載して、走査型電子顕微鏡の定位置へ送り込み
、低倍率で、その所定領域を走査して、位置合せマーク
の位置を検出し、異なりた２チツプの位置を求めること
により、Ｘ−Ｙステージに対するウェーハの回転ズレを
求め、測長パターンの位置決めの時に、角度補正を行な
うようにしたことにより、容易かつ高１％？夏に、さら
にまた自動的に位置合せできる。

なお、第７図に示すように、ウェーハの膜の糎類、パタ
ーンの様子によって、ダイシングライン（ＤＬ）とチッ
プ（Ｇ）・・・との境界がはつきりしていない場合があ
る。この場合は、８ＥＭの低倍の観察視野（例えば５０
０倍で２００μｍ）より看干長めに且つ故意に、境界Ｍ
（ＢＬ）を位置合わせマーク（ＭＯ）を囲繞するように
−１＊ｉｊに形成しておけば対応できる。

〔発明の効果〕

本発明の位置決め装置は、所定のパターンが形成されて
いる対象部材の位置決めを高精度かつ高能率に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一笑施例の位置決め装置の構成図、第
２図は同じく演算制御部の構成図、第３図は位置決め対
象である半導体ウェーハの千面因、第４図は第３図の円
内の拡大図、第５図及び第６図は第１図に示す位置決め
装置による位置決めの説明図、第７図は第４図に示す位
置決め対象の変形例である。 （１）：走査型電子顕微鏡。 （２）　：　Ｘ　−Ｙステージ。 （１ｚ：演算制御部。 ａ３ニスチーシコントロール部。 α４ニスキヤンコントロ一ル部。 （Ｗ）二手導体ウェーハ（被測定部材）。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 第１図 第２図 第３図 １１４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定のパターンが形成されている被測定部材の所
   定領域を電子ビームで走査しこの走査により上記領域か
   ら放出される二次電子を捕捉して画像信号として送出す
   る走査型電子顕微鏡の対物面に対向して上記被測定部材
   を搭載してＸ、Ｙ方向に移動し上記被測定部材の所定領
   域を電子ビームが走査できるように上記走査型電子顕微
   鏡に対して上記被測定部材を位置決めするＸ−Ｙステー
   ジと、このＸ−Ｙステージの移動を制御するステージコ
   ントロール部と、上記電子ビームが複数の倍率から選択
   された指定の倍率で走査するように上記電子ビームの走
   査を制御するスキャンコントロール部と、上記画像信号
   から表示装置に上記所定領域の画像を再生して表示する
   表示部と、上記画像信号を画像データとして格納するフ
   レームメモリ部と、上記スキャンコントロール部に上記
   電子ビームの走査および走査倍率を指定する走査指令及
   び上記フレームメモリ部に格納されている画像データを
   用いて上記パターンの位置検出によるＸ−Ｙステージと
   のずれを算出するとともにこの算出結果に基づいて上記
   ステージコントロール部に上記パターン位置決めのため
   の駆動指令信号を出力する演算制御部とを具備すること
   を特徴とする位置決め装置。
2. （２）演算制御部は、画像データをＸ、Ｙ方向に投影処
   理する投影処理手段と、この投影処理手段により得られ
   た投影データに基づいてパターンの位置検出を行う位置
   検出手段とを有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の位置決め装置。