KR102559075B1 - 하전 입자선 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 서로 다른 층에 위치하는 패턴 사이의 중첩 어긋남양이 큰 경우에도, 안정적으로 중첩 어긋남양의 올바른 측정을 실행하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 이 하전 입자선 장치는, 시료에 하전 입자선을 조사하는 하전 입자선 조사부와, 상기 시료로부터의 이차 전자를 검출하는 제1 검출기와, 상기 시료로부터의 반사 전자를 검출하는 제2 검출기와, 상기 제1 검출기의 출력에 의거해서, 상기 시료의 표면에 위치하는 제1 패턴의 화상을 포함하는 제1 화상을 생성함과 함께, 상기 제2 검출기의 출력에 의거해서, 상기 시료의 표면보다도 하층에 위치하는 제2 패턴의 화상을 포함하는 제2 화상을 생성하는 화상 처리부를 구비한다. 제어부는, 상기 제1 화상에 대한 제1 템플레이트 화상에 의거해, 상기 제1 화상에 있어서의 측정 에어리어의 위치를 조정함과 함께, 상기 제2 화상에 대한 제2 템플레이트 화상에 의거해, 상기 제2 화상에 있어서의 측정 에어리어의 위치를 조정한다.

Description

하전 입자선 장치{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}
본 발명은 하전 입자선 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스는, 리소그래피 처리 및 에칭 처리를 이용해서, 포토 마스크에 형성된 패턴을 반도체 웨이퍼 상에 전사하는 공정을 행하고, 이것을 반복함에 의해 제조된다. 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 리소그래피 처리 및 에칭 처리의 양부(良否), 그리고 이물의 발생 등이, 제조되는 반도체 디바이스의 수율에 크게 영향을 미친다. 따라서, 제조 공정에 있어서의 이상이나 불량의 발생을 조기에, 또는 사전에 검지하는 것이 중요하다. 이 때문에, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼 상에 형성한 패턴의 계측이나 검사가 행해진다. 특히, 최근의 반도체 디바이스의 미세화의 추가적인 진전과 삼차원화의 진행에 의해, 서로 다른 공정 간에 있어서의 패턴의 중첩 관리를 적확하게 실행하는 것의 중요도가 높아지고 있다.
종래의 장치에서는, 광을 반도체 디바이스에 조사함에 의해 얻어지는 반사광에 의거해서, 각 공정에서 작성된 패턴의 위치를 계측하고, 서로 다른 공정 간에서의 패턴의 중첩 어긋남양을 계측하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 패턴의 미세화의 진전에 의해, 광에 의한 어긋남양의 검출 방법에 의해서는, 필요한 검출 정밀도를 얻는 것이 어렵게 되어 있다. 그 때문에, 광보다도 분해능이 높은 주사형 전자현미경을 이용해서 패턴의 중첩 어긋남양을 계측하는 니즈가 높아지고 있다.
예를 들면 특허문헌 1에는, 더블 패터닝으로 형성된 두 패턴 간의 어긋남양을 주사형 전자현미경에 의해 측정하는 방법이 제안되어 있다. 또, 특허문헌 1은, 반도체 디바이스의 표면에 형성되어 있는 두 패턴을 측정 대상으로 한다. 이 때문에, 주사형 전자현미경은, 그들의 화상을 용이하게 취득할 수 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 주사형 전자현미경은, 조사 영역 내의 표면에 형성된 패턴으로부터 발생되는 신호를 이차 전자 검출기에 의해 검출하고, 조사 영역 내의 하층 레이어에 형성된 패턴으로부터 발생되는 신호를 반사 전자 검출기에 의해 검출한다. 동시에 검출되는 두 신호에 의거해서 표면 패턴과 하층 패턴 간의 중첩 어긋남양이 계측된다. 일반적으로, 이차 전자는 시료 표면의 정보를 많이 포함하고, 반사 전자는 시료 표면보다도 하층의 내부의 정보를 많이 포함한다.
그러나, 특허문헌 2의 장치를 이용해서 표면 패턴과 하층 패턴의 중첩 어긋남양을 계측하려고 하면, 이하의 문제가 있다. 즉, 이 특허문헌 2의 장치에서는, 이차 전자 화상에서의 표면 패턴, 또는 반사 전자 화상에서의 하층 패턴의 어느 한쪽의 패턴 위치에 따라, 양쪽의 화상에서의 패턴 계측 위치가 결정된다. 이 경우, 표면 패턴과 하층 패턴의 위치 어긋남이 크면, 패턴 위치 맞춤에 이용되지 않은 쪽의 패턴이, 계측 위치의 어긋남에 의해 정상적으로 계측할 수 없어지는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 표면 패턴과 하층 패턴이 반복 패턴인 경우는, 표면 패턴과 하층 패턴 사이의 중첩 어긋남이 커지면, 반복 주기만큼 어긋난 계측값을 산출할 우려가 있다.
일본 특개2010-85138호 공보 일본 특개2014-86393호 공보
본 발명은 이상의 기술적 과제를 고려해서 이루어진 것이며, 서로 다른 층에 위치하는 패턴 사이의 중첩 어긋남양이 큰 경우에도, 안정적으로 중첩 어긋남양의 올바른 측정을 실행할 수 있는 하전 입자선 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하전 입자선 장치는, 시료에 하전 입자선을 조사하는 하전 입자선 조사부와, 상기 시료로부터의 이차 전자를 검출하는 제1 검출기와, 상기 시료로부터의 반사 전자를 검출하는 제2 검출기와, 상기 제1 검출기의 출력에 의거해서, 상기 시료의 표면에 위치하는 제1 패턴의 화상을 포함하는 제1 화상을 생성함과 함께, 상기 제2 검출기의 출력에 의거해서, 상기 시료의 표면보다도 하층에 위치하는 제2 패턴의 화상을 포함하는 제2 화상을 생성하는 화상 처리부를 구비한다. 제어부는, 상기 제1 화상에 대한 제1 템플레이트 화상에 의거해, 상기 제1 화상에 있어서의 측정 에어리어의 위치를 조정함과 함께, 상기 제2 화상에 대한 제2 템플레이트 화상에 의거해, 상기 제2 화상에 있어서의 측정 에어리어의 위치를 조정한다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 층에 위치하는 패턴 사이의 중첩 어긋남양이 큰 경우에도, 안정적으로 올바른 측정을 실행할 수 있는 하전 입자선 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 하전 입자선 장치로서의 주사형 전자현미경(SEM)의 개략 구성을 나타내는 개략도.
도 2는 화상 처리 유닛(19)의 동작을 개략적으로 나타내는 개략도.
도 3은 제1 실시형태의 주사형 전자현미경에 있어서의 웨이퍼(시료)의 중첩 계측의 수순을 설명하는 플로우차트.
도 4는 시료로서의 웨이퍼(11)의 구성예를 나타내는 개략도.
도 5는 템플레이트 화상과 측정 에어리어의 레시피에의 등록 방법의 구체예를 설명하는 개략도.
도 6은 도 3의 플로우차트 중의 스텝 S34c∼34d의 수순의 상세를 설명하는 개략도.
도 7는 도 3의 플로우차트 중의 스텝 S34c∼34d의 수순의 상세를 설명하는 개략도.
도 8은 도 3의 플로우차트 중의 스텝 S34c∼34d의 수순의 상세를 설명하는 개략도.
도 9는 제어부(20)에 의해 실행되는 계산 처리의 구체예를 설명하는 개략도.
도 10은 제2 실시형태에 있어서 계측의 대상으로 되는 웨이퍼(11)의 구성예를 나타내는 개략도.
도 11은 제2 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)의 그래피컬 유저 인터페이스(GUI) 화면(111)의 일례를 설명하는 도면.
도 12는 제2 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)의 그래피컬 유저 인터페이스(GUI) 화면(111)의 일례를 설명하는 도면.
도 13은 제2 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)의 그래피컬 유저 인터페이스(GUI) 화면(111)의 일례를 설명하는 도면.
도 14는 제2 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)의 그래피컬 유저 인터페이스(GUI) 화면(111)의 일례를 설명하는 도면.
도 15는 제2 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)의 그래피컬 유저 인터페이스(GUI) 화면(111)의 일례를 설명하는 도면.
도 16은 제2 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)의 그래피컬 유저 인터페이스(GUI) 화면(111)의 일례를 설명하는 도면.
도 17은 제2 실시형태의 장치에 있어서의 중첩 어긋남 계측의 수순을 설명하는 플로우차트.
도 18은 제3 실시형태의 장치에 있어서 측정의 대상으로 되는 웨이퍼(11)의 구성의 일례를 나타내는 개략도.
도 19는 비교예에 따른 템플레이트 화상의 등록 방법에 대하여 설명하는 개략도.
도 20은 제3 실시형태에 있어서의 템플레이트 화상의 등록 방법을 설명하는 개략도.
도 21은 제3 실시형태의 장치에 있어서의, 템플레이트 화상의 등록을 위한 GUI 화면(111)의 일례를 설명하는 도면.
도 22는 제3 실시형태의 장치에 있어서의, 템플레이트 화상의 등록을 위한 GUI 화면(111)의 일례를 설명하는 도면.
도 23은 제4 실시형태에 있어서 측정의 대상으로 되는 웨이퍼(11)의 구성의 일례를 나타내는 개략도.
도 24는 근방의 패턴 위치 오프셋 데이터를 참조해서, 측정점의 오프셋양을 결정하는 수순을 설명하는 개략도.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 실시형태에 대하여 설명한다. 첨부 도면에서는, 기능적으로 같은 요소는 같은 번호로 표시되는 경우도 있다. 또, 첨부 도면은 본 개시의 원리에 따른 실시형태와 실장예를 나타내고 있지만, 이들은 본 개시의 이해를 위한 것이며, 결코 본 개시를 한정적으로 해석하기 위하여 이용되는 것은 아니다. 본 명세서의 기술은 전형적인 예시에 지나지 않으며, 본 개시의 특허청구의 범위 또는 적용예를 어떠한 의미에 있어서도 한정하는 것은 아니다.
본 실시형태에서는, 당업자가 본 개시를 실시하는데 충분히 상세하게 그 설명이 이루어지고 있지만, 다른 실장·형태도 가능하고, 본 개시의 기술적 사상의 범위와 정신을 일탈하지 않고 구성·구조의 변경이나 다양한 요소의 치환이 가능한 것을 이해할 필요가 있다. 따라서, 이후의 기술을 이것으로 한정해서 해석해서는 안 된다.
[제1 실시형태]
우선, 제1 실시형태에 따른 하전 입자선 장치로서의 주사형 전자현미경(SEM)의 개략 구성을, 도 1을 참조해서 설명한다. 이 SEM은, 전자광학계인 칼럼(1)과, 시료실(2)을 구비한다.
칼럼(1)은, 조사해야 할 전자선(하전 입자선)을 발생시키는 전자총(3), 콘덴서 렌즈(4), 얼라이너(5), ExB 필터(6), 편향기(7), 및 대물 렌즈(8)를 구비하고, 하전 입자선 조사부로서 기능한다. 콘덴서 렌즈(4) 및 대물 렌즈(8)는, 전자총(3)에서 발생한 전자선을 집속시키고, 시료로서의 웨이퍼(11) 상에 조사시킨다. 편향기(7)는, 전자선을 웨이퍼(11) 상에서 주사하기 위하여, 인가 전압에 따라서 전자선을 편향시킨다. 얼라이너(5)는, 전자선을 대물 렌즈(8)에 대해서 얼라이먼트하기 위한 전계를 발생시키도록 구성되어 있다. ExB 필터(6)는, 웨이퍼(11)로부터 발해진 이차 전자를 이차 전자 검출기(9)에 도입하기 위한 필터이다.
또한, 칼럼(1), 및 시료실(2)에는, 웨이퍼(11)(시료)로부터의 이차 전자를 검출하기 위한 이차 전자 검출기(9)(제1 검출기), 및 웨이퍼(11)로부터의 반사 전자를 검출하기 위한 반사 전자 검출기(10)(제2 검출기)가 설치되어 있다. 또, 웨이퍼(11)는, 시료실(2)에 설치되는 XY 스테이지(13) 상에 재치(載置)된다. XY 스테이지(13) 상에는, 웨이퍼(11)에 더하여, 빔 교정을 위한 표준 시료를 재치할 수 있다. 또한, XY 스테이지(13)의 위쪽에는, 웨이퍼(11)를 얼라이먼트하기 위하여, 웨이퍼(11)를 광학적으로 관찰하기 위한 광학현미경(14)이 구비되어 있다.
이 SEM은 또한, 앰프(15, 16), 전자광학계 컨트롤러(17), 스테이지 컨트롤러(18), 화상 처리 유닛(19), 및 제어부(20)를 구비하고 있다. 앰프(15 및 16)는, 이차 전자 검출기(9) 및 반사 전자 검출기(10)로부터의 검출 신호를 증폭하고 화상 처리 유닛(19)을 향해서 출력한다. 전자광학계 컨트롤러(17)는, 제어부(20)로부터의 제어 신호에 따라서 칼럼(1) 내의 얼라이너(5), ExB 필터(6), 편향기(7) 등을 제어한다.
스테이지 컨트롤러(18)는, 제어부(20)로부터의 제어 신호에 따라서, XY 스테이지(13)를 구동하기 위한 구동 신호를 출력한다. 제어부(20)는, 예를 들면 범용 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.
화상 처리 유닛(19)은, 앰프(15 및 16)로부터 수신한 증폭 검출 신호에 따라서, 웨이퍼(11)의 표면의, 이차 전자에 의거해서 얻어지는 화상(P1)(제1 화상(P1)), 및 표면의 하층의, 반사 전자에 의거해서 얻어지는 화상(P2)(제2 화상(P2))을 생성한다. 화상 처리 유닛(19)은, 일례로서, 에지 추출부(1901), 평활화 처리부(1902), 및 매칭 처리부(1903)를 구비하고 있다.
에지 추출부(1901)는, 웨이퍼(11)의 표면의 화상(제1 화상(P1)), 및 표면보다도 하층의 화상(제2 화상(P2))에 포함되는 패턴의 에지를 추출한다. 평활화 처리부(1902)는, 예를 들면 에지 추출부(1901)에 의한 에지 추출의 전처리로서 제1 화상(P1) 및 제2 화상(P2)에 대한 평활화 처리를 실행한다.
도 2는, 화상 처리 유닛(19)의 동작을 개략적으로 나타내고 있다. 모식적으로 나타내는 바와 같이, 매칭 처리부(1903)는, 평활화 처리 및 에지 추출 후의 제1 화상(P1)과, 제1 화상(P1)용의 템플레이트 화상(T1)의 매칭을 실행한다. 또한, 매칭 처리부(1903)는, 평활화 처리 및 에지 추출 후의 제2 화상(P2)과, 제2 화상(P2)용의 템플레이트 화상(T2)의 매칭을 실행한다. 이 매칭의 결과에 따라, 제어부(20)에 있어서, 측정 에어리어의 위치가 조정됨과 함께, 웨이퍼 표면과 하층 사이의 중첩 어긋남양이 계측된다. 여기에서, 평활화 처리의 유무 및 그 강도, 그리고 에지 추출 처리의 실행 유무는, 화상마다 선택 가능하게 할 수 있다.
제어부(20)는, 전자광학계 컨트롤러(17), 및 스테이지 컨트롤러(18)를 통해서, 주사형 전자현미경(SEM)의 전체의 제어를 맡는다. 제어부(20)는, 도시는 생략하지만, 마우스나 키보드 등 유저가 지시 입력하기 위한 입력부, 촬상 화상 등을 표시하는 표시부, 및, 하드디스크나 메모리 등의 기억부를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(20)는, 예를 들면, 전술의 템플레이트 화상을 생성하는 템플레이트 화상 생성부(2001), 웨이퍼(11) 중의 패턴의 어긋남양을 계측하는 어긋남양 계측부(2002), 및 측정 에어리어의 위치를 조정하는 측정 에어리어 위치 조정부(2003)를 구비할 수 있다.
(동작)
다음으로, 도 3의 플로우차트를 참조해서, 제1 실시형태의 주사형 전자현미경에 있어서의 웨이퍼(시료)의 중첩 계측의 수순을 설명한다.
우선, 제어부(20)는, 도시하지 않는 입력부나, 도시하지 않는 표시부에 표시되는 GUI 화면으로부터, 측정 대상인 웨이퍼(11)의 선택, 적용할 레시피의 선택, 및 중첩 어긋남 계측의 실행의 필요함의 여부의 선택을 접수하고, 중첩 계측을 개시한다(스텝 S31). 제어부(20)는, 선택된 웨이퍼(11)를 시료실(2) 내의 XY 스테이지(13) 상에 로드한다(스텝 S32).
다음으로, 제어부(20)는, 광학현미경(14)에 의해 촬상된 광학현미경상(像)과, 이차 전자 검출기(9) 및/또는 반사 전자 검출기(10)에 의해 촬상된 SEM 화상에 의거해, 웨이퍼(11)의 얼라이먼트를 실행한다(스텝 S33). 그 후, 제어부(20)는, XY 스테이지(13)를 제어하고, 레시피에 등록된 중첩 어긋남 측정점에 웨이퍼(11)를 이동시키고(스텝 S34a), 저배율의 SEM 화상을 취득해서 화상을 취득해야 할 위치를 판단하고, 필요한 조정을 실행한다(스텝 S34b).
이어지는 스텝 S34c에서는, 레시피에 등록된 촬상 조건에 따라서 SEM 화상(제1 화상(P1), 제2 화상(P2))을 취득한다. 제어부(20)는, 취득된 SEM 화상(제1 화상(P1), 제2 화상(P2))과, 레시피에 보존되어 있는 템플레이트 화상(T1, T2)의 매칭을 실행하고, 그 매칭의 결과에 따라서, 제1 화상(P1) 및 제2 화상(P2)에 있어서의 측정 에어리어의 위치를 조정한다(스텝 S34d). 레시피에는, 이차 전자 검출기(9)로부터의 신호에 의한 이차 전자 화상(제1 화상(P1))에 관한 제1 템플레이트 화상(T1)과, 반사 전자 검출기(10)로부터의 신호에 의한 반사 전자 화상(제2 화상(P2))에 관한 제2 템플레이트 화상(T2)이 포함되어 있다. 스텝 S34c에서는, 제1 템플레이트 화상(T1)과 제1 화상(P1)의 매칭을 실행함과 함께, 제2 템플레이트 화상(T2)과 제2 화상(P2)의 매칭을 실행한다. 또, 제1 템플레이트 화상(T1), 및 제2 템플레이트 화상(T2)의 생성·등록 방법에 관해서는 후술한다.
이어지는 스텝 S34e에서는, 스텝 S34d에서의 매칭(측정 에어리어의 위치 조정)의 결과에 의거해, 제1 화상(P1)과 제2 화상(P2) 사이의 패턴 화상의 위치의 상위를 특정한다. 이 상위에 의거해, 제1 화상(P1)과 제2 화상(P2)의 중첩 어긋남양이 계산된다. 제어부(20)는, 레시피에 규정된 측정점 모두에 대하여, 중첩 어긋남양의 계산이 종료되었는지의 여부가 판단된다(스텝 S34f). 측정점이 남아 있는 경우에는(No), 제어부(20)는, 전자선의 조사 범위를 다음의 측정점으로 이동시키고, 화상의 취득, 중첩 어긋남양의 산출을 반복한다. 모든 측정점에 대하여 측정이 종료되었을 경우(Yes), 제어부(20)는, 웨이퍼(11)를 XY 스테이지(13)로부터 언로드하고(스텝 S35), 중첩 어긋남양의 측정 결과를 출력한다(스텝 S36).
다음으로, 도 4 및 도 5를 참조해서, 도 3의 플로우차트 중의 스텝 S34c에 있어서 이용하는 레시피(템플레이트 화상(T1, T2), 측정 에어리어 등)의 등록의 수순의 상세를 설명한다. 도 4는, 시료로서의 웨이퍼(11)의 구성예를 나타내고 있고, 도 4의 (a)는 웨이퍼(11)의 평면도이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 C-C' 단면도이다.
도 4에 있어서, 패턴(41a, 41b, 41c)은 웨이퍼(11)의 표면에 형성된 패턴이고, 패턴(42a, 42b)은 웨이퍼(11)의 표면보다 하층의 위치에 형성된 패턴이다. 표면의 패턴(41a∼41c)은, 주로 이차 전자 검출기(9)의 출력에 의거하여 제1 화상(P1)으로서 촬상된다. 또한, 하층의 패턴(42a∼42b)은, 주로 반사 전자 검출기(10)의 출력에 의거하여 제2 화상(P2)으로서 촬상된다. 이 예에서는, 41a, 41b, 41c의 세 패턴의 중심과, 42a, 42b의 두 패턴의 중심이 일치하도록 설계되어 있는 것으로 한다.
다음으로 도 5를 참조해서, 템플레이트 화상과 측정 에어리어의 레시피에의 등록 방법의 구체예를 설명한다.
도 5의 (a)는, 도 4에 나타내는 웨이퍼(11)의 이차 전자 화상(제1 화상(P1))이고, 제1 화상(P1)에는, 주로 웨이퍼(11)의 표면에 형성되는 패턴(41a∼41c)이 포함되어 있다. 도 5의 (a)와 같은 제1 화상(P1)은, 도시하지 않는 표시부의 GUI 화면 상에 표시된다. 이 GUI 화면 상에서 유저에 의해 템플레이트 에어리어(51)가 GUI 화면에 있어서 설정되면, 제어부(20)는, 템플레이트 에어리어(51)의 중심 좌표(52)(좌표값(SX, SY))를 계산하고, 도 5의 (b)에 나타나는 바와 같은 템플레이트 화상(53)(제1 템플레이트 화상(T1))을 레시피의 일부로서 보존한다.
또한, 도 5의 (c)에 나타나는 바와 같이, 제1 화상(P1)이 GUI 화면 상에 표시되어 있는 상태에 있어서, 유저에 의해 측정 에어리어(54a, 54b, 54c)가, 패턴(41a∼41c)의 위치에 설정된다. 이 측정 에어리어(54a∼54c)는, 패턴(41a∼41c)의 선폭 등을 측정하기 위한 측정 에어리어로서 설정된다. 측정 에어리어(54a∼54c)가 설정되면, 제어부(20)에 의해 측정 에어리어(54a∼54c)의 중심 좌표 55a(좌표값(MX1, MY1)), 55b(좌표값(MX2, MY2)), 55c(좌표값(MX3, MY3)가 계산되고, 또한 이들 중심 좌표(55a∼55c)의 중심 좌표(52)로부터의 오프셋양 (ΔMX1, ΔMY1), (ΔMX2, ΔMY2), (ΔMX3, ΔMY3)이 레시피에 보존된다. 이들 중심 좌표(55a∼55c)의 오프셋양도, 측정 에어리어(54a∼54c)의 위치 정보로서 레시피에 보존된다. 오프셋양 (ΔMX1, ΔMY1), (ΔMX2, ΔMY2), (ΔMX3, ΔMY3)은, 이하와 같이 나타낼 수 있다.
(ΔMX1, ΔMY1)=(MX1, MY1)-(SX, SY)
(ΔMX2, ΔMY2)=(MX2, MY2)-(SX, SY)
(ΔMX3, ΔMY3)=(MX3, MY3)-(SX, SY)
도 5의 (d)는, 도 4에 나타내는 웨이퍼(11)의 반사 전자 화상(제2 화상(P2))이고, 제2 화상(P2)에는, 주로 웨이퍼(11)의 표면보다도 하층에 위치하는 패턴(42a∼42b)이 포함되어 있다. 도 5의 (d)와 같은 제2 화상(P2)은 GUI 화면 상에 표시된다. 이 GUI 화면 상에서 유저에 의해 템플레이트 에어리어(56)가 설정되면, 제어부(20)에 의해 템플레이트 에어리어(56)의 중심 좌표(57)(TX, TY)가 계산됨과 함께, 도 5의 (e)에 나타나는 템플레이트 화상(58)(제2 템플레이트 화상(T2))이 레시피의 일부로서 보존된다.
또한, 도 5의 (f)에 나타나는 바와 같이, 제2 화상(P2)이 GUI 화면 상에 표시되어 있는 상태에 있어서, 유저에 의해 측정 에어리어(59a 및 59b)가 패턴(42a 및 42b)의 위치에 설정된다. 이 측정 에어리어(59a 및 59b)는, 패턴(42a 및 42b)의 선폭 등을 측정하기 위한 측정 에어리어로서 설정된다. 측정 에어리어(59a 및 59b)가 설정되면, 제어부(20)에 의해 측정 에어리어(59a 및 59b)의 중심 좌표 60a(좌표값(NX1, NY1)), 60b(좌표값(NX2, NY2))가 계산되고, 또한 이들 중심 좌표(60a∼60b)의 중심 좌표(57)로부터의 오프셋양 (ΔNX1, ΔNY1), (ΔNX2, ΔNY2)이 레시피에 보존된다. 이들 중심 좌표(60a∼60b)의 오프셋양은, 측정 에어리어(59a∼59b)의 위치 정보로서 레시피에 보존된다. 오프셋양 (ΔNX1, ΔNY1), (ΔNX2, ΔNY2)은, 이하와 같이 나타낼 수 있다.
(ΔNX1, ΔNY1)=(NX1, NY1)-(TX, TY)
(ΔNX2, ΔNY2)=(NX2, NY2)-(TX, TY)
다음으로, 도 6∼도 8을 참조해서, 도 3의 플로우차트 중의 스텝 S34c∼34d의 수순의 상세를 설명한다. 여기에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(11)의 표면의 패턴인 제1 화상(P1)과, 표면보다도 하층의 제2 화상(P2) 사이에 어긋남이 발생하고 있는 경우를 예로서 설명한다.
도 6의 (a)는, 웨이퍼(11)의 평면도이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 D-D' 단면을 나타내고 있다. 패턴(61a, 61b, 61c)은 웨이퍼(11)의 표면에 형성된 패턴이고, 패턴(62a, 62b)은 웨이퍼(11)의 표면보다도 하층에 형성된 패턴이다. 통상의 웨이퍼(11)에서는, 도 4와 같이, 패턴(41a∼41c)의 중간의 위치에 패턴(42a∼42b)이 위치해 있다. 이것에 대하여, 이 도 6의 예에서는, 패턴(62a, 62b)이, 표면의 패턴(61a, 61b, 61c)에 대해서, 본래 있어야 할 위치로부터 +X방향으로 어긋난 위치에 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제1 화상(P1)용의 템플레이트 화상(T1)과, 제2 화상(P2)용의 템플레이트 화상(T2)의 둘을 이용함에 의해, 서로 다른 층 사이에 중첩 어긋남이 발생한 경우에도, 정확하게 측정 에어리어를 조정하고, 안정적으로 올바른 측정을 실행할 수 있다.
비교예로서, 템플레이트 화상으로서 제1 화상(P1)용의 템플레이트 화상(T1)만을 이용하고, 제2 화상(P2)의 측정 위치의 조정은, 템플레이트 화상(T1)에 의거해서 행하는 경우를 설명한다. 도 7의 (a)는 스텝 S34c에서 취득된 제1 화상(P1)(이차 전자 화상)이고, 레시피에 보존되어 있는 템플레이트 화상(T1)과 특징이 일치하는 매칭 범위(71)를 특정한다. 그리고, 그 매칭 범위(71)의 중심 좌표(72)(좌표값(SX', SY')의, 템플레이트 에어리어(51)의 중심 좌표(52)(좌표값(SX, SY))로부터의 어긋남양(ΔSX, ΔSY)을 산출한다.
이 어긋남양(ΔSX, ΔSY)에 의해, 측정 에어리어(73a∼73c)의 중심 좌표(74a, 74b, 74c)의 좌표값 (MX1', MY1'), (MX2', MY2'), (MX3', MY3')은, 다음과 같이 된다(도 7의 (b) 참조).
(MX1', MY1')=(SX, SY)+(ΔMX1, ΔMY1)+(ΔSX, ΔSY)
(MX2', MY2')=(SX, SY)+(ΔMX2, ΔMY2)+(ΔSX, ΔSY)
(MX3', MY3')=(SX, SY)+(ΔMX3, ΔMY3)+(ΔSX, ΔSY)
여기에서, 화상 취득 위치의 조정(스텝 S34b)을 제1 화상(P1)에서 실시한 경우에는, 표면 패턴의 위치 어긋남(ΔSX, ΔSY)은 거의 없다고 생각할 수 있다. 이 때문에, ΔSX=0, ΔSY=0으로 하면, 측정 에어리어(73a∼73c)의 중심 좌표(74a, 74b, 74c)의 좌표값 (MX1', MY1'), (MX2', MY2'), (MX3', MY3')은, 다음과 같이 된다.
(MX1', MY1')=(SX, SY)+(ΔMX1, ΔMY1)
(MX2', MY2')=(SX, SY)+(ΔMX2, ΔMY2)
(MX3', MY3')=(SX, SY)+(ΔMX3, ΔMY3)
즉, 측정 에어리어(73a, 73b, 73c)의 위치는, 레시피로서 설정되어 있는 측정 에어리어와 같은 위치로 된다.
화상 취득 위치의 조정을 이차 전자 화상인 제1 화상(P1)에 있어서 행하고 있으므로, 화상 내의 표면 패턴의 61a, 61b, 61c의 위치도 레시피 설정 시와 같은 위치이다. 이 때문에, 각각의 측정 에어리어(73a, 73b, 73c)는, 표면 패턴(61a, 61b, 61c)에 대해서 올바르게 설정된다.
한편, 템플레이트 화상으로서 제1 화상(P1)용의 템플레이트 화상(T1)만을 이용하고, 제2 화상(P2)의 측정 에어리어의 위치의 조정은, 템플레이트 화상(T1)에 의거해서 행할 경우, 이하에 설명하는 바와 같이, 측정 에어리어는 패턴(62a, 62b)에 대해서는 올바르게 설정되지 않고, 그 결과 측정이 올바르게 실행되지 않을 우려가 있다. 이것을, 도 7의 (c)를 참조해서 설명한다.
도 7의 (c)는, 도 6과 같은 웨이퍼(11)를 촬상한 경우에 있어서, 도 7의 (a)의 제1 화상(P1)(이차 전자 화상)과 동시에 취득된 제2 화상(P2)(반사 전자 화상)의 예이다. 이 제2 화상(P2)에는, 통상의 위치로부터 +X방향으로 어긋나서 패턴(62a, 62b)이 촬상되어 있다.
이와 같은 제2 화상(P2)에 있어서, 패턴(62a, 62b)의 측정을 위한 측정 에어리어(76a, 76b)의 중심 좌표(77a, 77b)(좌표값 (NX1', NY1'), (NX2', NY2'))는, 각각 다음과 같이 된다.
(NX1', NY1')=(SX', SY')+(ΔNX1, ΔNY1)+(ΔSX, ΔSY)
(NX2', NY2')=(SX', SY')+(ΔNX2, ΔNY2)+(ΔSX, ΔSY)
상기와 마찬가지로 ΔSX=0, ΔSY=0으로 하면, 이하와 같이 된다.
(NX1', NY1')=(SX', SY')+(ΔNX1, ΔNY1)
(NX2', NY2')=(SX', SY')+(ΔNX2, ΔNY2)
즉, 제1 화상(P1)용의 템플레이트 화상(T1)에만 의거해서 위치 조정을 행할 경우, 측정 에어리어(76a, 76b)의 위치는, 레시피 설정 시와 같은 위치로 된다. 이것에 대하여, 제2 화상(P2) 내의 패턴(62a, 62b)은, 레시피 설정 시의 화상보다도 +X방향으로 어긋나 있다. 이 때문에, 측정 에어리어(76a, 76b)가 내부 패턴(78a, 78b)으로부터 좌측 방향으로 어긋나서 설정되고, 올바른 위치 어긋남 계측을 할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
다음으로, 도 8을 참조해서, 본 발명의 제1 실시형태에 따라, 제1 화상(P1)용의 템플레이트 화상(T1)과 제2 화상(P2)용의 템플레이트 화상(T2)의 두 템플레이트 화상을 이용해서 측정 에어리어의 위치를 조정하는 수순을 설명한다. 도 8의 (a)는 레시피의 화상 취득 시퀀스인 스텝 34c(도 3)에서 취득된 제1 화상(P1)(이차 전자 화상)의 일례이다. 여기에서는, 레시피에 보존되어 있는 템플레이트 화상(T1)과 특징이 일치하는 매칭 범위(71)를 특정한다. 그리고, 그 매칭 범위(71)의 중심 좌표(72)(좌표값(SX', SY'))의, 템플레이트 에어리어(51)의 중심 좌표(52)(좌표값(SX, SY))로부터의 어긋남양(ΔSX, ΔSY)을 산출한다. 도 7에서의 예와 마찬가지의 이유에 의해 ΔSX=0, ΔSY=0으로 하고, 측정 에어리어(73a, 73b, 73c)의 중심 좌표(74a, 74b, 74c)의 좌표값 (MX1', MY1'), (MX2', MY2'), (MX3', MY3')은, 다음과 같이 된다.
(MX1', MY1')=(SX, SY)+(ΔMX1, ΔMY1)
(MX2', MY2')=(SX, SY)+(ΔMX2, ΔMY2)
(MX3', MY3')=(SX, SY)+(ΔMX3, ΔMY3)
화상 취득 위치의 조정을 이차 전자 화상인 제1 화상(P1)에 있어서 행하고 있으므로, 화상 내의 표면 패턴(61a, 61b, 61c)의 위치도 레시피 설정 시와 같은 위치이다. 이 때문에, 각각의 측정 에어리어(73a, 73b, 73c)는, 표면 패턴(61a, 61b, 61c)에 대해서 올바르게 설정된다.
도 8의 (c)는, 도 6과 같은 웨이퍼(11)를 촬상한 경우에 있어서, 도 8의 (a)의 제1 화상(P1)(이차 전자 화상)과 동시에 취득된 제2 화상(P2)(반사 전자 화상)의 예이다. 레시피에 보존되어 있는 템플레이트 화상(T2)과 일치하는 매칭 범위(86)가 특정된다. 그리고, 매칭 범위(86)의 중심 좌표(87)(좌표값(TX', TY'))의 레시피 등록 시의 템플레이트 에어리어(56)의 중심 좌표(57)(좌표값(TX, TY))로부터의 어긋남양(ΔTX, ΔTY)이 산출된다. 템플레이트 화상(T2)의 위치의 어긋남양에 의해, 측정 에어리어(88a, 88b)의 중심 좌표(89a, 89b)의 좌표값 (NX1', NY1'), (NX2', NY2')은, 다음과 같이 연산된다.
(NX1', NY1')=(TX, TY)+(ΔNX1, ΔNY1)+(ΔTX, ΔTY)
(NX2', NY2')=(TX, TY)+(ΔNX2, ΔNY2)+(ΔTX, ΔTY)
이와 같이, 측정 에어리어(88a, 88b)의 위치는, 레시피 설정 시로부터 (ΔTX, ΔTY)만큼 시프트한 위치로 된다. (ΔTX, ΔTY)는, 제2 화상(P2) 상에서의 패턴(62a, 62b)의 레시피 설정 시로부터의 어긋남양을 나타낸다. 따라서, 각각의 측정 에어리어(88a, 88b)는, 패턴(62a, 62b)에 합치한 위치에 설정된다.
다음으로, 제어부(20)에 의해 실행되는 계산 처리의 구체예를 설명한다. 도 9의 (a)는, 이차 전자 검출기(9)로부터 출력되는 검출 신호에 의거한 제1 화상(P1)의 일례이다. 제1 화상(P1)에는, 웨이퍼(11)의 표면에 형성된 패턴(61a, 61b, 61c)의 화상이 포함되어 있다. 도 9의 (a)의 A-A'선을 따른 신호 강도의 변화 곡선은, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 패턴(61a∼61c)의 에지에 대응하는 위치에 있어서 피크를 갖고 있다. 제어부(20)는, 이 신호 강도의 변화에 따라서, 측정 에어리어(73a, 73b, 73c)에 있어서 패턴(61a∼61c)의 에지 위치 및 중심 위치를 계산한다.
구체적으로는, 계측 에어리어(73a)에 있어서 패턴(61a)의 에지의 위치의 X좌표가 a1, a2라고 판정되고, 측정 에어리어(73b)에 있어서 패턴(61b)의 에지의 위치의 X좌표가 a3, a4라고 판정되고, 측정 에어리어(73c)에 있어서 패턴(61c)의 에지의 위치의 X좌표가 a5, a6라고 판정된 것으로 한다. 이 경우, 패턴(61a, 61b, 61c)의 중심 위치의 X좌표(aC1, aC2, aC3)는 다음 식에 의해서 주어진다.
aC1=(a1+a2)/2
aC2=(a3+a4)/2
aC3=(a5+a6)/2
또한, 세 패턴(61a∼61c)의 중심 위치의 X좌표(ac)는, 다음 식에 의해서 주어진다.
aC=(aC1+aC2+aC3)/3
도 9의 (c)는, 반사 전자 검출기(10)로부터 출력되는 검출 신호에 의거한 제2 화상(P2)의 일례이다. 제2 화상(P2)에는, 웨이퍼(11)의 표면보다도 하층에 형성된 패턴(62a, 62b)의 화상이 포함되어 있다. 도 9의 (c)의 B-B'선을 따른 신호 강도의 변화 곡선은, 도 9의 (d)에 나타내는 바와 같이, 패턴(62a, 62b)의 부분에서, 패턴을 구성하는 물질의 차이에 의해서 신호 강도가 변화한다. 즉, 제2 화상(P2)은, 패턴(62a 및 62b)의 부분에서 높은 콘트라스트를 갖는 화상으로 되어 있다. 제어부(20)는, 이 콘트라스트 즉 신호 강도의 변화에 따라서, 측정 에어리어(88a 및 88b)에 있어서, 패턴(62a 및 62b)의 에지 위치 및 중심 위치를 계산한다.
구체적으로는, 측정 에어리어(88a)에 있어서 패턴(62a)의 에지의 위치의 X좌표가 b1, b2인 것으로 판정되고, 측정 에어리어(88b)에 있어서 패턴(62b)의 에지의 위치의 X좌표가 b3, b4로 판정된 것으로 한다. 이 경우, 패턴(62a, 62b)의 중심 위치의 X좌표(bC1, bC2)는, 다음 식에 의해서 주어진다.
bC1=(b1+b2)/2
bC2=(b3+b4)/2
또한, 두 패턴(62a, 62b)의 중심 위치의 X좌표(bC)는, 다음 식에 의해서 주어진다.
bC=(bC1+bC2)/2
그리고, 표면의 패턴(61a∼61c)과, 그 하층의 패턴(62a∼62b) 사이의 중첩 어긋남양 Δx는, 이하의 식으로 구해진다.
Δx=bC-aC
이상 설명한 바와 같이, 이 제1 실시형태에 따르면, 이차 전자 검출기(9)의 출력에 의거해서, 웨이퍼(11)의 표면에 위치하는 패턴의 화상을 포함하는 제1 화상(P1)이 생성됨과 함께, 반사 전자 검출기(10)의 출력에 의거해서, 웨이퍼(11)의 표면보다도 하층에 위치하는 패턴의 화상을 포함하는 제2 화상(P2)이 생성된다. 그리고, 제1 화상(P1)에 대해서는, 제1 화상(P1)용으로 생성된 템플레이트 화상(T1)에 의해 측정 에어리어의 조정이 이루어지고, 제2 화상(P2)에 대해서는, 제2 화상(P2)용으로 별도 생성된 템플레이트 화상(T2)에 의해 측정 에어리어의 조정이 이루어지고, 그 결과로서 중첩의 어긋남양이 계산된다. 따라서, 이 제1 실시형태에 따르면, 웨이퍼(11)에 있어서 복수 층에 걸쳐서 형성되는 패턴의 중첩 어긋남양이 큰 경우여도, 안정적으로 중첩 어긋남양의 올바른 측정을 실행할 수 있다.
[제2 실시형태]
다음으로, 도 10∼도 17을 참조해서, 본 발명의 제2 실시형태 하전 입자선 장치로서의 주사형 전자현미경(SEM)에 대하여 설명한다. 이 제2 실시형태의 장치는, 2차 전자 화상용의 템플레이트 화상(T1)과, 반사 전자 화상용의 템플레이트 화상(T2)을 이용하는 점은, 제1 실시형태와 마찬가지이다. 이 실시형태는, 템플레이트 화상의 등록 등을 행하기 위한 유저 인터페이스 화면에 있어서, 제1 실시형태와는 다르다.
제2 실시형태에서는, 설명의 편의상, 도 10에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(11)에 3층에 걸쳐서 패턴이 형성되어 있는 경우를 예로서 설명한다. 단, 제2 실시형태의 장치가 이와 같은 구조의 웨이퍼의 계측으로 한정되는 것은 아닌 것은 물론이다. 도 10의 (a)는, 웨이퍼(11)를 조사 전자의 조사 방향으로부터 본 평면도이고, 도 10의 (b)는 도 10의 (a)의 E-E'선을 따른 단면도이다.
웨이퍼(11)의 표면(S0)에는, 패턴(101a, 101b)이 형성되어 있고, 표면(S0)의 하층(웨이퍼(11)의 내부)의 제1 층(S1)에는 패턴(103)이 형성되어 있고, 제1 층(S1)보다도 더 하층의 제2 층(S2)에는 패턴(102a, 102b)이 형성되어 있다. 또, 도 10에 나타내는 웨이퍼(11)는, 설계 데이터 상에서는, 두 패턴(101a, 101b)의 중심의 위치, 두 패턴(102a, 102b)의 중심의 위치, 및 패턴(103)의 중심의 위치가 모두 일치하도록 설계되어 있다.
다음으로 도 11∼도 16을 참조해서, 제2 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)의 그래피컬 유저 인터페이스(GUI) 화면(111)의 일례를 설명한다. 이 GUI 화면(111)에서는, 템플레이트 화상의 등록 및 삭제, 측정 조건의 등록 및 삭제, 그리고 측정 좌표의 등록 및 삭제를 포함한 각종 설정 동작이 실행 가능하게 되어 있다. 전술과 같이, 본 실시형태의 장치에서는, 이차 전자 화상인 제1 화상(P1)용의 템플레이트 화상(T1)과, 반사 전자 화상인 제2 화상(P2)용의 템플레이트 화상(T2)을 레시피를 구성하는 데이터의 일부로서 등록 가능하게 된다. 도 10과 같은 웨이퍼(11)가 대상으로 될 경우, 제2 화상(P2)에 대해서는, 복수 층(S1, S2)의 각각에 대하여 템플레이트 화상(T2', T2'')이 등록될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조해서, 이 GUI 화면(111)에 있어서, 제1 화상(P1)(이차 전자 화상)용의 템플레이트 화상(T1)의 등록, 및 그 측정 조건의 등록의 수순을 설명한다. 도 11에 나타내는 바와 같이, GUI 화면(111) 상에는, 맵 표시 에어리어(112), 화상 표시 에어리어(113), 레시피 조건 표시 에어리어(114)가 배치되어 있다.
맵 표시 에어리어(112)는, 웨이퍼(11)의 전체상이 파악 가능한 웨이퍼맵 화상, 또는 웨이퍼(11)의 일부를 구성하는 칩의 구조가 파악 가능한 칩맵 화상을 선택적으로 표시 가능하게 된 에어리어이다. 웨이퍼맵 화상과 칩맵 화상의 표시의 전환은, 맵 표시 에어리어(112)의 하부에 배치된 웨이퍼맵 선택 버튼(115a), 또는 칩맵 선택 버튼(115b)을 클릭함에 의해 행할 수 있다. 도 11에서는 칩맵이 선택·표시된 상태를 나타내고 있고, 칩맵이 선택된 것을 나타내기 위하여, 칩맵 선택 버튼(115b)이 하이라이트 표시되어 있다. 칩맵 화상이 맵 표시 에어리어(112)에 표시된 상태에서 칩맵 화상의 원하는 위치(116)를 클릭함에 의해, 칩맵 화상 내의 선택된 위치(116)에 XY 스테이지(13)를 이동시킬 수 있다.
화상 표시 에어리어(113)는, 촬상된 SEM 화상(제1 화상(P1)(이차 전자 화상) 또는 제2 화상(P2)(반사 전자 화상))을 표시하기 위한 에어리어이다. 화상 표시 에어리어(113)는, 제1 화상(P1) 또는 제2 화상(P2)을 선택적으로 표시 가능하게 되고, 그 표시의 전환은, 이차 전자 화상 선택 버튼(117a), 또는 반사 전자 화상 선택 버튼(117b)을 클릭함에 의해 행할 수 있다. 도 11은, 2차 전자상 선택 버튼(117a)이 클릭되고, 이것에 의해 화상 표시 에어리어(113)가 제1 화상(P1)을 표시하고 있는 상태를 예시적으로 도시하고 있다. 화상 표시 에어리어(113)에 인접한 위치에는, 표시 배율 변경 버튼(118), 화상 취득 버튼(119), 화상 조건 설정 버튼(120), 템플레이트 선택 버튼(121), 측정 에어리어 선택 버튼(122), 측정점 선택 버튼(148)이 표시되어 있다.
표시 배율 변경 버튼(118)은, 화상 표시 에어리어(113)에 표시되는 SEM 화상(제1 화상(P1) 또는 제2 화상(P2))의 표시 배율을 변경하기 위한 버튼이다. 또한, 화상 취득 버튼(119)은, SEM 화상을 취득해서 화상 표시 에어리어(113)에 표시함과 함께, SEM 화상의 화상 데이터를, 도시하지 않는 메모리에 기억시키는 지시를 행하기 위한 버튼이다. 또한, 화상 조건 설정 버튼(120)은, 표시 배율 이외의 화상의 조건을 설정하기 위한 버튼이다.
템플레이트 선택 버튼(121)은, 템플레이트 화상을 선택하기 위한 화면을 표시시키는 것을 지시하기 위한 버튼이다. 또한, 측정 에어리어 선택 버튼(122)은, 제1 화상(P1) 또는 제2 화상(P2)에 대하여 측정 에어리어를 설정하는 모드를 설정하기 위한 버튼이다. 또한, 측정점 선택 버튼(148)은, 제1 화상(P1) 또는 제2 화상(P2)에 있어서, 측정점을 선택하는 모드를 선택하기 위한 버튼이다.
레시피 조건 표시 에어리어(114)는, 템플레이트 화상, 측정 조건, 및 측정 좌표에 관하여, 레시피의 일부를 구성하는 데이터로서 등록 및 삭제를 실행하기 위한 표시 에어리어이다. 레시피 조건 표시 에어리어(114)의 위쪽에는, 템플레이트 등록 탭(123), 측정 조건 등록 탭(124), 및 측정 좌표 등록 탭(125)이 배치되어 있다.
템플레이트 등록 탭(123)이 클릭되면, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에는, 템플레이트 화상을 등록 또는 삭제하기 위한 화면이 표시된다. 레시피 조건 표시 에어리어(114)의 템플레이트 화상 등록용의 화면에는, 일례로서, 그 화상의 종류마다 템플레이트 화상의 표시란이 배치된다. 템플레이트 화상 표시란은, 예를 들면, 제1 화상(P1)(표면(S0)의 이차 전자 화상)을 위한 템플레이트 화상(T1)을 등록하기 위한 제1 등록 화면(126)과, 반사 전자 화상의 제1 층(S1)을 위한 템플레이트 화상(T2')(BSE-1)을 등록하기 위한 제2 등록 화면(127)과, 반사 전자 화상의 제2 층(S2)을 위한 템플레이트 화상(T2'')을 등록하기 위한 제3 등록 화면(128)(BSE-2)을 포함할 수 있다.
또한, 측정 조건 등록 탭(124)이 클릭되면, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에는, 각종 측정 조건을 등록 또는 삭제하기 위한 화면이 표시된다(상세하게는 도 12, 도 14를 참조해서 후술). 또한, 측정 좌표 등록 탭(125)이 클릭되면, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에는, 측정 좌표를 등록 또는 삭제하기 위한 화면이 표시된다(상세하게는 도 16을 참조해서 후술).
위치(116)에 XY 스테이지(13)가 이동한 후, 화상 취득 버튼(119)을 클릭하면, SEM 화상(제1 화상(P1)과 제2 화상(P2))이 취득된다. 이차 전자 화상인 제1 화상(P1)에서의 템플레이트 화상(T1)을 등록하는 경우에는, 우선, 이차 전자 화상 선택 버튼(117a)을 클릭해서 제1 화상(P1)을 화상 표시 에어리어(113)에 표시시키고, 계속해서 템플레이트 선택 버튼(121)에 의해 템플레이트 선택 모드를 설정한다. 그 후, 화상 표시 에어리어(113)에 표시된 제1 화상(P1)에 의거해서 템플레이트 에어리어(126)를 선택한다.
템플레이트 화상(T1)이 제1 등록 화면(126)에 표시되어 있는 상태에서, 그 하부의 등록 버튼(129b)을 클릭하면, 표시되어 있는 템플레이트 화상(T1)이 등록되고, 등록이 완료되면, 제1 등록 화면(126)에는 등록된 템플레이트 화상(129a)이 표시된다. 등록된 템플레이트 화상(129a)은, 삭제 버튼(129c)을 클릭함으로써 삭제할 수도 있다. 제2 화상(P2)을 위한 템플레이트 화상(T2(T2', T2''))의 등록 및 삭제도, 등록 화면(127, 128), 등록 버튼(130b, 131b), 삭제 버튼(130c, 131c)을 이용해서, 마찬가지의 수순을 실행함으로써 행할 수 있다.
도 12는, GUI 화면(111)에 있어서 측정 조건 등록 탭(124)이 클릭되고, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에 제1 화상(P1)용의 측정 조건 등록용 화면이 표시된 상태를 나타내고 있다. 이차 전자 화상인 제1 화상(P1)에서의 측정 조건의 등록에 있어서는, 제1 화상(P1)을 화상 표시 에어리어(113)에 표시시킨 상태에서, 측정 에어리어 선택 버튼(122)을 클릭함에 의해 측정 에어리어 선택 모드가 설정된다. 화상 표시 에어리어(113)에 표시된 제1 화상(P1) 상에서, 측정 에어리어(140a, 140b)가 선택된다.
측정 에어리어 선택 버튼(122)이 클릭된 후, 측정 조건 등록 탭(124)이 클릭되면, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에는, 측정 개소 표시 에어리어(141), 및 패턴 위치 측정 조건 표시 에어리어(142), 중첩 어긋남 측정 조건 표시 에어리어(143)가 표시된다.
측정 개소 표시 에어리어(141)에는, 제1 화상(P1) 또는 제2 화상(P2), 및 측정 에어리어를 나타내는 도형(예 : 점선의 직사각형의 도형)이 표시된다. 패턴 위치 측정 조건 표시 에어리어(142)에는, 측정 대상의 화상(제1 화상(P1) 또는 제2 화상(P2))의 종류를 나타내는 기호, 사용되는 템플레이트 화상의 종류를 나타내는 기호, 및 중심 측정 방향 등의 측정 조건이, 패턴 위치 측정 조건 리스트(144a)에 일람 형식으로 표시된다. 표시된 측정 조건을 등록하는 경우에는, 등록 버튼(144b)이 클릭된다. 또한, 표시된 측정 조건을 편집하는 경우에는 편집 버튼(144c)이 클릭되고, 삭제하는 경우에는 삭제 버튼(144d)이 클릭된다.
중첩 어긋남 측정 조건 표시 에어리어(143)는, 웨이퍼(11)의 복수 층에 걸쳐서 형성된 패턴의 중첩 어긋남을 측정하는 경우에 있어서의 측정 조건을 등록·편집 또는 삭제하기 위한 에어리어이다. 중첩 어긋남 측정 조건 리스트(145a)에의 등록은, 등록 버튼(145b)에 의해 윈도우를 표시시켜서 행한다. 중첩 어긋남 측정 조건의 등록은, 패턴 위치 측정 조건 리스트(144a)에 적어도 둘 이상의 측정 조건이 등록되어 있는 경우에만 가능하게 된다.
등록된 중첩 어긋남 측정 조건을 변경하고 싶은 경우에는 편집 버튼(145c)을 클릭해서 편집용의 윈도우를 표시시킨다. 또한, 중첩 어긋남 측정 조건을 삭제하고 싶은 경우에는, 삭제 버튼(145d)을 클릭해서 삭제용의 윈도우를 표시시킨다.
다음으로, 도 13∼도 14를 참조해서, 제2 화상(P2)(반사 전자 화상)용의 템플레이트 화상(T2)의 등록, 및 측정 조건의 등록의 수순을 설명한다. 제1 화상(P1)의 경우와 마찬가지로, GUI 화면(111) 상에는, 맵 표시 에어리어(112), 화상 표시 에어리어(113), 및 레시피 조건 표시 에어리어(114)가 배치되어 있다.
도 13에 있어서, 반사 전자 화상 선택 버튼(117b)이 클릭되면, 제2 화상(P2)이 화상 표시 에어리어(113)에 표시된다. 이 상태에 있어서, 템플레이트 선택 버튼(121)이 클릭되면, 템플레이트 선택 모드가 설정된다. 그 후, 화상 표시 에어리어(113)에 표시된 제2 화상(P2)에 의거해서 템플레이트 에어리어(151)를 선택한다.
템플레이트 화상(T2')이 제2 등록 화면(127)에 표시되어 있는 상태에서, 등록 버튼(130b)이 클릭되면, 표시되어 있는 템플레이트 화상(T2')이 등록된다. 등록이 완료되면, 제2 등록 화면(127)에는 등록된 템플레이트 화상(130a(T2'))이 표시된다. 등록된 템플레이트 화상(130a)은, 삭제 버튼(130c)을 클릭함으로써 삭제할 수 있다.
마찬가지로 해서, 화상 표시 에어리어(113)에 있어서 제2 화상(P2)이 표시되어 있는 상태에 있어서, 템플레이트 에어리어(152)가 선택되고, 레시피 조건 표시 에어리어(114) 내의 제3 등록 화면(128)의 등록 버튼(131b)이 클릭됨으로써, 표시되어 있는 템플레이트 화상(T2'')이 등록된다. 이때, 제3 등록 화면(128)에는, 등록된 템플레이트 화상(131a(T2''))이 표시되지만, 템플레이트 화상(131a)에는, 서로 다른 층에 있는 패턴을 은폐하고, 이것에 의해 매칭값 산출의 대상으로부터 제외하는 마스크 에어리어(131d)가 설정된다. 등록된 템플레이트 화상(131a)은, 삭제 버튼(131c)을 클릭함에 의해 삭제할 수 있다.
도 14는, GUI 화면(111)에 있어서, 화상 표시 에어리어(113)에 제2 화상(P2)이 표시되고, 측정 에어리어(161)가 선택된 상태에 있어서 측정 조건 등록 탭(124)이 클릭되고, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에 제2 화상(P2)용의 측정 조건 등록용 화면이 표시된 상태를 나타내고 있다. 제1 층(S1)에 대한 제2 화상(P2)에서의 측정 조건의 등록에 있어서는, 제2 화상(P2) 및 측정 에어리어(161)를 화상 표시 에어리어(113)에 표시시킨 상태에서, 측정 에어리어 선택 버튼(122)을 클릭함에 의해 측정 에어리어 선택 모드를 설정한다. 화상 표시 에어리어(113)에 표시된 제2 화상(P2) 상에서, 패턴(103)에 합치하는 측정 에어리어(161)가 선택된다.
측정 에어리어 선택 버튼(122)이 클릭된 후, 측정 조건 등록 탭(124)이 클릭되면, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에는, 측정 개소 표시 에어리어(141), 및 패턴 위치 측정 조건 표시 에어리어(142), 중첩 어긋남 측정 조건 표시 에어리어(143)가 표시된다. 이하, 제1 화상(P1)의 경우와 마찬가지의 방법에 의해, 각종 측정 조건이 등록된다.
도 15는, GUI 화면(111)에 있어서, 화상 표시 에어리어(113)에 제2 화상(P2)이 표시되고, 측정 에어리어(171a, 171b)가 선택된 상태에 있어서 측정 조건 등록 탭(124)이 클릭되고, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에 제2 화상(P2)용의 측정 조건 등록용 화면이 표시된 상태를 나타내고 있다. 제2 층(S2)에 대한 제2 화상(P2)에서의 측정 조건의 등록에 있어서는, 제2 화상(P2) 및 측정 에어리어(171a, 171b)를 화상 표시 에어리어(113)에 표시시킨 상태에서, 측정 에어리어 선택 버튼(122)을 클릭함에 의해 측정 에어리어 선택 모드를 설정한다. 화상 표시 에어리어(113)에 표시된 제2 화상(P2) 상에서, 패턴(102a, 102b)에 합치하는 측정 에어리어(171a, 171b)가 선택된다.
측정 에어리어(171a, 171b)가 선택된 상태에서, 등록 버튼(144b)이 클릭되면, 제2 층(S2)에 대한 제2 화상(P2)의 측정 조건이, 패턴 위치 측정 조건 리스트의 3단째에 등록된다. 여기에서, 측정 개소 표시 에어리어(141)에는, 패턴 위치 측정 조건 리스트(144a)에서 선택되어 있는 측정 조건이 그래픽 표시되어 있다.
중첩 어긋남 측정 조건의 등록은, 중첩 어긋남 측정 조건 에어리어(143)의 등록 버튼(145b)에 의해 표시되는 중첩 어긋남 측정 조건 리스트(145a)에 있어서, 기준으로 되는 측정 조건(Base), 기준에 대한 어긋남을 산출해야 할 측정 조건, 중심 측정 방향(X방향, Y방향, XY방향)을 선택함에 의해 행할 수 있다. 여기에서, 중심 측정 방향으로서는, 측정 조건으로 측정되어 있는 방향만이 선택 가능하게 된다. 등록한 중첩 어긋남 측정 조건의 변경은, 편집 버튼(145c)에 의해 행하고, 조건의 삭제는 삭제 버튼(145d)에 의해 행할 수 있다.
도 16은, GUI 화면(111)에 있어서, 화상 표시 에어리어(113)에 제1 화상(P1)이 표시된 상태에 있어서 측정 좌표 선택탭(125)이 클릭되고, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에 측정 좌표 등록용의 화면이 표시된 상태를 나타내고 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 맵 표시 에어리어(112)에 웨이퍼맵을 표시시킨 상태에서 맵 상의 선택점(146)을 클릭하면, 웨이퍼(11) 상의 임의의 점으로 이동할 수 있다. 측정 좌표의 등록에 있어서는, 웨이퍼맵과 칩맵을 구분하면서, 측정 좌표를 등록하고 싶은 위치로 XY 스테이지(13)를 이동시킨다. 측정점 선택 버튼(148)이 클릭됨에 의해 측정점 선택 모드가 설정되면, 화상 표시 에어리어(113)의 중앙부에 측정점 선택 마크(147)가 표시된다. 이 상태에서, 측정 좌표 등록 탭(125)을 클릭하면, 도 16에 나타내는 바와 같은 측정 좌표 등록용의 화면이 레시피 조건 표시 에어리어(114)에 표시된다. 측정 좌표 등록용의 화면은, 일례로서, 측정 좌표 테이블(150a), 등록 버튼(150b), 편집 버튼(150c), 삭제 버튼(150d)을 포함한다.
측정 좌표 테이블(150a)은, 등록된 측정점의 좌표의 일람을 포함한다. 등록 버튼(150b)이 클릭되면, 화상 표시 에어리어(113)에서 표시되는 측정점 선택 마크(147)의 좌표가 측정 좌표 테이블(150)에 등록된다. 측정 좌표는 편집 버튼(150c)에 의해 미조정(微調整)하는 것이 가능하며, 또한, 불필요한 측정 좌표는 삭제 버튼(150d)에 의해 삭제할 수 있다.
이하, 도 17의 플로우차트를 참조해서, 제2 실시형태의 장치에 있어서의 중첩 어긋남 계측의 수순을 설명한다. 도 17의 (a)는, 당해 수순의 전체의 흐름을 나타내는 플로우차트이고, 도 17의 (b)는 스텝 S184를 더 상세히 설명하는 플로우차트이다.
먼저, 등록한 전템플레이트 화상(예를 들면 T1, T2', T2'')에 대해서, 템플레이트 화상과 취득된 SEM 화상(제1 화상(P1) 또는 제2 화상(P2))의 매칭에 의해, 취득 SEM 화상에 있어서의 템플레이트 화상으로부터의 오프셋양을 산출한다(스텝 S182, 스텝 S183).
다음으로, 레시피에 등록한 모든 측정 조건에 대해서, 패턴의 중심 위치를 측정한다(스텝 S184, 스텝 S185). 여기에서, 패턴의 중심 위치 측정은, 대응하는 템플레이트 화상의 오프셋양에 의한 측정 위치의 보정(스텝 S184a), 패턴 에지 위치의 검출(스텝 S184b), 패턴 에지 위치에 의거한 중심 위치의 산출(스텝 S184c)의 순서로 실행될 수 있다. 그 후, 레시피로서 등록된 템플레이트 화상에 의거해서 측정 에어리어의 조정이 행해지고, 그 조정량에 따라서 패턴 간의 중첩 어긋남양이 산출된다(스텝 S186, 스텝 S187).
[제3 실시형태]
다음으로, 도 18∼도 22를 참조해서, 본 발명의 제3 실시형태 하전 입자선 장치로서의 주사형 전자현미경(SEM)에 대하여 설명한다. 이 제3 실시형태의 장치는, 2차 전자 화상(제1 화상(P1))용의 템플레이트 화상(T1)과, 반사 전자 화상(제2 화상(P2))용의 템플레이트 화상(T2)을 이용하는 점은, 전술의 실시형태와 마찬가지이다. 이 실시형태는, 템플레이트 화상의 등록의 방법에 있어서, 전술의 실시형태와는 다르다.
도 18은, 제3 실시형태의 장치에 있어서 측정의 대상으로 되는 웨이퍼(11)의 구성의 일례를 나타내고 있다. 도 18의 (a)는, 웨이퍼(11)를 조사 전자의 입사 방향으로부터 본 정면도이고, 도 18의 (b)는, 도 18의 (a)의 F-F' 단면을 나타내고 있다.
웨이퍼(11)의 표면에는 종방향을 장변 방향으로 하는 패턴(201)이 형성되어 있고, 표면의 하층에는, 횡방향을 장변 방향으로 하는 패턴(202a, 202b)이 형성되어 있다. 패턴(202a, 202b)은, 패턴(201)과는 교차하는 방향을 장변 방향으로 하고, 패턴(201)과 교차하고 있다.
도 18의 (c)는, 웨이퍼(11)의 이차 전자 화상(제1 화상(P1))이고, 표면에 형성된 패턴(201)의 상이 포함된다. 또한, 도 18의 (d)는, 웨이퍼(11)의 반사 전자 화상(제2 화상(P2))이고, 패턴(201)에 의해서 웨이퍼(11)의 하층의 패턴(202a, 202b)의 일부가 중복되고, 숨겨져 있다.
도 19를 참조해서, 비교예에 따른 템플레이트 화상의 등록 방법에 대하여 설명한다. 이 비교예에서는, 하층의 패턴(211a, 211b)의 전체를 포함하도록 하나의 템플레이트 에어리어를 선택하는 것이다. 이와 같은 방법은, 도 19와 같은, 상하층에서 중복되는 패턴 배열을 갖는 웨이퍼에 있어서, 다음에 설명하는 바와 같은 문제가 발생할 수 있다.
도 19의 (a)에 나타나는 반사 전자 화상(제2 화상(P2))에 있어서, 하층의 패턴(211a, 211b)은, 표면의 패턴(212)에 대해서 중첩 어긋남 없이 형성되어 있다. 이 경우, 하층의 패턴(211a, 211b) 전체를 포함하도록 템플레이트 에어리어(213)가 선택된다.
도 19의 (b)와 도 19의 (c)는, 하층의 패턴(214a, 214b)이 표면의 패턴(215)에 대해서 우측으로 어긋난 위치에 형성된 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 도 19의 (b)에 나타나는 바와 같이, 하층의 패턴(214a, 214b)을 포함하도록 템플레이트 에어리어(216)가 선택될 필요가 있다.
그러나, 반사 전자 화상(제2 화상(P2))에 있어서 표면의 패턴(215)의 콘트라스트가 높은 경우에는, 도 19의 (c)와 같이 표면의 패턴(215)을 포함하지만, 하층의 패턴(214a, 214b)의 전체를 포함하지 않는 템플레이트 에어리어(217)가 선택되는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 하층의 패턴에 관하여, 적절한 템플레이트 화상(T2)을 설정할 수 없어진다.
그래서, 제3 실시형태에서는, 도 18과 같은 중복되는 패턴을 갖는 웨이퍼에 있어서의 템플레이트 화상의 등록에 관하여, 이하의 방법을 채용하여, 이 문제를 해결하고 있다.
도 20을 참조해서, 제3 실시형태에 있어서의 템플레이트 화상의 등록 방법을 설명한다. 도 20의 (a)에 나타나는 바와 같은 제2 화상(P2)이 얻어졌을 경우, 하층의 패턴(221a, 221b)에 대하여, 복수 개(예를 들면 2개)의 템플레이트 에어리어(제1 템플레이트 에어리어(223)와 제2 템플레이트 에어리어(224))가 설정 가능하게 된다. 제1 템플레이트 에어리어(223)는, 패턴(221a, 221b)의 일단(좌단)을 포함하도록 설정된다. 한편, 제2 템플레이트 에어리어(224)는, 패턴(221a, 221b)의 타단(우단)을 포함하도록 설정된다. 2종류의 템플레이트 에어리어(223, 224)에 따라서, 템플레이트 화상(T2)이 설정된다.
한편, 도 20의 (b)에 나타나는 바와 같이, 하층의 패턴(225a, 225b)이 표면 패턴(226)에 대해서 좌측 방향으로 어긋나 있고, 하층의 패턴(225a, 225b)의 우단에는 템플레이트 에어리어를 배치할 위치가 없는 경우도 있을 수 있다. 이 경우, 하층의 패턴(225a, 225b)의 좌단에만, 템플레이트 에어리어(227)가 설정된다. 이 하나의 템플레이트 에어리어(227)가 설정되면, 이것에 대응하는 템플레이트 화상(T2)이 설정될 수 있다.
또한, 도 20의 (c)에 나타나는 바와 같이, 하층의 패턴(228a, 228b)이 표면 패턴(229)에 대해서 우측 방향으로 어긋나 있고, 하층의 패턴(228a, 228b)의 좌단에는 템플레이트 에어리어를 배치할 위치가 없는 경우도 있을 수 있다. 이 경우, 하층의 패턴(228a, 228b)의 우단에만, 템플레이트 에어리어(230)가 설정된다. 이 하나의 템플레이트 에어리어(230)가 설정되면, 이것에 대응하는 템플레이트 화상(T2)이 설정될 수 있다.
이와 같이, 제2 화상(P2)에 있어서, 복수의 템플레이트 에어리어(제1 템플레이트 에어리어와 제2 템플레이트 에어리어)를 설정 가능하게 해둠으로써, 하층의 패턴이 표면의 패턴에 대하여 어느 방향으로 어긋나 있었다고 해도, 적절하게 템플레이트 화상을 설정하는 것이 가능하게 된다.
도 21과 도 22를 참조해서, 제3 실시형태의 장치에 있어서의, 템플레이트 화상의 등록을 위한 GUI 화면(111)의 일례와, 그 동작의 수순을 설명한다. 도 21, 도 22에서는, 하나의 제2 화상(P2)에 대하여, 2개의 템플레이트 화상을 등록하는 경우에 대하여 설명하고, 그 효과에 대해서도 설명한다.
도 21을 참조해서, GUI 화면(111) 상에 있어서, 반사 전자 화상인 제2 화상(P2)용의 템플레이트 화상의 등록을 행하는 수순을 설명한다. 이 도 21의 화면에 있어서, 템플레이트 선택 버튼(121)을 클릭해서, 템플레이트 선택 모드를 설정한다. 그리고, 화상 표시 에어리어(113)에 표시된 제2 화상(P2)에 의거해서 템플레이트 에어리어(231a, 231b)를 선택한다. 템플레이트 에어리어(231a, 231b)는, 표면의 패턴(201)의 화상이 포함되지 않도록 선택되는 것이 바람직하다.
이와 같은 두 템플레이트 에어리어(231a, 231b)가 선택된 상태에서, 등록 버튼(129c)이 클릭되면, 제1 등록 화면(126)에 있어서, 템플레이트 에어리어(231a, 231b)에 대응하는 템플레이트 화상(129a)이 등록된다.
다음으로, 도 22를 참조해서, GUI 화면(111) 상에 있어서, 제2 화상(P2)용에 대하여 또 다른 템플레이트 화상의 등록을 행하는 수순을 설명한다. 이 도 22의 화면에 있어서, 템플레이트 선택 버튼(121)을 클릭해서, 템플레이트 선택 모드를 설정한 후, 화상 표시 에어리어(113)에 표시된 제2 화상(P2)에 의거해서, 템플레이트 에어리어(232a, 232b)를 선택한다. 템플레이트 에어리어(232a, 232b)는, 템플레이트 에어리어(231a, 231b)와는 다른 위치이며, 또한 표면의 패턴(201)의 화상이 포함되지 않는 위치에 선택되는 것이 바람직하다.
이와 같은 두 템플레이트 에어리어(232a, 232b)가 선택된 상태에서, 등록 버튼(129e)이 클릭되면, 제1 등록 화면(126)에 있어서, 템플레이트 에어리어(232a, 232b)에 대응하는 템플레이트 화상(129b)이 등록된다. 여기에서, 템플레이트 화상(129a)은, 제2 화상(P2)에 있어서 주된(메인의) 템플레이트 화상으로서 사용되고, 템플레이트 화상(129b)은, 예비의(서브의) 템플레이트 화상으로서 이용할 수 있다. 템플레이트 화상(129b)은, 템플레이트 화상(129a)에서는 충분한 일치율을 얻지 못하여 부적합하다고 판단된 경우에만 사용되도록 해도 되고, 템플레이트 화상(129a), 및 템플레이트 화상(129b)의 각각의 매칭률을 비교하여, 높은 매칭률이 얻어지는 쪽을 우선적으로 사용하도록 해도 된다. 즉, 템플레이트 화상 생성부(2001)는, 제2 화상(P2)에 대하여 복수의 템플레이트 화상을 생성했을 경우, 각각의 제2 화상(P2)과의 일치율에 의거해서 복수의 템플레이트 화상 중 어느 하나를 채용하도록 구성할 수 있다.
또, 템플레이트 화상(129a) 및 템플레이트 화상(129b)은, 동시에 제1 등록 화면(126)에 표시 가능하게 되어 있어도 되고, 스크롤바(233)에 의해 선택적으로 제1 등록 화면(126)에 표시시키도록 해도 된다. 또, 템플레이트 화상(129a)이 부적합한지의 여부의 판단 기준으로서는, 일치율에 더해서 또는 이것 대신에, 템플레이트 화상(129a) 또는 템플레이트 화상(129b)의 매칭에 있어서의 시프트양의 평균값을 이용해도 된다.
[제4 실시형태]
다음으로, 도 23∼도 24를 참조해서, 본 발명의 제4 실시형태 하전 입자선 장치로서의 주사형 전자현미경(SEM)에 대하여 설명한다. 이 제4 실시형태의 장치는, 2차 전자 화상용의 템플레이트 화상(T1)과, 반사 전자 화상용의 템플레이트 화상(T2)을 이용하는 점은, 전술의 실시형태와 마찬가지이다. 이 실시형태는, 측정 에어리어의 조정의 방법, 및 중첩 어긋남양의 특정의 방법에 있어서, 전술의 실시형태와는 다르다.
도 23은, 제4 실시형태에 있어서 측정의 대상으로 되는 웨이퍼(11)의 구성의 일례를 나타내고 있다. 도 23의 (a)는, 웨이퍼(11)를 조사 전자의 입사 방향으로부터 본 정면도이고, 도 23의 (b)는, 도 23의 (a)의 G-G' 단면을 나타내고 있다.
웨이퍼(11)의 표면에는 종방향을 장변 방향으로 하는 패턴(301a, 301b, 301c)이 형성되어 있다. 패턴(301a∼301c)은, X방향으로 등간격 P로 주기적으로 형성되어 있다. 또한, 웨이퍼(11)의 표면보다도 하층의 위치에는, 마찬가지로 종방향을 장변 방향으로 하는 패턴(302a, 302b, 302c, 302d)이 형성되어 있다. 패턴(302a∼d)은, 표면의 패턴(301a∼c)과 마찬가지로, 등간격 P로 주기적으로 형성되어 있다. 패턴(301a∼c, 302a∼d)은, 설계 데이터 상, 웨이퍼(11)의 정면으로부터 보았을 경우, P/2의 간격으로 등간격으로 형성된다. 도 23의 (c)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(11)의 반사 전자 화상의 복수의 패턴 중, 예를 들면 두 패턴의 화상(303a, 303b)을 포함하도록 템플레이트 에어리어(304)가 설정된다.
다음으로, 도 24를 참조해서, 근방의 패턴 위치 오프셋 데이터를 참조해서, 측정점의 오프셋양을 결정하는 수순을 설명한다. 도 24의 (a)는, 웨이퍼(11)를, 조사 전자의 입사 방향으로부터 본 정면도이고, 도 24의 (b)는, 도 24의 (a)의 H-H' 단면을 나타내고 있다. 이 웨이퍼(11)는, 설계 데이터 상은, 도 23과 같이, 패턴(301a∼c, 302a∼d)이 등간격으로 형성되는 구조를 갖고 있지만, 실제로 제조된 웨이퍼(11)에서는, 하층 패턴(312a, 312b, 312c)이, 패턴(301a, 301b, 301c)에 대해서, 주기 P의 약 1/2(P/2)만큼 오프셋되어 있다.
이와 같이, 상하층에서 평행으로 연장되는 패턴이 있고, 오프셋이 발생한 경우에 있어서, 좌우의 어느 쪽의 방향에 오프셋이 발생했는지 불명확하게 되는 경우가 발생할 수 있다. 이 때문에, 이 제4 실시형태의 장치는, 이하에 설명하는 방법에 의해, 오프셋이 발생한 방향을 특정하고, 이 특정 결과에 따라서 측정 에어리어 위치의 조정을 행하고, 또한 중첩 어긋남의 계측을 실행하도록 구성되어 있다.
도 24의 (c), 도 24의 (d)는, 도 24의 (a)에 나타내는 웨이퍼(11)를 촬상해서 얻어진 반사 전자 화상(제2 화상(P2))과, 설정되는 매칭 위치(313, 315)의 예를 나타내고 있다. 이 도 24의 (c), 도 24의 (d)의 제2 화상(P2)은, 표면의 패턴(301a∼c)의 위치가, 템플레이트 화상(T1)에 있어서의 위치와 일치하도록 위치 조정이 된 후의 화상을 나타내고 있다.
하층의 패턴(302a∼d)의 매칭에 있어서는, 하층의 패턴(302a∼d)이 주기적이기 때문에, 도 24의 (c)와 같이, 화상의 좌측의 하층 패턴(312a, 312b)에 대해서 매칭 위치(313)가 선택되는 케이스와, 도 24의 (d)와 같이, 화상의 우측의 하층 패턴(312b, 312c)에 대해서 매칭 위치(315)가 선택되는 케이스를 생각할 수 있다. 도 24의 (c)에 있어서, 화살표(314)는 매칭 위치(313)가 선택된 경우의 하층 패턴의 오프셋양을 나타내고, 화살표(316)는, 매칭 위치(315)가 선택된 경우의 하층 패턴의 오프셋양을 나타내고 있다. 화살표(314)는, 하층 패턴이 좌측으로 오프셋되어 있는 것을 나타내고 있고, 반대로 화살표(316)는, 하층 패턴이 우측으로 오프셋되어 있는 것을 나타내고 있다.
오프셋의 양 및 방향을 판정하는 방법을, 도 24의 (e)와 도 24의 (f)를 참조해서 설명한다. 도 24의 (e)에 나타내는 바와 같이, 현재의 웨이퍼(11) 상에서 측정점(317)을 측정하고 있는 경우에 있어서, 그 측정점(317)에서의 오프셋양 및 오프셋 방향을 판정하는 경우에 있어서, 측정점(317)으로부터 가장 근방에 있는 측정 완료의 측정점(318)에 있어서의 오프셋양 및 오프셋 방향을 참조해서, 측정점(317)에서의 오프셋양을 결정할 수 있다.
예를 들면, 측정점(317)에 있어서, 도 24의 (f)와 같은 제2 화상(P2), 및 매칭 위치(320)가 얻어지고, 가장 근방의 점(318)에 있어서 도 24의 (c)와 같은 오프셋양 및 방향이 얻어져 있으면, 이 오프셋양 및 방향을 참조해서, 측정점(317)에 있어서의 오프셋양 및 방향을 결정할 수 있다. 측정점(317)에 있어서 복수의 오프셋양 및 오프셋양의 후보가 얻어져 있는 경우에 있어서, 측정점(318)에 있어서의 오프셋양 및 방향에 근사한 후보를, 측정점(317)에 있어서의 오프셋양 및 방향으로서 선택할 수 있다.
또, 제4 실시형태에 있어서는, 현재의 측정점으로부터 가장 가까운 측정점의 결과를 참조하는 사양으로 했지만, 복수의 측정점의 결과로부터의 근사식을 이용해도 된다. 또한, 템플레이트 매칭에 의해 산출되는 각 측장점에서의 패턴 오프셋양을, 중첩 어긋남 계측 결과와 맞춰서 출력하는 사양으로 해도 된다.
또, 본 발명은 상기한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다. 또한, 상기한 각 구성, 기능, 처리부, 처리 수단 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적 회로로 설계하는 것 등에 의해 하드웨어로 실현해도 된다.
1 : 칼럼 2 : 시료실
3 : 전자총 4 : 콘덴서 렌즈
5 : 얼라이너 6 : ExB 필터
7 : 편향기 8 : 대물 렌즈
9 : 이차 전자 검출기 10 : 반사 전자 검출기
11 : 웨이퍼 12 : 표준 시료
13 : XY 스테이지 14 : 광학현미경
15, 16 : 앰프 17 : 전자광학계 컨트롤러
18 : 스테이지 컨트롤러 19 : 화상 처리 유닛
20 ; 제어부

Claims (18)

  1. 하나 이상의 프로세서를 구비하고, 시료에 하전 입자선을 조사함에 의해 얻어지는 화상 데이터로부터 패턴 사이의 중첩 어긋남양을 산출하는 시스템으로서,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 시료의 표면에 위치하는 제1 패턴의 화상 데이터를 포함하는 제1 화상 데이터로부터, 상기 제1 패턴의 제1 위치를 결정하고,
    상기 시료의 표면보다도 하층에 위치하는 제2 패턴의 화상 데이터를 포함하는 제2 화상 데이터로부터, 상기 제2 패턴의 제2 위치를 결정하고,
    상기 결정한 제1 위치에 의거해서, 상기 제1 화상 데이터에 있어서의 제1 측정 에어리어의 위치를 조정하고,
    상기 결정한 제2 위치에 의거해서, 상기 제2 화상 데이터에 있어서의 제2 측정 에어리어의 위치를 조정하고,
    상기 제1, 제2 측정 에어리어의 위치 조정 결과에 따라, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 사이의 중첩 어긋남양을 산출하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화상 데이터는, 상기 시료에 상기 하전 입자선을 조사함에 의해 얻어지는 이차 전자 화상 데이터이고,
    상기 제2 화상 데이터는, 상기 시료에 상기 하전 입자선을 조사함에 의해 얻어지는 후방 산란 전자 화상 데이터인, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제1 화상 데이터로부터, 제1 템플레이트에 의거해서, 상기 제1 패턴의 제1 위치를 결정하고,
    상기 제2 화상 데이터로부터, 제2 템플레이트에 의거해서, 상기 제2 패턴의 제2 위치를 결정하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 제1 측정 에어리어의 중심 위치로 되는 제1 측정 에어리어 중심 위치를 결정함과 함께, 상기 제2 측정 에어리어의 중심 위치로 되는 제2 측정 에어리어 중심 위치를 결정하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화상 데이터는, 상기 제1 패턴으로서 복수의 제1 반복 패턴의 화상 데이터를 포함하고, 상기 제2 화상 데이터는 상기 제2 패턴으로서 복수의 제2 반복 패턴의 화상 데이터를 포함하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    제1 템플레이트 에어리어의 지정에 의거해서 제1 템플레이트 에어리어 중심 위치를 결정함과 함께, 제2 템플레이트 에어리어의 지정에 의거해서 제2 템플레이트 에어리어 중심 위치를 결정하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 제1 측정 에어리어의 중심 위치로 되는 제1 측정 에어리어 중심 위치를 결정함과 함께, 상기 제2 측정 에어리어의 중심 위치로 되는 제2 측정 에어리어 중심 위치를 결정하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제1 템플레이트 에어리어 중심 위치와 상기 제1 측정 에어리어 중심 위치에 의거해서, 제1 오프셋양 또는 제1 오프셋 방향을 결정하거나,
    또는,
    상기 제2 템플레이트 에어리어 중심 위치와 상기 제2 측정 에어리어 중심 위치에 의거해서, 제2 오프셋양 또는 제2 오프셋 방향을 결정하는,
    중첩 어긋남양 산출 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 중첩 어긋남양을 출력 또는 표시함과 함께,
    상기 제1 오프셋양, 상기 제1 오프셋 방향, 상기 제2 오프셋양 및 상기 제2 오프셋 방향 중, 적어도 어느 하나를 출력 또는 표시하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 제1 화상 데이터에 의거해서, 상기 제1 패턴에 대응하는 하나 이상의 제1 템플레이트를 생성함과 함께, 상기 제2 화상 데이터에 의거해서, 상기 제2 패턴에 대응하는 하나 이상의 제2 템플레이트를 생성하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 제2 화상 데이터에 복수 층의 화상 데이터가 포함되는 경우, 상기 복수 층의 각각에 대해 상기 하나 이상의 제2 템플레이트를 생성하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제2 화상 데이터로부터, 상기 제2 패턴이 존재하는 층과는 다른 타층의 패턴의 화상 데이터을 제외, 은폐 또는 마스크하는 처리를 행하고,
    상기 하나 이상의 제2 템플레이트를 생성 가능하게 구성된, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제2 화상 데이터로부터, 서로 영역이 다른 복수의 제2 템플레이트를 생성 가능하게 구성된, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제2 화상 데이터와의 일치율에 따라, 상기 복수의 제2 템플레이트 화상 중의 어느 하나를 선택하도록 구성된, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 제1 측정 에어리어는, 상기 복수의 제1 반복 패턴에 대응해서 마련된 복수의 제1 반복 측정 에어리어로 구성되고, 상기 제2 측정 에어리어는, 상기 복수의 제2 반복 패턴에 대응해서 마련된 복수의 제2 반복 측정 에어리어로 구성되는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 복수의 제1 반복 측정 에어리어의 중심 위치로 되는 복수의 제1 반복 측정 에어리어 중심 위치를 결정함과 함께, 상기 복수의 제2 반복 측정 에어리어의 중심 위치로 되는 복수의 제2 반복 측정 에어리어 중심 위치를 결정하는, 중첩 어긋남양 산출 시스템.
  17. 시료에 하전 입자선을 조사함에 의해 얻어지는 화상 데이터로부터 패턴 사이의 중첩 어긋남양을 산출하는 방법으로서,
    상기 시료의 표면에 위치하는 제1 패턴의 화상 데이터를 포함하는 제1 화상 데이터로부터, 상기 제1 패턴의 제1 위치를 결정하고,
    상기 시료의 표면보다도 하층에 위치하는 제2 패턴의 화상 데이터를 포함하는 제2 화상 데이터로부터, 상기 제2 패턴의 제2 위치를 결정하고,
    상기 결정한 제1 위치에 의거해서, 상기 제1 화상 데이터에 있어서의 제1 측정 에어리어의 위치를 조정하고,
    상기 결정한 제2 위치에 의거해서, 상기 제2 화상 데이터에 있어서의 제2 측정 에어리어의 위치를 조정하고,
    상기 제1, 제2 측정 에어리어의 위치 조정 결과에 따라, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 사이의 중첩 어긋남양을 산출하는 것을 포함하는, 중첩 어긋남양의 산출 방법.
  18. 시료에 하전 입자선을 조사함에 의해 얻어지는 화상 데이터로부터 패턴 사이의 중첩 어긋남양을 산출하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 비일시적인 컴퓨터 가독 매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    상기 시료의 표면에 위치하는 제1 패턴의 화상 데이터를 포함하는 제1 화상 데이터로부터, 상기 제1 패턴의 제1 위치를 결정하고,
    상기 시료의 표면보다도 하층에 위치하는 제2 패턴의 화상 데이터를 포함하는 제2 화상 데이터로부터, 상기 제2 패턴의 제2 위치를 결정하고,
    상기 결정한 제1 위치에 의거해서, 상기 제1 화상 데이터에 있어서의 제1 측정 에어리어의 위치를 조정하고,
    상기 결정한 제2 위치에 의거해서, 상기 제2 화상 데이터에 있어서의 제2 측정 에어리어의 위치를 조정하고,
    상기 제1, 제2 측정 에어리어의 위치 조정 결과에 따라, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 사이의 중첩 어긋남양을 산출하는,
    것을 컴퓨터에 실행시키는, 비일시적인 컴퓨터 가독 매체.
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