KR102577500B1 - 오버레이 계측 시스템 및 오버레이 계측 장치 - Google Patents

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Abstract

SN비가 낮은 패턴 화상으로부터 프로세스 간의 오버레이 오차를 계측 가능하게 한다. 이를 위해, 이차 전자 검출기(107)의 검출 신호로부터 이차 전자상(200)을, 반사 전자 검출기(109)의 검출 신호로부터 반사 전자상(210)을 형성하고, 반사 전자상에 있어서의 휘도 정보를 라인 패턴의 장변 방향을 따라 가산해서 얻어지는 SUMLINE 프로파일(701)을 작성하고, 이차 전자상으로부터 검출되는 상층 패턴의 위치 정보와, 반사 전자상으로부터 SUMLINE 프로파일에 의거해서 추정한 추정 라인 패턴(801)을 이용해서 검출되는 하층 패턴의 위치 정보를 이용해서 시료의 오버레이 오차를 산출한다.

Description

오버레이 계측 시스템 및 오버레이 계측 장치
본 발명은, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서의 계측 기술에 관한 것이며, 특히 공정 간의 패턴의 어긋남량을 계측하는 오버레이 계측(중첩 계측)을 행하는 오버레이 계측 시스템, 오버레이 계측 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 노광 장치의 복수층 간에 걸친 패턴의 중첩(오버레이) 정밀도의 향상이 요구되고 있다. 오버레이를 고정밀도로 계측해서 노광 장치에 피드백하는 것의 중요성은 점점 높아진다고 생각된다.
반도체 디바이스는, 반도체 웨이퍼 상의 포토 마스크에 형성된 패턴을 리소그래피 처리 및 에칭 처리에 의해 전사하는 공정을 반복함에 의해 제조된다. 반도체 디바이스의 제조 과정에 있어서, 리소그래피 처리나 에칭 처리 그 밖의 양부(良否), 이물 발생 등은, 수율에 크게 영향을 미친다. 따라서, 이와 같은 제조 과정에 있어서의 이상이나 불량 발생을 조기에 또는 사전에 검지하기 위하여, 제조 과정에서 반도체 웨이퍼 상의 패턴의 계측이나 검사가 행해지고 있다.
특히, 최근의 반도체 디바이스의 미세화와 삼차원화의 진행에 의해, 서로 다른 공정 간에서의 패턴에 있어서의 오버레이 정밀도의 중요도가 높아지고 있다. 오버레이 계측에 있어서 종래는, 광학식 계측 기술이 널리 이용되어 왔지만, 미세화가 진행된 반도체 디바이스에서는, 요구되는 계측 정밀도를 얻는 것이 곤란하게 되어 있다.
그래서, 하전 입자선 장치(주사형 전자현미경)를 이용한 오버레이 계측이 개발되어 오고 있다. 특허문헌 1에서는, 통상 측장보다도 고가속 또한 대전류로 전자선을 조사해서 기판을 대전시키고, 하층 구조의 차이에 기인한 전위 콘트라스트를 검출함으로써 하층 패턴 위치를 검출해서 오버레이 계측을 행한다. 이 경우, 전자선 주사 방향이나 조작 순서에 의존해서 중첩 어긋남 계측 오프셋이 발생하기 때문에, 주사 방향이나 주사 순서에 대칭성을 갖게 함으로써 계측 오프셋을 해소함에 의해, 중첩 어긋남 계측 정밀도를 향상시키고 있다.
특허문헌 2에서는, 고가속의 전자빔을 조사함에 의해서, 시료 표면에 노출되어 있지 않은 패턴의 투과상을 얻어서 오버레이 계측을 행한다. 이 경우, 시료 표면에 노출되어 있지 않은 패턴의 상층에 형성된 층의 영향을 받아, 하나의 패턴이어도 복수의 화상 농담도로 나타나게 되기 때문에, 템플레이트를 이용해서 패턴 경계를 구하고 있다.
일본국 특개2015-210140호 공보 국제공개 제2017/130365호
이와 같이 하전 입자선 장치(주사형 전자현미경)를 이용한 오버레이 계측에 있어서는, 시료 표면에 노출되어 있지 않은 패턴을 검지할 필요가 있기 때문에, 시료 표면의 패턴의 측장을 행하는 경우보다도 시료에 조사하는 에너지를 크게 할 필요가 있다. 또한, 계측 정밀도를 높이기 위해서는 선명한 화상을 얻는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 전자현미경상을 형성할 때의 프레임 적산수를 증가시키는 것이 일반적으로 행해지고 있다.
그러나, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있는 반도체 웨이퍼에 대하여 오버레이 계측을 행하는 경우로서, 시료 표면에 형성되는 레지스트 패턴과 그 하층에 형성되는 전극 혹은 배선 패턴의 중첩을 검증하고 싶은 경우가 있다. 이와 같은 경우, 유기물인 레지스트는 전자선의 영향을 받아 슈링크하기 쉽기 때문에, 가능한 한 시료에의 전자선의 조사량을 억제한 상태에서 화상을 취득하고, 오버레이 계측을 행하는 것이 요구된다. 물론, 프레임 적산수를 증가시킬수록, 오버레이 계측의 스루풋도 저하한다.
따라서, 시료에 조사하는 일차 전자선의 에너지를 극력 억제하고, 또한 프레임 적산수도 가능한 한 작게 한 화상으로부터 오버레이 계측을 행하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조건에서 얻어지는 전자현미경상은 SN(신호 잡음비)이 낮아질 수밖에 없다. 즉, SN이 낮은 전자현미경상으로부터여도 오버레이 계측을 가능하게 할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시태양인 오버레이 계측 시스템은, 주사 전자현미경과 컴퓨터 서브시스템을 구비하고, 상층 패턴과 라인 패턴을 포함하는 하층 패턴을 갖는 시료의 오버레이 오차를 계측하는 오버레이 계측 시스템으로서,
주사 전자현미경은, 일차 전자선을 시료를 향해서 조사하는 전자 광학계와, 일차 전자선으로 시료 상을 주사해서 방출되는 신호 전자로부터 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출기와, 신호 전자로부터 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기를 구비하고,
컴퓨터 서브시스템은, 이차 전자 검출기의 검출 신호로부터 이차 전자상을, 반사 전자 검출기의 검출 신호로부터 반사 전자상을 형성하고, 반사 전자상에 있어서의 휘도 정보를 라인 패턴의 장변 방향을 따라 가산해서 얻어지는 SUMLINE 프로파일을 작성하고, 이차 전자상으로부터 검출되는 상층 패턴의 위치 정보와, 반사 전자상으로부터 SUMLINE 프로파일에 의거해서 추정한 추정 라인 패턴을 이용해서 검출되는 하층 패턴의 위치 정보를 이용해서 시료의 오버레이 오차를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시태양인 오버레이 계측 장치는, 상층 패턴과 라인 패턴을 포함하는 하층 패턴을 갖는 시료에 대하여 주사 전자현미경에 의해 취득한 이차 전자상과 반사 전자상으로부터, 시료의 오버레이 오차를 계측하는 오버레이 계측 장치로서, 반사 전자상에 있어서의 휘도 정보를 라인 패턴의 장변 방향을 따라 가산해서 얻어지는 SUMLINE 프로파일을 작성하는 프로파일 작성부와, 이차 전자상으로부터 검출되는 상층 패턴의 위치 정보와, 반사 전자상으로부터 SUMLINE 프로파일에 의거해서 추정한 추정 라인 패턴을 이용해서 검출되는 하층 패턴의 위치 정보를 이용해서 시료의 오버레이 오차를 산출하는 오버레이 산출부를 갖고, 이차 전자상은, 시료 상을 일차 전자선에 의해 주사해서 방출되는 신호 전자에 포함되는 이차 전자에 의거해서 형성된 전자현미경상이고, 반사 전자상은, 신호 전자에 포함되는 반사 전자에 의거해서 형성된 전자현미경상이다.
SN이 낮은 패턴 화상으로부터 프로세스 간의 오버레이 오차가 계측 가능해진다.
그 밖의 과제와 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 실시예 1의 오버레이 계측 시스템의 개략 구성예.
도 2a는, 상층 패턴 화상(이차 전자상)의 모식도.
도 2b는, 하층 패턴 화상(반사 전자상)의 모식도.
도 3은, 오버레이 계측 공정의 플로차트.
도 4는, 홀 패턴에 의거하는 프레임수 결정 처리 플로.
도 5는, 라인 패턴에 의거하는 프레임수 결정 처리 플로.
도 6은, 이차 전자상으로부터 홀 패턴 중심 위치를 검출한 예.
도 7은, 반사 전자상에 대해서 실행하는 화상 처리의 개요를 설명하는 도면.
도 8은, SUMLINE 프로파일로부터 라인 패턴을 추정하는 처리의 개략을 설명하는 도면.
도 9는, 홀 패턴의 중심 위치와 추정 라인 패턴을 이용한 오버레이 계측을 나타내는 도면.
도 10은, 계측 조건을 설정하는 GUI 화면의 예.
도 11은, 실시예 2의 오버레이 계측 시스템의 개략 구성예.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
(실시예 1)
도 1은, 오버레이 계측 시스템의 개략 구성예를 나타내고 있다. 오버레이 계측 시스템(100)은, 촬상 툴(120) 및 컴퓨터 서브시스템(오버레이 계측 장치)(121)을 구비한다. 촬상 툴(120)로서, 본 실시예에서는 주사형 전자현미경을 이용하고 있다. 촬상 툴(120)은, 일차 전자선을 시료를 향해서 조사하는 전자 광학계를 내장하는 칼럼(101)과 계측 대상인 시료가 재치(載置)되는 시료실(102)로 구성된다. 칼럼(101)의 내부에는, 전자총(103), 콘덴서 렌즈(104), 대물 렌즈(105), 편향기(106), 이차 전자 검출기(SE Detector)(107), E×B 필터(108), 반사 전자 검출기(BSE Detector)(109)가 포함된다. 전자총(103)으로부터 발생된 일차 전자선(조사 전자빔, 하전 입자빔이라고도 한다)은, 콘덴서 렌즈(104)와 대물 렌즈(105)에 의해 수속되고, 정전 척(111) 상에 재치된 웨이퍼(시료)(110)에 조사되고, 일차 전자선과 시료의 상호 작용에 의해 신호 전자가 방출된다. 일차 전자선은, 편향기(106)에 의해 편향되고, 웨이퍼(110)의 표면을 따라 주사된다. 편향기(106)에 의한 일차 전자선의 편향은, 편향기 제어부(115)로부터 주어지는 신호에 따라서 제어된다.
일차 전자선의 조사에 의해 웨이퍼(110)로부터 발생한 이차 전자(신호 전자 중, 저에너지의 것을 말한다)는, E×B 필터(108)에 의해서 이차 전자 검출기(107)의 방향을 향하게 되고, 이차 전자 검출기(107)에서 검출된다. 또한, 웨이퍼(110)로부터의 반사 전자(신호 전자 중, 고에너지의 것을 말한다)는, 반사 전자 검출기(109)에 의해서 검출된다. 또, 광학계의 구성은 도 1의 구성으로 한정되지 않으며, 예를 들면 다른 렌즈, 전극, 검출기를 포함하고 있어도 되고, 일부의 구성이 도 1의 구성과 달라도 된다.
시료실(102)에 설치되는 가동 스테이지(112)는, 스테이지 제어부(116)로부터 주어지는 제어 신호에 따라, 칼럼(101)에 대해서 웨이퍼(110)의 위치를 XY면 내(수평면 내)에서 이동시킨다. 또한, 가동 스테이지(112) 상에는, 빔 교정을 위한 표준 시료(113)가 부착되어 있다. 또한, 촬상 툴(120)은, 웨이퍼 얼라이먼트를 위한 광학현미경(114)을 갖고 있다. 이차 전자 검출기(107) 및 반사 전자 검출기(109)로부터 출력되는 검출 신호는, 화상 생성부(117)로 보내져서 화상화된다.
촬상 툴(120)의 제어는, 컴퓨터 서브시스템(121)의 장치 제어부(119) 및 촬상 툴(120)의 각 구성 요소를 제어하는 제어부(도 1 중에는 편향기 제어부(115), 및 스테이지 제어부(116)가 예시된다)를 통해서 실행된다. 즉, 장치 제어부(119)는, 각 제어부에 소정의 지령을 주고, 각 제어부는 그 지령에 응답해서 제어 대상인 촬상 툴(120)의 각 구성 요소를 제어한다.
컴퓨터 서브시스템(121)은, 연산 처리부(118), 입출력부(122), 메모리(123), 기억 장치(124)를 구비하고 있다. 컴퓨터 서브시스템(121)은 범용의 컴퓨터를 이용해서 실현할 수도 있다. 연산 처리부(118)는 CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 처리를 행하는 프로세서를 구비하고, 입출력부(122)는, 마우스나 키보드 등 조작자가 지시를 입력하기 위한 입력부와, 화면을 표시하는 모니터 등의 표시부를 구비하고 있다. 메모리(123)는 RAM으로 구성되고, 프로세서의 명령에 따라, 프로그램이나 프로그램의 실행에 필요한 데이터 등을 일시적으로 기억한다. 기억 장치(124)는 통상적으로, HDD, SSD나 ROM, 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리로 구성되고, 연산 처리부(118)가 실행하는 프로그램이나 프로그램이 처리 대상으로 하는 데이터 등을 기억한다.
이차 전자 검출기(107) 및 반사 전자 검출기(109)로부터의 검출 신호는, 화상 생성부(117)로 보내진다. 화상 생성부(117)는, 편향기(106)에 의해 웨이퍼(110) 상에서 일차 전자선을 이차원으로 주사해서 얻어지는 검출 신호의 강도를 이차원 맵핑해서, 화상을 생성한다. 화상 생성부(117)에서 생성된 화상은, 기억 장치(124)에 보존된다.
또한, 컴퓨터 서브시스템(121)은, 촬상 툴(120)이 촬상하고, 기억 장치(124)에 저장된 화상을 이용해서, 오버레이 계측을 행하기 위하여, 패턴 위치 검출부(125), 프로파일 작성부(126), 패턴 추정부(127), 오버레이 산출부(128)를 구비하고 있다. 이들 모듈(125∼128)이 실행하는 기능의 상세에 대해서는 후술한다.
여기에서, 각 제어부나 모듈(117, 119, 125∼128)의 실장 형태는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 제어부나 모듈은, 연산 처리부(118)가 구비하는 프로세서가 실행하는 소프트웨어로서 실장되어도 된다. 이 경우, 기억 장치(124)에 각 제어부나 모듈을 실행하기 위한 프로그램을 저장해둔다. 소프트웨어에 의해 실현하는 경우에는, 프로그램이 기록된 기록 매체를 갱신함에 의해, 프로그램을 업그레이드하는 것도 용이하다. 또한, 고속의 범용 CPU를 이용하는 대신에, 멀티 프로세서 시스템으로서 구성하여, 연산 처리부(118)를 메인 프로세서로, 각 제어부나 모듈을 서브 프로세서로 구성해도 된다. 또는, 각 제어부나 모듈을 전용의 회로 기판을 갖는 하드웨어로서 구성해도 된다. 처리를 실행하는 복수의 연산기는 배선 기판 상, 또는 반도체 칩 또는 패키지 내에 집적시킨다.
계속해서, 오버레이 계측의 대상으로 하는 시료의 구조에 대하여 설명한다. 여기에서는, 라인 패턴으로서 형성되는 트랜지스터나 커패시터 등의 반도체 소자의 전극 혹은 배선과 당해 반도체 소자의 상층에 형성되는 배선층의 배선을 접속하는 비아의 형성 공정을 예로 설명한다. 비아를 형성하는 홀 패턴과 전극 혹은 배선을 형성하는 라인 패턴이 설계대로의 위치 관계로 형성되어 있지 않으면 비아의 접속 불량이 발생할 우려가 있다. 이것에 의해 반도체 소자의 성능 열화(劣化)가 발생하고, 또한 전기적 콘택트를 취할 수 없게 되어 버리면, 반도체 디바이스가 최종적으로 정상적으로 동작하지 않을 우려도 있다. 그래서, 오버레이 계측 시스템을 이용해서, 비아의 형성 공정에 있는 웨이퍼에 대하여, 중첩된 홀 패턴과 라인 패턴의 위치 관계가 적절한지의 여부의 검증을 행한다.
이 예에서는, 오버레이 계측 시스템으로 관찰하는 상층 패턴은 레지스트층에 형성되는 홀 패턴, 하층 패턴은 웨이퍼 상에 형성되는 라인 패턴으로 된다. 하층 패턴은, 상층 패턴의 바로 아래에 있는 피에칭막(유기막이나 절연막 등) 밑에 형성된 라인 패턴으로 된다. 라인 패턴은 금속층 또는 반도체층이다.
유기물(레지스트)인 상층 패턴의 관찰에는, 시료 표면의 표면 형상에 민감한 이차 전자 검출기(107)의 검출 신호로부터 형성되는 이차 전자상을 이용하는 것이 바람직하다. 전자현미경상을 얻는 경우, 일반적으로, 관찰 시야를 복수회에 걸쳐서 일차 전자로 스캔하고, 프레임 화상(1회의 스캔으로 얻어지는 화상)을 적산함으로써 화상을 선명화하는 것이 행해진다. 화상을 선명화하는 관점에서는 고(高)프레임상(다수의 프레임 화상을 적산한 상)이 바람직하지만, 이 경우는 홀 패턴을 확인할 수 있는 한에 있어서, 가능한 한 스캔 횟수를 적게 한 저프레임상을 이용하는 것이 바람직하다.
고프레임상으로 하면 스캔 횟수가 많아짐에 의해, 오버레이 계측 시스템의 스루풋이 저하한다. 또한, 상층 패턴이 형성되는 레지스트는 유기물이기 때문에, 일차 전자를 다량으로 조사하면 슈링크가 발생하기 쉽다. 이 때문에, 스캔 횟수는 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다. 특히, 오버레이 계측 시스템에서는 하층 패턴에 대해서도 관찰이 필요하기 때문에, 조사하는 일차 전자선의 가속 전압을 높게 하면, 일차 전자의 레지스트에 대한 영향은 보다 커진다.
한편, 하층 패턴의 관찰에는, 반사 전자 검출기(109)의 검출 신호로부터 형성되는 반사 전자상을 이용하는 것으로 한다. 고에너지의 반사 전자는, 저에너지의 이차 전자보다도 하층 패턴 상에 형성된 층의 영향을 크게 받지 않아, 반사 전자 검출기(109)에서 검출할 수 있기 때문이다. 또한, 반사 전자의 발생량은 시료를 구성하는 원소에 영향을 받아, 평균 원자 번호가 클수록 발생량이 커지기 때문에, 라인 패턴이 금속을 포함하는 경우에는, 보다 큰 콘트라스트를 얻는 것을 기대할 수 있다. 그러나, 본 실시예의 오버레이 계측 시스템에서는, 같은 스캔에 의해 얻어지는 이차 전자상 및 반사 전자상을 이용해서 오버레이 계측을 행하기 때문에, 하층 패턴의 반사 전자상도 저프레임상으로 되어, 하층 패턴의 반사 전자상의 콘트라스트는 낮아질 수밖에 없다.
도 2a, b는, 시료를 오버레이 계측 시스템의 SEM으로 관찰했을 때의 전자현미경상(모식도)이다. 도 2a는 이차 전자상으로서, 상층 패턴인 홀 패턴이 관찰된다. 이차 전자상(200)은, 홀 내부로부터 방출되는 이차 전자량은 레지스트 표면으로부터 방출되는 이차 전자량보다도 적기 때문에, 레지스트 상면(202)은 홀 저면(201)보다도 밝고, 또한 방출되는 이차 전자량이 가장 많아지는 경사면을 포함하는 홀 측면(203)이 가장 밝게 되어 있다. 이 때문에, 비교적 저프레임으로 취득한 이차 전자상이어도, 홀의 위치는 특정하기 쉽다.
도 2b는 반사 전자상으로서, 하층 패턴인 라인 패턴이 관찰된다. 라인과 스페이스로 형성되는 요철, 및 라인을 구성하는 원소와 스페이스를 구성하는 원소의 차이에 의해, 반사 전자상(210)에는, 라인 스페이스(211)와 스페이스 패턴(212) 사이에 콘트라스트가 나타나 있다. 그러나, 하층 패턴 상에 적층되어 있는 층의 영향이 노이즈로서 나타나서, 이차 전자상(200)과 같은 저프레임으로 취득한 반사 전자상(210)에서는, 라인 스페이스(211)와 스페이스 패턴(212)을 식별하는 것이 어렵다. 도 2b에서는 설명을 위하여 시인할 수 있을 정도로 라인 패턴을 강조하고 있지만, 실제로 취득되는 저프레임의 반사 전자상에서는, 라인과 스페이스의 콘트라스트차를 거의 시인할 수 없다.
이와 같이, 저프레임으로 취득한 반사 전자상으로부터는 패턴의 폭이나 에지와 같은 패턴 검출은 곤란하고, 그 결과로서, 저프레임의 이차 전자상(200)과 반사 전자상(210)을 중첩해 보아도, 상층 패턴과 하층 패턴의 위치 어긋남을 검사할 수는 없다.
도 3에, 본 실시예의 오버레이 계측 공정의 플로차트를 나타낸다. 또, 시료(웨이퍼)의 화상 취득에 있어서는, 미리 광학 조건 등의 계측 조건을 GUI 상에서 정해둔다. GUI의 구성에 대해서는 후술한다(도 10). 또한, 이차 전자 검출기(107)와 반사 전자 검출기(109)의 2개의 검출기에 의해서 시료 표면의 상층 패턴과 피에칭막 밑에 형성된 하층 패턴을 각각 동일 좌표 상에서 관측할 수 있도록 해둔다. 조작자가 수동으로 맞춰도 되고, 오토포커스 등에 의해 자동으로 맞춰도 된다.
장치 제어부(119)가 오버레이 계측의 시퀀스 실행을 지시함으로써 처리가 개시된다.
우선, 상층 패턴과 하층 패턴을 촬상한다(S01). 상층 패턴에 대해서는 이차 전자 검출기(107)에 의해 이차 전자상(도 2a 참조)을 취득하고, 하층 패턴에 대해서는 반사 전자 검출기(109)에 의해 반사 전자상(도 2b 참조)을 취득하고, 기억 장치(124)에 등록한다. 촬상에 있어서, 일차 전자선의 초점 위치는 시료 표면에 맞추는 것으로 한다. 이 때문에, SEM의 초점 심도에도 의존하지만, 하층 패턴의 반사 전자상에 블러가 발생할 우려는 있다. 그러나, 오버레이 계측에서는 상층 패턴과 하층 패턴의 상대 위치 관계를 관찰하기 때문에, 다소의 에지의 블러는 계측 정밀도에는 영향을 주지 않는다.
또한, 전술과 같이 촬상 시의 프레임수는 저프레임수로 한다. 프레임수는, 조작자가 임의로 결정해도 되고, 이하와 같은 프레임수 결정 처리를 이용해서 자동으로 결정할 수도 있다.
도 4에, 상층 패턴 화상에 의거해, 프레임수를 결정하는 플로를 나타낸다. 이차 전자상 취득을 위하여 가산하는 프레임수를 1프레임씩 늘리면서(S11), 취득한 이차 전자상의 평가값을 확인한다(S12, S13). 평가값으로서, 예를 들면, 얻어진 이차 전자상의 휘도 분산값을 이용할 수 있다. 또, 화상의 블러양을 수치적으로 평가 가능한 그 밖의 방법을 이용해도 된다. 평가값이 문턱값 이상으로 되었을 때의 프레임수를, 촬상 스텝(S01)의 프레임수로서 채용한다(S14). 본 플로는 촬상 스텝(S01) 전에 실행해도 되고, 촬상 스텝(S01)에 있어서 본 플로를 실행하여, 프레임수 평가에 이용한 이차 전자상을 오버레이 계측에 이용해도 된다. 또, 평가값의 문턱값은, 후술하는 상층 패턴 화상에 대한 패턴 검출 처리에 있어서 홀 패턴을 검출할 수 있을 정도의 값을 미리 설정해둔다.
도 5에, 하층 패턴 화상에 의거해, 프레임수를 결정하는 플로를 나타낸다. 반사 전자상 취득을 위하여 가산하는 프레임수를 1프레임씩 늘리면서(S21), 취득한 반사 전자상으로부터 구해지는 SUMLINE 프로파일(SUMLINE 프로파일에 대해서는 후술한다)의 평가값을 확인한다(S22, S23). 평가값으로서, 예를 들면, SUMLINE 프로파일의 휘도 변화량을 이용할 수 있다. 또, SUMLINE 프로파일의 변화량을 수치적으로 평가 가능한 그 밖의 방법을 이용해도 된다. 평가값이 문턱값 이상으로 되었을 때의 프레임수를, 촬상 스텝(S01)의 프레임수로서 채용한다(S24). 본 플로도 촬상 스텝(S01) 전에 실행해도 되고, 촬상 스텝(S01)에 있어서 본 플로를 실행하여, 프레임수 평가에 이용한 반사 전자상을 오버레이 계측에 이용해도 된다. 또, 평가값의 문턱값은, 후술하는 하층 패턴 화상에 대한 SUMLINE 프로파일 작성 시에 패턴을 분리할 수 있을 정도의 값을 미리 설정해둔다.
도 4와 도 5의 플로를 동시에 실시할 수도 있다. 이 경우는, 도 4의 플로에서 얻어진 프레임수와 도 5의 플로에서 얻어진 프레임수의 큰 쪽의 프레임수를 촬상 스텝(S01)의 프레임수로서 채용한다.
또, 프레임 화상을 적산해서 전자현미경상을 얻는데 있어서, 시료의 대전에 의해 상 드리프트가 발생할 가능성이 있기 때문에, 프레임 간에 드리프트양을 검출해서 보정을 행한 후에 프레임 적산을 행하는 것이 바람직하다.
상층 패턴 화상과 하층 패턴 화상을 취득하면, 오버레이 계측에 적합한 전처리로서, 각 화상에 대해서 서로 다른 처리를 실행한다.
우선, 패턴 위치 검출부(125)는, 상층 패턴 화상으로부터 패턴 위치를 검출한다(S02). 도 6은, 도 2a에 나타낸 이차 전자상(상층 패턴 화상)(200)으로부터 홀 패턴의 중심 위치(601)를 검출한 예를 나타내고 있다. 상층 패턴 화상에 대해서 정규화 상관에 의한 패턴 검출을 실행함에 의해, 이차 전자상 내의 패턴 및 패턴 중심 위치(601)를 검출한다. 패턴 검출 알고리즘은, 정규화 상관의 알고리즘으로 한정되는 것은 아니며, 위상 한정 상관 등의 공지의 알고리즘도 이용할 수 있다. 또한, 「패턴의 중심 위치」란 기하학적인 중심 위치여도 되고, 무게 중심 위치여도 되고, 패턴 형상으로부터 일의적으로 특정되는 좌표 위치이면 된다.
한편, 프로파일 작성부(126)는, 하층 패턴 화상으로부터 SUMLINE 프로파일을 작성한다(S03). 도 7은, 프로파일 작성부(126)가, 도 2b에 나타낸 반사 전자상(하층 패턴 화상)(210)에 대해서 실행하는 화상 처리의 개요를 설명하는 도면이다. 하층 패턴 화상(210)은, 촬상한 화상 그대로는 SN이 나빠서, 라인 패턴을 확인할 수 없다. 그래서, 반사 전자상의 라인 패턴의 장변 방향을 따라 휘도 정보를 가산함으로써(SUMLINE), 휘도 정보를 평균한 SUMLINE 프로파일(701)을 산출한다.
일례로서 나타낸 하층 패턴 화상 1행분의 프로파일(702-k)에서는, 라인 패턴의 휘도값이 노이즈에 의해 안정되지 않기 때문에, 패턴의 폭 및 에지 좌표 위치를 특정하는 것이 어렵다. 이것에 대해서, SUMLINE 프로파일(701)에서는, 가산 평균 처리에 의해서 랜덤의 노이즈는 저감되고, 라인 프로파일의 형상이 명확히 재현됨에 의해, 라인 프로파일의 폭이나 에지 좌표 위치를 추정하는 것이 가능해진다.
계속해서, 패턴 추정부(127)는, SUMLINE 프로파일로부터 반사 전자상에 포함되는 라인 패턴을 추정한다(S04). 추정 방법으로서는, SUMLINE 프로파일의 일정 휘도값을 문턱값으로서 정하고, 문턱값으로서 정한 휘도값과 교차하는 점을 라인 패턴의 에지로서 검출하는 방법을 생각할 수 있다. 단, 이 알고리즘으로 한정되는 것은 아니며, SUMLINE 프로파일(701)의 구배의 변화를 이용하는 등, SUMLINE 프로파일로부터 에지를 검출하는 다른 알고리즘을 이용해도 된다.
도 8은, SUMLINE 프로파일(701)로부터 라인 패턴을 추정하는 처리의 개략을 설명하는 도면이다. 이 예에서는, 문턱값 Bth에 의해 SUMLINE 프로파일 상의 에지 좌표를 구하고, 에지 좌표를 반사 전자상의 화상 행수만큼 늘림으로써, 추정 라인 패턴(801)을 생성하고 있다.
계속해서, 오버레이 산출부(128)에서는, 상층 패턴 화상으로부터 산출한 상층 패턴의 위치 정보와, 하층 패턴 화상으로부터 추정한 라인 패턴을 이용해서 검출되는 하층 패턴의 위치 정보를 동일 좌표 상에서 비교함에 의해, 오버레이 오차를 계측한다(S05).
도 9에, 상층 패턴 화상으로부터 산출한 홀 패턴의 중심 위치(601)와 하층 패턴으로부터 추정한 추정 라인 패턴(801)을 이용한 오버레이 계측의 모습을 나타내고 있다. 홀 패턴 중심 위치(601)가, 추정 라인 패턴(801)의 대응하는 라인 패턴의 내측에 배치되어 있는지, 대응하는 라인 패턴 중심축(901)으로부터 얼마나 어긋나 있는지, 혹은 대응하는 라인 패턴의 에지 좌표로부터 얼마나 외측으로 어긋나 있는지 등의 오버레이 오차를 계측함으로써, 상층 패턴과 하층 패턴의 오버레이 정밀도를 검증할 수 있다. 또, 라인 패턴 중심축(901)은 추정 라인 패턴(801)의 에지 좌표로부터 구할 수 있다. 계측한 오버레이 오차는, 입출력부(122)의 표시부 등에 출력된다.
도 10에 입출력부(122)의 표시부에 표시되는 그래피컬 유저 인터페이스(GUI) 화면(1000)을 예시한다. GUI 화면(1000) 상에서 설정된 장치 조건에 따라서, 오버레이 계측 시스템의 주사 전자현미경을 제어한다.
GUI 화면(1000) 상의 설정 항목으로서는, 촬상 화상 사이즈(1001), 가속 전압(1002), 프로브 전류(1003), 적산 프레임수(1004)가 배치되어 있다. 도면에서는, 적산 프레임수(1004)로 수치를 지정한 예를 나타내고 있지만, 「AUTO」로 함으로써 적산 프레임수를 자동 설정시키는 것도 가능하다.
또한, 검출기마다의 설정 항목으로서, 이차 전자 검출기(107)에 있어서의 계측 패턴(1005), 계측 알고리즘(1006), 계측 옵션(1007)이 배치되어 있다. 마찬가지로, 반사 전자 검출기(109)에 있어서의 계측 패턴(1008), 계측 알고리즘(1009), 계측 옵션(1010)이 배치되어 있다.
이상의 예에서는, 상층 패턴이 홀 패턴, 하층 패턴이 라인 패턴인 예를 설명했지만, 상층 패턴, 하층 패턴 모두 라인 패턴이어도 된다. 본 실시예의 SUMLINE 프로파일을 이용한 라인 패턴의 추정은, SN이 낮은 전자현미경상에 대해서 적용 가능하며, 상층 패턴, 하층 패턴의 어느 것에 대해서도 적용할 수 있고, 이차 전자상, 반사 전자상의 어느 것에 대해서도 적용할 수 있다. 상층 패턴, 하층 패턴 모두 라인 패턴인 경우에는, 양쪽의 라인 패턴에 대해서 SUMLINE 프로파일을 이용한 라인 패턴의 추정을 행하는 것도 가능하다.
이 때문에, 검출기마다 계측 패턴(1005, 1008), 계측 알고리즘(1006, 1009), 계측 옵션(1007, 1010)이 설정 가능하게 되어 있다.
계측 패턴(1005, 1008)에서, 검출기마다 어떠한 패턴을 검출할지를 선택한다. 라인 패턴(Line & Space), 홀 패턴(Hole) 이외의 패턴을 추가해도 된다. 패턴에 따라서 계측 알고리즘, 계측 옵션에서의 설정 항목은 변화하는 경우가 있다.
계측 알고리즘(1006, 1009)에서, 검출기마다 어떠한 전처리를 실시해서 패턴 검출할지를 선택한다. 알고리즘이 「Sum Line」인 경우는, 패턴 검출 전에 도 7에 나타낸 SUMLINE 처리를 실시하여, 도 8에 나타낸 추정 패턴 화상을 작성한다. 패턴 검출은, 추정 패턴 화상을 이용해서 행한다. 한편, 알고리즘을 「Detection of pattern center」로 한 경우는, 전처리는 하지 않고 전자현미경상에 대해서 패턴 검출을 실시한다. 계측 알고리즘에 대해서도, 필요에 따라서 다른 처리를 추가해도 된다. 예를 들면, 일반적인 평활화 필터를 이용한 노이즈 제거 필터를 전처리로서 실행하고 나서 패턴 검출하는 항목을 추가해도 된다.
계측 알고리즘에 따라서는 추가적인 설정 사항의 설정이 필요해지는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 계측 옵션(1007, 1010)을 설정한다. 예를 들면, 계측 알고리즘이 「Sum Line」인 경우, 계측 옵션에서 가산을 행하는 방향을 설정함에 의해, 라인 패턴의 장변 방향에 관계없이, 적절한 SUMLINE 프로파일이 취득 가능해진다.
(실시예 2)
실시예 1에 있어서는, 촬상 툴(120)에 의해 웨이퍼(시료)(110)를 촬상한 전자현미경상에 대해서 오버레이 계측을 행할 수 있으므로, 온라인에서 오버레이 계측을 행할 수 있다. 이것에 대해서, 실시예 2에서는, 이미 취득 완료된 화상에 대해서, 오프라인에서 오버레이 계측을 행한다. 실시예 2에서는, 촬상 툴(120)로 촬상된 전자현미경상은 화상 보존부(1110)에 축적되어 있다. 화상 보존부(1110)는 데이터 서버로 실현할 수 있다. 컴퓨터 시스템(오버레이 계측 장치)(1101)은, 화상 보존부(1110)에 액세스하여, 축적된 화상에 대해서 패턴의 오버레이 계측을 행한다.
도 11에, 오버레이 계측 장치(1101)의 개략 구성을 나타낸다. 또, 실시예 1과 마찬가지의 기능을 갖는 블록이나 모듈에 대해서는 같은 부호를 부여해서 중복하는 설명은 생략한다. 오버레이 계측 장치(1101)는, 연산 처리부(118), 입출력부(122), 메모리(123), 기억 장치(124), 패턴 위치 검출부(125), 프로파일 작성부(126), 패턴 추정부(127), 오버레이 산출부(128)를 갖고 있다.
오버레이 계측 장치(1101)는, 입출력부(122)로부터 오버레이 계측의 지시를 받아, 화상 보존부(1110)로부터 화상을 읽어들이고, 도 3의 S02 이후의 처리를 실행함으로써, 실시예 1과 동일한 처리가 가능해진다.
이상의 실시예는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다. 또한, 실시예에 있어서, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있으며, 제품에 탑재되어 있는 모든 제어선이나 정보선을 반드시 나타내고 있는 것은 아니다. 또한, 오버레이 계측의 대상으로 하는 시료도 실시예 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다.
각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 메모리나, 하드디스크, SSD(Solid State Drive) 등의 기록 장치, 또는, IC 카드, SD 카드, 광디스크 등의 기록 매체에 저장해둘 수 있다.
100 : 오버레이 계측 시스템 101 : 칼럼
102 : 시료실 103 : 전자총
104 : 콘덴서 렌즈 105 : 대물 렌즈
106 : 편향기 107 : 이차 전자 검출기
108 : E×B 필터 109 : 반사 전자 검출기
110 : 웨이퍼(시료) 111 : 정전 척
112 : 가동 스테이지 113 : 표준 시료
114 : 광학현미경 115 : 편향기 제어부
116 : 스테이지 제어부 117 : 화상 생성부
118 : 연산 처리부 119 : 장치 제어부
120 : 촬상 툴
121 : 컴퓨터 서브시스템(오버레이 계측 장치)
122 : 입출력부 123 : 메모리
124 : 기억 장치 125 : 패턴 위치 검출부
126 : 프로파일 작성부 127 : 패턴 추정부
128 : 오버레이 산출부 200 : 이차 전자상
210 : 반사 전자상 701 : SUMLINE 프로파일
801 : 추정 라인 패턴 1000 : GUI 화면
1110 : 화상 보존부
1101 : 컴퓨터 시스템(오버레이 계측 장치)

Claims (18)

  1. 주사 전자현미경과 컴퓨터 서브시스템을 구비하고, 상층 패턴과 라인 패턴을 포함하는 하층 패턴을 갖는 시료의 오버레이 오차를 계측하는 오버레이 계측 시스템으로서,
    상기 주사 전자현미경은,
    일차 전자선을 시료를 향해서 조사하는 전자 광학계와,
    상기 일차 전자선으로 상기 시료 상(上)을 주사해서 방출되는 신호 전자로부터 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출기와,
    상기 신호 전자로부터 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기를 구비하고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자 검출기의 검출 신호로부터 이차 전자상(電子像)을, 상기 반사 전자 검출기의 검출 신호로부터 반사 전자상을 형성하고,
    상기 반사 전자상에 있어서의 휘도 정보를 상기 라인 패턴의 장변 방향을 따라 가산해서 얻어지는 SUMLINE 프로파일을 작성하고,
    상기 이차 전자상으로부터 검출되는 상기 상층 패턴의 위치 정보와, 상기 반사 전자상으로부터 상기 SUMLINE 프로파일에 의거해서 추정한 추정 라인 패턴을 이용해서 검출되는 상기 하층 패턴의 위치 정보를 이용해서 상기 시료의 오버레이 오차를 산출하도록 구성되고,
    상기 상층 패턴은, 레지스트층 또는 유기물층에 형성된 패턴이고,
    상기 라인 패턴은, 금속층 또는 반도체층인 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자상에 대해서 패턴 검출을 행해서 상기 상층 패턴의 위치 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 SUMLINE 프로파일로부터 상기 하층 패턴의 상기 라인 패턴의 폭 또는 에지 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  4. 주사 전자현미경과 컴퓨터 서브시스템을 구비하고, 상층 패턴과 라인 패턴을 포함하는 하층 패턴을 갖는 시료의 오버레이 오차를 계측하는 오버레이 계측 시스템으로서,
    상기 주사 전자현미경은,
    일차 전자선을 시료를 향해서 조사하는 전자 광학계와,
    상기 일차 전자선으로 상기 시료 상(上)을 주사해서 방출되는 신호 전자로부터 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출기와,
    상기 신호 전자로부터 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기를 구비하고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자 검출기의 검출 신호로부터 이차 전자상(電子像)을, 상기 반사 전자 검출기의 검출 신호로부터 반사 전자상을 형성하고,
    상기 반사 전자상에 있어서의 휘도 정보를 상기 라인 패턴의 장변 방향을 따라 가산해서 얻어지는 SUMLINE 프로파일을 작성하고,
    상기 이차 전자상으로부터 검출되는 상기 상층 패턴의 위치 정보와, 상기 반사 전자상으로부터 상기 SUMLINE 프로파일에 의거해서 추정한 추정 라인 패턴을 이용해서 검출되는 상기 하층 패턴의 위치 정보를 이용해서 상기 시료의 오버레이 오차를 산출하도록 구성되고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자 검출기 및 상기 반사 전자 검출기마다, 계측 패턴, 계측 알고리즘 및 계측 옵션을 설정하는 설정 화면을 표시하도록 구성되고,
    상기 계측 패턴으로서, 화상으로부터 검출하는 패턴이 설정되고,
    상기 계측 알고리즘으로서, 상기 계측 패턴으로서 설정된 패턴을 상기 화상으로부터 검출하기 위한 알고리즘이 설정되고,
    상기 계측 옵션으로서, 상기 계측 알고리즘으로서 설정된 알고리즘에 의해 상기 화상으로부터 상기 계측 패턴으로서 설정된 패턴을 검출하기 위하여 필요한 설정 사항이 설정되는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자상 및 상기 반사 전자상을 취득하는 조건을 설정하는 설정 화면을 표시하도록 구성되고,
    상기 조건으로서, 상기 이차 전자상 및 상기 반사 전자상을 취득하는 적산 프레임수를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 설정 화면에 의해, 상기 적산 프레임수를 자동 설정시키는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  7. 주사 전자현미경과 컴퓨터 서브시스템을 구비하고, 상층 패턴과 라인 패턴을 포함하는 하층 패턴을 갖는 시료의 오버레이 오차를 계측하는 오버레이 계측 시스템으로서,
    상기 주사 전자현미경은,
    일차 전자선을 시료를 향해서 조사하는 전자 광학계와,
    상기 일차 전자선으로 상기 시료 상(上)을 주사해서 방출되는 신호 전자로부터 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출기와,
    상기 신호 전자로부터 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기를 구비하고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자 검출기의 검출 신호로부터 이차 전자상(電子像)을, 상기 반사 전자 검출기의 검출 신호로부터 반사 전자상을 형성하고,
    상기 반사 전자상에 있어서의 휘도 정보를 상기 라인 패턴의 장변 방향을 따라 가산해서 얻어지는 SUMLINE 프로파일을 작성하고,
    상기 이차 전자상으로부터 검출되는 상기 상층 패턴의 위치 정보와, 상기 반사 전자상으로부터 상기 SUMLINE 프로파일에 의거해서 추정한 추정 라인 패턴을 이용해서 검출되는 상기 하층 패턴의 위치 정보를 이용해서 상기 시료의 오버레이 오차를 산출하도록 구성되고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자상 및 상기 반사 전자상을 취득하는 적산 프레임수를 설정하고,
    상기 반사 전자상의 취득을 위하여 가산하는 프레임수를 1프레임씩 늘리면서, 상기 SUMLINE 프로파일을 작성하고, 상기 SUMLINE 프로파일의 평가값이 문턱값 이상으로 되었을 때의 프레임수를 상기 적산 프레임수로서 설정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 SUMLINE 프로파일의 평가값을 상기 SUMLINE 프로파일의 휘도 변화량으로 하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자상의 취득을 위하여 가산하는 프레임수를 1프레임씩 늘리면서, 상기 이차 전자상을 형성하고, 상기 이차 전자상의 평가값이 문턱값 이상으로 되었을 때의 프레임수와 상기 SUMLINE 프로파일의 평가값이 문턱값 이상으로 되었을 때의 프레임수를 비교해서 큰 쪽의 프레임수를 상기 적산 프레임수로서 설정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자상 및 상기 반사 전자상을 취득하는 적산 프레임수를 설정하고,
    상기 이차 전자상의 취득을 위하여 가산하는 프레임수를 1프레임씩 늘리면서, 상기 이차 전자상을 형성하고, 상기 이차 전자상의 평가값이 문턱값 이상으로 되었을 때의 프레임수를 상기 적산 프레임수로서 설정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 이차 전자상의 평가값을 상기 이차 전자상의 휘도 분산값으로 하는 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  12. 상층 패턴과 라인 패턴을 포함하는 하층 패턴을 갖는 시료에 대하여 주사 전자현미경에 의해 취득한 이차 전자상과 반사 전자상으로부터, 상기 시료의 오버레이 오차를 계측하는 오버레이 계측 장치로서,
    상기 반사 전자상에 있어서의 휘도 정보를 상기 라인 패턴의 장변 방향을 따라 가산해서 얻어지는 SUMLINE 프로파일을 작성하는 프로파일 작성부와,
    상기 이차 전자상으로부터 검출되는 상기 상층 패턴의 위치 정보와, 상기 반사 전자상으로부터 상기 SUMLINE 프로파일에 의거해서 추정한 추정 라인 패턴을 이용해서 검출되는 상기 하층 패턴의 위치 정보를 이용해서 상기 시료의 오버레이 오차를 산출하는 오버레이 산출부를 갖고,
    상기 이차 전자상은, 상기 시료 상을 일차 전자선에 의해 주사해서 방출되는 신호 전자에 포함되는 이차 전자에 의거해서 형성된 전자현미경상이고, 상기 반사 전자상은, 상기 신호 전자에 포함되는 반사 전자에 의거해서 형성된 전자현미경상이고,
    상기 상층 패턴은, 레지스트층 또는 유기물층에 형성된 패턴이고,
    상기 라인 패턴은, 금속층 또는 반도체층인, 오버레이 계측 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이차 전자상 및 상기 반사 전자상은, 상기 주사 전자현미경이, 상기 시료 상을 일차 전자선에 의해 주사해서 얻어지는 프레임 화상을 소정 수 적산해서 형성된 전자현미경상인 오버레이 계측 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 이차 전자상 및 상기 반사 전자상은, 화상 보존부에 저장되고,
    상기 화상 보존부에 액세스해서 상기 이차 전자상 및 상기 반사 전자상을 취득하는 오버레이 계측 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    연산 처리부와,
    기억 장치를 구비하고,
    상기 기억 장치는, 상기 프로파일 작성부의 처리를 상기 연산 처리부에 실행시키는 프로그램 및 상기 오버레이 산출부의 처리를 상기 연산 처리부에 실행시키는 프로그램을 저장하는 오버레이 계측 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트층 또는 유기물층에 형성된 패턴은, 홀 패턴이고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자상에 대하여 정규화 상관에 의한 패턴 검출을 실행함으로써, 상기 홀 패턴의 중심 위치 정보를 검출하고,
    당해 중심 위치 정보와, 상기 하층 패턴의 위치 정보를 이용하여 상기 시료의 오버레이 오차를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 하층 패턴은, 상기 상층 패턴의 바로 아래에 있는 피에칭막 밑에 형성된 라인 패턴인 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 상층 패턴은, 제2 라인 패턴을 포함하는 패턴이고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 이차 전자상에 있어서의 휘도 정보를 상기 제2 라인 패턴의 장변 방향을 따라 가산해서 얻어지는 제2 SUMLINE 프로파일을 작성하고,
    상기 제2 SUMLINE 프로파일에 의거하여 검출되는 상기 상층 패턴의 위치 정보와, 상기 하층 패턴의 위치 정보를 이용해서 상기 시료의 오버레이 오차를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 오버레이 계측 시스템.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115619775B (zh) * 2022-12-02 2023-04-07 杭州深度视觉科技有限公司 基于图像识别的物料计数方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7080330B1 (en) 2003-03-05 2006-07-18 Advanced Micro Devices, Inc. Concurrent measurement of critical dimension and overlay in semiconductor manufacturing
JP2014086393A (ja) 2012-10-26 2014-05-12 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線装置及び重ね合わせずれ量測定方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5709458B2 (ja) * 2009-12-21 2015-04-30 キヤノン株式会社 検出装置及び画像形成装置
JP5426497B2 (ja) * 2010-08-09 2014-02-26 株式会社アドバンテスト パターン測定装置及びパターン測定方法
TWI475597B (zh) * 2012-02-08 2015-03-01 Hitachi High Tech Corp Pattern evaluation method and pattern evaluation device
JP5948074B2 (ja) * 2012-02-13 2016-07-06 株式会社日立ハイテクノロジーズ 画像形成装置及び寸法測定装置
JP6118505B2 (ja) * 2012-04-04 2017-04-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ 位置ずれ計測装置及び位置ずれ計測方法ならびに位置ずれ計測装置を用いた走査電子顕微鏡
JP6002480B2 (ja) * 2012-07-06 2016-10-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ オーバーレイ誤差測定装置、及びパターン測定をコンピューターに実行させるコンピュータープログラム
US9990708B2 (en) * 2013-02-20 2018-06-05 Hitachi High-Technologies Corporation Pattern-measuring apparatus and semiconductor-measuring system
US9390885B2 (en) * 2013-05-09 2016-07-12 Hitachi High-Technologies Corporation Superposition measuring apparatus, superposition measuring method, and superposition measuring system
JP6227466B2 (ja) * 2014-04-14 2017-11-08 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置および検査装置
JP6378927B2 (ja) 2014-04-25 2018-08-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ 計測システムおよび計測方法
KR101987726B1 (ko) * 2015-03-20 2019-06-11 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 전자선식 패턴 검사 장치
WO2017130366A1 (ja) * 2016-01-29 2017-08-03 株式会社 日立ハイテクノロジーズ パターン計測装置及びコンピュータープログラム
KR102137454B1 (ko) 2016-01-29 2020-07-24 주식회사 히타치하이테크 오버레이 오차 계측 장치, 및 컴퓨터 프로그램
US10816332B2 (en) * 2016-04-13 2020-10-27 Hitachi High-Tech Corporation Pattern measurement device and pattern measurement method
CN106770411B (zh) * 2016-11-10 2019-05-24 中国原子能科学研究院 一种二次电子测量装置
CN109298001B (zh) * 2017-07-25 2021-06-01 东方晶源微电子科技（北京）有限公司 电子束成像模块、电子束检测设备及其图像采集方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7080330B1 (en) 2003-03-05 2006-07-18 Advanced Micro Devices, Inc. Concurrent measurement of critical dimension and overlay in semiconductor manufacturing
JP2014086393A (ja) 2012-10-26 2014-05-12 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線装置及び重ね合わせずれ量測定方法

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