KR20220034842A - 하전 입자빔 시스템, 및 중첩 어긋남량 측정 방법 - Google Patents

하전 입자빔 시스템, 및 중첩 어긋남량 측정 방법 Download PDF

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Abstract

중첩 어긋남량의 측정을 단시간에 계측한다. 화상 생성부는, 검출기의 신호에 의거해서 화상을 생성한다. 매칭 처리부는, 화상 생성부에서 생성된 화상에 있어서, 템플레이트 화상과의 매칭 처리에 의해, 중첩 계측용 패턴의 위치를 특정한다. 라인 프로파일 생성부는, 중첩 패턴을 주사해서, 이차 전자 신호에 대한 제1 라인 프로파일을 생성함과 함께, 반사 전자 신호에 대한 제2 라인 프로파일을 생성한다. 중첩 어긋남량 측정부는, 제1 라인 프로파일로부터 중첩 계측용 패턴 중의 제1 패턴의 위치를 특정함과 함께, 제2 라인 프로파일로부터 중첩 계측용 패턴 중의 제2 패턴의 위치를 특정하고, 제1 패턴의 위치 및 제2 패턴의 위치에 의거해서, 시료에 있어서의 중첩 어긋남량을 측정한다.

Description

하전 입자빔 시스템, 및 중첩 어긋남량 측정 방법
본 발명은 하전 입자빔 시스템, 및 중첩 어긋남량 측정 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스는, 리소그래피 처리 및 에칭 처리를 이용해서, 포토마스크에 형성된 패턴을 반도체 웨이퍼 상에 전사하는 공정을 행하고, 이것을 반복하는 것에 의해 제조된다. 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 리소그래피 처리 및 에칭 처리의 양부(良否), 그리고 이물의 발생 등이, 제조되는 반도체 디바이스의 수율에 크게 영향을 준다. 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 조사하는 것에 의해 얻어지는 반사광에 의거해서, 각 공정에서 작성된 패턴의 위치를 계측하고, 서로 다른 공정 간에서의 패턴의 중첩 어긋남량을 계측하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 패턴의 미세화의 진전에 의해, 광에 의한 어긋남량의 검출 방법으로는, 필요한 검출 정밀도를 얻는 것이 어렵게 되어 있다. 그 때문에, 광보다도 분해능이 높은 주사형 전자현미경을 이용해서 패턴의 중첩 어긋남량을 계측하는 니즈가 높아지고 있다.
예를 들면 특허문헌 1에는, 더블 패터닝으로 형성된 2개의 패턴 간의 어긋남량을 주사형 전자현미경에 의해 측정하는 방법이 제안되어 있다. 또, 특허문헌 1은, 반도체 디바이스의 표면에 형성되어 있는 2개의 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 2개의 신호에 의거해서 표면 패턴과 하층 패턴 간의 중첩 어긋남량이 계측된다. 일반적으로, 이차 전자는 시료 표면의 정보를 많이 포함하고, 반사 전자는 시료 표면보다도 하층의 내부의 정보를 많이 포함한다.
리소그래피 공정에의 피드백에 있어서는, 전사 에어리어 전체에 있어서 중첩 어긋남량의 고정밀도의 계측을 실현하기 위하여, 다수점의 계측 데이터를 얻고, 가능한 한 고차의 식으로 보정하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 다수의 점수의 계측을 행하려고 하는 경우, 계측 시간이 매우 길어져 버린다. 계측 시간이 길어지는 일 요인으로서는, 하층 패턴의 화상 신호의 SN비가 상층 패턴의 그것과 비교해서 낮은 것이 있다. 높은 계측 정밀도를 얻기 위해서 필요한 화상 SN비를 얻으려고 하면, 가산 프레임수를 많게 할 필요가 있다. 가산 프레임수가 많아지는 것은, 화상 취득 시간의 증가로 이어지고, 실제의 운용에 있어서 계측 데이터수를 제한할 필요가 발생하여, 결과적으로 반도체 디바이스의 수율을 저하시켜 버린다.
일본국 특개2010-85138호 공보 일본국 특개2014-86393호 공보
본 발명은, 상기의 과제를 감안해서 이루어진 것이며, 중첩 어긋남량을 단시간에 계측하는 것을 가능하게 하고, 이것에 의해, 미세화가 진전한 반도체 디바이스에서의 수율 향상에 공헌할 수 있는 하전 입자빔 시스템 및 중첩 어긋남량 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 하전 입자빔 시스템은, 시료에 하전 입자빔을 조사하는 하전 입자빔 조사부와, 상기 시료로부터의 이차 전자 신호 또는 반사 전자 신호를 검출하는 검출기와, 상기 전자빔 조사부를 제어함과 함께 상기 시료에 있어서의 중첩 어긋남량을 측정하는 컴퓨터 시스템을 구비한다. 상기 컴퓨터 시스템은, 상기 검출기의 신호에 의거해서 화상을 생성하는 화상 생성부와, 상기 화상 생성부에서 생성된 화상에 있어서, 템플레이트 화상과의 매칭 처리에 의해, 중첩 계측용 패턴의 위치를 특정하는 매칭 처리부와, 상기 중첩 패턴을 주사해서, 상기 이차 전자 신호에 대한 제1 라인 프로파일을 생성함과 함께, 상기 반사 전자 신호에 대한 제2 라인 프로파일을 생성하는 라인 프로파일 생성부와, 상기 제1 라인 프로파일로부터 상기 중첩 계측용 패턴 중의 제1 패턴의 위치를 특정함과 함께, 상기 제2 라인 프로파일로부터 상기 중첩 계측용 패턴 중의 제2 패턴의 위치를 특정하고, 상기 제1 패턴의 위치 및 상기 제2 패턴의 위치에 의거해서, 상기 시료에 있어서의 중첩 어긋남량을 측정하는 중첩 어긋남량 측정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 중첩 어긋남량 측정 방법은, 하전 입자빔의 시료에의 조사에 의해 검출기에 의해 검출된 신호에 의거해서, 시료의 서로 다른 층 사이의 중첩 어긋남량을 측정하는 중첩 어긋남량 측정 방법으로서, 상기 검출기의 출력에 의거해서 화상을 생성하는 스텝과, 상기 화상과 템플레이트 화상의 매칭 처리에 의해, 중첩 계측용 패턴의 위치를 특정하는 스텝과, 상기 중첩 계측용 패턴을 주사해서, 이차 전자 신호에 대한 제1 라인 프로파일을 생성함과 함께, 반사 전자 신호에 대한 제2 라인 프로파일을 생성하는 스텝과, 상기 제1 라인 프로파일로부터 상기 중첩 계측용 패턴 중의 제1 패턴의 위치를 특정함과 함께, 상기 제2 라인 프로파일로부터 상기 중첩 계측용 패턴 중의 제2 패턴의 위치를 특정하는 스텝과, 상기 제1 패턴의 위치 및 상기 제2 패턴의 위치에 의거해서, 상기 시료에 있어서의 중첩 어긋남량을 측정하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다수점에서의 중첩 어긋남을 단시간에 계측하는 것이 가능해지고, 다수점의 계측 데이터를 이용해서 보다 정확히 리소그래피 공정의 중첩 어긋남을 관리할 수 있다. 이것에 의해, 미세화가 진전한 반도체 디바이스에서의 수율 향상에 공헌할 수 있는 하전 입자빔 시스템 및 중첩 어긋남량 측정 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 하전 입자빔 시스템으로서의 주사형 전자현미경(SEM)의 개략 구성을 나타내는 개략도.
도 2는 제1 실시형태에 있어서 이용되는, 중첩 어긋남량을 측정하기 위한 중첩 계측용 패턴의 구조의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 제1 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)에 있어서, 복수층 간의 중첩 어긋남량의 측정을 실행하는 절차의 일례를 설명하는 플로차트.
도 4는 중첩 어긋남량의 계측에 있어서, 중첩 계측용 패턴의 X 방향의 중심(重心) 위치의 산출 절차를 설명하는 개략도.
도 5는 중첩 어긋남량의 계측에 있어서, 중첩 계측용 패턴의 Y 방향의 중심 위치의 산출 절차를 설명하는 개략도.
도 6은 제1 실시형태의 장치에 있어서, 템플레이트 화상, 주사 에어리어, 및 측정 위치를 레시피에 설정하는 절차를 설명하는 화면 표시예.
도 7은 제1 실시형태의 장치에 있어서, 템플레이트 화상, 주사 에어리어, 및 측정 위치를 레시피에 설정하는 절차를 설명하는 화면 표시예.
도 8은 제1 실시형태의 장치에 있어서, 템플레이트 화상, 주사 에어리어, 및 측정 위치를 레시피에 설정하는 절차를 설명하는 화면 표시예.
도 9는 제1 실시형태의 장치에 있어서, 템플레이트 화상, 주사 에어리어, 및 측정 위치를 레시피에 설정하는 절차를 설명하는 화면 표시예.
도 10은 제1 실시형태의 장치에 있어서, 템플레이트 화상, 주사 에어리어, 및 측정 위치를 레시피에 설정하는 절차를 설명하는 화면 표시예.
도 11은 제1 실시형태의 장치에 있어서, 템플레이트 화상, 주사 에어리어, 및 측정 위치를 레시피에 설정하는 절차를 설명하는 화면 표시예.
도 12는 도 3의 (b)의 플로차트 중, 패턴 매칭 공정(스텝 S45c)과 설정 에어리어의 스캔 공정(스텝 S45d)에 있어서의, 스캔 에어리어의 위치 보정 방법의 상세에 대하여 설명하는 개략도.
도 13은 상층의 패턴의 중심 위치의 계측(도 3의 (b)의 스텝 S45e), 및 하층의 패턴의 중심 위치의 계측(스텝 S45f)에 있어서, 측정 커서의 위치를 자동적으로 보정하는 절차를 설명하는 개략도.
도 14는 제2 실시형태에 있어서 이용되는, 중첩 어긋남량을 측정하기 위한 중첩 계측용 패턴의 구조의 일례를 나타내는 도면.
도 15는 제2 실시형태에 있어서의 중첩 어긋남량의 계측에 있어서, 중첩 계측용 패턴의 X 방향의 중심 위치의 산출 절차를 설명하는 개략도.
도 16은 제2 실시형태의 장치의 화면 표시예.
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, 절대로 본 개시를 한정적으로 해석하기 위하여 이용되는 것은 아니다. 본 명세서의 기술(記述)은 전형적인 예시에 지나지 않으며, 본 개시의 특허청구범위 또는 적용예를 어떠한 의미에 있어서도 한정하는 것은 아니다.
본 실시형태에서는, 당업자가 본 개시를 실시하는데 있어서 충분히 상세하게 그 설명이 이루어지고 있지만, 다른 실장·형태도 가능하며, 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]
<전체 구성>
우선, 제1 실시형태에 따른 하전 입자빔 시스템으로서의 주사형 전자현미경(SEM)의 개략 구성을, 도 1을 참조해서 설명한다. 이 SEM은, 전자 광학계인 칼럼(1)과, 시료실(2)을 구비한다.
칼럼(1)은, 조사해야 할 전자선(하전 입자빔)을 발생시키는 전자총(3), 콘덴서 렌즈(4), 얼라이너(5), ExB 필터(6), 편향기(7), 및 대물 렌즈(8)를 구비하고, 하전 입자빔 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 얼라인먼트하기 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 시료(12)를 재치할 수 있다. 또한, XY 스테이지(13)의 위쪽에는, 웨이퍼(11)를 얼라인먼트하기 위하여, 웨이퍼(11)를 광학적으로 관찰하기 위한 광학현미경(14)이 구비되어 있다.
이 SEM은, 앰프(15, 16), 전자 광학계 컨트롤러(17), 스테이지 컨트롤러(18), 화상 처리 유닛(19), 및 제어부(20)를 더 구비하고 있다. 전자 광학계 컨트롤러(17), 스테이지 컨트롤러(18), 화상 처리 유닛(19), 및 제어부(20)는, 컴퓨터 시스템(100)에 포함된다. 컴퓨터 시스템(100)은, SEM의 각종 검출기로부터 얻어진 신호에 따라, 각종 측정(중첩 어긋남량의 측정을 포함함)을 실행함과 함께, 칼럼(1) 및 XY 스테이지(13)를 제어한다. 앰프(15 및 16)는, 이차 전자 검출기(9) 및 반사 전자 검출기(10)로부터의 검출 신호를 증폭해서 화상 처리 유닛(19)을 향해서 출력한다. 컴퓨터 시스템(100)의 일부로서의 전자 광학계 컨트롤러(17)는, 제어부(20)로부터의 제어 신호에 따라서 칼럼(1) 내의 얼라이너(5), ExB 필터(6), 편향기(7) 등을 제어한다.
컴퓨터 시스템(100)의 일부로서의 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.
컴퓨터 시스템(100)의 일부로서의 화상 처리 유닛(19)은, 앰프(15 및 16)를 통해서 얻어진 신호의 처리를 행하고, 중첩 어긋남량의 측정이나 시료의 분석을 위한 화상 처리를 실행한다. 화상 처리 유닛(19)은, 일례로서, 화상 생성부(1901), 매칭 처리부(1902), 및 라인 프로파일 생성부(1903)를 구비하고 있다.
화상 생성부(1901)는, 앰프(15 및 16)로부터 얻어진 검출 증폭 신호에 따라, 이차 전자에 의거해서 얻어지는 웨이퍼(11)의 표면의 화상 P1(제1 화상 P1), 및 반사 전자에 의거해서 얻어지는 표면보다도 하층의 화상 P2(제2 화상 P2)를 생성한다. 화상 생성부(1901)는, 제1 화상 P1 및 제2 화상 P2 중의 에지를 추출하는 에지 추출 처리나, 에지 추출의 전처리로서 제1 화상 P1 및 제2 화상 P2에 대한 평활화 처리를 실행 가능하게 되어 있어도 된다.
매칭 처리부(1902)는, 제1 화상 P1과, 제1 화상 P1용의 템플레이트 화상의 매칭을 실행하고, 템플레이트 화상과 적합한 부분 화상을 추출한다. 또한, 매칭 처리부(1902)는, 제2 화상 P2와, 제2 화상 P2용의 템플레이트 화상의 매칭을 실행하고, 템플레이트 화상과 적합한 부분 화상을 추출한다. 매칭 처리부(1902)는, 이 부분 화상에 의거해서, 후술하는 중첩 계측용 패턴의 위치를 특정한다. 템플레이트 화상은, 예를 들면 후술하는 중첩 계측 패턴에 대한 템플레이트 화상이며, 웨이퍼(11) 상에 형성된 중첩 계측용 패턴이 매칭 처리부(1902)에 의해 특정된다.
라인 프로파일 생성부(1903)는, 매칭 처리부(1902)에서 특정된 중첩 계측용 패턴을 주사해서, 그 결과로서 이차 전자 검출기(9), 반사 전자 검출기(10)로부터 앰프(15, 16)의 검출 증폭 신호에 의거해서 라인 프로파일을 생성한다. 라인 프로파일은, 이차 전자 신호에 의거하는 라인 프로파일과, 반사 전자 신호에 의거하는 라인 프로파일을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(100)의 일부로서의 제어부(20)는, 전자 광학계 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), 중첩 어긋남량을 계측하는 중첩 어긋남량 측정부(2002)를 구비할 수 있다. 도 1의 장치는, 상기 이외에도 각 구성 요소의 제어부 및 각 구성 요소 간의 정보선을 포함할 수 있다(도시 생략).
<시료 구조>
도 2에, 중첩 어긋남량을 측정하는 중첩 계측용 패턴의 구조의 일례를 나타낸다. 도 2의 (a)는, 조사 전자의 입사 방향으로부터 본 도면이고, 도 2의 (b)는, 도 2의 (a)의 C-C' 단면을 나타내고 있다.
도 2에 예시되는 중첩 계측용 패턴은, 예를 들면 웨이퍼(11)의 스크라이브 라인 상 등, 실제의 회로 패턴이 형성되는 영역 이외의 영역에 형성될 수 있다. 이 중첩 계측용 패턴은, 일례로서, 도 2에 나타내는 바와 같은 패턴(31a, 31b, 31c, 31d, 32a, 32b, 32c, 32d)을 포함한다.
패턴(31a~31d)은, 예를 들면 웨이퍼(11)의 표면(상층)에 형성된 패턴이다. 패턴(31a 및 31b)은 X 방향의 중첩 어긋남량의 계측에 사용되고, 패턴(31c 및 31d)은 Y 방향의 중첩 어긋남량의 계측에 사용된다.
한편, 패턴(32a~32d)은 웨이퍼(11)의 내부의, 표면(상층)보다도 아래에 위치하는 층(하층)에 형성된 패턴이다. 패턴(32a 및 32b)은 X 방향의 중첩 어긋남량의 계측에 사용되고, 패턴(32c 및 32d)은 Y 방향의 중첩 어긋남량의 계측에 사용된다. 또, 중첩 어긋남이 없는 경우에는, 패턴(31a와 31b)의 중심, 패턴(31c와 31d)의 중심, 패턴(32a와 32b)의 중심, 패턴(32c와 32d)의 중심이 모두 일치하도록, 중첩 계측용 패턴이 설계되어 있다. 리소그래피 공정에 있어서 전사 위치에 어긋남이 발생하는 경우, 중첩 계측용 패턴에 있어서도 상하층 간에서 어긋남이 발생한다.
도 2의 (c)는, 이차 전자 검출기(9)에 의한 이차 전자 화상(제1 화상 P1)의 일례이며, 웨이퍼(11)의 표면(상층)의 패턴(31a~31d)의 화상이 포함되어 있다. 한편, 도 2의 (d)는, 반사 전자 검출기(10)에 의한 반사 전자 화상(제2 화상 P2)의 일례이며, 하층의 패턴(32a~32d)의 화상이 포함되어 있다. 단, 제2 화상 P2에 있어서의 화상의 콘트라스트는, 제1 화상 P1에 있어서의 화상에 비해서 낮게 되어 있다.
<레시피 실행 시퀀스>
도 3의 플로차트를 참조해서, 제1 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)에 있어서, 복수층 간의 중첩 어긋남량의 측정을 실행하는 절차의 일례를 설명한다. 도 3의 (a)는, 중첩 어긋남량의 계산 시에 실행되는 처리 절차의 전체의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 또한, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a) 중의 스텝 S45의 절차의 상세를 설명하는 플로차트이다. 스텝 S45는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 스텝 S45a~S45h를 포함하고 있다.
우선, 도 3의 (a)를 참조해서, 중첩 어긋남량의 측정의 전체의 절차를 설명한다. 먼저, 제어부(20)는, 도시하지 않은 입력부나, 도시하지 않은 표시부에 표시되는 GUI 화면으로부터, 측정 대상인 웨이퍼(11)의 선택, 적용할 레시피의 선택, 및 중첩 어긋남 계측의 실행의 요부(要否)의 선택을 접수하고, 중첩 계측을 개시한다(스텝 S41). 또, 레시피란 일련의 측정 시퀀스를 자동 및 반자동으로 실시하기 위한 설정을 집약한 것이다.
제어부(20)는, 스테이지 컨트롤러(18) 등을 제어해서, 선택된 웨이퍼(11)를 시료실(2)에 로드하고(스텝 S42), 광학현미경상과 SEM상에 의거해서, 웨이퍼(11)의 얼라인먼트를 실행한다(스텝 S43).
그 후, 제어부(20)는, XY 스테이지(13)를 제어해서, 레시피에 등록된 측정점의 하나로 웨이퍼(11)를 이동시키고(스텝 S44), 촬상된 중첩 계측용 패턴에 의거해서, 중첩 어긋남량 계측 처리를 실행한다(스텝 S45). 중첩 어긋남량의 측정이, 레시피에 등록된 측정점의 모두에 대하여 종료된 경우(스텝 S46의 YES), 제어부(20)는, 웨이퍼(11)를 시료실(2)로부터 언로드하고(스텝 S47), 중첩 어긋남량의 측정 결과를 도시하지 않은 표시부 등에 출력한다(스텝 S48).
도 3의 (b)를 참조해서, 도 3의 (a)의 중첩 어긋남량 계측 처리(스텝 S45)의 상세한 절차를 설명한다. 레시피에 등록된 측정점의 하나로 웨이퍼(11)가 이동하면, 제어부(20)는, 전자 광학계 컨트롤러(17) 등을 제어해서, SEM 화상의 오토 포커스를 실행한다(스텝 S45a).
그 후, 저프레임의 SEM 화상이 취득되면(스텝 S45b), 레시피와 관련지어서 보존되어 있는 템플레이트 화상과 당해 SEM 화상의 패턴 매칭을 매칭 처리부(1902)에서 실행한다. 이 매칭 처리의 결과에 따라, SEM 화상 중의 중첩 계측용 패턴의 위치를 특정하고, 그 위치의 레시피 상의 위치로부터의 어긋남량이 산출된다(스텝 S45c). 어긋남량이 산출되면, 제어부(30)는 전자 광학계 컨트롤러(17) 등을 제어해서, 레시피에 설정된 에어리어를, 어긋남량에 의거한 위치 보정을 행한 후 주사해서, 이차 전자 검출기(9) 및 반사 전자 검출기(10)로부터 이차 전자 신호 및 반사 전자 신호를 취득한다(스텝 S45d).
화상 처리 유닛(19)의 라인 프로파일 생성부(1903)는, 취득된 이차 전자 신호로부터 상층의 패턴(31a~31d)의 라인 프로파일을 작성한다. 그 후, 제어부(20)의 중첩 어긋남량 측정부(2002)에 있어서, 작성된 라인 프로파일로부터 중심 위치를 계측한다(스텝 S45e). 또한, 동시에 취득된 반사 전자 신호로부터 하층의 패턴(32a~32d)의 중심 위치를 계측한다(스텝 S45f). 그리고, 스텝 S45e 및 S45f의 계측의 결과로부터, 상층의 패턴(31a~31d)의 중심 위치와 하층의 패턴(32a~32d)의 중심 위치 사이의 어긋남량을 산출한다(스텝 S45g). 이 절차가 측정점으로서 설정되어 있는 모든 에어리어에 대해서 처리가 종료되었는지를 판단하고(스텝 S45h), 미처리된 에어리어가 있으면, 중심 위치의 어긋남 산출을 위한 일련의 스텝(스텝 S45d~스텝 S45g)을 반복하고, 전체 에어리어의 처리가 종료되어 있으면(스텝 S45h의 Yes), 위치 어긋남 계측 처리를 종료한다.
<중심 어긋남 산출 시퀀스>
이하, 도 4와 도 5를 참조해서, 상층 및 하층에 있어서의 패턴(31a~31d, 및 32a~32d)의 X 방향 및 Y 방향의 중심 위치를 산출하고, 중첩 어긋남량을 산출하는 절차의 상세를 설명한다. 이 예에서는, 도 4 및 도 5를 참조해서 후술하는 바와 같이, 중첩 계측용 패턴을, X 방향을 장변 방향으로 하는 주사 에어리어(51), 및 X 방향과 교차하는 Y 방향을 장변 방향으로 하는 주사 에어리어(53)를 따라서 주사하는 것에 의해 라인 프로파일 생성부(1903)에서 라인 프로파일을 생성하고, 패턴의 중심 위치를 산출한다.
우선 도 4를 참조해서, X 방향의 중심 위치의 산출 절차를 설명한다. 도 4의 (a)에 나타내는 주사 에어리어(51)는, 상층 패턴(패턴(31a 및 31b)(제1 패턴))과 하층 패턴(패턴(32a 및 32b)(제2 패턴))의 X 방향의 중심 위치의 어긋남의 계측을 위하여, 전자선의 주사를 행하는 에어리어로서 레시피에 설정된 에어리어이다. 도 4의 (b)에 화살표(52a~52e)로 나타나는 바와 같이, 주사 에어리어(51)에 있어서, 전자선이 X 방향의 화살표의 방향으로 주사된다.
도 4의 (c)는 화살표(52a~52e) 방향을 따른 주사에 의해 얻어지는 이차 전자 신호를 가산해서 얻어진 라인 프로파일(제1 라인 프로파일)의 일례이다. 이 라인 프로파일에 의해, 상층의 패턴(31a)의 에지에 대응하는 피크 위치 a1 및 a2, 그리고 상층의 패턴(31b)의 에지에 대응하는 피크 위치 a3 및 a4가 검출된다. 여기에서, 패턴(31a와 31b)의 각각의 X 방향의 중심 위치 aX1, aX2는 다음 식으로 주어진다.
aX1=(a1+a2)/2…(식 1)
aX2=(a3+a4)/2…(식 2)
또한, 2개의 패턴(31a와 31b)의 X 방향의 중심 위치 aX는, 다음 식으로 주어진다.
aX=(aX1+aX2)/2…(식 3)
또한, 도 4의 (d)는, 화살표(52a~52e) 방향을 따른 주사에 의해 반사 전자 검출기(10)를 통해서 얻어지는 반사 전자 신호를 가산해서 얻어진 라인 프로파일(제2 라인 프로파일)의 일례이다. 하층의 패턴(32a)에 대응하는 에지 위치 b1 및 b2, 그리고 하층의 패턴(32b)에 대응하는 에지 위치 b3과 b4가 검출된다. 여기에서, 패턴(32a와 32b)의 각각의 X 방향의 중심 위치 bX1, bX2는 다음 식으로 주어진다.
bX1=(b1+b2)/2…(식 4)
bX2=(b3+b4)/2…(식 5)
또한, 2개의 패턴(32a와 32b)의 X 방향 중심 위치 bX는, 다음 식으로 주어진다.
bX=(bX1+bX2)/2…(식 6)
여기에서, X 방향의 중첩 어긋남량 ΔX는 이하의 식으로 구해진다.
ΔX=bX-aX…(식 7)
다음으로, 도 5를 참조해서, Y 방향의 중심 위치의 산출 절차를 설명한다. 도 5의 (a)에 나타내는 주사 에어리어(53)는, 상층의 패턴(31c 및 31d)과, 하층의 패턴(32c 및 32d)의 Y 방향의 중심 위치의 어긋남의 계측을 위하여, 전자선을 Y 방향을 따라서 주사하는 에어리어로서 레시피에 설정된 에어리어이다. 도 5의 (b)에 화살표(54a~54e)로 나타나는 바와 같이, 주사 에어리어(53)에 있어서, 전자선이 Y 방향을 따라서 주사된다.
도 5의 (c)는, 화살표(54a~54e) 방향을 따른 주사에 의해 얻어지는 이차 전자 신호를 가산해서 얻어진 라인 프로파일의 일례이다. 이 라인 프로파일에 의해, 상층의 패턴(31c)의 에지에 대응하는 피크 위치 a5와 a6, 그리고 상층의 패턴(31d)의 에지에 대응하는 피크 위치 a7과 a8이 검출된다. 여기에서, 패턴(31c와 31d)의 각각의 Y 방향의 중심 위치 aY1, aY2는 다음 식으로 주어진다.
aY1=(a5+a6)/2…(식 8)
aY2=(a7+a8)/2…(식 9)
또한, 2개의 패턴(31c와 31d)의 Y 방향의 중심 위치 aY는, 다음 식으로 주어진다.
aY=(aY1+aY2)/2…(식 10)
또한, 도 5의 (d)는, 화살표(54a~54e) 방향을 따른 주사에 의해 얻어지는 반사 전자 신호를 가산해서 얻어진 라인 프로파일의 일례이다. 이 라인 프로파일에 의해, 하층의 패턴(32c)에 대응하는 에지 위치 b5 및 b6, 그리고 하층의 패턴(32d)에 대응하는 에지 위치 b7 및 b8이 검출된다. 여기에서, 패턴(32c와 32d)의 각각의 Y 방향의 중심 위치 bY1, bY2는 다음 식으로 주어진다.
bY1=(b5+b6)/2…(식 11)
bY2=(b7+b8)/2…(식 12)
또한, 2개의 패턴(32a와 32b)의 X 방향 중심 위치 bX는, 다음 식으로 주어진다.
bY=(bY1+bY2)/2…(식 13)
여기에서, Y 방향의 중첩 어긋남량 ΔY는 이하의 식으로 구해진다.
ΔY=bY-aY…(식 14)
전술의 (식 7), (식 14)로 연산된 ΔX, ΔY가, 스텝 S45의 결과로서 출력된다.
<레시피에의 템플레이트 화상/주사 에어리어/측정 좌표의 등록 절차>
다음으로, 도 6~도 11을 참조해서, 템플레이트 화상, 주사 에어리어, 및 측정 위치를 레시피에 설정하는 절차를 설명한다. 도 6~도 11은, 이 절차를 실행하는 경우의 표시부의 표시 화면의 일례를 나타내고 있다.
레시피에의 템플레이트 화상 등의 등록의 절차의 실행이 지시되면, 표시부에는, 도 6에 나타내는 바와 같은 GUI 화면(111)이 표시된다. 도 6의 표시 화면은, 템플레이트 화상이 등록된 후의 GUI 화면(111)의 표시예를 나타내고 있다. 이 GUI 화면(111)은, 일례로서, 맵 표시 에어리어(112), 화상 표시 에어리어(113), 레시피 조건 표시 에어리어(114), 주사 에어리어 등록부(122)를 구비한다.
맵 표시 에어리어(112)는, 웨이퍼(11)의 전체상이 파악 가능한 웨이퍼 맵 화상, 또는 웨이퍼(11)의 일부를 구성하는 칩의 구조가 파악 가능한 칩 맵 화상을 선택적으로 표시 가능하게 된 에어리어이다. 화상 표시 에어리어(113)는, 촬상된 제1 화상 P1 또는 제2 화상 P2를 선택적으로 표시 가능하게 되는 에어리어이다. 또한, 레시피 조건 표시 에어리어(114)는, 레시피로서 등록되는 템플레이트 화상, 라인 프로파일, 측정 좌표 등을 표시하는 에어리어이다. 주사 에어리어 등록부(122)는, 전술한 주사 에어리어(51 또는 53)를 등록하기 위한 조작 화면이다.
맵 표시 에어리어(112)에 있어서, 웨이퍼 맵 화상과 칩 맵 화상의 표시의 전환은, 맵 표시 에어리어(112)의 하부에 배치된 웨이퍼 맵 선택 버튼(115a), 또는 칩 맵 선택 버튼(115b)을 클릭하는 것에 의해 행할 수 있다. 도 6에서는 칩 맵이 선택·표시된 상태를 나타내고 있고, 칩 맵이 선택된 것을 나타내기 위하여, 칩 맵 선택 버튼(115b)이 하이라이트 표시되어 있다. 칩 맵 화상이 맵 표시 에어리어(112)에 표시된 상태에 있어서 칩 맵 화상의 원하는 위치(116)를 클릭하는 것에 의해, 칩 맵 화상 내의 선택된 위치(116)로 XY 스테이지(13)를 이동시킬 수 있다.
선택된 위치로 XY 스테이지(13)가 이동한 후, 화상 취득 버튼(119)을 클릭하면, SEM 화상이 취득된다. 이 실시형태의 장치에 있어서는, 이차 전자 화상과 반사 전자 화상이 동시에 취득된다.
화상 표시 에어리어(113)에 있어서의, 제1 화상 P1 또는 제2 화상 P2의 선택적인 표시의 전환은, 화상 표시 에어리어(113)의 아래쪽에 표시되어 있는 이차 전자 화상 선택 버튼(117a), 또는 반사 전자 화상 선택 버튼(117b)을 클릭하는 것에 의해 행할 수 있다.
화상 표시 에어리어(113)에 있어서의 화상의 표시 배율은, 표시 배율 변경 버튼(118)에 의해 변경할 수 있다. 또한, 그 밖의 화상 취득 조건은, 화상 조건 설정 버튼(120)에 의해 화상 조건 설정 윈도우를 기동해서 행할 수 있다. 이차 전자 화상(제1 화상 P1)의 템플레이트 화상의 등록은, 이차 전자 화상 선택 버튼(117a)에 의해 제1 화상 P1을 화상 표시 에어리어(113)에 표시시킨 상태에서, 템플레이트 등록 버튼(121)을 클릭하는 것에 의해 행할 수 있다.
등록된 템플레이트 화상은, 레시피 조건 표시 에어리어(114)의 템플레이트 등록 탭(124) 내의 템플레이트 표시 에어리어(128a)에 표시된다. 템플레이트 화상이 등록되어 있는 상태에서, 템플레이트 표시 버튼(128b)을 클릭하면, 등록되어 있는 템플레이트 화상이, 화상 표시 에어리어(113)에 표시된다. 도 6은, 템플레이트 표시 버튼(128b)이 클릭됨으로써, 화상 표시 에어리어(113)에 템플레이트 화상이 표시된 상태를 나타내고 있다.
다음으로 주사 에어리어(51, 53)의 등록 방법을 도 7~도 10을 참조해서 설명한다. 주사 에어리어(51, 53)에 관한 정보는, 등록 후, 레시피 조건 표시 에어리어(114)의 측정(X 방향) 탭(125), 및 측정(Y 방향) 탭(126)에 각각 보존된다.
우선, X 방향의 주사 에어리어(51)의 등록에 대하여, 도 7~도 9를 참조해서 설명한다. 템플레이트 화상이 등록되고, 등록된 템플레이트 화상이 화상 표시 에어리어(113)에 표시되면, 계속해서 주사 에어리어(51)의 설정 동작이 실행된다. 주사 에어리어 등록부(122)에 있어서, 주사 에어리어(51)의 주사 조건(예를 들면 주사 방향, 주사선수, 가산 프레임수)을, 주사 방향 입력부(123b), 주사선수 입력부(123c), 가산 프레임수 입력부(123d)를 통해서 입력하는 것에 의해 주사 에어리어(51)가 등록된다.
주사 에어리어 선택 버튼(123a)에 의해 주사 에어리어 선택 모드를 선택한 후, 화상 표시 에어리어(113)에 있어서 각 입력부(123b~123d)에 원하는 데이터를 입력하는 것에 의해, 주사 에어리어(129a)를 선택한다. 선택 후, 스캔 버튼(123e)을 클릭하면, 설정된 스캔 조건에 의해 주사 에어리어(129a)가 전자선에 의해 주사된다. 주사의 결과 얻어진 이차 전자 신호와 반사 전자 신호의 라인 프로파일이, 측정(X 방향) 탭(125) 내의 라인 프로파일 표시 에어리어(130)의 이차 전자 신호 표시부(133), 및 반사 전자 신호 표시부(134)에 각각 표시된다(도 7 참조).
다음으로, 도 8과 도 9를 참조해서, 라인 프로파일에 있어서의 측정 위치의 등록의 절차를 설명한다. 도 8의 예에서는, 측정(X 방향) 탭(125) 내의 라인 프로파일 표시 에어리어(130)의 이차 전자 신호 표시부(133), 반사 전자 신호 표시부(134)에, 이차 전자의 라인 프로파일, 반사 전자의 라인 프로파일이 표시되어 있다.
이 상태에 있어서, 라인 프로파일 표시 에어리어(130)의 우측에는, 패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(131)가 표시되어 있다. 이 패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(131)에는, 웨이퍼(11)의 상층(Layer-1)에 있어서 이차 전자 신호(SE), 반사 전자 신호(BSE)의 어느 것을 이용할지를 설정하는 CH 설정 에어리어(135a), 측정점수를 설정하는 측정점수 설정 에어리어(135b), 설정 버튼(135c), 등록 버튼(135d), 삭제 버튼(135e)이 표시되어 있다. 또한, 웨이퍼(11)의 하층(Layer-2)에 있어서 이차 전자 신호(SE), 반사 전자 신호(BSE)의 어느 것을 이용할지를 설정하는 CH 설정 에어리어(136a), 측정점수를 설정하는 측정점수 설정 에어리어(136b), 설정 버튼(136c), 등록 버튼(136d), 삭제 버튼(136e)이 표시되어 있다.
패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(131)에 있어서, 상층(Layer-1)에 대하여, CH 설정 에어리어(135a), 측정점수 설정 에어리어(135b)에 입력을 행하고, 그 후 설정 버튼(135c)이 클릭되면, 이차 전자 신호 표시부(133) 내에, 측정 커서(137a, 137b)가 표시된다. 측정 커서(137a)가 이차 전자 신호의 라인 프로파일의 좌측의 패턴을 포함하고, 측정 커서(137b)가 우측의 패턴을 포함하도록, 마우스 조작에 의해 측정 커서(137a, 137b)의 폭과 위치를 조정하고, 그 후 등록 버튼(135d)을 클릭해서 Layer-1의 측정 에어리어를 확정시킨다. 측정 에어리어를 다시 등록하는 경우는, 삭제 버튼(135e)에 의해 현재의 등록 에어리어를 삭제한 후, 다시 등록한다.
마찬가지로 해서, 패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(131)에 있어서, 하층(Layer-2)에 대하여, CH 설정 에어리어(136a), 측정점수 설정 에어리어(136b)에 입력을 행하고, 그 후 설정 버튼(136c)을 클릭하면, 반사 전자 신호 표시부(134) 내에, 측정 커서(138a, 138b)가 표시된다. 측정 커서(138a)가 반사 전자 신호의 라인 프로파일의 좌측의 패턴을 포함하고, 측정 커서(138b)가 우측의 패턴을 포함하도록, 마우스 조작에 의해 측정 커서(138a, 138b)의 폭과 위치를 조정하고, 그 후 등록 버튼(136d)을 클릭해서 Layer-2의 측정 에어리어를 확정시킨다. 측정 에어리어를 다시 등록하는 경우는, 삭제 버튼(136e)에 의해 현재의 등록 에어리어를 삭제한 후, 다시 등록한다.
이렇게 해서 라인 프로파일이 취득되고, 라인 프로파일에 있어서의 각종 측정 조건이 설정되면, 중첩 어긋남 계측 에어리어(132)의 측정 버튼(141a)이 클릭되는 것에 의해, 전술과 같이 설정된 조건 하에 중첩 어긋남 계측이 실행된다. 이때, 라인 프로파일 표시 에어리어(130)에, 라인 프로파일과 함께, 상층의 패턴(31a 및 31b)의 중심 위치(139)와, 하층의 패턴(32a 및 32b)의 중심 위치(140)가 표시된다. 또한, 측정된 중첩 어긋남량이 계측 결과 표시 에어리어(141b)에 표시된다. 계측 결과가 문제없으면, OK 버튼(141c)을 클릭해서, 계측 조건을 확정시킨다.
도 10을 참조해서, Y 방향의 주사 에어리어(53)의 등록에 대하여 설명한다. X 방향의 주사 에어리어(51)의 등록의 동작과의 상위점은, 주사 에어리어 등록부(122)에 있어서, 주사 방향 입력부(123b)의 입력으로서 [Y]를 입력하는 점이다.
그 후, 라인 프로파일에 있어서의 측정 위치의 등록의 절차에서는, 측정(Y 방향) 탭(126) 내의 라인 프로파일 표시 에어리어(150)의 이차 전자 신호 표시부(153), 반사 전자 신호 표시부(154)에, 이차 전자의 라인 프로파일, 반사 전자의 라인 프로파일이 표시된다. 이 상태에 있어서, 라인 프로파일 표시 에어리어(150)의 우측에는, 패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(151)가 표시되어 있다. 이 패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(151)에 있어서, X 방향의 경우와 마찬가지로, CH 설정 에어리어(155a, 156a), 측정점수 설정 에어리어(15b, 156b), 설정 버튼(155c, 156c), 등록 버튼(155d, 156d), 삭제 버튼(155e, 156e)을 조작해서, 측정 위치의 등록을 실행한다.
이렇게 해서 라인 프로파일이 취득되고, 라인 프로파일에 있어서의 각종 측정 조건이 설정되면, 중첩 어긋남 계측 에어리어(152)의 측정 버튼(161a)이 클릭되는 것에 의해, 전술과 같이 설정된 조건 하에 중첩 어긋남 계측이 실행된다. 이때, 라인 프로파일 표시 에어리어(150)에, 라인 프로파일과 함께, 상층의 패턴(31c 및 31d)의 중심 위치(159)와, 하층의 패턴(32c 및 32d)의 중심 위치(160)가 표시된다. 또한, 측정된 중첩 어긋남량이 계측 결과 표시 에어리어(161b)에 표시된다. 계측 결과가 문제없으면, OK 버튼(161c)을 클릭해서, 계측 조건을 확정시킨다.
다음으로, 도 11에 의해 측정 좌표의 등록 절차를 설명한다. 도 11에서는, 웨이퍼 맵 선택 버튼(115a)이 클릭되는 것에 의해 맵 표시 에어리어(112)에 웨이퍼 맵이 표시되어 있다. 또한, 레시피 조건 표시 에어리어(114)에서는, 좌표 리스트 탭(127)이 표시되고, 측정 좌표로서 등록된 좌표의 데이터가, 계측점 리스트(172)에 표시되어 있다.
이 상태에서, 웨이퍼 맵 상에서 측정점(171)을 클릭함으로써, XY 스테이지(13)가 구동되고, 측정하고 싶은 점으로 XY 스테이지(13)를 이동시킨다. 이동이 완료되면, 화상 취득 버튼(119)을 클릭해서 SEM 화상을 취득한다. 취득된 SEM 화상은 화상 표시 에어리어(113)에 표시된다. 표시된 화상이 원하는 촬상 위치로부터 어긋나 있다면, 화상 표시 에어리어(113)에 있어서 화상을 취득하고 싶은 위치를 클릭한 후, 다시 화상을 취득한다.
원하는 화상이 취득되면, 등록 버튼(173a)을 클릭함으로써, 화상이 취득된 좌표를 좌표 리스트 탭(127)의 계측점 리스트(172)에 추가한다. 등록된 계측점의 정보를 수정하는 경우에는, 계측점 리스트(172)에 있어서, 변경하고 싶은 계측점을 더블 클릭해서 편집 상태로 하여, 필요한 수정을 행할 수 있다. 또한, 계측점을 삭제하는 경우에는, 계측점 리스트(172)에서 삭제하고 싶은 계측점이 선택된 상태에서, 삭제 버튼(173b)을 클릭한다.
이하, 도 12를 참조해서, 도 3의 (b)의 플로차트 중, 패턴 매칭 공정(스텝 S45c)과 설정 에어리어의 스캔 공정(스텝 S45d)에 있어서의, 스캔 에어리어의 위치 보정 방법의 상세에 대하여 설명한다.
여기에서, 도 12의 (a)에 나타나는 템플레이트 화상(181)에 대해서, 템플레이트 화상의 좌측 하단으로부터 (Ax, Ay)의 위치를 중심으로 해서 주사 에어리어(182)가 설정되어 있는 것으로 한다. 그리고, 레시피 실행 시에 취득된 화상(183)과 템플레이트 화상(181)의 패턴 매칭에 의해, 템플레이트 화상(181)에 상당하는 에어리어(184)가, 취득된 화상(183)으로부터 (ΔAx, ΔAy)만큼 시프트한 위치로 결정된 것으로 가정한다(도 12의 (b)). 이 경우, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같은 주사 에어리어(182)에서 화상(183)에 포함되는 중첩 계측용 패턴을 계측한 경우, 주사의 위치가 최적 위치로부터 어긋나 버려서, 정확한 중첩 어긋남량의 계측이 곤란해지는 경우가 발생할 수 있다. 그래서, 제1 실시형태에서는, 취득된 화상(183)에 있어서 좌측 하단으로부터 (Ax+ΔAx, Ay+ΔAy)의 위치를 중심으로 한 에어리어(185)를 주사하도록 위치 보정을 행한다. 이것에 의해, 원하는 패턴 위치를 스캔할 수 있다(도 12의 (c)).
전술의 실시형태에 있어서의 레시피 작성에서는, 취득된 라인 프로파일에 대하여, 유저가 GUI 화면 상에 있어서 수동으로 측정 커서의 위치의 조정을 행하는 예를 설명했다. 라인 프로파일에 대응하는 라인 템플레이트 화상과 측정 커서를 미리 레시피로서 등록해두고, 이 라인 템플레이트 화상과 취득된 라인 프로파일의 매칭 처리를 실행하고, 그 매칭 처리의 결과에 따라서, 상기 라인 프로파일 상에 설정하는 측정 커서의 위치를 자동 조정하도록 구성한다.
도 13을 참조해서, 상층의 패턴의 중심 위치의 계측(도 3의 (b)의 스텝 S45e), 및 하층의 패턴의 중심 위치의 계측(스텝 S45f)에 있어서, 측정 커서의 위치를 자동적으로 보정하는 절차를 설명한다.
반사 전자 신호의 라인 템플레이트 화상(191)에 대해서, 패턴에 대응하는 위치를 커버하도록, 2개의 측정 커서(192a, 192b)가 레시피로서 설정되어 있다. 좌측의 측정 커서(192a)는, 라인 템플레이트 화상(191)의 좌단(左端)으로부터 거리 X0의 위치를 중심으로 한 폭 WX0의 범위로 설정되어 있다. 마찬가지로, 우측의 측정 커서(192b)는, 라인 템플레이트 화상(191)의 좌단으로부터 거리 X1의 위치를 중심으로 한 폭 WX1의 범위로 설정되어 있다.
레시피 실행에 의해 취득된 반사 전자 신호의 라인 프로파일(193)과 라인 템플레이트 화상(191)의 패턴 매칭에 의해, 라인 템플레이트 화상(191)에 상당하는 에어리어(194)가, 취득된 라인 프로파일(193)로부터 거리 ΔX만큼 시프트한 위치로 결정된다(도 13의 (b)). 이때, 도 13의 (c)에 나타내는 바와 같이, 취득된 라인 프로파일(193)에 있어서, 좌단으로부터 X0+ΔX의 위치가 중심으로 되도록 좌측의 측정 커서(195a)를 배치한다. 또한, 좌단으로부터 X1+ΔX의 위치가 중심으로 되도록 우측의 측정 커서(195b)를 배치한다. 이것에 의해, 표면 패턴 위치에 맞도록 2개의 측정 커서를 배치할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시형태의 주사형 전자현미경(SEM)에 의하면, 중첩 계측용 패턴의 위치가 특정되면, 그 위치에 있어서 설정되는 주사 에어리어를 따라서 전자선의 주사가 실행되고, 이것에 의해 중첩 계측용 패턴의 라인 프로파일이 취득된다. 주사 에어리어는, 중첩 어긋남량의 계측에 필요한 부분만으로 한정할 수 있고, 이 때문에 주사에 요하는 시간을 저감할 수 있다. 따라서, 다수점을 측정하는 경우에 있어서도, 중첩 어긋남량의 측정을 단시간에 계측하는 것이 가능해지고, 이것에 의해, 미세화가 진전한 반도체 디바이스에서의 수율 향상에 공헌할 수 있다. 구체적으로는, TV 레이트(30프레임/초)로 64프레임의 화상을 가산해서 중첩 어긋남량을 계측하는 경우에는, 에어리어의 주사만으로 2초를 초과하는 시간이 걸리고, 다수점을 측정하는 경우에는 중첩 어긋남량의 계측에 장시간이 필요해진다. 그러나, 본 실시형태에 따르면, TV 레이트의 10주사선의 정보에 의해 라인 프로파일을 취득하는 경우, 주사 시간은 0.042초로 억제할 수 있다. 따라서, 종래에 비해서 중첩 어긋남량의 계측에 요하는 시간을 대폭으로 단축할 수 있다.
[제2 실시형태]
다음으로, 제2 실시형태에 따른 하전 입자빔 시스템으로서의 주사형 전자현미경(SEM)의 개략 구성을, 도 14~도 16을 참조해서 설명한다. 이 제2 실시형태의 주사형 전자현미경의 구성은, 제1 실시형태(도 1)와 대략 동일해도 된다. 또한, 중첩 어긋남량의 측정의 절차도, 도 3의 플로차트와 대략 동일한 절차에 의해 실행될 수 있다. 단, 이 실시형태에서는, 중첩 계측용 패턴 계측의 절차의 상세에 있어서, 제1 실시형태와는 다르다.
도 14에, 제2 실시형태에 있어서 이용되는 중첩 계측용 패턴의 구조의 일례를 나타낸다. 도 14의 (a)는, 조사 전자의 입사 방향으로부터 본 중첩 계측용 패턴의 평면도이고, 도 14의 (b)는, 도 14의 (a)의 D-D' 단면을 나타내고 있다.
패턴(201a, 201b), 패턴(202a, 202b)은 웨이퍼(11)의 표면(상층)에 형성된 패턴이고, 패턴(203a, 203b, 203c, 204a, 204b, 204c, 205a, 205b, 205c)은, 웨이퍼(11)의 내부, 즉 표면보다도 아래의 층(하층)에 형성된 패턴이다. 중첩 어긋남이 없는 경우에는, 패턴(201a와 201b)의 중심, 패턴(202a와 202b)의 중심, 패턴(203a, 203b, 203c)의 중심, 패턴(204a, 204b, 204c)의 중심, 그리고 패턴(205a, 205b, 205c)의 중심이 모두 일치하도록 설계되어 있다.
도 14의 (c)는, 이차 전자 검출기(9)에 의한 이차 전자 화상(제1 화상 P1)의 일례이며, 표면의 패턴이 201a~b, 202a~b인 화상이 포함되어 있다. 한편, 도 14의 (d)는, 반사 전자 검출기(10)에 의한 반사 전자 화상(제2 화상 P2)의 일례이며, 하층의 패턴(203a~c, 204a~c, 205a~c)의 화상이 포함되어 있다. 도 14의 (d)의 화상은 반사 전자 화상이기 때문에, 도 14의 (c)의 화상에 비해서 콘트라스트가 낮게 되어 있다.
도 15를 참조해서, 중첩 어긋남 계측용 패턴의 X 방향의 중심 위치의 어긋남량을 산출하는 절차의 상세를 설명한다. 도 15의 (a)에 나타내는 주사 에어리어(211a~211d)는, 상층의 패턴과 하층의 패턴의 X 방향의 중심 위치의 어긋남량의 계측을 위하여 레시피에 설정된 에어리어이다. 이 제2 실시형태에서는, 주사 에어리어(211a~d)에 대하여, 일방향이 아닌, 쌍방향(좌측으로부터 우측을 향하는 방향과, 우측으로부터 좌측을 향하는 방향)으로 주사를 행한다(도 15의 (b)의 화살표(212a~d, 213a~d)). 일례로서, 화살표(212a), 화살표(213a), 화살표(212b), 화살표(213b), 화살표(212c), 화살표(213c, 212d, 213d)의 순으로 주사가 행해진다. 프레임수로서 2 이상을 설정한 경우는, 설정된 프레임수분만큼, 화살표(212a)로부터 화살표(213d)의 주사를 반복한다. 여기에서, 서로 다른 주사 방향의 신호를 가산하는 것은, 주사 방향에 의존해서 발생하는 오버레이 계측값의 오프셋을 캔슬하기 위해서이다.
도 15의 (c)는 주사에 의해 얻어지는 이차 전자 신호를 가산해서 얻어진 라인 프로파일의 일례이다. 우측으로부터 좌측에의 주사(213a~d)에 의해 얻어진 신호는, 좌측으로부터 우측에의 주사(212a~d)에 의해 얻어진 신호와 합치하도록 반전된 후 가산되고, 이 가산 신호에 의해, 라인 프로파일이 화상 처리 유닛(19)에 있어서 생성된다. 라인 프로파일에 있어서는, 상층의 패턴(201a~d)에 대응하는 피크 위치(a1~a4)가 검출된다. 여기에서, 좌측 열의 패턴(201a, 202a)의 X 방향의 중심 위치 aX1, 그리고 우측 열의 패턴(201b, 202b)의 X 방향의 중심 위치 aX2는 다음 식으로 주어진다.
aX1=(a1+a2)/2…(식 21)
aX2=(a3+a4)/2…(식 22)
또한, 4개의 상층 패턴의 X 방향 중심 위치 aX는, 다음 식으로 주어진다.
aX=(aX1+aX2)/2…(식 23)
또한, 도 15의 (d)는, 주사에 의해 얻어지는 반사 전자 신호를 가산해서 얻어진 라인 프로파일의 일례이다. 우측으로부터 좌측에의 주사(213a~d)에 의해 얻어진 신호는, 좌측으로부터 우측에의 주사(212a~d)에 의해 얻어진 신호와 합치하도록 반전된 후 가산되고, 이 가산 신호에 의해, 라인 프로파일이 화상 처리 유닛(19)에 있어서 생성된다. 라인 프로파일에 있어서는, 하층의 패턴에 대응하는 에지 위치(b1~b6)가 검출된다. 여기에서, 좌측 열의 패턴(203a, 204a, 205a)의 X 방향의 중심 위치 bX1, 중앙 열의 패턴(203b, 204b, 205b)의 X 방향의 중심 위치 bX2, 그리고 우측 열의 패턴(203c, 204c, 205c)의 X 방향의 중심 위치 bX3은 다음 식으로 주어진다.
bX1=(b1+b2)/2…(식 24)
bX2=(b3+b4)/2…(식 25)
bX3=(b5+ b6)/2…(식 26)
또한, 9개의 하층 패턴의 X 방향 중심 위치 bX는 다음 식으로 주어진다.
bX=(bX1+bX2+bX23)/3…(식 27)
여기에서, X 방향의 중첩 어긋남량 Δx는 이하의 식으로 구해진다.
Δx=bX-aX…(식 28)
도 16을 참조해서, 제2 실시형태에 있어서의 본 실시예 2에 있어서의 주사 에어리어(211a~d)의 등록 방법을 설명한다. 주사 에어리어(211a~d)에 관한 정보는, 레시피 조건 표시 에어리어(114)의 측정(X 방향) 탭(125), 그리고 측정(Y 방향) 탭(126)에 보존될 수 있다. 이하에서는, X 방향의 위치 어긋남 계측용의 주사 에어리어의 등록에 대하여 설명한다.
템플레이트 화상이 등록되고, 화상 표시 에어리어(113)에 표시되면, 계속해서 주사 에어리어(222a~d)의 설치 동작이 실행된다. 주사 에어리어 등록부(221)에 있어서, 주사 에어리어(222a~d)의 주사 조건(예를 들면 주사 방향, 주사선수, 가산 프레임수)을, 주사 방향 입력부(222a), 주사 에어리어 입력부(222b), 주사선수 입력부(222c), 가산 프레임수 입력부(222d)를 통해서 입력하는 것에 의해 주사 에어리어(222a~d)가 등록된다. 여기에서, 주사 방향 입력부(222a)는, 주사 방향으로서, 좌→우 방향만(X-normal), 우→좌 방향만(X-reverse), 쌍방향(X-both)의 어느 하나를 선택 가능하게 되어 있다. 이 실시형태에서는 X-both를 선택하는 것에 의해, 주사 방향에 의존한 중첩 어긋남량 계측값의 오프셋을 캔슬하고 있지만, X-normal에서의 계측값과 X-reverse에서의 계측값의 평균값을 산출해도 된다.
다음으로, 주사 에어리어 선택 버튼(222a)에 의해 주사 에어리어 선택 모드를 선택한 후, 화상 표시 에어리어(113)에 있어서 각 입력부(222b~222d)의 입력값에 따라서 표시되는 에어리어의 위치를 조정하는 것에 의해, 주사 에어리어를 설정한다. 설정 후, 스캔 버튼(222e)을 클릭하면, 설정된 스캔 조건에 의해 주사 에어리어(211a~d)가 주사되고, 얻어진 이차 전자 신호와 반사 전자 신호의 프로파일이, 측정(X 방향) 탭(125) 내의 라인 프로파일 표시 에어리어(130)의 이차 전자 신호 표시부(133)와 반사 전자 신호 표시부(134)에 각각 표시된다.
이 상태가 얻어지면, 제1 실시형태와 마찬가지로, 라인 프로파일에 있어서의 측정 위치의 등록의 절차가 실행된다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 라인 프로파일 표시 에어리어(130)의 우측에는, 패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(131)가 표시되어 있다.
패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(131)에 있어서, 상층(Layer-1)에 대하여, CH 설정 에어리어(135a), 측정점수 설정 에어리어(135b)에 입력을 행하고, 그 후 설정 버튼(135c)이 클릭되면, 이차 전자 신호 표시부(133) 내에, 측정 커서(223a, 223b)가 표시된다. 측정 커서(223a)가 이차 전자 신호의 라인 프로파일의 좌측의 패턴을 포함하고, 측정 커서(223b)가 우측의 패턴을 포함하도록, 마우스 조작에 의해 측정 커서(223a, 223b)의 폭과 위치를 조정하고, 그 후 등록 버튼(135d)을 클릭해서 Layer-1의 측정 에어리어를 확정시킨다. 측정 에어리어를 다시 등록하는 경우는, 삭제 버튼(135e)에 의해 현재의 등록 에어리어를 삭제한 후, 다시 등록한다.
마찬가지로 해서, 패턴 위치 측정 조건 설정 에어리어(131)에 있어서, 하층(Layer-2)에 대하여, CH 설정 에어리어(136a), 측정점수 설정 에어리어(136b)에 입력을 행하고, 그 후 설정 버튼(136c)을 클릭하면, 반사 전자 신호 표시부(134) 내에, 측정 커서(224a, 224b, 224c)가 표시된다. 측정 커서(224a)가 좌측 열의 패턴을, 측정 커서(224b)가 중앙 열의 패턴을, 측정 커서(224c)가 우측 열의 패턴을 각각 포함하도록, 마우스 조작에 의해 측정 커서의 폭과 위치를 조정하고, 설정 버튼(136d)을 클릭해서 Layer-2의 측정 에어리어를 확정시킨다. 측정 에어리어를 다시 등록하는 경우는, 삭제 버튼(136e)에 의해 현재의 등록 에어리어를 삭제한 후, 다시 등록한다.
이렇게 해서 라인 프로파일이 취득되고, 라인 프로파일에 있어서의 각종 측정 조건이 설정되면, 중첩 어긋남 계측 에어리어(132)의 측정 버튼(141a)이 클릭되는 것에 의해, 전술과 같이 설정된 조건 하에 중첩 어긋남 계측이 실행된다. 이때, 라인 프로파일 표시 에어리어(130)에, 라인 프로파일과 함께, 상층의 패턴의 중심 위치(225)와, 하층의 패턴의 중심 위치(226)가 표시된다. 또한, 측정된 중첩 어긋남량이 계측 결과 표시 에어리어(141b)에 표시된다. 계측 결과가 문제없으면, OK 버튼(141c)을 클릭해서, 계측 조건을 확정시킨다.
이상 설명한 바와 같이, 이 제2 실시형태에 따르면, 제1 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 이에 더하여, 이 제2 실시형태에 따르면, 주사 에어리어에 관하여, 쌍방향으로부터 패턴을 주사하고, 쌍방향의 신호를 가산해서 라인 프로파일을 생성하는 것이 가능하게 되어 있다. 이것에 의하면, 검출 기간의 응답성의 차이나, 대전에 의한 오프셋을 제거해서 라인 프로파일을 생성하는 것이 가능해지고, 보다 고정밀도의 중첩 어긋남량의 계측이 가능해진다.
또, 본 발명은 상기한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이며, 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, 상기의 각 구성, 기능, 처리부, 처리 수단 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적 회로로 설계하는 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 : 전자 광학계 컨트롤러
18 : 스테이지 컨트롤러 19 : 화상 처리 유닛
20 : 제어부 100 : 컴퓨터 시스템

Claims (13)

  1. 시료에 하전 입자빔을 조사하는 하전 입자빔 조사부와,
    상기 시료로부터의 이차 전자 신호 또는 반사 전자 신호를 검출하는 검출기와,
    상기 전자빔 조사부를 제어함과 함께 상기 시료에 있어서의 중첩 어긋남량을 측정하는 컴퓨터 시스템
    을 구비하고,
    상기 컴퓨터 시스템은,
    상기 검출기의 신호에 의거해서 화상을 생성하는 화상 생성부와,
    상기 화상 생성부에서 생성된 화상에 있어서, 템플레이트 화상과의 매칭 처리에 의해, 중첩 계측용 패턴의 위치를 특정하는 매칭 처리부와,
    상기 중첩 계측용 패턴을 주사해서, 상기 이차 전자 신호에 대한 제1 라인 프로파일을 생성함과 함께, 상기 반사 전자 신호에 대한 제2 라인 프로파일을 생성하는 라인 프로파일 생성부와,
    상기 제1 라인 프로파일로부터 상기 중첩 계측용 패턴 중의 제1 패턴의 위치를 특정함과 함께, 상기 제2 라인 프로파일로부터 상기 중첩 계측용 패턴 중의 제2 패턴의 위치를 특정하고, 상기 제1 패턴의 위치 및 상기 제2 패턴의 위치에 의거해서, 상기 시료에 있어서의 중첩 어긋남량을 측정하는 중첩 어긋남량 측정부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라인 프로파일 생성부는, 상기 매칭 처리부에서 특정된 상기 중첩 계측용 패턴의 위치에 의거해서, 상기 주사를 실행하는 위치를 보정하는, 하전 입자빔 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화상 생성부에서 생성된 화상, 및 상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일을 표시하는 표시부를 구비하는, 하전 입자빔 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 라인 프로파일 생성부는, 라인 프로파일의 생성을 위한 주사 에어리어를, 상기 화상 생성부에서 생성된 화상 상에서 지정 가능하게 구성된, 하전 입자빔 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 라인 프로파일 생성부는, 제1 방향을 장변 방향으로 하는 제1 주사 에어리어와, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 장변 방향으로 하는 제2 주사 에어리어를 지정 가능하게 구성된, 하전 입자빔 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중첩 어긋남량 측정부는, 상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일에 대응하는 라인 템플레이트 화상과, 상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일의 매칭 처리의 결과에 따라, 상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일에 설정하는 측정 커서의 위치를 조정하는, 하전 입자빔 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 라인 프로파일 생성부는, 서로 다른 방향을 따라서 하전 입자빔이 주사되어 얻어진 신호를 가산하는 것에 의해 상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일을 생성하는, 하전 입자빔 시스템.
  8. 하전 입자빔의 시료에의 조사에 의해 검출기에 의해 검출된 신호에 의거해서, 시료의 서로 다른 층 사이의 중첩 어긋남량을 측정하는 중첩 어긋남량 측정 방법으로서,
    상기 검출기의 출력에 의거해서 화상을 생성하는 스텝과,
    상기 화상과 템플레이트 화상의 매칭 처리에 의해, 중첩 계측용 패턴의 위치를 특정하는 스텝과,
    상기 중첩 계측용 패턴을 주사해서, 이차 전자 신호에 대한 제1 라인 프로파일을 생성함과 함께, 반사 전자 신호에 대한 제2 라인 프로파일을 생성하는 스텝과,
    상기 제1 라인 프로파일로부터 상기 중첩 계측용 패턴 중의 제1 패턴의 위치를 특정함과 함께, 상기 제2 라인 프로파일로부터 상기 중첩 계측용 패턴 중의 제2 패턴의 위치를 특정하는 스텝과,
    상기 제1 패턴의 위치 및 상기 제2 패턴의 위치에 의거해서, 상기 시료에 있어서의 중첩 어긋남량을 측정하는 스텝
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 중첩 어긋남량 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일을 생성하는 경우, 상기 매칭 처리로 특정된 상기 중첩 계측용 패턴의 위치에 의거해서, 상기 주사를 실행하는 위치를 보정하는, 중첩 어긋남량 측정 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일을 생성하는 경우, 주사 에어리어를 지정하는 스텝을 더 구비한, 중첩 어긋남량 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 주사 에어리어는, 제1 방향을 장변 방향으로 하는 제1 주사 에어리어와, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 장변 방향으로 하는 제2 주사 에어리어를 포함하는, 중첩 어긋남량 측정 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일에 대응하는 라인 템플레이트 화상과, 상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일의 매칭 처리의 결과에 따라, 상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일에 설정하는 측정 커서의 위치를 조정하는 스텝을 더 구비하는, 중첩 어긋남량 측정 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일을 생성하는 경우, 서로 다른 방향을 따라서 하전 입자빔이 주사되어 얻어진 신호를 가산하는 것에 의해 상기 제1 라인 프로파일 또는 상기 제2 라인 프로파일을 생성하는, 중첩 어긋남량 측정 방법.
KR1020227004525A 2019-08-28 2019-08-28 하전 입자빔 시스템, 및 중첩 어긋남량 측정 방법 KR20220034842A (ko)

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