KR20220056255A - 패턴 계측 장치 및 패턴 계측 방법 - Google Patents

패턴 계측 장치 및 패턴 계측 방법 Download PDF

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Abstract

하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호에 기초하여, 시료 상에 형성된 패턴의 치수를 측정하는 연산 장치를 구비하고 있고, 상기 연산 장치는, 임의의 빔 틸트각에서 취득한 화상으로부터, 상이한 높이의 2개의 패턴의 사이의, 웨이퍼 표면과 병행 방향의 위치 어긋남양을 산출하는 위치 어긋남양 산출부와, 미리 구해 둔 상기 위치 어긋남양과 상기 패턴의 경사량의 관계식에 의해 상기 위치 어긋남양으로부터 상기 패턴의 경사량을 산출하는 패턴 경사량 산출부와, 상기 패턴의 경사량에 일치하도록 빔 틸트각을 제어하는 빔 틸트 제어량 산출부를 갖고, 산출한 빔 틸트각으로 설정하여, 다시 화상을 취득하여 패턴의 계측을 행하는 패턴 계측 장치.

Description

패턴 계측 장치 및 패턴 계측 방법{PATTERN MEASUREMENT DEVICE AND PATTERN MEASUREMENT METHOD}
본 발명은 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서의 계측 기술에 관한 것이며, 특히 깊은 구멍이나 깊은 홈 등의 패턴 계측 기술에 관한 것이다.
반도체 장치는, 반도체 웨이퍼 상에 포토마스크에 형성된 패턴을 리소그래피 처리 및 에칭 처리에 의해 전사하는 공정을 반복함으로써 제조된다. 반도체 장치의 제조 과정에 있어서, 리소그래피 처리나 에칭 처리 그 밖의 양부, 이물 발생 등은, 반도체 장치의 수율에 크게 영향을 미친다. 따라서, 이러한 제조 과정에 있어서의 이상이나 불량 발생을 조기에 또는 사전에 검지하기 위해, 제조 과정에서 반도체 웨이퍼 상의 패턴의 계측이나 검사가 행해지고 있는데, 정밀도가 높은 계측이 요구되는 경우에는, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 계측이 널리 행해지고 있다.
근년, 미세화의 진행이 둔화되는 한편, 3D-NAND로 대표되는 바와 같이 3차원화에 의한 고집적화의 진행이 현저하고, 상이한 공정간에서의 패턴의 중첩 어긋남, 그리고 깊은 구멍이나 홈의 패턴 형상의 계측 요구가 높아지고 있다. 예를 들어, 전자선 장치에 의한 깊은 구멍이나 깊은 홈의 깊이 측정(특허문헌 1)이나, 복수의 검출기 신호를 활용한 상이한 공정간에서의 중첩 계측(특허문헌 2)이 보고되어 있다.
상기 깊은 구멍이나 깊은 홈은 에칭 프로세스에 의해 가공되는데, 가공해야 할 패턴이 깊어짐에 수반하여, 요구되는 가공 정밀도가 엄격해지고 있다. 이 때문에, 가공되는 패턴의 수직도, 가공 깊이, 그리고 보텀 치수 등을 웨이퍼면 내에서 계측하여, 에칭 장치에 피드백을 해 주는 것이 중요해지고 있다. 예를 들어, 에처의 상태가 좋지 않은 경우에는, 웨이퍼 외주에서 가공 균일성이 저하되어, 패턴이 경사져 가공되는 케이스가 있다.
또한, 반도체 패턴에 한하지 않고, 입체 형상을 주사 전자 현미경으로 관찰 계측할 때에는, 시료대 또는 전자선을 기울여, 시료에 대한 입사 각도를 바꾸어, 상면으로부터의 조사와는 상이한 복수의 화상에서 소위 스테레오 관찰을 사용하여, 패턴의 높이, 측벽의 각도 등의 단면 형상이나, 3차원 재구성이 가능함이 알려져 있다(특허문헌 3). 이 경우, 시료와 빔의 설정 각도 정밀도가 얻어진 단면 형상이나 재구성된 3차원 형상의 정밀도에 크게 영향을 주는 것이 과제이며, 이 때문에 각도 교정을 고정밀도로 행하는 것이 실시되고 있다(특허문헌 4).
일본 특허 공개 제2015-106530호 공보 일본 특허 제5965819호 공보(대응 미국 특허 USP9,224,575) 일본 특허 제4689002호 공보(대응 미국 특허 USP6,452,175) 일본 특허 제4500653호 공보(대응 미국 특허 USP7,164,128)
디바이스의 3차원화에 의해, 가공되는 홈이나 구멍의 패턴이 보다 깊어짐에 따라, 에칭 프로세스의 관리가 보다 중요해지고 있다.
본 발명은 에칭 프로세스에 피드백을 해 주기 위한 정보, 즉 가공되는 패턴의 보텀 치수, 패턴 경사, 그리고 패턴 깊이를 정확하게 계측하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 형태로서, 본 발명에서는, 임의의 입사 빔각에서 취득한 화상으로부터, 에칭된 패턴의 표면부와 보텀부의 사이에서의 웨이퍼 표면과 병행 방향의 위치 어긋남양을 산출하고, 미리 구해 둔 상기 입사 빔과 상기 에칭 패턴의 상대 각도와 상기 위치 어긋남양의 관계식에 의해, 상기 위치 어긋남양으로부터 패턴 경사량을 산출하고, 에칭 패턴 경사에 일치하도록 설정한 입사 빔각에서 다시 화상을 취득하여 패턴의 계측을 행하는, 전자 빔을 사용한 패턴의 계측 장치를 제공한다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호에 기초하여, 시료 상에 형성된 패턴의 치수를 측정하는 연산 장치를 구비하고 있고, 상기 연산 장치는, 임의의 빔 틸트각에서 취득한 화상으로부터, 상이한 높이의 2개의 패턴의 사이의, 웨이퍼 표면과 병행 방향의 위치 어긋남양을 산출하는 위치 어긋남양 산출부와, 미리 구해 둔 상기 위치 어긋남양과 상기 패턴의 경사량의 관계식에 의해 상기 위치 어긋남양으로부터 상기 패턴의 경사량을 산출하는 패턴 경사량 산출부와, 상기 패턴의 경사량에 일치하도록 빔 틸트각을 제어하는 빔 틸트 제어량 산출부를 갖고, 산출한 빔 틸트각으로 설정하여, 다시 화상을 취득하여 패턴의 계측을 행하는 패턴 계측 장치가 제공된다.
또한, 본 발명은 패턴의 계측 장치, 패턴의 형성 방법 및 그것을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이어도 된다.
본 발명에 따르면, 입사 빔이 에칭 패턴의 바닥까지 도달하게 되어, 보텀 치수나 에칭 패턴의 경사각의 정확한 계측이 가능하게 된다.
도 1a는, 실시예 1 내지 5에 나타내는 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 1b는, 연산 장치의 일 구성예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 2는, 위치 어긋남 계측의 원리를 도시하는 도면이다.
도 3a는, 입사 빔 틸트의 효과를 나타내는 도면이다.
도 3b는, 도 3a에 이어지는 도면이다.
도 4는, 입사 빔의 틸트양을 보정하기 위한 보정 계수 산출 프로세스의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는, 실시예 1의 레시피 시퀀스의 설명도이다.
도 6a는, 실시예 2의 홀 패턴에 대한 입사 빔의 틸트 보정의 원리를 도시하는 도면이다.
도 6b는, 도 6a에 이어지는 도면이다.
도 7은, 실시예 2의 홀 패턴에 대한 입사 빔의 틸트 보정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은, 실시예 2의 홀 패턴에 대한 계측 결과 출력의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는, 실시예 3에 있어서의 프로세스 변화에 의한 보정 계수 변화의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은, 실시예 3의 관계식 산출 처리를 추가한 레시피 시퀀스의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은, 실시예 4의 보정 계수의 업데이트 효과를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시예 5의 레시피 시퀀스 예를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태(실시예)에 대하여 상세하게 설명한다.
이하, 하전 입자선의 조사에 의해 취득된 화상을 사용하여 시료의 상층의 패턴의 위치와 하층의 패턴의 위치의 어긋남양에 기초하여, 패턴의 경사에 일치하도록 입사 빔을 제어하는 패턴 치수 계측 장치의 일례로서 주사형 전자 현미경을 사용한 예를 설명한다. 이것은 본 발명의 단순한 일례이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 하전 입자선 장치란 하전 입자선을 사용하여 시료의 화상을 촬상하는 장치를 넓게 포함하는 것으로 한다. 하전 입자선 장치의 일례로서, 주사형 전자 현미경을 사용한 검사 장치, 리뷰 장치, 패턴 계측 장치를 들 수 있다. 또한, 범용의 주사형 전자 현미경이나, 주사형 전자 현미경을 구비한 시료 가공 장치나 시료 해석 장치에도 적용 가능하다. 또한, 이하에서 하전 입자선 장치란, 상기 하전 입자선 장치가 네트워크로 접속된 시스템이나 상기 하전 입자선 장치의 복합 장치도 포함하는 것으로 한다.
본 명세서에 있어서, 「시료」는 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼인 예를 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1a는, 실시예 1의 패턴 계측 장치의 구성예를 도시하는 도면이며, 장치 본체는 전자 광학계인 칼럼(1), 그리고 시료실(2)로 이루어진다. 칼럼(1)은, 전자총(3), 콘덴서 렌즈(4), 대물 렌즈(8), 디플렉터(7), 얼라이너(5), 2차 전자 검출기(9), E×B 필터(6), 반사 전자 검출기(10)를 포함한다. 전자총(3)에 의해 발생된 1차 전자선(조사 전자)은, 콘덴서 렌즈(4)와 대물 렌즈(8)에 의해 웨이퍼(11)에 대하여 수렴시켜 조사된다. 얼라이너(5)는 1차 전자선이 대물 렌즈(8)에 입사하는 위치를 얼라인먼트한다. 1차 전자선은, 디플렉터(7)에 의해 웨이퍼(11)에 대하여 주사된다. 디플렉터(7)는, 빔 주사 컨트롤러(17)로부터의 신호에 따라 1차 전자선을 웨이퍼(11)에 대하여 주사시킨다. 1차 전자선의 조사에 의해 웨이퍼(11)로부터 얻어지는 2차 전자는 E×B 필터(6)로 2차 전자 검출기(9)의 방향을 향하게 되며, 2차 전자 검출기(9)에서 검출된다. 또한, 웨이퍼(11)로부터의 반사 전자는 반사 전자 검출기(10)에 의해 검출된다. 2차 전자나 반사 전자를 총칭하여 전자선 조사에 의해 시료로부터 얻어지는 신호를 신호 전자라고 칭하기로 한다. 하전 입자 광학계에는, 이외에 다른 렌즈나 전극, 검출기를 포함해도 되고, 일부가 상기와 상이해도 되며, 하전 입자 광학계의 구성은 이것에 한정되지 않는다. 시료실(2)에 설치되는 XY 스테이지(13)는, 스테이지 컨트롤러(18)로부터의 신호에 따라 칼럼(1)에 대하여 웨이퍼(11)를 이동시킨다. XY 스테이지(13) 상에는, 빔 교정을 위한 표준 시료(12)가 설치되어 있다. 또한, 본 장치는 웨이퍼 얼라인먼트를 위한 광학 현미경(14)을 갖고 있다. 2차 전자 검출기(9) 및 반사 전자 검출기(10)로부터의 신호는 증폭기(15) 및 증폭기(16)에 의해 신호 변환되어, 화상 처리 보드(19)로 보내져 화상화된다. 또한, 본 실시예의 중첩 패턴 치수 계측 장치는 제어 PC(20)에 의해 장치 전체의 동작이 제어된다. 또한, 제어 PC에는, 마우스나 키보드 등 유저가 지시를 입력하기 위한 입력부와, 화면을 표시하는 모니터 등의 표시부, 하드 디스크나 메모리 등의 기억부가 포함되어 있다. 또한, 이하에 설명하는 연산을 행하는 연산 장치(20a)를 여기에 마련해도 된다.
하전 입자선 장치에는, 이 밖에도 각 부분의 동작을 제어하는 제어부나, 검출기로부터 출력되는 신호에 기초하여 화상을 생성하는 화상 생성부가 포함되어 있다(도시 생략). 제어부나 화상 생성부는, 전용의 회로 기판에 의해 하드웨어로서 구성되어 있어도 되고, 하전 입자선 장치에 접속된 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어에 의해 구성되어도 된다. 하드웨어에 의해 구성하는 경우에는, 처리를 실행하는 복수의 연산기를 배선 기판 상, 또는 반도체 칩 또는 패키지 내에 집적함으로써 실현할 수 있다. 소프트웨어에 의해 구성하는 경우에는, 컴퓨터에 고속의 범용 CPU를 탑재하여, 원하는 연산 처리를 실행하는 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 이 프로그램이 기록된 기록 매체에 의해, 기존의 장치를 업그레이드하는 것도 가능하다. 또한, 이들 장치나 회로, 컴퓨터간은 유선 또는 무선의 네트워크로 접속되어, 적절하게 데이터가 송수신된다.
도 1b는, 이하에 나타내는 연산을 행하는 연산 장치의 일 구성예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 1b에 도시하는 바와 같이, 연산 장치는, 위치 어긋남양 산출부(20a-1)와, 패턴 경사량 산출부(20a-2)와, 빔 틸트 제어량 산출부(20a-3)를 갖는다.
위치 어긋남양 산출부(20a-1)는, 임의의 빔 틸트각에서 취득한 화상으로부터, 상이한 높이의 2개의 패턴의 사이의, 웨이퍼 표면과 병행 방향의 위치 어긋남양을 산출한다.
패턴 경사량 산출부(20a-2)는, 미리 구해 둔 상기 위치 어긋남양과 상기 패턴의 경사량(패턴 경사량)의 관계식에 의해 상기 위치 어긋남양으로부터 상기 패턴의 경사량을 산출한다.
빔 틸트 제어량 산출부(20a-3)는, 패턴 경사에 일치하도록 빔 틸트 제어량을 산출한다.
그리고, 산출한 빔 틸트 제어량으로 설정하여, 다시 화상을 취득하여 패턴의 계측을 행한다.
얼라이너(5)는, 상단의 편향기에 의해 전자 빔을 이상광축으로부터 축 이격시키고, 하단의 편향기에 의해, 원하는 경사각이 되도록 전자 빔을 편향시킨다. 도 1a에서는, 2단의 편향기를 갖는 경사 빔용 편향기를 예시하고 있지만, 목적이나 요구 정밀도에 따라 다단을 장비해도 된다. 또한, XY 스테이지를 경사지게 함으로써, 시료에 경사 빔을 조사하도록 해도 된다.
전자 빔의 입사각은, XY 스테이지 혹은 시료에 대하여 교정할 수 있다. 예를 들어, 표준 시료(12)로서 피라미드 형상으로 에칭된 패턴을 구비하고, 화상에 나타나는 피라미드의 4개의 면이 동일한 형상이 되도록, 편향기에 의해 전자 빔을 편향시킴으로써, 전자 빔 궤도를 이상광축과 일치시킬 수 있다. 또한, 피라미드의 각 면의 기하학적 연산에 기초하여, 원하는 경사각이 되도록, 전자 빔의 궤도를 조정할 수도 있다. 이러한 연산에 기초하여, 편향기의 편향 조건(제어값)을 결정한다. 복수의 각도마다, 전자 빔이 정확한 경사각이 되도록 빔의 궤도를 교정하고, 그때의 편향기의 제어값을 기억함으로써, 후술하는 복수의 조사 각도에서의 빔 조사를 적정하게 행할 수 있다. 미리 교정된 편향 조건에서, 빔 조사를 행함으로써, 경사 빔을 사용한 측정을 자동적으로 실행하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에서는, 시료와 전자 빔의 상대 각도를 빔 입사 각도로 하지만, 이상광축과 전자 빔의 상대 각도를 빔 입사 각도라고 정의하도록 해도 된다. 통상의 전자선 계측 장치(SEM)에서는 기본적으로, 전자 빔 궤도는, XY 스테이지의 이동 궤도(X 방향과 Y 방향)에 대하여 수직으로 설정되어 있다. Z 방향을 0도로 정의하고, X 방향, Y 방향 모두 경사각을 플러스, 마이너스의 숫자로 나타낸다. X와 Y를 조합하여 모든 방향의 각도의 설정이 가능하다.
이어서, 빔 주사에 의해 얻어지는 파형 신호(프로파일 파형)를 사용한 패턴 표면과 보텀간의 어긋남양 측정의 개요에 대하여, 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2의 (a)는, 홈 형상 패턴(G)의 단면도이다. 홈의 상부에 대하여 하부의 치수가 작게 형성되어 있고, 측벽은 시료의 수선(Z축)에 대하여, 0.1도에서 0.2도의 상대각을 갖고 있다. 도 2의 (b)와 (c)는, 도 2의 (a)에 예시한 패턴에 대한 빔 주사에 기초하여, 각각, 검출기(9) 및 검출기(10)에 의해 얻어지는 화상의 일례를 도시하는 도면이다. 이들 화상에는, Y 방향을 긴 변 방향으로 하는 홈형 패턴이 표시되어 있다. 빔 주사를 행하는 경우에는, X 방향으로 라인형으로 주사함과 함께, 주사 위치를 Y 방향으로 이동시킴으로써, 2차원 주사를 행한다. 화상의 중심부가 홈 바닥에 상당하며, 통상은 상부보다 어둡게 보인다.
도 2의 (b)는, 주로 2차 전자의 신호를 검출하고 있는 검출기(9)에 의한 화상이며, 홈의 양단 에치부가 밝게 보이고 있다. 또한, 도 2의 (c)는, 주로 반사 전자의 신호를 검출하고 있는 검출기(10)에 의한 화상이며, 홈이 깊어짐에 따라 휘도가 감소하고 있다. 도 2의 (d)는, A-A'의 위치에서의 1라인의 신호 강도 파형예를 도시하는 도면이다. 홈의 양단 에치부는, 2차 전자가 시료면으로부터 나오기 쉽기 때문에, 휘도의 피크를 갖고 있다. 본 실시예 1에서는, 역치 설정에 기초하여, 패턴 치수를 측정한다. 역치로서 최대 휘도의 50％를 설정하고, 역치와 신호 파형의 교점 a1과 a2로부터, 홈 상부의 중점 a3을, 식 (a1+a2)/2에 의해 산출하였다. 마찬가지로, 도 2의 (e)는, B-B'의 위치에서의 1라인의 신호 강도 파형을 도시하고 있고, 홈이 깊은 부분일수록 휘도가 낮게 되어 있다. 역치로서 최대 휘도의 10％를 설정하고, 역치와 신호 파형의 교점 b1과 b2로부터, 홈 상부의 중점 b3을, 식 (b1+b2)/2에 의해 산출하였다. 이어서, 홈의 표면의 중심 위치에 대한, 홈의 저부의 중심 위치의 어긋남을, (b3-a3)으로서 산출하였다.
이하, 패턴 형상의 경사에 일치하도록 빔을 틸트시킨 보텀 관찰의 필요성을 도 3a, 도 3b에 의해 설명한다. 도 3a의 (a)는, 홈 형상 패턴의 단면도이며, 홈 위 패턴은 시료의 수선(Z축)에 대하여, -α°기울어 에칭되어 있다. 도 3a의 (b)부터 도 3a의 (e)까지는, 도 2의 (a)에 예시한 패턴에 대한 빔 주사에 기초하여, 검출기(9) 및 검출기(10)에 의해 얻어지는 화상의 일례를 도시하는 도면이다. 여기서, 검출기(9)에 의한 2차 전자 화상은, 상이한 3개의 입사각(-2α°, -α°, 0°)에 대하여, 도 3a의 (b)에 도시되는 바와 같이, 항상 화상의 중심과 표면부에서의 홈의 중심이 일치하도록 하여 취득되는 것으로 한다. 도 3a의 (c) 내지 (e)는, 각각 입사각 -2α°, -α°, 0°일 때의, 검출기(10)에 의한 반사 전자 화상을 도시하고 있다. 도 3a의 (c)는, 입사 각도가 -2α°일 때의 반사 전자상이며, 홈의 보텀부의 중심이 화상 중심보다 좌측(-X) 방향으로 시프트되기 때문에, 어긋남양(b13)은 음의 값이 된다. 또한, 보텀부의 좌측이 측벽에 가려짐으로써, 보텀 치수(b11-b12)가 실제보다 작게 계측된다. 도 3a의 (d)는, 입사 각도가 -α°일 때의 반사 전자상이며, 홈의 보텀부의 중심이 화상 중심과 일치하기 때문에, 어긋남양(b23)은 0이 되며, 이때에는 측벽의 그늘이 지지 않고 홈 바닥 전체가 관찰되기 때문에, 보텀 치수(b21-b22)를 정확하게 계측할 수 있다. 도 3a의 (e)는, 입사 각도가 0°일 때의 반사 전자상이며, 홈의 보텀부의 중심이 화상 중심보다 우측(+X) 방향으로 시프트되기 때문에, 어긋남양(b33)은 양의 값이 된다. 또한, 보텀부의 우측이 측벽에 가려짐으로써, 보텀 치수(b31-b32)가 실제보다 작게 계측된다. 빔 입사각과, 보텀 치수 그리고 위치 어긋남양의 관계는, 도 3b의 (f)에 정리되어 있으며, 보텀 치수는 위치 어긋남양이 0이 되는 빔 입사각에서 최댓값이 되고, 위치 어긋남양의 절댓값이 커짐에 따라 보텀 치수가 작게 계측된다. 즉, 보텀 치수를 정확하게 계측하려고 하면, 패턴의 상하부간의 위치 어긋남양이 0이 되도록 빔 입사각을 설정할 필요가 있다. 또한, 패턴 경사량의 측정에 있어서도, 보텀의 일부가 측벽의 그림자에 가려진 상태에서는, 실제보다 위치 어긋남양이 작게 계측됨에 따른 오차가 발생하기 때문에, 위치 어긋남양이 작은 상태에서의 계측이 바람직하다.
위치 어긋남양이 0으로 되도록 입사각을 제어하려고 하는 경우, 빔 입사각과 위치 어긋남양의 변화의 관계를 미리 측정하여 관계식을 구해 두고, 이 관계식을 사용하여, 측정된 위치 어긋남양에 상당하는 분만큼 빔 입사각을 변경하는데, 도 4를 사용하여 관계식을 구하는 수순을 설명한다.
도 4의 (a)는, 패턴과 입사 빔의 상대 각도와 표면-보텀간의 어긋남양의 관계식을 산출하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 본 관계식 산출 처리(스텝 31)는, 빔 틸트 설정(스텝 32)과 위치 어긋남양 계측(스텝 33)을, 미리 설정한 조건이 전부 완료될 때까지 반복한다("아니오"). 마지막 조건인지 여부의 판단 프로세스(스텝 34)에서, 마지막 조건까지 완료되었다고 판정되면("예"), 일련의 계측 결과로부터 관계식 산출(스텝 35)의 처리를 실행한다. 도 4의 (b)는, 계측 결과를, 횡축을 빔 틸트각, 종축을 계측된 위치 어긋남양으로서 플롯한 도면인데, 측정 결과에 대하여, 예를 들어 최소 제곱법에 의해 근사식을 구함으로써 관계식을 산출한다. 본 실시예에 있어서는, 근사식으로서 1차 함수(Y=AX+B)를 사용하였지만, 근사식의 포맷은 이것에 한정되는 것은 아니며, 보다 고차의 함수(예를 들어 3차식)로 해도 된다. 1차식으로 근사한 경우, 1차의 계수(A)는, 빔 틸트의 변화에 대한 위치 어긋남의 변화량(nm/deg)이며, 0차의 계수(B)는, 관계식의 산출에 사용된 홈 패턴이 수직이 아닌 경우, 패턴 경사에 따른 값을 나타낸다. 후술하는 에칭 패턴 경사에 맞춘 빔 틸트 제어에서는, 계측된 어긋남양으로부터 에칭 패턴의 경사를 산출하는 데 1차의 계수(A)를 사용한다. 즉, 0도의 입사 빔에 의해 계측된 위치 어긋남양이 ΔY일 때, 패턴의 경사에 일치하는 빔 틸트각(ΔX)은 이하의 식으로 산출된다.
ΔX = -ΔY/A
식에 마이너스가 붙어 있는 것은, 위치 어긋남양을 캔슬하는 방향으로 빔 시프트를 행하기 때문이다. 본 실시예 1에 있어서는, 관계식을 산출하기 위해, 입사 빔의 각도를 바꾸어 데이터를 취득하고 있지만, 입사 빔의 각도를 고정한 상태에서 시료의 기울기를 변화시켜 데이터를 취득해도 된다.
이어서, 도 5의 흐름도에 의해, 본 실시예에 있어서의 레시피 처리(스텝 41)의 시퀀스를 설명한다. 레시피가 개시되면, 웨이퍼 로드(스텝 42)와 얼라인먼트(스텝 43)가 실행된다. 이하, 레시피에 설정한 각 측정점에 대해서는, 먼저 빔 틸트가 초기값으로 설정(스텝 44)된 후, 패턴 상하부의 치수값과 상하간의 위치 어긋남양이 계측되고(스텝 45), 미리 구해 둔 관계식의 1차 계수를 사용하여, 패턴의 경사각이 산출된다(스텝 46). 산출된 경사량이 역치 이내인지의 판정(스텝 47)을 행하여, 역치 이내라면 (스텝 45)에서 계측된 치수값과 (스텝 46)에서 산출된 패턴 경사량을 확정값으로 하고 다음 측정점으로 이동한다. 만약 역치 외라면, 패턴 경사에 맞도록 빔 틸트각을 설정하고(스텝 48), 치수와 위치 어긋남양의 재측정을 행한다. 레시피에 설정된 모든 측정점이 종료되었다고 판단되면(스텝 49), 웨이퍼가 언로드되고(스텝 50), 레시피가 종료된다(스텝 51).
실시예 2
이하, 본 발명의 실시예 2의 패턴 계측 장치에 의한 홀 패턴 계측 기술에 대하여 설명한다. 실시예 1에 나타낸 홈 패턴의 경우에는 일방향으로만 입사 빔을 제어하면 되지만, 본 실시예 2에 나타내는 홀 패턴의 경우에는, X와 Y의 양방향으로 빔 경사를 제어할 필요가 있다. 본 실시예 2에서는, X 방향과 Y 방향의 보정식을 구해 두고, 각각의 방향에 보정을 행한다.
도 6a의 (a)는, 홀 형상 패턴의 단면도이며, 홀(H)은 시료의 수선(Z축)에 대하여 에칭되어 있다. 도 6a의 (b)는, 홀 패턴의 톱부의 중심이 화상의 중심이 되도록 하여 촬상한 경우의, 보텀부의 형상과 중심 위치를, X 방향이 상이한 3개의 빔 입사각에 대하여 도시하고 있다. 입사각이 패턴의 에칭 방향과 일치한 경우(입사각 0°)에는 톱과 보텀의 중심이 일치하고 있다. 한편, 입사 빔이 -X측으로 경사진 경우(입사각 -αx°)에는, 톱에 대하여 보텀이 -X 방향으로 어긋나 있다. 마찬가지로 하여 입사 빔이 +X측으로 경사진 경우(입사각 +αx°)에는, 톱에 대하여 보텀이 +X 방향으로 어긋나 있다. 이와 같이, 입사 빔각에 대한 어긋남양을 계측함으로써, 도 6a의 (c)에 도시하는 바와 같은, X 방향의 빔 입사각과 X 방향의 위치 어긋남양의 관계식을 산출한다. 관계식을 이하에 나타낸다.
OVLx = Ax * Tx
또한, 도 6b의 (d)는, 홀 패턴의 톱부의 중심이 화상의 중심이 되도록 하여 촬상한 경우의, 보텀부의 형상과 중심 위치를, Y 방향이 상이한 3개의 빔 입사각에 대하여 도시하고 있다. 입사각이 패턴의 에칭 방향과 일치한 경우(입사각 0°)에는 톱과 보텀의 중심이 일치하고 있다. 입사 빔이 -Y측으로 경사진 경우(입사각 -αy°)에는, 톱에 대하여 보텀이 -Y 방향으로 어긋나 있다. 마찬가지로 하여 입사 빔이 +Y측으로 경사진 경우(입사각 +αy°)에는, 톱에 대하여 보텀이 +Y 방향으로 어긋나 있다. 이와 같이, 입사 빔각에 대한 어긋남양을 계측함으로써, 도 6b의 (e)에 도시하는 바와 같은, Y 방향의 빔 입사각과 X 방향의 위치 어긋남양의 관계식을 산출한다.
관계식을 이하에 나타낸다.
OVLy = Ay * Ty
예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 홀 패턴의 보텀의 중심이, X 방향과 Y 방향으로 각각 OVLx와 OVLy만큼 위치 어긋난 경우에는, 입사 빔을
X 방향으로 -(OVLx / Ax)
Y 방향으로 -(OVLy / Ay)
만큼, 각각 틸트시킴으로써, 홀 패턴의 에칭 방향에 병행으로 빔을 조사시킬 수 있다.
여기서, 본 실시예 2의 레시피 시퀀스는, 입사 빔의 보정 방향이 X와 Y의 2방향으로 되는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.
본 실시예 2에 있어서의, 계측 결과 출력의 예를 도 8에 도시한다. 각 측정점에 대하여,
칩의 X 좌표(열 61), 칩의 Y 좌표(열 62), 칩 내의 X 좌표(열 63), 칩 내의 Y 좌표(열 64), 홀의 톱 직경(열 65), 홀의 보텀 직경(열 66), X 방향의 패턴 경사(열 67), Y 방향의 패턴 경사(열 68), 패턴 경사 방향(열 69), 패턴의 절대 경사량(열 70)을 표시하고 있다.
여기서, 패턴 경사 방향과 패턴의 절대 경사량은 각각 이하의 식에 의해 산출된다.
(패턴 경사 방향)=atan{(Y 방향의 패턴 경사)/(X 방향의 패턴 경사)}
(패턴 절대 경사량)=√{(X 방향의 패턴 경사)2+(Y 방향의 패턴 경사)2}
실시예 3
실시예 1에 있어서, 입사 빔과 에칭 패턴의 상대 각도와 위치 어긋남양의 사이의 관계식을 미리 구해 둠으로써, 위치 어긋남양의 계측 결과로부터 패턴 경사량을 산출하는 수순을 설명하였다. 계측 대상의 에칭 패턴의 형상이 일정하면, 동일한 관계식을 사용할 수 있지만, 예를 들어 패턴의 깊이가 변화한 경우에는, 관계식을 다시 구할 필요가 있다.
예를 들어, 도 9의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 에칭되는 층의 깊이가 D1로부터 D1+ΔD로 변화한 경우에는, 패턴의 경사각이 동일(-α°)하였다고 해도, 계측되는 위치 어긋남양이 커진다. 즉, 도 9의 (c)의 그래프에 나타나 있는 바와 같이, 도 9의 (a)와 도 9의 (b)는, 단위 빔 틸트 변화당 위치 어긋남의 변화량(nm/deg)이 상이하다. 이 때문에, 에칭 프로세스가 변화할 때마다, 관계식의 재측정과 레시피에의 재등록이 필요하게 되어, 장치의 운용 효율이 나빠진다. 이 때문에, 본 실시예 3에서는, 에칭 프로세스가 변화한 경우에도, 관계식의 재등록을 불필요로 하는 수단을 제공한다.
도 5에 대응하는 도 10에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼의 얼라인먼트(스텝 43) 후에, 관계식 산출 처리(스텝 31)를 추가한다. 관계식 산출의 수순은, 실시예 1에 있어서 도 4를 사용하여 설명한 것과 동일하지만, 관계식 산출을 위한 각종 파라미터(웨이퍼 내에서의 촬상 위치, 입사 빔각을 변화시키는 범위)는 레시피에 등록해 둔다.
실시예 4
빔 틸트를 보정할 때의 보정 계수에 오차가 있으면, 위치 어긋남양=0에 수렴시키기 위해, 보다 많은 리트라이가 필요하게 된다. 예를 들어, 도 11의 (a)는, 실제의 패턴에 대하여 미리 구한 보정 계수가 어긋나 있고, 보정량이 부족한 케이스인데, 동일한 보정 계수를 계속해서 사용한 경우에는, 리트라이 2회째에서도 위치 어긋남양 허용 범위에 수렴되지 않았다. 이 때문에, 리트라이 2회째에서는, 리트라이 1회째의 계측 결과를 보정량에 반영하도록 한다. 도 11의 (b)에서는, 리트라이 2회째에서는, 보정 계수로서,
(OVL1-OVL0)/Tilt1
을 사용함으로써, 리트라이 2회째에서는 위치 어긋남양=0 부근에 수렴시킬 수 있다.
본 실시예 4에서는, 도 5의 빔 틸트각을 설정 프로세스(스텝 48)에 있어서, 리트라이 2회째 이후에는, 그때까지의 리트라이 결과에 따라 보정 계수를 갱신하는 처리를 추가한다.
실시예 5
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서의 계측에 있어서는, 스루풋이 중요한 요소가 된다. 이 때문에, 빔 틸트를 적정한 각도로 보정하기 위한 측정과, 보정시킨 빔 틸트각에 의한 최종 측정에서, 상이한 조건을 설정한다.
본 실시예 5에 있어서는, 경사 보정을 위한 위치 어긋남양 계측 프로세스(스텝 52)에서는, 프레임 가산 횟수가 적은 조건에 의해 고속으로 촬상하고, 빔 틸트각 확정 후의 치수 & 패턴 경사 측정 시(스텝 53)에는, 프레임 가산이 많고 SN이 높은 화상을 취득하여 고정밀도로 측장을 행한다.
또한, 본 실시예 5의 다른 형태로서는, 위치 어긋남양 계측 프로세스(스텝 52)에서는, 계산 시간 단축을 위해 화상 내에 복수 있는 패턴 중 일부만을 계측해 두고, 위치 어긋남양이 허용값 이내인 경우에는, 화상을 재취득하지 않고 동일한 화상에 있어서, 모든 패턴에 대하여 치수 & 패턴 경사 측정(스텝 53)을 실행한다.
또 다른 형태로서는, 위치 어긋남양 계측(스텝 52)에 있어서, 화상 내의 복수의 패턴의 위치 어긋남양을 계측하고, 치수 & 패턴 경사 측정(스텝 53)에 있어서, 개개의 패턴에 일치하는 경사각에서 개개의 패턴을 순차적으로 촬상하여, 개개의 패턴의 고정밀도 측정을 행한다.
상기 실시 형태에 있어서, 도시되어 있는 구성 등에 대해서는, 이들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에서 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 그 밖에, 본 발명의 목적 범위를 일탈하지 않는 한 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 각 구성 요소는, 임의로 취사 선택할 수 있으며, 취사 선택한 구성을 구비하는 발명도 본 발명에 포함되는 것이다.
본 명세서에서 인용한 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 그대로 인용에 의해 본 명세서에 원용되는 것으로 한다.
1: 칼럼
2: 시료실
3: 전자총
4: 콘덴서 렌즈
5: 얼라이너
6: E×B 필터
7: 디플렉터
8: 대물 렌즈
9: 2차 전자 검출기
10: 반사 전자 검출기
11: 웨이퍼
12: 표준 시료
13: XY 스테이지
14: 광학 현미경
15, 16: 증폭기
17: 빔 주사 컨트롤러
18: 스테이지 컨트롤러
19: 화상 처리 보드
20: 제어 PC
31 내지 35: 관계식 산출의 각 스텝
41 내지 53: 실시예에 있어서의 레시피 시퀀스의 각 스텝

Claims (37)

  1. 시료에 대하여 복수의 빔 입사 각도로 하전 입자 빔을 조사함으로써 얻어진 복수의 화상 데이터로부터, 상기 시료에 형성된 패턴의 상하간의 복수의 위치 어긋남양을 연산하고, 당해 복수의 위치 어긋남양과 상기 복수의 빔 입사 각도로부터, 빔 입사 각도와 위치 어긋남양의 관계를 나타내는 모델을 생성하는 연산 장치를 구비한 패턴 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 제1 시료에 대하여 소정의 빔 입사 각도로 하전 입자 빔을 조사함으로써 얻어지는 제1 화상 데이터에 기초하여, 상기 제1 시료에 형성된 제1 패턴의 상하간의 제1 위치 어긋남양을 연산하고, 당해 연산한 제1 위치 어긋남양을, 상기 모델에 대조 또는 참조하는 연산 장치를 구비하는 패턴 계측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 모델에 대조 또는 참조한 판정 결과, 상기 빔 입사 각도 및 상기 제1 위치 어긋남양에 기초하여, 상기 제1 패턴을 확정시키는, 패턴 계측 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화상 데이터는, 화상 또는 파형 신호인, 패턴 계측 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모델은, 빔 입사 각도와 위치 어긋남양과의 대응 관계를 나타내는 함수, 관계식, 근사식 또는 대응 데이터인, 패턴 계측 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은, 홈상 패턴 또는 홀 형상 패턴인, 패턴 계측 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화상 데이터는, 2차 전자 화상 데이터 또는 후방 산란 전자 화상 데이터 중 어느 하나, 혹은 양쪽인, 패턴 계측 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은, 하나 또는 복수의 층으로 구성된 패턴인, 패턴 계측 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 2차 전자 화상 데이터로부터 얻어진 상기 패턴의 상면 위치와, 상기 후방 산란 전자 화상 데이터로부터 얻어진 상기 패턴의 하면 위치로부터, 상기 복수의 위치 어긋남양을 연산하는, 패턴 계측 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔과 상기 시료 표면의 수선의 상대 각도, 상기 하전 입자 빔과 전자 광학계의 이상 광축과의 상대 각도, 또는 상기 하전 입자 빔과 상기 시료의 이동 방향의 수선의 상대 각도를, 상기 빔 입사 각도로 한 경우에, 상기 빔 입사 각도는 0도인, 패턴 계측 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔과 상기 시료 표면의 수선의 상대 각도, 상기 하전 입자 빔과 전자 광학계의 이상 광축과의 상대 각도, 또는 상기 하전 입자 빔과 상기 시료의 이동 방향의 수선의 상대 각도를, 상기 빔 입사 각도로 한 경우에, 상기 빔 입사 각도는, 0도 이외의 각도인, 패턴 계측 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 모델에 대조 또는 참조한 판정 결과에 기초하여, 상기 제1 패턴의 경사량에 맞도록 빔 입사 각도를 제어하고, 화상 데이터를 다시 취득하는, 패턴 계측 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 다시 취득한 화상 데이터에 기초하여, 상기 제1 패턴의 치수 또는 위치 어긋남양을 연산하는, 패턴 계측 장치.
  14. 시료에 대하여 복수의 빔 입사 각도로 하전 입자 빔을 조사함으로써 얻어진 복수의 화상 데이터로부터, 상기 시료에 형성된 패턴의 상하간의 복수의 위치 어긋남양을 연산하고, 당해 복수의 위치 어긋남양과 상기 복수의 빔 입사 각도로부터, 빔 입사 각도와 위치 어긋남양의 관계를 나타내는 모델을 생성하는 연산 스텝을 포함하는 패턴 계측 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연산 스텝은, 제1 시료에 대하여 소정의 빔 입사 각도로 하전 입자 빔을 조사함으로써 얻어지는 화상 데이터에 기초하여, 상기 제1 시료에 형성된 제1 패턴의 상하간의 제1 위치 어긋남양을 연산하고, 당해 연산한 제1 위치 어긋남양을, 상기 모델에 대조 또는 참조하는 것을 포함하는 패턴 계측 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연산 스텝은, 상기 모델에 대조 또는 참조한 판정 결과, 상기 빔 입사 각도 및 상기 제1 위치 어긋남양에 기초하여, 상기 제1 패턴의 경사량을 확정시키는, 패턴 계측 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 화상 데이터는, 화상 또는 파형 신호인, 패턴 계측 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 모델은, 빔 입사 각도와 위치 어긋남양과의 대응 관계를 나타내는 함수, 관계식, 근사식 또는 대응 데이터인, 패턴 계측 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 패턴은, 홈상 패턴 또는 홀 형상 패턴인, 패턴 계측 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 화상 데이터는, 2차 전자 화상 데이터 또는 후방 산란 전자 화상 데이터 중 어느 하나, 혹은 양쪽인, 패턴 계측 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 패턴은, 하나 또는 복수의 층으로 구성된 패턴인, 패턴 계측 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 연산 스텝은, 상기 2차 전자 화상 데이터로부터 얻어진 상기 패턴의 상면 위치와, 상기 후방 산란 전자 화상 데이터로부터 얻어진 상기 패턴의 하면 위치로부터, 상기 위치 어긋남양을 연산하는, 패턴 계측 방법.
  23. 시료에 대하여 복수의 빔 입사 각도로 하전 입자 빔을 조사함으로써 얻어진 복수의 화상 데이터로부터, 상기 시료에 형성된 패턴의 상하간의 복수의 위치 어긋남양을 연산하고, 당해 복수의 위치 어긋남양과 상기 복수의 빔 입사 각도로부터, 빔 입사 각도와 위치 어긋남양의 관계를 나타내는 모델을 생성하는 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위해서, 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체에 저장된 패턴 계측 프로그램.
  24. 제2항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 모델에 대조 또는 참조한 판정 결과에 기초하여, 상기 제1 패턴의 경사량을 확정 또는 출력하는, 패턴 계측 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 패턴의 경사량은, X 방향의 패턴 경사량, Y 방향의 패턴 경사량, 패턴 경사의 방향 및 패턴 경사의 절대량 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 패턴 계측 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 시료를 보유 지지하는 스테이지를 구비하고,
    상기 연산 장치는, 상기 제1 패턴의 경사량에 기초하여, 상기 스테이지를 경사지게 하는, 패턴 계측 장치.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 모델을 레시피 실행 시에 산출하는, 패턴 계측 장치.
  28. 제12항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 상기 다시 취득한 화상 데이터로부터 산출한 위치 어긋남양과 미리 정한 역치 또는 허용 범위의 비교 결과에 기초하여, 1회 이상의 리트라이 공정을 실행하는, 패턴 계측 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 2회째 이후의 리트라이를 실행할 때에, 그 이전의 리트라이 공정 실행 시의 결과에 기초하여, 빔 입사 각도를 보정하는 보정 계수를 갱신하는, 패턴 계측 장치.
  30. 제2항에 있어서,
    상기 제1 패턴의 경사량은, 상기 시료 표면의 수직 방향에 대하여 기울어진 양, 상기 시료의 수직 방향 또는 Z축 방향에 대하여 기울어진 양, 상기 패턴의 에칭 방향에 대하여 기울어진 양 및 상기 패턴의 수직 방향 또는 깊이 방향에 대하여 기울어진 양 중 어느 하나인, 패턴 계측 장치.
  31. 제15항에 있어서,
    상기 연산 스텝은, 상기 모델에 대조 또는 참조한 판정 결과에 기초하여, 상기 제1 패턴의 경사량을 확정 또는 출력하는, 패턴 계측 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1 패턴의 경사량은, X 방향의 패턴 경사량, Y 방향의 패턴 경사량, 패턴 경사의 방향 및 패턴 경사의 절대량 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 패턴 계측 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 연산 스텝은, 상기 제1 패턴의 경사량에 기초하여, 상기 시료를 보유 지지하는 스테이지를 경사지게 하는, 패턴 계측 방법.
  34. 제14항에 있어서,
    상기 연산 스텝은, 상기 모델을 레시피 실행 시에 산출하는, 패턴 계측 방법.
  35. 제15항에 있어서,
    상기 연산 스텝은, 상기 모델에 대조 또는 참조한 판정 결과에 기초하여, 상기 제1 패턴의 경사량에 맞도록 빔 입사 각도를 제어하고, 화상 데이터를 다시 취득하고, 당해 다시 취득한 화상 데이터로부터 산출한 위치 어긋남양과 미리 정한 역치 또는 허용 범위의 비교 결과에 기초하여, 1회 이상의 리트라이 공정을 실행하는, 패턴 계측 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 연산 스텝은, 2회째 이후의 리트라이를 실행할 때에, 그 이전의 리트라이 공정 실행 시의 결과에 기초하여, 빔 입사 각도를 보정하는 보정 계수를 갱신하는, 패턴 계측 방법.
  37. 제15항에 있어서,
    상기 제1 패턴의 경사량은, 상기 시료 표면의 수직 방향에 대하여 기울어진 양, 상기 시료의 수직 방향 또는 Z축 방향에 대하여 기울어진 양, 상기 패턴의 에칭 방향에 대하여 기울어진 양 및 상기 패턴의 수직 방향 또는 깊이 방향에 대하여 기울어진 양 중 어느 하나인, 패턴 계측 방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111445489B (zh) * 2019-11-18 2020-10-13 北京邮电大学 一种离子束入射角度确定方法及装置
CN110931495B (zh) * 2019-12-11 2021-03-19 长江存储科技有限责任公司 一种三维存储器的制作方法
JP7391810B2 (ja) * 2020-09-29 2023-12-05 株式会社日立製作所 荷電粒子線装置及びそれを用いる試料観察方法
KR20230078741A (ko) 2020-12-16 2023-06-02 주식회사 히타치하이테크 패턴 계측 장치
JP7048778B2 (ja) * 2021-02-03 2022-04-05 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線装置およびパターン計測方法
CN112818991B (zh) * 2021-02-18 2024-04-09 长江存储科技有限责任公司 图像处理方法及图像处理装置、电子设备、可读存储介质
CN113296369B (zh) * 2021-05-14 2022-09-23 长鑫存储技术有限公司 用于光学临近修正的图形量测方法及装置
CN113725113B (zh) * 2021-08-30 2023-11-10 长江存储科技有限责任公司 半导体器件测量方法及装置
WO2024009572A1 (ja) * 2022-07-07 2024-01-11 富士フイルム株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及び情報処理プログラム

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4500653B2 (ja) 2003-11-25 2010-07-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 試料の観察方法及びその装置
JP2011077299A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Hitachi High-Technologies Corp 走査荷電粒子顕微鏡を用いたパターン形状評価装置およびその方法
JP4689002B2 (ja) 1999-04-15 2011-05-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 荷電粒子ビーム装置用カラム
JP2014170751A (ja) * 2014-03-07 2014-09-18 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線装置及び荷電粒子線を用いた測長方法
JP2015106530A (ja) 2013-12-02 2015-06-08 株式会社日立ハイテクノロジーズ 走査電子顕微鏡システム及びそれを用いたパターン計測方法並びに走査電子顕微鏡
JP2015158462A (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 トヨタ自動車株式会社 被測定物の表面測定装置およびその表面測定方法
JP5965819B2 (ja) 2012-10-26 2016-08-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置及び重ね合わせずれ量測定方法
WO2017179138A1 (ja) * 2016-04-13 2017-10-19 株式会社 日立ハイテクノロジーズ パターン計測装置およびパターン計測方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002075246A1 (fr) * 2001-03-16 2002-09-26 Hitachi, Ltd. Procede de mesure des dimensions d'un motif
US7164128B2 (en) 2003-11-25 2007-01-16 Hitachi High-Technologies Corporation Method and apparatus for observing a specimen
JP5268324B2 (ja) * 2007-10-29 2013-08-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線顕微装置及び顕微方法
WO2011013342A1 (ja) * 2009-07-27 2011-02-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン評価方法、その装置、及び電子線装置
JP5688308B2 (ja) 2011-02-18 2015-03-25 株式会社ニューフレアテクノロジー 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法
JP5957357B2 (ja) * 2012-10-15 2016-07-27 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン検査・計測装置及びプログラム
JP6004956B2 (ja) 2013-01-29 2016-10-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン評価装置、及び、パターン評価装置を備えた外観検査装置
KR101748515B1 (ko) * 2013-05-09 2017-06-16 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 중첩 계측 장치, 중첩 계측 방법 및 중첩 계측 시스템
US9389064B2 (en) * 2014-03-28 2016-07-12 Intel Corporation Inline inspection of the contact between conductive traces and substrate for hidden defects using white light interferometer with tilted objective lens
US10101150B2 (en) 2014-12-10 2018-10-16 Hitachi High-Technologies Corporation Height measurement device and charged particle beam device
JP6484031B2 (ja) * 2014-12-26 2019-03-13 株式会社日立ハイテクノロジーズ ビーム条件設定装置、及び荷電粒子線装置
JP6546509B2 (ja) * 2015-10-28 2019-07-17 株式会社ニューフレアテクノロジー パターン検査方法及びパターン検査装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4689002B2 (ja) 1999-04-15 2011-05-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 荷電粒子ビーム装置用カラム
JP4500653B2 (ja) 2003-11-25 2010-07-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 試料の観察方法及びその装置
JP2011077299A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Hitachi High-Technologies Corp 走査荷電粒子顕微鏡を用いたパターン形状評価装置およびその方法
JP5965819B2 (ja) 2012-10-26 2016-08-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置及び重ね合わせずれ量測定方法
JP2015106530A (ja) 2013-12-02 2015-06-08 株式会社日立ハイテクノロジーズ 走査電子顕微鏡システム及びそれを用いたパターン計測方法並びに走査電子顕微鏡
JP2015158462A (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 トヨタ自動車株式会社 被測定物の表面測定装置およびその表面測定方法
JP2014170751A (ja) * 2014-03-07 2014-09-18 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線装置及び荷電粒子線を用いた測長方法
WO2017179138A1 (ja) * 2016-04-13 2017-10-19 株式会社 日立ハイテクノロジーズ パターン計測装置およびパターン計測方法

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