TW201541071A - 測量系統及測量方法 - Google Patents

Abstract

本發明係掃描電子束而高精度地測量上層圖案與下層圖案間之重合偏差。 對基板上具有第一圖案及藉由較第一圖案更後之工序形成之第二圖案之試樣之包含第一及第二圖案的區域掃描電子束，並針對在電子束之掃描區域內定義之複數之圖案位置測量區域，以電子束之掃描方向及順序變成軸對稱或點對稱之方式掃描電子束，藉此減少因帶電之非對稱性引起的測量誤差，從而高精度地測量第一圖案與第二圖案間之重合偏差。

Description

測量系統及測量方法

本發明係關於一種使用荷電粒子束之裝置測量系統、及測量方法。

隨著半導體元件之微細化，所要求之圖案之尺寸及重合精度變得嚴格，對其等之測量精度之要求精度亦變得嚴格。例如，根據ITRS(International Technology Roadmap of Semiconductor，國際半導體技術藍圖)，邏輯22nm波節(配線HP40nm)下要求8~10nm之重合精度，進而邏輯15nm波節(配線HP32nm)下要求6~8nm之重合精度。又，於邏輯22nm波節之後係應用雙重圖案化製程，但該情形時，由於重合精度亦對尺寸精度有影響，故而雙重圖案化之圖案間之要求重合精度非常嚴格，為5nm以下。為了達成該重合要求，需要高精度之重合測量技術，於將P/T(Precision/Tolerance，精度/容錯)設為0.2之情形時，必要測量精度為5nm×0.2=1.0nm。再者，該測量精度並非僅表現反覆再現精度者，而是顯示包含測量值之絕對值精度及再現精度之綜合測量不確定度。

作為重合測量技術，自先前廣泛使用光學式之測量技術。於光學式測量中，需要20~40μm左右之大小之重疊測量專用圖案，因其具有此種大小而可插入至通常晶片邊角之切晶區域。其結果，自晶片內實際元件區域之距離較遠，會因晶片內位置之差或位置測量專用圖案與實際圖案之差異而產生數nm左右之重合測量值差。該誤差於22 nm波節之後不被容許，故而需要在晶片內元件附近進行測量。又，關於晶片內重合分佈修正，先前僅為使用晶片四角資料之線性成分，為實現高精度化，高次成分之修正不可缺少，而需要多點測量，不僅要進行製品遮罩上之重合測量且要進行晶片內部之重合測量。

近年來，於光學式測量技術中，開發有使測量圖案尺寸小型化以便能配置於實際元件附近的測量方式。然而，於該情形時，有如下問題：測量圖案邊緣長變短，其結果，利用信號均化效應之隨機偏差減少效果變小，故而測量精度變差。於該情形時，若測量圖案尺寸變成約10μm以下，便無法獲得22nm波節之後所需之測量精度。另一方面，於圖案尺寸為10μm以上之情形時，實際元件附近之配置受到限定。

為了解決上述問題，開發有使用電子束之重合測量技術來代替光學式測量技術。代表例有使用掃描式電子顯微鏡(CD-SEM)之技術。於使用電子束之重合測量技術中，可使測量圖案小型化或測量實際元件本身，故而可測量實際元件區域中之重合。

於使用上述掃描式電子顯微鏡之重合測量中，當測量重合偏差之第一圖案及第二圖案均存在於基板表面時，可與通常之尺寸測量同樣地使用形狀對比度之二次電子信號，來測量兩圖案間之相對位置。另一方面，例如於第二圖案未存在於基板表面而是被埋入下層之情形時，如專利文獻1及專利文獻2所記載般，以較通常測長更高加速且更大電流照射電子束，藉此使基板帶電，藉由檢測出因下層構造之差異引起的電位對比度，而可檢測出下層圖案位置。但是，如專利文獻1所記載般，若於與重合偏差測量方向相同之方向掃描電子束，會因沿著電子束掃描方向之帶電量之非對稱性，使得信號波形變得非對稱，重合偏差測量結果產生偏移。將該例示於圖1(a)。

其次，如專利文獻2所記載般，若於與重合偏差測量方向垂直之 方向掃描電子束，沿著電子束掃描方向之帶電量之非對稱性不會引起重合偏差測量方向之偏移，而可減少測量偏移。將該例示於圖1(b)。又，將圖1(a)、圖1(b)之電子束掃描中，在下層圖案部產生非對稱之帶電之狀況示於圖2(a)、圖2(b)。發明者等人為了評價圖1(b)之測量中之測量偏移，使掃描方向及掃描順序反轉後測量重合偏差，結果產生1nm左右之測量值差。如圖2(b)所示，原因係由於掃描順序不同而產生帶電量之非對稱性，且產生重合偏差測量方向之偏移。又，作為先前技術，記載有為使電子束掃描區域內之帶電量均勻而抑制電位梯度，在掃描區域中心部分及周邊部改變掃描方法之方式；為了抑制因電子束之1圖框掃描產生之掃描方法固有之帶電量，而使掃描線之垂直方向上之掃描視點朝特定方向每特定量地變化的方法及裝置。然而，關於因基於電子束掃描之帶電量之非對稱性使得信號波形變得非對稱之方面，具有相同的問題。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2000-243695

[專利文獻2]日本專利特開2001-189263

針對依存於電子束掃描方向及掃描順序而產生之重合偏差測量偏移，藉由使掃描方向及掃描順序具有對稱性而消除測量偏移，提高重合偏差測量精度。

如上所述，於藉由檢測出帶電所致之電位對比度而測量下層圖案位置之方式中，依存於電子束掃描方向及掃描順序，而重合偏差測量值產生偏移。於專利文獻1中，記載有藉由交替變換掃描方向來掃描電子束之方法，減少掃描方向相關之信號之非對稱性，從而減少掃 描方向之測量偏移。然而，雖可減少掃描方向相關之非對稱性，但由於在與掃描方向垂直之方向上殘留有因掃描順序而引起的非對稱性，故而該方向之測量偏移殘存。於僅測量1方向之重合偏差測量之情形時，朝與重合偏差測量方向相同之方向掃描，且交替變換掃描方向，藉此可減少該方向之測量偏移。但，於欲同時測量2方向之情形時，在因掃描順序引起之帶電量之非對稱性的殘存方向上會殘留測量偏移。又，如專利文獻2所記載般，若在與重合偏差測量方向垂直之方向掃描電子束，則沿著電子束掃描方向之帶電量之非對稱性不會引起重合偏差測量方向之偏移，從而可減少測量偏移。但，如上所述，受到掃描順序引起之帶電量之非對稱性之影響，而測量偏移殘存。

另一方面，為了減少該等帶電量之非對稱性，應用藉由低電流掃描或高速掃描等而減小帶電量之掃描條件的情形時，可減小帶電量之非對稱性之影響，但由於需要檢測出因下層構造之差異引起的電位對比度，故而下層圖案位置檢測信號之S/N劣化而使得測量精度劣化。

於檢測帶電所致之電位對比度來測量下層圖案位置之情形時，下層圖案檢測時之分辨率劣化，雖依存於基板構造但難以測量例如100nm以下之微細的下層圖案。因此，測量圖案需要一定程度較大之尺寸。例如，於圖4(a)、圖4(b)之波形之例中圖案尺寸為200nm。一般而言，帶電所致之電位對比度不會獲得太高之S/N，故而需要照射較通常測長更多之電子束。該結果，出現測量產能亦下降之問題。根據該等背景，需要X、Y方向之同時測量。於此情形時，在先前技術中無法二維地(X、Y方向同時地)減少因伴隨掃描方向及掃描順序之帶電量之非對稱性引起的測量偏移，且難以實現X、Y方向之同時高精度測量。

本發明係為解決如上所述之問題而成者，本發明之目的在於提 供一種可掃描電子束而二維地(X、Y方向同時地)測量重合偏差之掃描式電子顯微鏡、包含其之測量系統、及測量方法。

為了解決上述問題，本測量系統具有：條件設定部，其基於在掃描區域內預先規定之任意之軸或點，決定掃描方向或掃描順序之條件；圖像處理部，其針對具有第一圖案及藉由較第一圖案更後之工序形成之第二圖案的基板，基於由上述條件設定部決定之上述掃描方向或掃描順序之條件，將藉由掃描荷電粒子束所得之圖像之中、在上述掃描區域內具有對稱性之區域彼此相加；及運算部，其基於上述相加結果，對上述基板上之上述第一圖案與藉由較第一圖案更後之工序形成之上述第二圖案的重疊進行運算。

又，本測量方法具有：條件設定步驟，其係基於在掃描區域內預先規定之任意之軸或點，決定掃描方向或掃描順序之條件；圖像處理步驟，其係針對具有第一圖案及藉由較第一圖案更後之工序形成之第二圖案的基板，基於由上述條件設定部決定之上述掃描方向或掃描順序之條件，將藉由掃描荷電粒子束所得之圖像之中、在上述掃描區域內具有對稱性的區域彼此相加；及運算步驟，其係基於上述相加結果，對上述基板上之上述第一圖案與藉由較第一圖案更後之工序形成之上述第二圖案的重疊進行運算。

根據本發明，可提供一種能抵消測量偏移從而減少測量誤差之測量系統及測量方法。

11‧‧‧第一圖案

12‧‧‧第二圖案

13‧‧‧電子束之掃描方向

14‧‧‧電子束之掃描順序

41‧‧‧抗蝕劑圖案

42‧‧‧含Si之抗反射膜(SiARC)

43‧‧‧旋塗碳(SOC)

44‧‧‧SiN膜

45‧‧‧SiO膜

46‧‧‧Si基板

71‧‧‧點對稱中心

81‧‧‧對稱軸

91‧‧‧測量偏移

92‧‧‧測量區域A

93‧‧‧測量區域B

94‧‧‧測量區域C

95‧‧‧測量區域D

301‧‧‧電子槍

302‧‧‧聚光透鏡

303‧‧‧偏向器

304‧‧‧物鏡

305‧‧‧晶圓

306‧‧‧晶圓載台

307‧‧‧二次電子

308‧‧‧檢測器

309‧‧‧控制部

310‧‧‧圖像處理部

311‧‧‧解析、運算部

312‧‧‧測量方案

GUI、313‧‧‧記錄裝置

314‧‧‧輸出顯示器

315‧‧‧測量位置資訊

316‧‧‧圖案設計資訊

1001~1012、1101~1106、1201~1212‧‧‧步驟

圖1(a)係為測量重合偏差而掃描電子束之情形時之信號波形之例，且為向與重合偏差測量方向相同之方向掃描電子束之例。

圖1(b)係為測量重合偏差而掃描電子束之情形時之信號波形之 例，且為向與重合偏差測量方向垂直之方向掃描電子束之例。

圖2(a)係於下層圖案所處之場所掃描電子束之情形時產生的電位分佈之例，且為向與重合偏差測量方向相同之方向掃描電子束之情形時之例。

圖2(b)係於下層圖案所處之場所掃描電子束之情形時產生的電位分佈之例，且為向與重合偏差測量方向垂直之方向掃描電子束之情形時之例。

圖3係實施例1之掃描電子顯微鏡之概略圖。

圖4(a)係具有測量實施例1之重合偏差之第一圖案及第二圖案之圖案之剖面構造之例，且為將第一及第二圖案間之相對位置與基準值進行比較而求出重合偏差之例。

圖4(b)係具有測量實施例1之重合偏差之第一圖案及第二圖案之圖案之剖面構造之例，且為於第一圖案之左右兩處測量與第二圖案之相對位置，並根據其差求出重合偏差之例。

圖5(a)係測量1方向之重合偏差之圖案之例。

圖5(b)係測量1方向之重合偏差之圖案之例。

圖5(c)係測量1方向之重合偏差之圖案之例。

圖5(d)係測量1方向之重合偏差之圖案之例。

圖6(a)係同時測量2方向之重合偏差之圖案之例。

圖6(b)係同時測量2方向之重合偏差之圖案之例。

圖6(c)係同時測量2方向之重合偏差之圖案之例。

圖7(a)係表示實施例1之電子束之掃描方向及掃描順序之圖。

圖7(b)係表示實施例1之電子束之掃描方向及掃描順序之圖。

圖7(c)係表示實施例3之電子束之掃描方向及掃描順序之圖。

圖8係表示實施例2之電子束之掃描方向及掃描順序之圖。

圖9(a)係針對在電子束之掃描區域內定義之複數之測量區域表示 測量偏移之分佈的圖，且為實施例1之測量偏移之分佈之例。

圖9(b)係針對在電子束之掃描區域內定義之複數之測量區域表示測量偏移之分佈的圖，且為實施例2之測量偏移之分佈之例。

圖10係實施例1之重合偏差測量之流程圖。

圖11係實施例1之重合偏差測量方案設定中之GUI畫面之例。

圖12係實施例3之重合偏差測量之流程圖。

以下，使用圖來說明本發明之實施例。

根據本發明，上述電子束之掃描區域內定義之複數之圖案位置測量區域中產生之第一圖案與第二圖案之間之相對位置測量中的測量偏移為對稱。原因在於，上述複數之圖案位置測量區域間電子束之掃描方向及順序為對稱。因此，於上述複數之圖案位置測量區域中求出之重合測量值經相加平均後的最終測量結果中，上述測量偏移被抵消而可減小影響。又，本發明藉由使電子束之掃描方向及順序在上述複數之圖案位置測量區域間點對稱地實施，而可二維地(X、Y方向同時地)進行測量。因此，根據本發明，可藉由X、Y方向同時測量實現測量圖案之小型化及測量產能之提高。

[實施例1]

將本發明之第1實施例之掃描式電子顯微鏡之概略全體構成之方塊圖示於圖3。自電子槍301引出之1次電子束通過聚光透鏡302及偏向器303後，藉由物鏡304而於晶圓305上較細地收束。於晶圓上之微小區域內每個試樣產生二次電子307或反射電子。於觀察表面形狀之情形時主要使用二次電子信號，該二次電子信號係藉由檢測器308而檢測。藉由偏向器303使電子束於試樣上二維地掃描，形成與試樣之表面形狀對應的圖像。聚光透鏡302、物鏡304、偏向器303、檢測器308等係由控制部309控制。

藉由圖像處理部310對所得圖像實施必要的雜訊除去處理等，繼而藉由信號波形解析、運算部311進行邊緣點抽取等而事實必要之測量。將其結果記錄於記錄裝置313，且藉由輸出顯示器314進行顯示。

作成規定測量序列之測量方案時，需要設定晶圓上座標、測量圖案之形狀及種類、電子束掃描區域、掃描方向、掃描順序、測量中使用之算法等參數。該等例如可手動設定地輸入至測量方案作成GUI，亦可參照來自外部之測量位置資訊315或圖案設計資訊316而實現自動化。於測量方案作成GUI312中，兼有以此方式設定上述算法等參數之條件設定部。

其次，圖4(a)及圖4(b)係表示實施本實施形態之重合偏差測量之基板構造者。有於Si基板46上成膜之SiO膜45、及於其上成膜且被加工成第一圖案之SiN膜41。再者，此處所示之基板構造僅為一例，當然亦可應用於具有相同問題之構造。而且，圖4(a)及圖4(b)均係藉由較第二圖案12更前之工序形成第一圖案11、其後形成第二圖案12之微影工序之剖視圖。於微影工序中，塗佈使基底平坦化且兼做下層圖案蝕刻遮罩之旋塗碳(Spin on Carbon)膜43，其後塗佈含Si之抗反射膜(SiARC)42，最後塗佈抗蝕劑41，然後對第二圖案進行曝光、顯影。於例如22nm波節製程之後應用的雙重圖案化製程中，如圖4(b)所示，藉由於第二圖案12之間形成第一圖案11，可使第一與第二圖案形成之圖案之間距微細化。此時，對於第一圖案與第二圖案之間之重合偏差之要求值變得非常嚴格，故而需要精度良好地測量並管理重合偏差。圖4(a)、(b)中所示之信號波形係將電子束之加速電壓設為4kV、將探針電流設為40pA之情形時所得之波形。

第二圖案12係存在於基板表面之抗蝕劑圖案41，與先前尺寸測量同樣地利用形狀對比度檢測信號。於該情形時，可藉由例如閾值法等決定圖案邊緣，並將圖案位置定義為由圖案邊緣所決定之邊緣位置 之重心點。又，亦可藉由其他算法定義圖案位置。進而，於二維複雜形狀之情形時，亦可例如抽取二維抗蝕劑形狀之輪廓線，利用由抽取之輪廓線定義之圖形之重心位置來進行定義。其次，下層之第一圖案11之位置可利用帶電對比度而根據圖4所示之電位對比度之信號來決定。亦可與第二圖案12同樣地定義圖案邊緣，此外亦可對第二圖案位置測量應用使信號全體匹配基準波形、或搜索第二圖案之信號部分之對稱中心的方法。針對第一圖案11及第二圖案12如上述般定義圖案位置，可計算其等之相對位置。

其次，說明根據所測量之相對位置算出重合偏差之方法。於圖4(a)之構造中，測量第一圖案11與第二圖案12之間之相對位置，並求出自其基準值或設計值之偏差量，藉此可測量重合偏差。又，於圖4(b)之構造中，同樣係測量第一圖案11與第二圖案12之間之相對位置，但該情形時並非求出與基準值之偏差量，由於第一圖案11與位於其左右之第二圖案12之間之距離在設計上相等，故而可根據其等之距離之差之1/2來測量重合偏差。

關於重合偏差測量所使用之圖案之佈局，將1方向測量之情形時之例示於圖5。第一圖案11與第二圖案12可交替配置，但由於來自下層之第一圖案之信號之S/N較小，故而亦可如圖5(b)般較多地配置第一圖案。又，亦可如圖5(c)及(d)般將第一圖案11與第二圖案12在電子束掃描區域之中劃分區域後配置。藉此，可防止因第二圖案為例如抗蝕劑等絕緣體時顯著產生之帶電影響導致第一圖案11之信號變得非對稱。藉由設為圖5(d)之配置，即便於取得之CD-SEM產生旋轉誤差時亦可不受此誤差之影響，可精度良好地測量第一圖案11與第二圖案12之間之相對位置。該等圖案中，如圖4所說明般分別求出第一圖案及第二圖案之重心位置，將所得之座標按第一圖案或第二圖案全體進行平均，而可求出第一圖案及第二圖案全體之重心位置。根據其等之重 心位置之差可求出相對位置。如圖4所說明般，例如可求出所得之相對位置之與基準值之偏差量，從而算出重合偏差量。或者，於圖4(a)及圖4(b)中由於第一圖案與位於其左右之第二圖案之間之距離在設計上相等，故而可根據其等之距離之差之1/2測量重合偏差，與此同樣地，對稱之測量圖案中第一圖案與第二圖案之重心位置一致，故而亦可根據其等重心位置之偏差量算出重合偏差量。

其次，將X、Y兩方向之同時測量用圖案之例示於圖6(a)及圖6(b)。如圖6所示，藉由將測量圖案點對稱地佈局，可不受CD-SEM圖像之旋轉誤差或倍率誤差之影響，而高精度地測量第一圖案11與第二圖案12之間之相對位置。又，與1方向測量用圖案同樣地，第一圖案與第二圖案亦可交替地配置，但由於來自下層之第一圖案之信號之S/N較小，故而亦可較多地配置第一圖案。進而，與1方向測量用圖案同樣地，藉由將第一圖案與第二圖案在電子束掃描區域之中劃分區域而配置，可防止因第二圖案為例如抗蝕劑等絕緣體時顯著產生之帶電影響導致第一圖案之信號變得非對稱。

以上，使用圖5、圖6表示了重合偏差測量圖案之例，但亦可使用半導體電路圖案進行測量。

其次，將本實施例之掃描電子束之掃描方法示於圖7(a)、(b)。如上所述，會因電子束之掃描方法及掃描順序而產生帶電量之非對稱性，結果，產生重合測量偏移。為減少該測量偏移，以關於圖7(a)、(b)中所示之點對稱中心71而電子束之掃描方向13及掃描順序14呈對稱的方式掃描電子束。於圖7(a)中，為了於第二圖案12位於晶圓表面時亦不降低來自與X軸平行之圖案邊緣之信號對比度，而有意地使電子束之掃描方向相對於X軸具有角度。又，圖7(a)並非如專利文獻1所記載般交替變換掃描方向來抵消波形之非對稱性的掃描方式。即，於掃描區域之上側及下側出現波形之非對稱性故而產生測量偏移，但藉 由使掃描方向與順序對稱而進行掃描，上側與下側之測量偏移變得對稱，藉由求出在上側與下側測量之重合偏差量之平均，抵消測量偏移而不會出現測量誤差。其次，於圖7(b)中，雖使掃描方向13交替地變換，但關於專利文獻1未記述之掃描順序，係使其相對於點對稱中心對稱而進行掃描。該情形時亦會於掃描區域之上側與下側分別產生測量偏移，且該等測量偏移最終會抵消。為詳細瞭解，將掃描區域內之測量偏移之分佈之例示於圖9(a)。若於掃描區域內，相對於點對稱中心71而對稱地定義4個測量區域A、B、C及D，藉由應用本掃描方式，變成於區域A內與區域C內相對於點對稱中心而對稱之掃描方式。又，同樣地，變成於區域B內與區域D內相對於點對稱中心而對稱之掃描方式。若檢查於各區域內測量第一圖案與第二圖案之相對位置時產生之測量偏移91，則如圖9(a)所示，對稱之測量區域內出現對稱之測量偏移。由此，利用在測量區域A~D內測量之相對位置之相加平均求出之相對位置中，測量偏移被消除，獲得無測量偏移之高精度之相對位置測量結果。藉由該掃描方法，可減少因電子束之掃描方向及掃描順序引發而產生之測量偏移。於該情形時可設為0.5nm以下。

圖10係自本實施例之電子束掃描方法決定至重合測量為止之流程圖。首先，根據晶圓上所形成之測量圖案或實際圖案決定重合測量用圖案及電子束掃描區域(1001)。此時，使電子束掃描方向與掃描順序對稱，且使測量用圖案亦具有對稱性，藉此可提高測量精度。即便電子束掃描區域內全體測量圖案不對稱，於複數之測量區域內具有對稱性便可有效地提高測量精度。其次，考慮測量用圖案之對稱性而決定掃描區域內之點對稱中心，同時於掃描區域內決定如圖9(a)所示之複數之測量區域(1002)。再者，可於掃描區域內之複數之測量區域內分別求出第一圖案與第二圖案間之相對位置，亦可於複數之測量區域 內全體求出第一圖案重心位置，且同樣地於複數之測量區域內全體求出第二圖案重心位置，根據該等重心位置求出第一圖案與第二圖案間之相對位置。繼而，以使電子束之掃描方向及掃描順序相對於上述點對稱中心而對稱之方式進行決定(1003)。其後，與通常之使用CD-SEM之方案作成同樣地，決定其他測量方案作成所需之參數(1004)。其次，執行方案，取得CD-SEM圖像(1005)。根據取得之圖像，於上述複數之測量區域內測量第一及第二圖案位置(1006)。使用測量結果，於複數之測量區域內決定第一圖案與第二圖案間之相對位置，並使用此相對位置算出重合偏差量(1007)。繼而，使用該等複數之測量區域內之重合偏差測量結果，算出最終的重合偏差量(1008)。此時，根據掃描方式之對稱性而成為測量誤差之測量偏移被抵消，故而可提高測量精度。最後，將該測量結果及根據複數之測量區域內之重合偏差測量結果算出之測量偏移量顯示於裝置之顯示器上(1009)，進而於該等超過預先規定之容許值之情形時，在顯示器上顯示超出容許值之訊息(1010、1011)，並結束測量(1012)。

將用於決定並輸入對稱中心及複數之測量區域、以及掃描方向、掃描順序等的設定輸入部位作成於本測量裝置之方案設定畫面GUI上，藉此可提高方案作成之操作性。將該例示於圖11。準備有對稱中心指定(1102)、點對稱或線對稱之選擇(1103)、電子束掃描方向之指定(1104)、電子束掃描順序之指定(1105)、及算出測量偏移之區域之指定(1106)等選單。進而，藉由輸出測量偏移值、或顯示測量偏移值之掃描區域內分佈，可更容易地確認本方式之效果。

[實施例2]

表示第二實施例。於第一實施例中係表示X、Y方向同時測量之例，本發明亦可應用於1方向測量之情形。於1方向測量之情形時，關於對稱性亦可代替點對稱而設為線對稱。例如，使用如圖5(a)~(d)所 示之測量圖案，藉由圖8所示之電子束之掃描方法可提高測量精度。圖8之掃描方法係如專利文獻2所記載般向與重合偏差測量方向正交之方向進行掃描，但關於專利文獻2未記載之掃描順序，係設為相對於對稱軸而對稱地進行掃描，藉此可減少X方向之測量偏移。將測量偏移之掃描區域內之分佈之例示於圖9(b)。定義複數之測量區域A及B，相對於線對稱之對稱軸81，在A及B之測量區域內掃描方向及順序變得對稱。其結果，如圖9(b)所示，在測量區域A及B內產生對稱之測量偏移，在掃描區域全體求出重合偏差量時測量偏移被抵消而不會影響測量結果。其結果，可提高重合測量精度。

[實施例3]

於實施例1及實施例2中，係於掃描區域內之1圖框內使掃描方向及掃描順序具有對稱性，但通常係掃描複數圖框而重合其結果後形成CD-SEM圖像，故而亦可考慮複數圖框之掃描而使掃描方向及順序具有對稱性。將此例示於圖7(c)。第m圖框內以右方向掃描自上而下依序進行掃描，m圖框內掃描方向及順序並不相對於點對稱中心71對稱。然而，如圖7(c)所示，使下一第m+1圖框之圖像以左方向掃描且自下而上依序掃描，藉此於m圖框與m+1圖框合併而成之圖像中，掃描方向及掃描順序變得對稱。藉此，亦可獲得與實施例1同等之效果。

將實施例3中之流程圖示於圖12。於圖10中決定掃描區域內之掃描方向及掃描順序便可，本實施例中係決定各圖框之掃描方向及掃描順序之流程。

[實施例4]

根據圖10之流程圖，必須決定測量圖案及掃描區域之後，決定掃描區域內之對稱軸或點對稱中心、及複數之測量區域，最後決定掃描方向及掃描順序。亦可一面觀察晶圓上之圖案一面手動作成方案， 但藉由使用設計資料等圖案佈局資訊可不觀察晶圓上圖案而決定該等參數。可使用設計資料確認圖案之對稱性、或自動進行抽取。可根據圖案之對稱性抽取對稱中心或對稱軸，並使用其自動地決定掃描方向及掃描順序。

圖3中所示之測量位置資訊315及圖案設計資訊316包含於通常CD-SEM以外之其他裝置。例如，使圖案設計資訊包含於電路圖案設計佈局工具等。將具有簡單設計佈局預覽或編輯功能及可指定CD-SEM之測量所需之參數之功能的程式連接於CD-SEM，藉此可參照CD-SEM之測量方案作成所需之資訊。該程式中組入有使用設計資料之對稱中心之自動抽取功能及自動決定掃描方向及掃描順序之功能，且設為與CD-SEM連接之測量系統，藉此可實現該等之自動化。

以上，於實施例1中使用圖4之雙重圖案化之第2回次微影後之重合偏差測量來說明本發明，但並不限於微影後亦可適用於蝕刻後。又，並不限於雙重圖案化之同層內之重合偏差測量，亦可用於例如邏輯元件之活性層、閘極層間及接觸層之3個不同層間之重合偏差測量。同樣地，亦可應用於記憶體元件中不同層間之重合偏差測量。又，第二圖案可如抗蝕劑圖案般露出於表面，但亦可應用於蝕刻後進而附膜後並未露出於表面之情形時之測量。於此情形時，第二圖案之重心位置測量並非使用形狀對比度，而是與第一圖案同樣地需要使用帶電所致之電位對比度。

再者，於本發明之說明中，係表示第一圖案之位置測量中使用反映了電位對比度之二次電子的例，但於例如使用反射電子檢測第一圖案之位置之情形時亦有效。於檢測高能量之反射電子之情形時，相對於不易受到基板表面之電位對比度之影響，但若僅選擇檢測高能量之反射電子，則信號量會減少而信號之S/N變差。為改善S/N，需要以一定比例包含低能量之反射電子而進行檢測，此時，會受到表面之電 位對比度之影響，產生因帶電之非對稱性引起之測量偏移。由此，於使用反射電子檢測下層圖案之情形時，本測量方式亦有效。

再者，本發明並不限定於上述實施例，可包含各種各樣之變化例。例如，上述實施例係為便於說明本發明而詳細地說明者，並非必須限定為具備所說明之全體構成者。又，亦可將某一實施例之構成之一部分置換為其他實施例之構成，且亦可於某一實施例之構成上添加其他實施例之構成。又，關於各實施例之構成之一部分，可進行其他構成之追加、刪除、置換。

最後，本發明係對掃描電子顯微鏡進行了敍述，但不僅可應用於其他通用SEM，且可應用於各種各樣的荷電粒子束裝置。又，掃描之電子束亦可應用如例如離子束般具有其他極性之荷電粒子束。

11‧‧‧第一圖案

12‧‧‧第二圖案

71‧‧‧點對稱中心

91‧‧‧測量偏移

92‧‧‧測量區域A

93‧‧‧測量區域B

94‧‧‧測量區域C

95‧‧‧測量區域D

Claims (12)

1. 一種測量系統，其具有：條件設定部，其基於在掃描區域內預先規定之任意軸或點，決定掃描方向或掃描順序之條件；圖像處理部，其對具有第一圖案及藉由較第一圖案更後之工序形成之第二圖案的基板，基於由上述條件設定部決定之上述掃描方向或掃描順序之條件，將藉由掃描荷電粒子束所得之圖像之中、在上述掃描區域內具有對稱性之區域彼此相加；及運算部，其基於上述相加結果，對上述基板上之上述第一圖案與藉由較第一圖案更後之工序形成的上述第二圖案之重疊進行運算。
2. 如請求項1之測量系統，其中根據上述相加結果，測量上述第一圖案與上述第二圖案間之X及Y方向之相對位置。
3. 如請求項1之測量系統，其中根據上述相加結果，測量上述第一圖案與第二圖案間之X及Y方向之相對位置，並針對荷電粒子束之掃描區域內定義之複數之圖案位置測量區域，以使其等測量區域間的荷電粒子束之掃描方向及順序為點對稱之方式掃描電子束。
4. 如請求項1之測量系統，其具有顯示與上述掃描條件之作成相關之操作畫面之顯示部，且於上述顯示部顯示與上述荷電粒子束之掃描方向及順序相關之對稱軸或點對稱中心。
5. 如請求項1之測量系統，其中 上述測量裝置具有顯示測量結果之輸出部，且於上述輸出部顯示上述荷電粒子束之掃描區域內定義之複數之圖案位置測量區域中的各區域之測量結果。
6. 如請求項1之測量系統，其中上述條件設定部基於上述第一圖案及第二圖案之圖案佈局資訊，決定上述軸或點之設定。
7. 一種測量方法，其具有：條件設定步驟，其係基於在掃描區域內預先規定之任意之軸或點，決定掃描方向或掃描順序之條件；圖像處理步驟，其係針對具有第一圖案及藉由較第一圖案更後之工序形成之第二圖案的基板，基於由上述條件設定部決定之上述掃描方向或掃描順序之條件，將藉由掃描荷電粒子束所得之圖像之中、在上述掃描區域內具有對稱性之區域彼此相加；及運算步驟，其係基於上述相加結果，對上述基板上之上述第一圖案與藉由較第一圖案更後之工序所形成之上述第二圖案的重疊進行運算。
8. 如請求項7之測量方法，其中上述運算步驟根據上述相加結果，測量上述第一圖案與上述第二圖案間之X及Y方向之相對位置。
9. 如請求項7之測量方法，其中上述條件設定步驟係進行如下設定之步驟，即，根據上述相加結果，測量上述第一圖案與上述第二圖案間之X及Y方向之相對位置，並針對荷電粒子束之掃描區域內定義之複數之圖案位置測量區域，以在上述複數之圖案位置測量區域之間荷電粒子束之掃描方向及順序變成點對稱的方式掃描電子束。
10. 如請求項7之測量方法，其具有顯示與上述掃描條件之作成相關之操作畫面之顯示步驟，且於上述顯示步驟中，顯示與上述荷電粒子束之掃描方向及順序相關之對稱軸或點對稱中心。
11. 如請求項7之測量方法，其具有顯示上述重疊之運算結果之輸出步驟，且於上述輸出步驟中，顯示在上述荷電粒子束之掃描區域內定義之複數之圖案位置測量區域中的各區域之測量結果。
12. 如請求項7之測量方法，其中上述條件設定步驟係基於上述第一圖案及第二圖案之圖案佈局資訊，決定上述軸或點之設定。