TWI749616B - 帶電粒子束系統，及疊合錯位量測定方法 - Google Patents

帶電粒子束系統，及疊合錯位量測定方法 Download PDF

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Abstract

將疊合錯位量的測定在短時間內計測。圖像生成部，基於檢測器的訊號而生成圖像。匹配處理部，在藉由圖像生成部而生成的圖像中，藉由與樣板圖像之匹配處理，辨明疊合計測用圖樣的位置。線廓生成部，掃描疊合計測用圖樣，生成針對二次電子訊號的第1線廓，並且生成針對反射電子訊號的第2線廓。疊合錯位量測定部，從第1線廓辨明疊合計測用圖樣當中的第1圖樣的位置，並且從第2線廓辨明疊合計測用圖樣當中的第2圖樣的位置，基於第1圖樣的位置及第2圖樣的位置，測定試料中的疊合錯位量。

Description

帶電粒子束系統，及疊合錯位量測定方法
本發明有關帶電粒子束系統、及疊合錯位量測定方法。
半導體元件，是藉由運用微影處理及蝕刻處理，進行將形成於光罩的圖樣轉印至半導體晶圓上之工程，反覆此而被製造出來。半導體元件的製造工程中，微影處理及蝕刻處理的良莠、以及異物的產生等，會大幅影響被製造出的半導體元件的良率。是故，及早或事先偵測出製造工程中的異常或不良發生，係十分重要。因此，半導體元件的製造工程中，會進行形成於半導體晶圓上的圖樣之計測或檢査。尤其是，近年來隨著半導體元件的微細化的進一步進展與三維化發展，確切地執行不同工程間圖樣的疊合管理之重要度隨之升高。
以往的裝置中，會進行基於藉由將光照射至半導體元件而得到的反射光，來計測各工程中作成的圖樣位置，計測在不同工程間之圖樣的疊合錯位量。但，由於圖樣的微細化的進展，依賴光的錯位量檢測手法，開始變得難以獲得必要的檢測精度。因此，使用解析力比光還高的掃描型電子顯微鏡來計測圖樣的疊合錯位量之需求隨之升高。
例如專利文獻1中提出一種手法，是藉由掃描型電子顯微鏡測定以雙重圖樣化(double patterning)形成的2個圖樣間的偏差量。另，專利文獻1是以在半導體元件表面形成的2個圖樣作為測定對象。因此，掃描型電子顯微鏡能夠容易地取得該些圖像。
此外，專利文獻2中揭示的掃描型電子顯微鏡，是藉由二次電子檢測器檢測從形成於照射區域內的表面之圖樣產生的訊號，而藉由反射電子檢測器檢測從形成於照射區域內的下部層之圖樣產生的訊號。基於同時被檢測出的2個訊號來計測表面圖樣與下層圖樣間的疊合偏差量。一般而言，二次電子包含較多試料表面的資訊，反射電子包含較多比試料表面還下層的內部的資訊。
在對於微影工程的反饋中，為了在轉印區域全體實現疊合錯位量的高精度計測，需要獲得多數個點的計測資料，盡可能以高次的式子來修正。然而，當欲進行多數個點數的計測的情形下，會導致計測時間變得非常長。下層圖樣的圖像訊號的SN比較上層圖樣的還低，是計測時間變長的一個因素。若欲為了得到高計測精度而獲得必要的圖像SN比，則必須將加算圖幀數增多。加算圖幀數變多，會造成圖像取得時間的增加，實際運用上會有限制計測資料數的必要，其結果會導致半導體元件的良率降低。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2010-85138號公報 專利文獻2：日本特開2014-86393號公報
發明所欲解決之問題
本發明有鑑於上述的待解問題而研發，目的在於提供一種可達成短時間內計測疊合錯位量，藉此能夠對微細化進展下的半導體元件的良率提升有所貢獻之帶電粒子束系統及疊合錯位量測定方法。 解決問題之技術手段
為解決上述待解問題，本發明之帶電粒子束系統，具備：帶電粒子束照射部，對試料照射帶電粒子束；及檢測器，檢測來自前述試料的二次電子訊號或反射電子訊號；及電腦系統，控制前述電子束照射部並且測定前述試料中的疊合錯位量。前述電腦系統，其特徵為，具備：圖像生成部，基於前述檢測器的訊號而生成圖像；及匹配處理部，在藉由前述圖像生成部而生成的圖像中，藉由與樣板圖像之匹配處理，辨明疊合計測用圖樣的位置；及線廓生成部，掃描前述疊合計測用圖樣，生成針對前述二次電子訊號的第1線廓，並且生成針對前述反射電子訊號的第2線廓；及疊合錯位量測定部，從前述第1線廓辨明前述疊合計測用圖樣當中的第1圖樣的位置，並且從前述第2線廓辨明前述疊合計測用圖樣當中的第2圖樣的位置，基於前述第1圖樣的位置及前述第2圖樣的位置，測定前述試料中的疊合錯位量。
此外，本發明之疊合錯位量測定方法，係基於藉由帶電粒子束的往試料之照射而由檢測器檢測出的訊號，來測定試料的相異層之間的疊合錯位量的疊合錯位量測定方法，其特徵為，具備：基於前述檢測器的輸出而生成圖像之步驟；及藉由前述圖像與樣板圖像之匹配處理，辨明疊合計測用圖樣的位置之步驟；及掃描前述疊合計測用圖樣，生成針對述二次電子訊號的第1線廓，並且生成針對述反射電子訊號的第2線廓之步驟；及從前述第1線廓辨明前述疊合計測用圖樣當中的第1圖樣的位置，並且從前述第2線廓辨明前述疊合計測用圖樣當中的第2圖樣的位置之步驟；及基於前述第1圖樣的位置及前述第2圖樣的位置，測定前述試料中的疊合錯位量之步驟。 發明之功效
按照本發明，可達成短時間內計測在多數個點的疊合錯位，能夠運用多數個點的計測資料而正確地管理微影工程的疊合錯位。藉此，能夠提供一種能夠對微細化進展下的半導體元件的良率提升有所貢獻之帶電粒子束系統及疊合錯位量測定方法。
以下參照所附圖面說明本實施形態。所附圖面中，功能上相同的要素可能以相同編號表示。另，所附圖面雖示意依循本揭示的原理之實施形態或建置例，但它們是用來理解本揭示，絕非用來限定性地解釋本揭示。本說明書的記述僅是典型的示例，未以任何意義限定本揭示之申請專利範圍或適用例。
本實施形態中，雖充分詳細地撰寫其說明以便所屬技術領域者實施本揭示，但其他建置、形態亦為可能，應當理解可不脫離本揭示的技術思想之範圍與精神而做構成、構造的變更或多樣要素的置換。是故，以下的記述不得限定解釋其字面。
[第1實施形態] ＜全體構成＞ 首先，參照圖1說明作為第1實施形態之帶電粒子束系統的掃描型電子顯微鏡(SEM)的概略構成。此SEM，具備電子光學系統亦即鏡柱1、及試料室2。
鏡柱1，具備使應當照射的電子線(帶電粒子束)產生之電子槍3、聚光透鏡4、校準器5、ExB濾波器6、偏向器7、及對物透鏡8，而作用成為帶電粒子束照射部。聚光透鏡4及對物透鏡8，使電子槍3中產生的電子線匯聚，使其照射至作為試料的晶圓11上。偏向器7，為了將電子線在晶圓11上掃描，而遵照施加電壓使電子線偏向。校準器5，構成為使得用來將電子線對於對物透鏡8做校準的電場產生。ExB濾波器6，為用來將從晶圓11發出的二次電子捕捉入二次電子檢測器9。
此外，在鏡柱1、及試料室2，設有用來檢測來自晶圓11(試料)的二次電子之二次電子檢測器9(第1檢測器)、及用來檢測來自晶圓11的反射電子之反射電子檢測器10(第2檢測器)。另，晶圓11，載置於試料室2中設置的XY平台13上。在XY平台13上，除了晶圓11，還能夠載置用於射束校正之標準試料12。此外，在XY平台13的上方，為了校準晶圓11，而配備有用來將晶圓11做光學性觀察之光學顯微鏡14。
此SEM還具備放大器15，16、電子光學系統控制器17、平台控制器18、圖像處理單元19、及控制部20。電子光學系統控制器17、平台控制器18、圖像處理單元19、及控制部20，包含於電腦系統100中。電腦系統100，遵照從SEM的各種檢測器獲得的訊號，來執行各種測定(包含疊合錯位量的測定)，並且控制鏡柱1及XY平台13。放大器15及16，將來自二次電子檢測器9及反射電子檢測器10的檢測訊號放大而向圖像處理單元19輸出。身為電腦系統100的一部分之電子光學系統控制器17，遵照來自控制部20的控制訊號而控制鏡柱1內的校準器5、ExB濾波器6、偏向器7等。
身為電腦系統100的一部分之平台控制器18，遵照來自控制部20的控制訊號，輸出用來驅動XY平台13的驅動訊號。控制部20，例如能夠藉由汎用電腦來構成。
身為電腦系統100的一部分之圖像處理單元19，進行透過放大器15及16而獲得之訊號的處理，來執行疊合錯位量的測定或試料分析用的圖像處理。圖像處理單元19，作為一例，具備圖像生成部1901、匹配處理部1902、及線廓(line profile)生成部1903。
圖像生成部1901，遵照從放大器15及16獲得的檢測放大訊號，生成基於二次電子而獲得的晶圓11的表面的圖像P1(第1圖像P1)、及基於反射電子而獲得的比表面還下層的圖像P2(第2圖像P2)。圖像生成部1901，亦可被設計成可執行抽出第1圖像P1及第2圖像P2中的邊緣之邊緣抽出處理、或對於第1圖像P1及第2圖像P2之平滑化處理以作為邊緣抽出的前處理。
匹配處理部1902，執行第1圖像P1與第1圖像P1用的樣板圖像之匹配，抽出和樣板圖像相符的部分圖像。此外，匹配處理部1902，執行第2圖像P2與第2圖像P2用的樣板圖像之匹配，抽出和樣板圖像相符的部分圖像。匹配處理部1902，基於此部分圖像來辨明後述的疊合計測用圖樣的位置。樣板圖像，例如為針對後述的疊合計測圖樣之樣板圖像，形成於晶圓11上的疊合計測用圖樣藉由匹配處理部1902而被辨明。
線廓生成部1903，是掃描匹配處理部1902中辨明的疊合計測用圖樣，其結果從二次電子檢測器9、反射電子檢測器10基於放大器15、16的檢測放大訊號而生成線廓。線廓，可包含基於二次電子訊號的線廓、及基於反射電子訊號的線廓。
身為電腦系統100的一部分之控制部20，透過電子光學系統控制器17、及平台控制器18，掌管掃描型電子顯微鏡(SEM)的全體控制。控制部20，雖圖示省略，但能夠包含滑鼠或鍵盤等供使用者用來輸入指令之輸入部、顯示拍攝圖像等之顯示部、及硬碟或記憶體等之記憶部。
此外，控制部20，例如具備生成前述的樣板圖像之樣板圖像生成部2001、計測疊合錯位量之疊合錯位量測定部2002。圖1的裝置，除前述以外亦可包含各構成要素的控制部及各構成要素間的資訊線(圖示省略)。
＜試料構造＞ 圖2示意測定疊合錯位量的疊合計測用圖樣的構造的一例。圖2(a)為從照射電子的入射方向觀看之圖，圖2(b)示意圖2(a)的C-C’截面。
圖2示例的疊合計測用圖樣，可形成於供實際的電路圖樣形成之區域以外的區域，例如晶圓11的切割線上等。此疊合計測用圖樣，作為一例包含如圖2所示般的圖樣31a、31b、31c、31d、32a、32b、32c、32d。
圖樣31a~31d，例如為形成於晶圓11的表面(上層)的圖樣。圖樣31a及31b被使用於X方向的疊合錯位量的計測，圖樣31c及31d被使用於Y方向的疊合錯位量的計測。
另一方面，圖樣32a~32d為形成於晶圓11的內部的比表面(上層)還位於下方之層(下層)的圖樣。圖樣32a及32b被使用於X方向的疊合錯位量的計測，圖樣32c及32d被使用於Y方向的疊合錯位量的計測。另，當沒有疊合錯位的情形下，疊合計測用圖樣被設計成，圖樣31a與31b之重心、圖樣31c與31d之重心、圖樣32a與32b之重心、圖樣32c與32d之重心會全部一致。微影工程中當在轉印位置發生錯位的情形下，疊合計測用圖樣中也會在上下層間發生錯位。
圖2(c)為二次電子檢測器9所致之二次電子圖像(第1圖像P1)的一例，包含晶圓11的表面(上層)的圖樣31a~31d的圖像。另一方面，圖2(d)為反射電子檢測器10所致之反射電子圖像(第2圖像P2)的一例，包含下層的圖樣32a~32d的圖像。但，第2圖像P2中的圖像的對比度，比第1圖像P1中的圖像還低。
＜配方執行順序＞ 參照圖3的流程圖，說明第1實施形態之掃描型電子顯微鏡(SEM)中，執行複數層間的疊合錯位量的測定之手續的一例。圖3(a)為疊合錯位量的計算時執行之處理手續的全體流程示意流程圖。此外，圖3(b)為圖3(a)當中的步驟S45的手續的細節說明流程圖。步驟S45，如圖3(b)所示，包含步驟S45a~S45h。
首先參照圖3(a)，說明疊合錯位量的測定的全體的手續。首先，控制部20從未圖示的輸入部、或未圖示的顯示部中顯示的GUI畫面，受理測定對象亦即晶圓11之選擇、適用的配方之選擇、及疊合偏差計測的執行的需否之選擇，而開始疊合計測(步驟S41)。另，所謂配方(recipe)是指匯集了用來自動及半自動地實施一連串的測定順序之設定而成者。
控制部20，控制平台控制器18等，將被選擇的晶圓11往試料室2載入(步驟S42)，基於光學顯微鏡像及SEM像來執行晶圓11的校準(步驟S43)。
其後，控制部20控制XY平台13，使晶圓11移動至配方中登錄的測定點的1者(步驟S44)，基於拍攝到的疊合計測用圖樣，執行疊合錯位量計測處理(步驟S45)。當針對配方中登錄的測定點的全部已結束疊合錯位量的測定的情形下(步驟S46的YES)，控制部20將晶圓11從試料室2卸載(步驟S47)，將疊合錯位量的測定結果輸出至未圖示的顯示部等(步驟S48)。
參照圖3(b)，說明圖3(a)的疊合錯位量計測處理(步驟S45)的詳細的手續。一旦晶圓11移動至配方中登錄的測定點的1者，控制部20控制電子光學系統控制器17等而執行SEM圖像的自動對焦(步驟S45a)。
其後，取得低圖幀的SEM圖像(步驟S45b)，則匹配處理部1902中執行和配方建立關聯而被保存的樣板圖像與該SEM圖像之圖樣匹配。遵照此匹配處理的結果，辨明SEM圖像中的疊合計測用圖樣的位置，算出該位置的距配方上的位置之錯位量(步驟S45c)。一旦算出錯位量，控制部30控制電子光學系統控制器17等，基於錯位量將配方中設定的區域進行了位置修正後予以掃描，從二次電子檢測器9及反射電子檢測器10取得二次電子訊號及反射電子訊號(步驟S45d)。
圖像處理單元19的線廓生成部1903，從取得的二次電子訊號作成上層的圖樣(31a~31d)的線廓。其後，控制部20的疊合錯位量測定部2002中，從作成的線廓計測重心位置(步驟S45e)。此外，從同時取得的反射電子訊號計測下層的圖樣(32a~32d)的重心位置(步驟S45f)。然後，從步驟S45e及45f的計測的結果，算出上層的圖樣31a~31d的重心位置與下層的圖樣32a~32d的重心位置之間的錯位量(步驟S45g)。判斷此手續對於被設定作為測定點的所有區域是否處理結束(步驟S45h)，若尚有未處理的區域，則重覆重心位置的錯位算出用的一連串步驟(步驟S45d~步驟S45g)，若所有區域的處理結束(步驟S45h的Yes)，則結束位置錯位計測處理。
＜重心錯位算出順序＞ 以下參照圖4及圖5，說明算出上層及下層中的圖樣31a~31d、及32a~32d的X方向及Y方向的重心位置，而算出疊合錯位量之手續的細節。此例中，參照圖4及圖5如後述般，沿著以X方向作為長邊方向的掃描區域51、及以和X方向交叉的Y方向作為長邊方向的掃描區域53來掃描疊合計測用圖樣，藉此，線廓生成部1903中生成線廓，算出圖樣的重心位置。
首先參照圖4，說明X方向的重心位置的算出手續。圖4(a)所示掃描區域51，是作為進行電子線的掃描的區域而在配方中設定之區域，用來計測上層圖樣(圖樣31a及31b(第1圖樣))與下層圖樣(圖樣32a及32b(第2圖樣))的X方向的重心位置的錯位。圖4(b)中如箭頭(52a~52e)所示，掃描區域51中，電子線朝X方向的箭頭的方向掃描。
圖4(c)為將藉由沿著箭頭(52a~52e)方向的掃描而獲得的二次電子訊號予以加算而得到之線廓(第1線廓)的一例。藉由此線廓，和上層的圖樣31a的邊緣相對應之峰值位置a1 及a2 、以及和上層的圖樣31b的邊緣相對應之峰值位置a3 及a4 會被檢測出來。此處，圖樣31a及31b的各自的X方向的重心位置aX1 、aX2 由下式給出。 aX1 =(a1 +a2 )/2…(式1) aX2 =(a3 +a4 )/2…(式2)
此外，2個圖樣31a及31b的X方向的重心位置aX 由下式給出。 aX =(aX1 +aX2 )/2…(式3)
此外，圖4(d)為將藉由沿著箭頭(52a~52e)方向的掃描而透過反射電子檢測器10獲得的反射電子訊號予以加算而得到之線廓(第2線廓)的一例。和下層的圖樣32a相對應之邊緣位置b1 及b2 、以及和下層的圖樣32b相對應之邊緣位置b3 及b4 會被檢測出來。此處，圖樣32a及32b的各自的X方向的重心位置bX1 、bX2 由下式給出。 bX1 =(b1 +b2 )/2…(式4) bX2 =(b3 +b4 )/2…(式5)
此外，2個圖樣32a及32b的X方向的重心位置bX 由下式給出。 bX =(bX1 +bX2 )/2…(式6)
此外，X方向的疊合錯位量ΔX由以下式子求出。 ΔX=bX -aX …(式7)
接著參照圖5，說明Y方向的重心位置的算出手續。圖5(a)所示掃描區域53，是作為將電子線沿著Y方向掃描的區域而在配方中設定之區域，用來計測上層的圖樣31c及31d與下層的圖樣32c及32d的Y方向的重心位置的錯位。圖5(b)中如箭頭(54a~54e)所示，掃描區域53中，電子線沿著Y方向掃描。
圖5(c)為將藉由沿著箭頭(54a~54e)方向的掃描而獲得的二次電子訊號予以加算而得到之線廓的一例。藉由此線廓，和上層的圖樣31c的邊緣相對應之峰值位置a5 及a6 、以及和上層的圖樣31d的邊緣相對應之峰值位置a7 及a8 會被檢測出來。此處，圖樣31c及31d的各自的Y方向的重心位置aY1 、aY2 由下式給出。 aY1 =(a5 +a6 )/2…(式8) aY2 =(a7 +a8 )/2…(式9)
此外，2個圖樣31c及31d的Y方向的重心位置aY 由下式給出。 aY =(aY1 +aY2 )/2…(式10)
此外，圖5(d)為將藉由沿著箭頭(54a~54e)方向的掃描而獲得的反射電子訊號予以加算而得到之線廓的一例。藉由此線廓，和下層的圖樣32c相對應之邊緣位置b5 及b6 、以及和下層的圖樣32d相對應之邊緣位置b7 及b8 會被檢測出來。此處，圖樣32c及32d的各自的Y方向的重心位置bY1 、bY2 由下式給出。 bY1 =(b5 +b6 )/2…(式11) bY2 =(b7 +b8 )/2…(式12)
此外，2個圖樣32a及32b的X方向的重心位置bX 由下式給出。 bY =(bY1 +bY2 )/2…(式13)
此外，Y方向的疊合錯位量ΔY由以下式子求出。 ΔY=bY -aY …(式14)
上述的(式7)、(式14)中演算出的ΔX、ΔY，被輸出作為步驟S45的結果。
＜對配方的樣板圖像/掃描區域/測定座標的登錄手續＞ 接著參照圖6~圖11，說明將樣板圖像、掃描區域、及測定位置設定於配方之手續。圖6~圖11示意執行此手續的情形下之顯示部的顯示畫面的一例。
一旦指示執行對配方的樣板圖像等的登錄手續，則在顯示部會顯示如圖6所示般的GUI畫面111。圖6的顯示畫面，示意樣板圖像被登錄後的GUI畫面111的顯示例。此GUI畫面111，作為一例，具備對映圖顯示區域112、圖像顯示區域113、配方條件顯示區域114、掃描區域登錄部122。
對映圖顯示區域112，為一被設成可選擇性地顯示可掌握晶圓11的全體像之晶圓對映圖圖像、或可掌握構成晶圓11的一部分之晶片的構造之晶片對映圖圖像的區域。圖像顯示區域113，為一被設成可選擇性地顯示拍攝到的第1圖像P1或第2圖像P2的區域。此外，配方條件顯示區域114，為一顯示被登錄作為配方的樣板圖像、線廓、測定座標等的區域。掃描區域登錄部122，為用來登錄前述的掃描區域51或53的操作畫面。
對映圖顯示區域112中，晶圓對映圖圖像與晶片對映圖圖像之顯示切換，能夠藉由點擊配置於對映圖顯示區域112的下部之晶圓對映圖選擇按鈕115a或晶片對映圖選擇按鈕115b來進行。圖6中揭示晶片對映圖被選擇/顯示之狀態，而示意晶片對映圖受到選擇，因此晶片對映圖選擇按鈕115b被高亮顯示。在晶片對映圖圖像顯示於對映圖顯示區域112之狀態下點擊晶片對映圖圖像的期望的位置(116)，藉此能夠使XY平台13移動往晶片對映圖圖像內的被選擇的位置(116)。
XY平台13移動至被選擇的位置後，若點擊圖像取得按鈕119，則取得SEM圖像。此實施形態之裝置中，會同時取得二次電子圖像及反射電子圖像。
圖像顯示區域113中的第1圖像P1或第2圖像P2的選擇性的顯示切換，能夠藉由點擊圖像顯示區域113的下方顯示之二次電子圖像選擇按鈕117a、或反射電子圖像選擇按鈕117b來進行。
圖像顯示區域113中的圖像的顯示倍率，能夠藉由顯示倍率變更按鈕118來變更。此外，其他的圖像取得條件，能夠藉由圖像條件設定按鈕120啟動圖像條件設定視窗來進行。二次電子圖像(第1圖像P1)的樣板圖像的登錄，能夠在藉由二次電子圖像選擇按鈕117a使第1圖像P1顯示於圖像顯示區域113的狀態下，藉由點擊樣板登錄按鈕121來進行。
被登錄的樣板圖像，會顯示於配方條件顯示區域114的樣板登錄頁籤124內的樣板顯示區域128a。在登錄有樣板圖像的狀態下，點擊樣板顯示按鈕128b，則登錄著的樣板圖像會顯示於圖像顯示區域113。圖6示意藉由點擊樣板顯示按鈕128b而在圖像顯示區域113顯示樣板圖像的狀態。
接著參照圖7~圖10說明掃描區域51、53的登錄方法。有關掃描區域51、53的資訊，登錄後各自被保存於配方條件顯示區域114的測定(X方向)頁籤125、及測定(Y方向)頁籤126。
首先，針對X方向的掃描區域51的登錄，參照圖7~圖9說明之。若樣板圖像被登錄，而已登錄的樣板圖像顯示於圖像顯示區域113，則接下來執行掃描區域51的設定動作。掃描區域登錄部122中，透過掃描方向輸入部123b、掃描線數輸入部123c、加算圖幀數輸入部123d輸入掃描區域51的掃描條件(例如掃描方向、掃描線數、加算圖幀數)，藉此掃描區域51被登錄。
藉由掃描區域選擇按鈕123a選擇了掃描區域選擇模式後，圖像顯示區域113中在各輸入部123b~123d輸入期望的資料，藉此選擇掃描區域129a。選擇後，點擊掃描按鈕123e，則掃描區域129a藉由設定好的掃描條件而被電子線掃描。掃描的結果獲得的二次電子訊號及反射電子訊號的線廓，各自顯示於測定(X方向)頁籤125內的線廓顯示區域130的二次電子訊號顯示部133、及反射電子訊號顯示部134(參照圖7)。
接著參照圖8及圖9，說明線廓中的測定位置的登錄的手續。圖8例子中，在測定(X方向)頁籤125內的線廓顯示區域130的二次電子訊號顯示部133、反射電子訊號顯示部134，顯示著二次電子的線廓、反射電子的線廓。
此狀態下，在線廓顯示區域130的右側，顯示著圖樣位置測定條件設定區域131。在此圖樣位置測定條件設定區域131，顯示著設定在晶圓11的上層(Layer-1)中使用二次電子訊號(SE)、反射電子訊號(BSE)的哪一者之CH設定區域135a、設定測定點數之測定點數設定區域135b、設定按鈕135c、登錄按鈕135d、刪除按鈕135e。此外，顯示著設定在晶圓11的下層(Layer-2)中使用二次電子訊號(SE)、反射電子訊號(BSE)的哪一者之CH設定區域136a、設定測定點數之測定點數設定區域136b、設定按鈕136c、登錄按鈕136d、刪除按鈕136e。
圖樣位置測定條件設定區域131中，針對上層(Layer-1)在CH設定區域135a、測定點數設定區域135b進行輸入，其後點擊設定按鈕135c，則在二次電子訊號顯示部133內會顯示測定游標137a、137b。藉由滑鼠操作調整測定游標137a、137b的寬度及位置，使得測定游標137a包含二次電子訊號的線廓的左側的圖樣，測定游標137b包含右側的圖樣，其後點擊登錄按鈕135d使Layer-1的測定區域確定。當重新登錄測定區域的情形下，藉由刪除按鈕135e刪除現在的登錄區域後，再度登錄。
依同樣方式，圖樣位置測定條件設定區域131中，針對下層(Layer-2)在CH設定區域136a、測定點數設定區域136b進行輸入，其後點擊設定按鈕136c，則在反射電子訊號顯示部134內會顯示測定游標138a、138b。藉由滑鼠操作調整測定游標138a、138b的寬度及位置，使得測定游標138a包含反射電子訊號的線廓的左側的圖樣，測定游標138b包含右側的圖樣，其後點擊登錄按鈕136d使Layer-2的測定區域確定。當重新登錄測定區域的情形下，藉由刪除按鈕136e刪除現在的登錄區域後，再度登錄。
依此取得線廓，設定線廓中的各種測定條件，則藉由點擊疊合錯位計測區域132的測定按鈕141a，便如上述般在設定好的條件下執行疊合錯位計測。此時，在線廓顯示區域130會顯示線廓、以及上層的圖樣31a及31b之重心位置139、下層的圖樣32a及32b之重心位置140。又，測定出的疊合錯位量會顯示於計測結果顯示區域141b。若計測結果沒有問題，則點擊OK按鈕141c，使計測條件確定。
參照圖10，說明Y方向的掃描區域53的登錄。和X方向的掃描區域51的登錄動作之差異點在於，掃描區域登錄部122中，作為掃描方向輸入部123b的輸入是輸入[Y]。
其後，線廓中的測定位置的登錄手續中，在測定(Y方向)頁籤126內的線廓顯示區域150的二次電子訊號顯示部153、反射電子訊號顯示部154，會顯示二次電子的線廓、反射電子的線廓。此狀態下，在線廓顯示區域150的右側，顯示著圖樣位置測定條件設定區域151。此圖樣位置測定條件設定區域151中，如同X方向的情形般，操作CH設定區域155a、156a、測定點數設定區域15b、156b、設定按鈕155c、156c、登錄按鈕155d、156d、刪除按鈕155e、156e，來執行測定位置的登錄。
依此取得線廓，設定線廓中的各種測定條件，則藉由點擊疊合錯位計測區域152的測定按鈕161a，便如上述般在設定好的條件下執行疊合錯位計測。此時，在線廓顯示區域150會顯示線廓、以及上層的圖樣31c及31d之重心位置159、下層的圖樣32c及32d之重心位置160。又，測定出的疊合錯位量會顯示於計測結果顯示區域161b。若計測結果沒有問題，則點擊OK按鈕161c，使計測條件確定。
接著，藉由圖11說明測定座標的登錄手續。圖11中，藉由點擊晶圓對映圖選擇按鈕115a而在對映圖顯示區域112顯示著晶圓對映圖。又，配方條件顯示區域114中顯示著座標清單頁籤127，被登錄作為測定座標之座標的資料顯示於計測點清單172。
此狀態下，藉由在晶圓對映圖上點擊測定點171，XY平台13被驅動，使XY平台13移動往欲測定的點。一旦移動完畢，點擊圖像取得按鈕119取得SEM圖像。取得的SEM圖像會顯示於圖像顯示區域113。若顯示出的圖像從期望的拍攝位置偏離，則在圖像顯示區域113點擊欲取得圖像的位置後，再度取得圖像。
一旦取得期望的圖像，則點擊登錄按鈕173a，藉此將被取得圖像的座標追加至座標清單頁籤127的計測點清單172。當修正已登錄的計測點的資訊的情形下，能夠在計測點清單172雙重點擊欲變更的計測點而設為編輯狀態，而進行必要的修正。此外，當刪除計測點，在計測點清單172中欲刪除的計測點被選擇的狀態下，點擊刪除按鈕173b。
以下參照圖12，說明圖3(b)的流程圖中，圖樣匹配工程(步驟S45c)與設定區域的掃描工程(步驟S45d)中針對掃描區域的位置修正方法的細節。
此處，對於圖12(a)所示之樣板圖像181，訂定以樣板圖像的左下起算(Ax、Ay)的位置作為中心而設定掃描區域182。然後，藉由配方執行時取得的圖像183與樣板圖像181之圖樣匹配，假定相當於樣板圖像181的區域184，被決定在從取得的圖像183偏移恰好(ΔAx、ΔAy)的位置(圖12(b))。在此情形下，當以如圖12(a)所示般的掃描區域182計測圖像183中包含的疊合計測用圖樣的情形下，掃描的位置會偏離最佳位置，而可能發生難以做正確的疊合錯位量的計測之情形。鑑此，第1實施形態中，在取得的圖像183中進行位置修正使其掃描以左下起算(Ax+ΔAx、Ay+ΔAy)的位置作為中心之區域185。藉此，便能掃描期望的圖樣位置(圖12(c))。
上述實施形態中的配方作成中，說明了對於取得的線廓，由使用者在GUI畫面上手動進行測定游標的位置的調整之例子。構成為，將和線廓相對應之線樣板圖像與測定游標事先登錄作為配方，而執行此線樣板圖像與取得的線廓之匹配處理，遵照該匹配處理的結果，自動調整在前述線廓上設定的測定游標的位置。
參照圖13，說明上層的圖樣的重心位置的計測(圖3(b)的步驟S45e)、及下層的圖樣的重心位置的計測(步驟S45f)中，自動地修正測定游標的位置之手續。
對於反射電子訊號的線樣板圖像191，2個測定游標192a、192b被設定作為配方，以便涵蓋和圖樣相對應之位置。左側的測定游標192a，被設定在將從線樣板圖像191的左端起算距離X0的位置作為中心之寬度WX0 的範圍。同樣地，右側的測定游標192b，被設定在將從線樣板圖像191的左端起算距離X1的位置作為中心之寬度WX1 的範圍。
藉由配方執行時取得的反射電子訊號的線廓193與線樣板圖像191之圖樣匹配，相當於線樣板圖像191的區域194，被決定在從取得的線廓193偏移恰好距離ΔX的位置(圖13(b))。此時，如圖13(c)所示，取得的線廓193中，以左端起算X0 +ΔX的位置成為中心之方式來配置左側的測定游標195a。此外，以左端起算X1+ΔX的位置成為中心之方式來配置右側的測定游標195b。藉此，便能以契合表面圖樣位置之方式配置2個測定游標。
如以上說明般，按照第1實施形態之掃描型電子顯微鏡(SEM)，一旦辨明疊合計測用圖樣的位置，便沿著在該位置設定的掃描區域執行電子線的掃描，藉此取得疊合計測用圖樣的線廓。掃描區域，能夠僅限定在疊合錯位量的計測所必要的部分，因此能夠減低掃描需要的時間。是故，即使當測定多數個點的情形下，疊合錯位量的測定仍可在短時間內計測，藉此能夠對微細化進展下的半導體元件的良率提升有所貢獻。具體而言，當以TV速率(30圖幀/秒)將64圖幀的圖像加算來計測疊合錯位量的情形下，光是區域的掃描就會花費超過2秒的時間，當測定多數個點的情形下疊合錯位量的計測必須要長時間。但，按照本實施形態，當藉由TV速率的10掃描線的資訊來取得線廓的情形下，掃描時間能夠抑制在0.042秒。是故，比起以往能夠大幅縮短疊合錯位量的計測需要的時間。
[第2實施形態] 接著，參照圖14~圖16說明作為第2實施形態之帶電粒子束系統的掃描型電子顯微鏡(SEM)的概略構成。此第2實施形態之掃描型電子顯微鏡的構成，可和第1實施形態(圖1)大略同一。此外，疊合錯位量的測定的手續，亦可藉由和圖3的流程圖大略同一的手續來執行。但，此實施形態中，疊合計測用圖樣的計測的手續的細節和第1實施形態相異。
圖14示意第2實施形態中運用之疊合計測用圖樣的構造的一例。圖14(a)為從照射電子的入射方向觀看之疊合計測用圖樣的平面圖，圖14(b)示意圖14(a)的D-D’截面。
圖樣201a、201b、圖樣202a、202b為形成於晶圓11的表面(上層)的圖樣，圖樣203a、203b、203c、204a、204b、204c、205a、205b、205c為形成於晶圓11的內部亦即比表面還下方的層(下層)的圖樣。當沒有疊合錯位的情形下，被設計成，圖樣201a與201b之重心、圖樣202a與202b之重心、圖樣203a、203b、203c之重心、圖樣204a、204b、204c之重心、以及圖樣205a、205b、205c之重心會全部一致。
圖14(c)為二次電子檢測器9所致之二次電子圖像(第1圖像P1)的一例，包含表面的圖樣201a~b、202a~b的圖像。另一方面，圖14(d)為反射電子檢測器10所致之反射電子圖像(第2圖像P2)的一例，包含下層的圖樣203a~c、204a~c、205a~c的圖像。圖14(d)的圖像為反射電子圖像，因此比起圖14(c)的圖像對比度較低。
參照圖15，說明算出疊合錯位計測用圖樣的X方向的重心位置的錯位量之手續的細節。圖15(a)所示掃描區域211a~211d，是為了計測上層的圖樣與下層的圖樣的X方向的重心位置的錯位量而在配方中設定之區域。此第2實施形態中，針對掃描區域211a~d，並非以單方向，而是以雙方向(從左向右之方向、及從右向左之方向)進行掃描(圖15(b)的箭頭212a~d、213a~d)。作為一例，以箭頭212a、箭頭213a、箭頭212b、箭頭213b、箭頭212c、箭頭213c、212d、213d的順序進行掃描。當作為圖幀數設定2以上的情形下，以恰好設定好的圖幀數份量，反覆箭頭212a至箭頭213d之掃描。此處，將相異掃描方向的訊號加算，是為了抵消取決於掃描方向而發生之重疊(overlay)計測值的位移(offset)。
圖15(c)為將藉由掃描而獲得的二次電子訊號予以加算而得到之線廓的一例。藉由從右往左的掃描(213a~d)而獲得的訊號，以和藉由從左往右的掃描(212a~ d)而獲得的訊號相符之方式被反轉後被加算，藉由此加算訊號，圖像處理單元19中生成線廓。線廓中，和上層的圖樣201a~d相對應之峰值位置(a1 ~a4 )會被檢測出來。此處，左列的圖樣(201a、202a)的X方向的重心位置aX1 、以及右列的圖樣(201b、202b)的X方向的重心位置aX2 由下式給出。 aX1 =(a1 +a2 )/2…(式21) aX2 =(a3 +a4 )/2…(式22)
此外，4個上層圖樣的X方向的重心位置aX 由下式給出。 aX =(aX1 +aX2 )/2…(式23)
此外，圖15(d)為將藉由掃描而獲得的反射電子訊號予以加算而得到之線廓的一例。藉由從右往左的掃描(213a~d)而獲得的訊號，以和藉由從左往右的掃描(212a~d)而獲得的訊號相符之方式被反轉後被加算，藉由此加算訊號，圖像處理單元19中生成線廓。線廓中，和下層的圖樣相對應之邊緣位置(b1 ~b6 )會被檢測出來。此處，左列的圖樣(203a、204a、205a)的X方向的重心位置bX1 、中央列的圖樣(203b、204b、205b)的X方向的重心位置bX2 、以及右列的圖樣(203c、204c、205c)的X方向的重心位置bX3 由下式給出。 bX1 =(b1 +b2 )/2…(式24) bX2 =(b3 +b4 )/2…(式25) bx3 =(b5 +b6 )/2…(式26)
此外，9個下層圖樣的X方向的重心位置bX 由下式給出。 bX =(bX1 +bX2 +bx23 )/3…(式27)
此處，X方向的疊合錯位量Δx由以下式子求出。 Δx=bX -aX …(式28)
參照圖16，說明第2實施形態之本實施例2中的掃描區域211a~d的登錄方法。有關掃描區域211a~d的資訊，可被保存於配方條件顯示區域114的測定(X方向)頁籤125、以及測定(Y方向)頁籤126。以下，說明X方向的位置錯位計測用的掃描區域的登錄。
若樣板圖像被登錄，而顯示於圖像顯示區域113，則接下來執行掃描區域222a~d的設置動作。掃描區域登錄部221中，透過掃描方向輸入部222a、掃描區域輸入部222b、掃描線數輸入部222c、加算圖幀數輸入部222d輸入掃描區域222a~d的掃描條件(例如掃描方向、掃描線數、加算圖幀數)，藉此掃描區域222a~d被登錄。此處，掃描方向輸入部222a，作為掃描方向，可選擇僅左→右方向(X-normal)、僅右→左方向(X-reverse)、雙方向(X-both)的任一者。此實施形態中選擇X-both，藉此抵消取決於掃描方向之疊合錯位量計測值的位移，但亦可算出X-normal下的計測值與X-reverse下的計測值之平均值。
接著，藉由掃描區域選擇按鈕222a選擇了掃描區域選擇模式後，調整圖像顯示區域113中遵照各輸入部222b~222d的輸入值而顯示之區域的位置，藉此設定掃描區域。設定後，點擊掃描按鈕222e，則掃描區域211a~d藉由設定好的掃描條件被掃描，獲得的二次電子訊號及反射電子訊號的輪廓，各自被顯示於測定(X方向)頁籤125內的線廓顯示區域130的二次電子訊號顯示部133及反射電子訊號顯示部134。
一旦獲得此狀態，便如同第1實施形態般，執行線廓中的測定位置的登錄手續。如圖16所示，在線廓顯示區域130的右側，顯示著圖樣位置測定條件設定區域131。
圖樣位置測定條件設定區域131中，針對上層(Layer-1)在CH設定區域135a、測定點數設定區域135b進行輸入，其後點擊設定按鈕135c，則在二次電子訊號顯示部133內會顯示測定游標223a、223b。藉由滑鼠操作調整測定游標223a、223b的寬度及位置，使得測定游標223a包含二次電子訊號的線廓的左側的圖樣，測定游標223b包含右側的圖樣，其後點擊登錄按鈕135d使Layer-1的測定區域確定。當重新登錄測定區域的情形下，藉由刪除按鈕135e刪除現在的登錄區域後，再度登錄。
依同樣方式，圖樣位置測定條件設定區域131中，針對下層(Layer-2)在CH設定區域136a、測定點數設定區域136b進行輸入，其後點擊設定按鈕136c，則在反射電子訊號顯示部134內會顯示測定游標(224a、224b、224c)。藉由滑鼠操作調整測定游標的寬度及位置，使得測定游標224a包含左側列的圖樣，測定游標224b包含中央列的圖樣，測定游標224c包含右側列的圖樣，點擊設定按鈕136d使Layer-2的測定區域確定。當重新登錄測定區域的情形下，藉由刪除按鈕136e刪除現在的登錄區域後，再度登錄。
依此取得線廓，設定線廓中的各種測定條件，則藉由點擊疊合錯位計測區域132的測定按鈕141a，便如上述般在設定好的條件下執行疊合錯位計測。此時，在線廓顯示區域130會顯示線廓、以及上層的圖樣之重心位置225、下層的圖樣之重心位置226。又，測定出的疊合錯位量會顯示於計測結果顯示區域141b。若計測結果沒有問題，則點擊OK按鈕141c，使計測條件確定。
如以上說明般，按照此第2實施形態，能夠獲得和第1實施形態同等的效果。再加上，按照此第2實施形態，有關掃描區域，是設計成可從雙方向掃描圖樣，將雙方向的訊號加算來生成線廓。按此，便可抵消檢測器間的響應性的差異、或帶電所致之位移來生成線廓，而可達成更高精度的疊合錯位量的計測。
另，本發明並不限定於上述實施形態，而包含各種變形例。例如，上述實施形態是為了便於說明本發明而詳加說明，並非限定於一定要具備所說明之所有構成。此外，可將某一實施形態的一部分置換成其他實施形態之構成，又，亦可於某一實施形態之構成追加其他實施形態之構成。此外，針對各實施形態的構成的一部分，可追加、刪除、置換其他構成。此外，上述的各構成、功能、處理部、處理手段等，它們的一部分或全部，例如亦可藉由以積體電路設計等而由硬體來實現。
1:鏡柱 2:試料室 3:電子槍 4:聚光透鏡 5:校準器 6:ExB濾波器 7:偏向器 8:對物透鏡 9:二次電子檢測器 10:反射電子檢測器 11:晶圓 12:標準試料 13:XY平台 14:光學顯微鏡 15,16:放大器 17:電子光學系統控制器 18:平台控制器 19:圖像處理單元 20:控制部 100:電腦系統
[圖1] 作為第1實施形態之帶電粒子束系統的掃描型電子顯微鏡(SEM)的概略構成示意概略圖。 [圖2] 示意第1實施形態中運用之用來測定疊合錯位量的疊合計測用圖樣的構造的一例。 [圖3] 第1實施形態之掃描型電子顯微鏡(SEM)中，執行複數層間的疊合錯位量的測定之手續的一例說明流程圖。 [圖4] 疊合錯位量的計測中，疊合計測用圖樣的X方向的重心位置的算出手續說明概略圖。 [圖5] 疊合錯位量的計測中，疊合計測用圖樣的Y方向的重心位置的算出手續說明概略圖。 [圖6] 第1實施形態之裝置中，將樣板圖像、掃描區域、及測定位置設定於配方的手續說明畫面顯示例。 [圖7] 第1實施形態之裝置中，將樣板圖像、掃描區域、及測定位置設定於配方的手續說明畫面顯示例。 [圖8] 第1實施形態之裝置中，將樣板圖像、掃描區域、及測定位置設定於配方的手續說明畫面顯示例。 [圖9] 第1實施形態之裝置中，將樣板圖像、掃描區域、及測定位置設定於配方的手續說明畫面顯示例。 [圖10] 第1實施形態之裝置中，將樣板圖像、掃描區域、及測定位置設定於配方的手續說明畫面顯示例。 [圖11] 第1實施形態之裝置中，將樣板圖像、掃描區域、及測定位置設定於配方的手續說明畫面顯示例。 [圖12] 圖3(b)的流程圖中，圖樣匹配工程(步驟S45c)與設定區域的掃描工程(步驟S45d)中針對掃描區域的位置修正方法的細節說明之概略圖。 [圖13] 上層的圖樣的重心位置的計測(圖3(b)的步驟S45e)、及下層的圖樣的重心位置的計測(步驟S45f)中，自動地修正測定游標的位置之手續說明概略圖。 [圖14] 示意第2實施形態中運用之用來測定疊合錯位量的疊合計測用圖樣的構造的一例。 [圖15] 第2實施形態中的疊合錯位量的計測中，疊合計測用圖樣的X方向的重心位置的算出手續說明概略圖。 [圖16] 第2實施形態之裝置的畫面顯示例。
1:鏡柱
2:試料室
3:電子槍
4:聚光透鏡
5:校準器
6:ExB濾波器
7:偏向器
8:對物透鏡
9:二次電子檢測器
10:反射電子檢測器
11:晶圓
12:標準試料
13:XY平台
14:光學顯微鏡
15,16:放大器
17:電子光學系統控制器
18:平台控制器
19:圖像處理單元
20:控制部
100:電腦系統
1901:圖像生成部
1902:匹配處理部
1903:線廓生成部
2001:樣板圖像生成部
2002:疊合錯位量測定部

Claims (13)

  1. 一種帶電粒子束系統，其特徵為，具備：帶電粒子束照射部，對試料照射帶電粒子束；及檢測器，檢測來自前述試料的二次電子訊號或反射電子訊號；及電腦系統，控制前述電子束照射部並且測定前述試料中的疊合錯位量；前述電腦系統，具備：圖像生成部，基於前述檢測器的訊號而生成圖像；及匹配處理部，在藉由前述圖像生成部而生成的圖像中，藉由與樣板圖像之匹配處理，辨明疊合計測用圖樣的位置；及線廓生成部，選擇性地掃描前述疊合計測用圖樣的一部分區域，生成針對前述二次電子訊號的第1線廓，並且生成針對前述反射電子訊號的第2線廓；及疊合錯位量測定部，從前述第1線廓辨明前述疊合計測用圖樣當中的第1圖樣的位置，並且從前述第2線廓辨明前述疊合計測用圖樣當中的第2圖樣的位置，基於前述第1圖樣的位置及前述第2圖樣的位置，測定前述試料中的疊合錯位量。
  2. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述線廓生成部，基於藉由前述匹配處理部而辨明出的前述疊合計測用圖樣的位置，修正執行前述掃描的位 置。
  3. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，具備：顯示部，顯示藉由前述圖像生成部而生成的圖像、及前述第1線廓或前述第2線廓。
  4. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述線廓生成部，構成為可在藉由前述圖像生成部而生成的圖像上指定用於線廓的生成之掃描區域。
  5. 如請求項4記載之帶電粒子束系統，其中，前述線廓生成部，構成為可指定以第1方向作為長邊方向之第1掃描區域、及以和前述第1方向交叉的第2方向作為長邊方向之第2掃描區域。
  6. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述疊合錯位量測定部，遵照和前述第1線廓或前述第2線廓相對應的線樣板圖像與前述第1線廓或前述第2線廓之匹配處理的結果，來調整在前述第1線廓或前述第2線廓設定的測定游標的位置。
  7. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述線廓生成部，將沿著相異方向掃描帶電粒子束而獲得的訊號予以加算，藉此生成前述第1線廓或前述第2線廓。
  8. 一種疊合錯位量測定方法，係基於藉由帶電粒子束的往試料之照射而由檢測器檢測出的訊號，來測定試料的相異層之間的疊合錯位量的疊合錯位量測定方法，其特徵為，具備： 基於前述檢測器的輸出而生成圖像之步驟；及藉由前述圖像與樣板圖像之匹配處理，辨明疊合計測用圖樣的位置之步驟；及選擇性地掃描前述疊合計測用圖樣的一部分區域，生成針對二次電子訊號的第1線廓，並且生成針對反射電子訊號的第2線廓之步驟；及從前述第1線廓辨明前述疊合計測用圖樣當中的第1圖樣的位置，並且從前述第2線廓辨明前述疊合計測用圖樣當中的第2圖樣的位置之步驟；及基於前述第1圖樣的位置及前述第2圖樣的位置，測定前述試料中的疊合錯位量之步驟。
  9. 如請求項8記載之疊合錯位量測定方法，其中，當生成前述第1線廓或前述第2線廓的情形下，基於藉由前述匹配處理而辨明出的前述疊合計測用圖樣的位置，修正執行前述掃描的位置。
  10. 如請求項8記載之疊合錯位量測定方法，其中，更具備：當生成前述第1線廓或前述第2線廓的情形下，指定掃描區域之步驟。
  11. 如請求項10記載之疊合錯位量測定方法，其中，前述掃描區域，包含以第1方向作為長邊方向之第1掃描區域、及以和前述第1方向交叉的第2方向作為長邊方向之第2掃描區域。
  12. 如請求項8記載之疊合錯位量測定方法，其中，遵照和前述第1線廓或前述第2線廓相對應的線 樣板圖像與前述第1線廓或前述第2線廓之匹配處理的結果，來調整在前述第1線廓或前述第2線廓設定的測定游標的位置。
  13. 如請求項8記載之疊合錯位量測定方法，其中，當生成前述第1線廓或前述第2線廓的情形下，將沿著相異方向掃描帶電粒子束而獲得的訊號予以加算，藉此生成前述第1線廓或前述第2線廓。
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