TWI766297B - 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

可做高精度的疊合錯位量之測定。  　　此帶電粒子束系統，具備：電腦系統，基於前述檢測器的輸出，測定前述試料的第1層，及比前述第1層還下層的第2層之間的疊合錯位量。電腦系統，基於檢測器的輸出，生成針對第1層的第1圖像、及針對第2層的第2圖像，將第1加算張數的前述第1圖像予以加算而生成第1加算圖像，將比前述第1加算張數還大的第2加算張數的前述第2圖像予以加算而生成第2加算圖像。基於前述第1加算圖像及第2加算圖像，測定前述第1層及前述第2層之間的疊合錯位量。

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，對於提升半導體元件的良率係十分重要。
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的圖樣的疊合錯位量的計測及控制之重要度隨之升高。
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，揭示一種檢測二次電子及反射電子，對各者套用最佳的對比度修正，藉此高精度地測定不同層間(上層與下層)的疊合錯位量之技術。但，如此專利文獻1記載般，當藉由掃描型電子顯微鏡測定上層的圖樣與下層的圖樣之疊合錯位量的情形下，來自下層的訊號比來自上層的訊號雜訊多。因此，專利文獻1的裝置中，是將取得的圖像做複數張加算，藉此使SN比(訊號雜訊比)提升，來實現高精度的疊合錯位量的測定。
但，此方法中，由於做複數張圖像的加算，當對測定對象物進行了複數次的帶電粒子束的照射的情形下，在對於帶電粒子束的敏感度高之上層會發生形狀變化，其結果可能造成針對上層的形狀無法獲得正確的資訊之問題。若為避免此而減少圖像的加算張數，則下層的圖像的SN比會變低，反而無法獲得下層的正確資訊。像以上這樣，依前述方法，針對疊合錯位量有難以獲得高計測精度之問題。  [先前技術文獻]  [專利文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2014/181577號
[發明所欲解決之問題]
本發明目的在於提供一種能夠進行高精度的疊合錯位量的測定之帶電粒子束系統，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訊號；及電腦系統，基於前述檢測器的輸出，測定前述試料的第1層，及比前述第1層還下層的第2層之間的疊合錯位量。前述電腦系統，基於前述檢測器的輸出，生成針對第1層的第1圖像、及針對第2層的第2圖像，將第1加算張數的前述第1圖像予以加算而生成第1加算圖像，將比前述第1加算張數還大的第2加算張數的前述第2圖像予以加算而生成第2加算圖像。基於第1加算圖像及第2加算圖像，測定前述第1層及前述第2層之間的疊合錯位量。
此外，本發明之一種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，具備：基於前述檢測器的輸出，生成針對前述試料的第1層的第1圖像、及針對比前述第1層還下層的第2層的第2圖像之步驟；及將第1加算張數的前述第1圖像予以加算而生成第1加算圖像，將比前述第1加算張數還大的第2加算張數的前述第2圖像予以加算而生成第2加算圖像之步驟；及基於前述第1加算圖像及前述第2加算圖像，測定前述第1層及前述第2層之間的疊合錯位量之步驟。    [發明之效果]
按照本發明，能夠提供一種能夠進行高精度的疊合錯位量的測定之帶電粒子束系統，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。
以下說明之實施形態中，作為帶電粒子束系統的一例，主要說明掃描型電子顯微鏡。但，掃描型電子顯微鏡僅是帶電粒子束系統的一例，本發明不限定於以下說明之實施形態。本發明中的帶電粒子束系統係廣泛包含運用帶電粒子束來取得對象的資訊之裝置。作為帶電粒子束系統的一例，可舉出具備掃描型電子顯微鏡的檢查裝置、形狀計測裝置、缺陷檢測裝置。當然，亦可適用於汎用的電子顯微鏡、或具備電子顯微鏡之加工裝置。
此外，上述的帶電粒子束系統亦包含以訊號線連接的系統或具備帶電粒子束系統的複合裝置。此外，以下實施形態中，將半導體晶圓訂為計測對象，而說明半導體晶圓中的2個層的疊合錯位量的測定方法。但，此方法亦為用來示例之一例，本發明不限定於具體記載的例子。例如「疊合錯位量測定」不僅是2層而亦包含3層以上的情形，不僅是各層的圖樣的位置錯位而亦可包含同層的圖樣的位置錯位。
[第1實施形態]  　　參照圖1及圖2，說明第1實施形態之具備疊合錯位量測定功能的帶電粒子束系統。此帶電粒子束系統，作為一例，為掃描型電子顯微鏡(SEM)，構成為運用藉由帶電粒子束亦即電子束的照射而取得的圖像而可執行測定上層的圖樣與下層的圖樣之疊合錯位量的疊合錯位量測定方法。圖1為第1實施形態之掃描型電子顯微鏡(SEM)的概略構成示意概略圖，圖2為各部的動作示意概略圖。
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束(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中產生的電子束匯聚，使其照射至作為試料的晶圓11上。偏向器7，為了將電子束在晶圓11上掃描，而遵照施加電壓使電子束偏向。校準器5，構成為使得用來將電子束對於對物透鏡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。標準試料12，被固定於XY平台13上，XY平台13藉由來自平台控制器18的訊號而移動，藉此決定對於鏡柱1之標準試料12的位置。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。圖像處理單元19、及控制部20整體而言構成電腦系統。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。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。
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。
圖像處理單元19，作為一例，具備圖像生成部1901、加算圖像生成部1902、及匹配處理部1903。圖像處理單元19能夠藉由汎用的電腦而構成，圖像生成部1901、加算圖像生成部1902、及匹配處理部1903藉由未圖示的圖像處理單元19所具有之處理器、記憶體、及內建的電腦程式而在圖像處理單元19內實現。
圖像生成部1901，遵照從放大器15及16接收的放大檢測訊號，生成基於二次電子而獲得的晶圓11的表面(第1層)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(第2層)的圖像P2(第2圖像P2)。另，圖像生成部1901，可包含執行對於獲得的圖像之邊緣抽出處理、平滑化處理、其他的圖像處理之功能。
加算圖像生成部1902，如圖2所示，將藉由複數次的帶電粒子束的照射而獲得的複數個第1圖像P1、或複數個第2圖像P2，予以只加算被指定的加算張數，而分別生成第1加算圖像P1o、第2加算圖像P2o。如後述般，生成第2加算圖像P2o時的加算張數，被設定成比生成第1加算圖像P1o時的加算張數還大的數量。這是因為第1圖像為P1電子束敏感度高的表面的圖像，另一方面第2圖像P2為電子束敏感度低的下層的圖像。
匹配處理部1903，如圖2所示，執行第1加算圖像P1o與第1加算圖像P1o用的樣板圖像T1之匹配，抽出符合樣板圖像T1的第1加算圖像P1o中的圖像。此外，匹配處理部1903，執行第2加算圖像P2o與第2加算圖像P2o用的樣板圖像T2之匹配，抽出符合樣板圖像T2的第2加算圖像P2o中的圖像。
遵照此匹配的結果，控制部20中，晶圓表面與下層之間的疊合錯位量會被計測出。此處，平滑化處理的有無及其強度、以及邊緣抽出處理的有無執行，能夠訂為可依每一圖像而選擇。
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。控制部20能夠藉由汎用的電腦而構成，樣板圖像生成部2001、及疊合錯位量測定部2002藉由未圖示的控制部20所具有之處理器、記憶體、及內建的電腦程式而在控制部20內實現。帶電粒子束系統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)。
參照圖3，說明第1實施形態之帶電粒子束系統中訂為疊合錯位量測定的對象之試料的構造的一例。圖3(a)為表示該試料的層積構造之模型圖(立體圖)的例子。此試料中，晶圓材料亦即氧化矽203位於最下層，在氧化矽203上形成有例如由鋁等金屬材料所成之下層204。又，在氧化矽203及下層204的上方，堆積有由絕緣材料所成之中間層202，又上層201位於中間層202的表面(最上層)。在上層201及中間層202，形成有到達下層204之圓柱型的接觸孔206。此接觸孔206的下端到達下層204的表面。上層201，為保護中間層202的保護層。
圖3(b)~(d)藉由沿著圖3(a)的A-A’部分之截面圖來示意接觸孔206的形成工程。圖3(b)為將孔205以到達中間層202的表面之方式予以蝕刻而形成的階段的截面圖。自圖3(b)的階段進一步施加以上層201作為保護層之蝕刻處理，如圖3(c)所示，形成從上層201的表面到達下層204的表面之接觸孔206。
接觸孔206藉由蝕刻處理後的工程(例如CVD工程)而被導電性物質填埋。藉此，下層204的一部分便與未圖示的上層配線介由埋入的導電物質(接點)而電性連接。
圖3(b)及圖3(c)，示意孔205(接觸孔206)以未滿規定的疊合錯位量而被適當地形成之例子。像這樣若疊合錯位量未滿規定值，則可藉由接點將下層204與上層配線正常地連接。
但，如圖3(d)所示，若接觸孔206的對於下層204之疊合錯位量比容許值還大，則可能造成接觸孔206中填埋的導電性物質與位於下層204的複數個構件相接。在此情形下，比起未發生疊合錯位的情形會導致電路的性能變化，最終製造出的半導體元件可能不會正常地動作。因此，高精度地計測疊合錯位量係為重要。
以下參照圖4~圖7的流程圖，說明本實施形態中的疊合錯位量測定的手續的一例。疊合錯位量測定，是藉由實施圖4所示疊合錯位量測定用的配方設定流程、及圖5所示測定執行流程而實現。圖6說明圖4的配方設定流程中的樣板登錄(步驟S303)的手續的詳細。此外，圖7示意圖5的測定執行流程中的疊合錯位量計算(步驟S404)的手續的詳細。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。此外，所謂樣板是指樣板圖像、圖像取得條件、加算張數等的資訊的集合，為用來進行疊合錯位量的測定的資料的集合。
參照圖4，說明配方設定流程。首先，將疊合錯位量測定的對象物亦即晶圓11往試料室2載入(步驟S301)。接著，執行用來使晶圓11的座標系與裝置的座標系一致之晶圓校準，而登錄作為其結果之晶圓校準資訊(步驟S302)。
其後，取得的圖像中，進行樣板的登錄(步驟S303)，又為了實施疊合錯位量的測定而在晶圓11上登錄訂為測定對象之測定點(步驟S304)。樣板的登錄的詳細後述之。藉由以上的手續，作成疊合錯位量測定用的配方，往後的測定執行流程中，基於作成的配方來執行疊合錯位量的測定。
接著參照圖5，說明測定執行流程。首先，遵照晶圓校準登錄(步驟S302)中登錄的晶圓校準資訊，執行晶圓校準(步驟S401)。接著，移動到測定點登錄(步驟S304)中登錄的測定點(步驟S402)，藉由樣板登錄(步驟S303)中登錄的樣板所決定之圖像取得條件而取得圖像(步驟S403)。
一旦取得晶圓11的表面(上層)的圖像(加算圖像P1o)、及下層的圖像(加算圖像P2o)，便執行取得的加算圖像P1o、P2o與樣板圖像T1、T2之匹配處理，遵照其結果計算上層與下層的疊合錯位量(步驟S404)。有關疊合錯位量的算出後述之。
此步驟S402~S404的動作，會持續直到測定點登錄(步驟S304)中登錄的全部的測定點的測定完成為止。當尚殘留測定未結束的測定點的情形下(步驟S405的No)移動到下一測定點(步驟S402)，當在全部的測定點的測定結束的情形下，將晶圓11從試料室2卸載(步驟S406)。其後，輸出測定結果而測定執行流程結束(步驟S407)。
接著參照圖6的流程圖，說明配方設定流程中的樣板登錄(步驟S303)的詳細。
首先，為了取得樣板圖像，使晶圓11移動至指定的圖像取得位置(步驟S303a)。接著，選擇樣板圖像的基準點(步驟S303b)，其後設定用作為樣板圖像的圖像的取得條件(步驟S303c)。然後，以被選擇的基準點為中心，在設定好的圖像取得條件下，取得針對晶圓11的表面之第1圖像P1、及下層的第2圖像P2(步驟S303d)。又，調整針對第1圖像P1、第2圖像P2的加算張數(步驟S303e)，便確定樣板(步驟S303f)。
接著參照圖7的流程圖，說明測定執行流程(圖5)中的位置錯位量計算(S404)的詳細。
一旦在配方中設定的條件下取得第1圖像P1、第2圖像P2，便運用配方中設定的加算圖像張數及加算圖像範圍來進行第1圖像P1及第2圖像P2的加算，生成第1加算圖像P1o、第2加算圖像P2o(步驟S404a)。此處，所謂「加算圖像張數」係示意重疊多少張圖像來生成第1加算圖像P1o或第2加算圖像P2o之資料。此外，所謂「加算圖像範圍」係有關使用複數張拍攝到的圖像當中從第幾張到第幾張的圖像之資料。
有關加算圖像張數，如上述般，比起電子束敏感度高的表面的圖像亦即第1圖像P1的加算張數，是將電子束敏感度低的下層的圖像亦即第2圖像P2的加算張數設定得較多。作為一例，能夠將加算圖像張數設定成，針對第1加算圖像P1o係加算2張的第1圖像P1，另一方面針對第2加算圖像P2o係加算256張的第2圖像P2。
此外，針對第1加算圖像P1o，能夠將加算圖像範圍設定成「1~2」，來加算拍攝到的256張的第1圖像P1當中最初的第1張及第2張(計2張)的第1圖像P1。這是由於複數張圖像當中初期拍攝到的圖像，電子束的照射所造成之對於形成圖樣的影響少的緣故。另，加算圖像範圍的輸入亦可省略。在該情形下，第1加算圖像P1o中，能夠設計成藉由控制部20側自動地選擇拍攝到的複數個圖像當中初期拍攝到的圖像。
另一方面，針對第2加算圖像P2o，能夠將加算圖像範圍設定成「1~256」，來將拍攝到的256張的第2圖像P2的全部訂為加算的對象。下層的圖像，比起上層SN比容易變低，因此藉由增加加算張數，能夠取得更高SN比的圖像。
接著，在生成的第1加算圖像P1o、第2加算圖像P2o中，搜尋和配方中登錄的樣板圖像T1、T2一致之圖像的位置(步驟S404b)。藉由搜尋一致之圖像的位置，算出應該訂為疊合錯位量的計測對象之圖樣的位置(步驟S404c)。另，和樣板圖像一致之圖像的位置的搜尋，例如能夠藉由正規化相關(Normalized Correlation)或相位限定相關(Phase Only Correlation)等演算法來進行。
於第1加算圖像P1o、第2加算圖像P2o的各者中一旦算出疊合錯位量的計測對象之圖樣的位置，便遵照該算出結果而算出上層與下層之間的疊合錯位量(步驟S404d)。疊合錯位量，只要是示意圖樣的位置關係之指標皆可，可訂為單純的座標的差分來算出，亦可訂為加計事先設定好的補償量等而成的差分來算出。
參照圖8說明用來執行樣板登錄(步驟S303)、及測定點登錄(步驟S304)之GUI畫面的一例。此GUI畫面，作為一例，包含晶圓對映顯示區域501、圖像顯示區域502、樣板登錄區域503、測定點登錄區域504。
晶圓對映顯示區域501，為用來對映顯示晶圓11的形狀之區域。晶圓對映顯示區域501的顯示倍率，能夠藉由晶圓對映倍率設定按鈕505而變更。
圖像顯示區域502，為可選擇性地顯示藉由光學顯微鏡14拍攝晶圓11而成之光學顯微鏡圖像、或SEM圖像的區域。在圖像顯示區域502的右側，顯示有OM按鈕506及SEM按鈕507，藉由該些按鈕的點擊便能選擇性地在圖像顯示區域502顯示光學顯微鏡圖像及掃描型電子顯微鏡圖像。此外，藉由操作倍率變更按鈕508能夠變更圖像顯示區域502中的圖像的顯示倍率。
此外，樣板登錄區域503，為用來進行為了進行樣板圖像T1、T2的登錄的各種輸入的區域。樣板登錄區域503，包含用來登錄第1圖像P1用的樣板圖像T1的第1畫面(Template1)503A、及用來登錄第2圖像P2用的樣板圖像T2的第2畫面(Template2)503B。
第1畫面503A、及第2畫面503B，各自包含樣板圖像顯示區域514、加算張數調整區域515、加算圖像範圍調整區域516、套用按鈕517、及登錄按鈕518。
樣板圖像顯示區域514，為用來顯示取得作為樣板圖像T1或T2之圖像的區域。將用於樣板圖像的圖像的取得條件，以點擊條件設定按鈕512進行了條件設定後，按下圖像取得按鈕513，藉此在此樣板圖像顯示區域514便顯示成為樣板圖像之圖像。
加算張數調整區域515，為用來顯示而調整針對第1圖像P1或第2圖像P2設定的加算張數之顯示/輸入部。此外，加算圖像範圍調整部516，為用來顯示而調整針對第1圖像P1或第2圖像P2設定的加算圖像範圍之顯示/輸入部。
圖8例子中，作為初始值，顯示著步驟S303c中設定的加算圖像張數及加算圖像範圍。當取得的圖像為不適合測定的圖像的情形下，將加算張數調整區域515及加算圖像範圍調整區域516的值以未圖示的滑鼠或鍵盤操作變更後，點擊套用按鈕517，藉此調整後的圖像便顯示於樣板圖像顯示區域514。加算張數之調整後，點擊登錄按鈕518，藉此確定樣板。
測定點登錄區域504，包含測定晶片設定區域519及晶片內座標設定區域520。在各個區域輸入測定的晶片的晶圓內座標及測定點的晶片內座標，藉此登錄進行運用確定出的樣板之疊合錯位量測定的測定點。另，圖8例子的畫面，包含配方試行按鈕521及配方確定按鈕522。配方試行按鈕521，為用來確認設定作為配方的配方條件而用來指示試行之按鈕。此外，配方確定按鈕522，為藉由配方試行按鈕521指示之試行後，使輸入好的配方確定的情形下按下之按鈕。此外，疊合錯位量測定設定畫面操作區域523，為用來進行配方條件的保存及讀入之區域。
參照圖8，說明登錄樣板圖像的情形下的操作手續。首先，點擊晶圓對映顯示區域501的任意的位置，藉此使晶圓11移動至該點擊的位置(圖4的步驟S303a)。圖8中，晶圓對映顯示區域501內的高亮顯示509，示意目前顯示的晶片的位置。此外，交叉標記510示意目前位置。
一旦目前位置顯示於圖像顯示區域502，便由使用者操作未圖示的滑鼠等，藉此在圖像顯示區域502內的任意的位置選擇樣板的基準點(圖4的步驟S303b)。圖像顯示區域502內的基準點交叉標記511，示意選擇的基準點。
基準點選擇後，點擊條件設定按鈕512，便顯示後述的取得條件設定畫面。藉由此取得條件設定畫面，設定圖像取得條件(圖4的步驟S303c)。
圖9為取得條件設定畫面的例子。圖9示例的取得條件設定畫面601，包含光學條件設定區域602、及圖像生成條件設定區域603。光學條件設定區域602的加速電壓設定區域604及探針電流設定區域605中，各自可設定一次電子的加速電壓及探針電流。
圖像生成條件設定區域603，作為一例，包含取得圖像像素設定區域606、取得圖像圖幀數設定區域607、及圖樣條件設定區域608。在取得圖像像素設定區域606設定取得圖像像素，藉此可決定以基準點511為中心而掃描電子束之範圍。此外，取得圖像圖幀數設定區域607中，能夠決定取得圖像圖幀數，亦即取得的圖像的張數。本實施形態中，是進行對於上層與下層的各圖樣之疊合錯位量測定，因此配置有2個圖樣條件設定區域608，但不限定於本形態。
圖樣條件設定區域608，作為一例，包含檢測器設定區域609、加算圖像張數設定區域610、加算圖像範圍設定區域611、及圖樣種類設定區域612。在各區域，設定適合測定圖樣的條件。例如本實施形態中，能夠把將藉由對於孔圖樣的電子束照射而以二次電子檢測器9檢測出的圖像的第1張與第2張這合計2張予以加算而成之圖像訂為上層的樣板圖像T1，把將藉由對於線圖樣的電子束照射而以反射電子檢測器10檢測出的圖像的第1張至第256張這合計256張予以加算而成之圖像訂為下層的樣板圖像T2。圖像的取得條件確定後，點擊條件確定按鈕613，藉此取得條件被記憶於控制部20。此外藉由設定畫面操作區域614可保存及讀入設定好的取得條件，而可再利用曾設定好的圖像的取得條件。
接著參照圖10，說明測定執行流程(圖5)中的位置錯位量計算(S404)的詳細。圖10例子中，算出上層的孔圖樣701的重心位置702的座標((a))，又算出下層的線圖樣703的重心位置704的座標((b))。各種圖樣的位置，作為一例能夠藉由重心位置來辨明，但重心位置為一例，不限定於此限定。例如，只要是表徵(characterize)出圖樣的相對及絕對座標之位置即可，亦可算出幾何的中心位置。
如圖10般算出上層及下層的圖樣的位置後，算出上層及下層的圖樣的位置的錯位量，而能夠將此算出作為疊合錯位量。疊合錯位量，只要是示意圖樣的位置關係之指標皆可，可為單純的座標的差分，亦可為加計事先設定好的補償量等而成的差分等。
如以上說明般，按照此第1實施形態，當測定複數層間的疊合錯位量的情形下，比起上層的圖像，是在下層的圖像將圖像的加算次數設定得較大而生成加算圖像，遵照此加算圖像來測定疊合錯位量。針對上層，是僅加算帶電粒子束所造成的圖樣的變形等影響小之圖像，因此能夠正確拍攝圖樣的形狀，另一方面針對SN比低的下層的圖像能夠增多加算張數來提高SN比。是故，按照此第1實施形態，能夠提供一種能夠進行高精度的疊合錯位量的測定之帶電粒子束系統，及疊合錯位量測定方法。
[第2實施形態]  　　接著，參照圖11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)。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4~圖7的流程圖大略同一的手續來執行。但，此第2實施形態中，步驟S303c的圖像取得條件設定畫面的工程和第1實施形態相異。
此第2實施形態中，是訂為在取得條件設定畫面中可選擇掃描方法，例如訂為可選擇雙方向掃描作為掃描方法。換言之，此第2實施形態中，構成為可加算藉由使電子束的照射軌道不同而獲得的圖像來生成加算圖像。依照訂為測定對象的試料、及電子束的掃描方向的組合而定，疊合測定精度可能會降低。具體而言，藉由檢測到的電子訊號而形成的圖像，可能不會正確地反映試料的凹凸。
例如，即使是左側邊緣和右側邊緣為對稱之線圖樣，將電子束從左側朝右側的單方向掃描而獲得的二次電子訊號的形狀，可能由於邊緣效應等而不會成為左右對稱。此外，反射電子訊號的形狀，可能由於檢測器特性等而不會成為左右對稱。
鑑此，第2實施形態中，步驟S303c中訂為可設定減低邊緣效應或檢測器特性等的影響之掃描方法。藉此，能夠減低基於對象試料或檢測出的電子訊號的形狀之誤差。
圖11為本實施形態之取得條件設定畫面的一例。和第1實施形態(圖9)的差異點在於，圖像生成條件設定區域603包含掃描方法設定區域801。在該區域，能夠設定電子束的掃描方向。藉此，能夠配合對象試料的特性來使檢測出的電子訊號的形狀差異減低而取得圖像，而能夠高精度地執行疊合測定。
例如當邊緣效應成為誤差的主因的情形下，可設想將從電子束從左側朝右側掃描後，將同位置從右側朝左側掃描之方法(雙方向掃描)。按照該掃描方法，計算從左側朝右側掃描而獲得的第1電子訊號、與從右側朝左側掃描而獲得的第2電子訊號之算術平均，藉此便能獲得將左側邊緣與右側邊緣的邊緣效應均一化而成之二次電子訊號。
此外，當檢測器特性成為誤差的主因的情形下，可設想一面使掃描方向每隔某一特定的角度旋轉一面掃描之方法。按照該掃描方法，對於藉由複數個相異角度的掃描方向而獲得的各個圖像，運用圖樣比對等予以旋轉使得對象試料成為同一方向，再計算各個圖像的算術平均，藉此便能減低和某一特定的角度相依之檢測器特性的影響。
掃描方法及圖像的生成方法，不限定於前述內容。只要能夠適當地選定對象試料與電子束的掃描方向之組合，而減低從對象試料檢測出的電子訊號的形狀的差異即足夠。
如以上說明般，按照此第2實施形態，能夠獲得和第1實施形態同樣的效果。再加上，此第2實施形態中，藉由訂為可選擇電子束的掃描方法，可根據對象試料的特性等來減低電子訊號的形狀的差異，而可執行更高精度的疊合錯位計測。
[第3實施形態]  　　接著，參照圖12說明作為第3實施形態之帶電粒子束系統的掃描型電子顯微鏡(SEM)。此第3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4~圖7的流程圖大略同一的手續來執行。但，此第3實施形態中，訂為除了掃描方法設定區域801，還可選擇漂移修正的有無(需否)。
掃描型電子顯微鏡中，會因對象試料的帶電而發生漂移(drifting)，它可能對疊合錯位測定的精度造成影響。例如，當拍攝複數圖像而予以加算來生成加算圖像的情形下，若對象試料因電子束照射而發生帶電，則在不同時間點拍攝到的複數個圖像之間帶電量會成為相異。在此情形下，加算出的複數個圖像之間漂移的影響相異，即使將圖像加算仍可能無法獲得足夠的解析度的加算圖像。
因此，此第3實施形態之掃描型電子顯微鏡，是構成為在步驟S303c中為了減低圖像加算時之漂移的影響而可在設定畫面上選擇是否執行漂移修正。當執行漂移修正的情形下，漂移修正執行後的複數個圖像被加算而訂為加算圖像。當判斷漂移修正為必要的情形下，選擇實施漂移修正之設定，藉此能夠減低漂移所造成的加算圖像的模糊。
圖12為第3實施形態之取得條件設定畫面的例子。和第2實施形態之畫面(圖11)的差異點在於，除了掃描方法設定區域801，還具有漂移修正套用需否設定區域901及漂移修正條件設定按鈕902。漂移修正套用需否設定區域901中，為了減低因對象試料與光學條件之組合而產生的漂移所造成之加算圖像的模糊，設定漂移修正套用的需否(ON/OFF)。
藉由套用修正，步驟S303d或S403中，能夠取得減低了往漂移方向的模糊之加算圖像或樣板圖像，而能夠防止疊合測定精度的降低。另，用來減低漂移所造成的加算圖像的模糊之具體的修正方法，例如記載於日本特開2013-165003號公報。按照該修正方法，可對帶電粒子束敏感度高的對象試料及帶有周期性圖樣的對象試料做正確的修正。
但，前述修正方法中，是對單一圖幀圖像間的位置錯位量實施修正，因此料想對於單一圖幀圖像的SN比低之下層204並不會套用正確的修正。因此，本實施形態中，可藉由點擊漂移修正條件設定按鈕902而顯示的漂移修正條件設定畫面1001而設定詳細的漂移修正條件。
圖13為漂移修正條件設定畫面的例子，在漂移修正條件設定畫面1001配置有漂移修正條件設定區域1002。本實施形態中，針對上層與下層的圖樣的各者個別地設定漂移修正條件，因此配置有2個漂移修正條件設定區域1002。但，此為一例，並非有意限定於本形態。
漂移修正條件設定區域1002，作為一例，包含漂移量檢測範圍設定區域1003、漂移修正對象圖像加算張數設定區域1004、及漂移修正對象圖像範圍設定區域1005。
漂移量檢測範圍設定區域1003，為用來在拍攝出的圖像中設定用於漂移量的檢測之範圍的區域。此外，漂移修正對象圖像加算張數設定區域1004，為針對訂為漂移修正對象的圖像，用來設定加算張數的區域。又，漂移修正對象圖像範圍設定區域1005，為用來設定訂為漂移修正對象的圖像之範圍的區域。
藉由在漂移修正條件設定區域1002設定用於漂移量的算出之圖像的加算張數及範圍而確定了漂移修正的條件後，點擊條件確定按鈕1006，則該漂移修正條件便被記憶於控制部20。此外，藉由設定畫面操作部1007可保存及讀入設定好的漂移修正條件，而可再利用曾設定過1次的漂移修正條件。
參照圖14，說明第3實施形態中的漂移錯位量的檢測方法。此實施形態中，有鑑於漂移錯位量在上層與下層相異，是在上層與下層採用相異的漂移錯位量的檢測方法。
作為一例，在上層，將複數張(例：256張)的第1圖像P1當中圖像電子束照射所造成的形狀變化小之第1張及第2張的圖像訂為對象，且運用檢測出的圖像的512×512像素來檢測漂移錯位量。
另一方面，在下層，將複數張的第2圖像P2依每一鄰接的小單位(例如4張)每予以加算而生成複數個中間圖像，而檢測中間圖像之間的漂移錯位量。又，為了防止複數個線圖樣所造成的誤偵測，是運用檢測出的圖像的256×512像素來檢測漂移錯位量。在下層，因1張圖像周邊的SN比低，因此像這樣生成中間像，藉此便可防止誤偵測。
按照本實施形態，在上層能夠從電子束照射所造成的形狀變化小之圖像算出漂移錯位量，在下層能夠從各個圖像生成中間圖像，而提高SN比來檢測漂移錯位量。是故，在上層、下層雙方可做適當的漂移修正。是故，能夠在減低往漂移方向的模糊的狀態下檢測漂移錯位量，故其結果能夠使疊合錯位量的測定精度提升。
另，本發明並非由上述實施例所限定，還包含各式各樣的變形例。例如，上述實施例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。例如，一種在控制帶電粒子束系統之控制部之外還包含網路連接至帶電粒子束系統之計算部的裝置，亦可涵括於本發明的範圍。藉由設計成這樣的構成，帶電粒子束系統僅進行圖像取得，計算部則進行樣板位置搜尋或疊合錯位量算出等其他的處理，藉此平台等物理性機構以外的處理速度便不會被限速而可做效率良好的測定。
此外，亦可對於實施形態的構成適宜追加其他構成、或刪除/置換構成要素。實施形態中記載之構成、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而由硬體來實現。此外，上述的各構成、功能、處理部、處理手段等，亦可藉由處理器解譯、執行實現各個功能之程式而由軟體來實現。實現各功能的程式、表格、檔案等資訊，能夠置放於記憶體、或硬碟、SSD(Solid State Drive)等記錄裝置，或IC卡、SD卡、DVD等記錄媒體。此外，控制線或資訊線係揭示說明上認為有必要者，未必揭示製品上所有控制線或資訊線。實際上可認為幾乎所有的構成均相互連接。
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:電子光學系控制器18:平台控制器19:圖像處理單元20:控制部
[圖1] 第1實施形態之掃描型電子顯微鏡(SEM)的概略構成示意概略圖。  　　[圖2] 第1實施形態之掃描型電子顯微鏡(SEM)的各部的動作示意概略圖。  　　[圖3] 第1實施形態之帶電粒子束系統中訂為疊合錯位量測定的對象之試料的構造的一例說明立體圖及截面圖。  　　[圖4] 第1實施形態中的疊合錯位量測定的手續(配方設定流程)的一例說明流程圖。  　　[圖5] 第1實施形態中的疊合錯位量測定的手續(測定執行流程)的一例說明流程圖。  　　[圖6] 第1實施形態中的疊合錯位量測定的手續(配方設定(樣板登錄)流程)的一例說明流程圖。  　　[圖7] 第1實施形態中的疊合錯位量測定的手續(測定執行流程)的一例說明流程圖。  　　[圖8] 說明用來執行圖4的樣板登錄(步驟S303)、及測定點登錄(步驟S304)之GUI畫面的一例。  　　[圖9] 取得條件設定畫面的例子。  　　[圖10] 測定執行流程(圖5)中的位置錯位量計算(步驟S404)的詳細說明概略圖。  　　[圖11] 第2實施形態之取得條件設定畫面的例子。  　　[圖12] 第3實施形態之取得條件設定畫面的例子。  　　[圖13] 第3實施形態之漂移修正條件設定畫面的例子。  　　[圖14] 第3實施形態中的漂移錯位量的檢測方法說明概略圖。
501:晶圓對映顯示區域
502:圖像顯示區域
503:樣板登錄區域
503A:第1畫面
503B:第2畫面
504:測定點登錄區域
505:晶圓對映倍率設定按鈕
506:OM按鈕
507:SEM按鈕
508:倍率變更按鈕
509:高亮顯示
510:交叉標記
511:基準點交叉標記
512:點擊條件設定按鈕
513:圖像取得按鈕
514:樣板圖像顯示區域
515:加算張數調整區域
516:加算圖像範圍調整區域
517:套用按鈕
518:登錄按鈕
519:測定晶片設定區域
520:晶片內座標設定區域
521:配方試行按鈕
522:配方確定按鈕
523:疊合錯位量測定設定畫面操作區域

Claims (18)

  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訊號；及電腦系統，基於前述檢測器的輸出，測定前述試料的第1層，及比前述第1層還下層的第2層之間的疊合錯位量；前述電腦系統，構成為基於前述檢測器的輸出，將針對前述第1層的第1圖像、及針對前述第2層的第2圖像生成複數張數，該生成複數張數的前述第1圖像及前述第2圖像當中，將第1加算張數的前述第1圖像予以加算而生成第1加算圖像，將比前述第1加算張數還大的第2加算張數的前述第2圖像予以加算而生成第2加算圖像，基於前述第1加算圖像及前述第2加算圖像，測定前述第1層及前述第2層之間的疊合錯位量。
  2. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述電腦系統，構成為，執行第1樣板圖像與前述第1加算圖像之間的匹配處理，並且執行第2樣板圖像與前述第2加算圖像之間的匹配處理，遵照前述匹配處理的結果，測定前述第1層及前述第2層之間的疊合錯位量。
  3. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其 中，前述電腦系統，基於藉由前述帶電粒子束的往前述試料之照射而產生的二次電子的資訊來生成前述第1圖像，基於藉由前述帶電粒子束的往前述試料之照射而產生的反射電子的資訊來生成前述第2圖像。
  4. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述電腦系統，構成為設定前述第1加算張數、及前述第2加算張數。
  5. 如請求項4記載之帶電粒子束系統，其中，前述電腦系統，構成為除了前述第1加算張數、及前述第2加算張數外，還可設定選擇拍攝出的複數個圖像當中第幾個的圖像。
  6. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述電腦系統，藉由將使前述帶電粒子束的照射軌道相異而獲得的複數個圖像予以加算來生成前述第1加算圖像及前述第2加算圖像。
  7. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述電腦系統，將執行了減低漂移所造成的影響之漂移修正後的圖像予以加算來生成前述第1加算圖像及前述第2加算圖像。
  8. 如請求項7記載之帶電粒子束系統，其中，前述電腦系統，當將前述第2加算張數的前述第2圖像予以加算的情形下，每隔比前述第2加算張數還小的第3張數將前述第2圖像予以加算來生成複數個中間圖像，遵照前述複數個中間圖像之間的錯位量而執行前述漂移修正。
  9. 如請求項1記載之帶電粒子束系統，其中，前述複數張數為前述第2加算張數。
  10. 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，將針對前述試料的第1層的第1圖像、及針對比前述第1層還下層的第2層的第2圖像生成複數張數之步驟；及該生成複數張數的前述第1圖像及前述第2圖像當中，將第1加算張數的前述第1圖像予以加算而生成第1加算圖像，將比前述第1加算張數還大的第2加算張數的前述第2圖像予以加算而生成第2加算圖像之步驟；及基於前述第1加算圖像及前述第2加算圖像，測定前述第1層及前述第2層之間的疊合錯位量之步驟。
  11. 如請求項10記載之疊合錯位量測定方法，其中，更具備執行第1樣板圖像與前述第1加算圖像之間的匹配處理，並且執行第2樣板圖像與前述第2加算圖像之間的匹配處理之步驟，前述疊合錯位量的測定，遵照前述匹配處理的結果而執行。
  12. 如請求項10記載之疊合錯位量測定方法，其中，基於藉由前述帶電粒子束的往前述試料之照射而產生的二次電子的資訊來生成前述第1圖像，基於藉由前述帶電粒子束的往前述試料之照射而產生的反射電子的 資訊來生成前述第2圖像。
  13. 如請求項10記載之疊合錯位量測定方法，其中，更具備設定前述第1加算張數、及前述第2加算張數之步驟。
  14. 如請求項13記載之疊合錯位量測定方法，其中，設定前述第1加算張數、及前述第2加算張數之步驟，包含設定選擇拍攝出的複數個圖像當中第幾個的圖像。
  15. 如請求項10記載之疊合錯位量測定方法，其中，前述第1加算圖像及前述第2加算圖像，藉由將使前述帶電粒子束的照射軌道相異而獲得的複數個圖像予以加算來生成。
  16. 如請求項10記載之疊合錯位量測定方法，其中，前述第1加算圖像及前述第2加算圖像的生成中，將執行了減低漂移所造成的影響之漂移修正後的圖像予以加算來生成前述第1加算圖像及前述第2加算圖像。
  17. 如請求項16記載之疊合錯位量測定方法，其中，當將前述第2加算張數的前述第2圖像予以加算的情形下，每隔比前述第2加算張數還小的第3張數將前述第2圖像予以加算來生成複數個中間圖像，遵照前述複數個中間圖像之間的錯位量而執行前述漂移修正。
  18. 如請求項17記載之疊合錯位量測定方法，其中，前述複數張數為前述第2加算張數。
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