WO2014065311A1 - 荷電粒子線装置及び重ね合わせずれ量測定方法 - Google Patents

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WO2014065311A1
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particle beam
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山本　琢磨
知弘 船越
谷本　憲史
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring the amount of misalignment of patterns between semiconductor device manufacturing processes, for example.
  • a semiconductor device is manufactured by repeating a process of transferring a pattern formed on a photomask onto a semiconductor wafer using a lithography process and an etching process.
  • the quality of lithography processing, etching processing, etc., the generation of foreign matter, etc. greatly affect the yield of semiconductor devices to be manufactured. Therefore, it is important to detect the occurrence of abnormalities and defects in the manufacturing process early or in advance. For this reason, in the manufacturing process, the pattern formed on the semiconductor wafer is measured and inspected.
  • Patent Document 1 proposes a method of measuring a deviation amount between two patterns formed by double patterning using a scanning electron microscope.
  • two patterns formed on the surface of a semiconductor device are measured. For this reason, the scanning electron microscope can easily acquire those images.
  • Patent Document 2 discloses a scanning electron microscope capable of separately detecting secondary electrons and reflected electrons.
  • Patent Document 3 discloses a technique for improving the contrast of a lower layer pattern using detection signals from a plurality of detectors.
  • Patent Document 4 discloses a technique for acquiring pattern images of different layers using two light sources having different irradiation energies and displaying them alternately or substantially superposed.
  • JP 2010-85138 A Japanese Patent No. 3291880 JP 2011-119446 A JP-A-6-243814 JP 2007-42929 A
  • the surface pattern information is mostly contained in secondary electrons, and the internal pattern information is mostly contained in reflected electrons.
  • the secondary electrons and reflected electrons are greatly different in pattern contrast and pattern edge appearance, the pattern position cannot be calculated by the same algorithm.
  • Patent Document 4 the method of using two electron guns for obtaining the surface pattern and the internal pattern (Patent Document 4) requires the work of matching the two electron beam axes in advance. Further, this method is intended to enable observation of the surface pattern and the internal pattern on the screen, and it is not assumed that the overlay deviation amount is calculated as a numerical value.
  • the present invention has been made in consideration of the above technical problems, and provides a technique capable of accurately measuring an overlay deviation amount between patterns belonging to different layers as a numerical value.
  • the present invention detects a signal generated from a charged particle beam source that irradiates a sample with a charged particle beam under one irradiation condition, and a first pattern formed in a first layer in the irradiation region.
  • a detector, a second detector for detecting simultaneously with the first detector a signal generated from a second pattern formed in a second layer in the irradiation region, and first and second detections And an image processing unit that calculates an overlay deviation amount between the first and second patterns based on the first and second detection signals output from the detector.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a scanning electron microscope according to Embodiment 1.
  • FIG. The figure explaining the cause which a measurement deviation
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a procedure for measuring an overlay error amount according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a scanning electron microscope according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a procedure for measuring an overlay error amount according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a principle of canceling an overlay error amount according to the second embodiment.
  • FIG. 1 shows an apparatus configuration of a scanning electron microscope used in this embodiment.
  • the main body of the scanning electron microscope includes a column 1 and a sample chamber 2.
  • an electron gun 3 that generates irradiation electrons
  • a condenser lens 4 and an objective lens 8 that converge irradiation electrons irradiated on the wafer 11
  • a deflector 7 that scans the irradiation electrons with respect to the wafer 11, and irradiation electrons.
  • Aligner 5 with respect to the objective lens 8 a secondary electron detector 9 for detecting secondary electrons generated from the wafer 11, and an ExB filter 6 for taking secondary electrons into the secondary electron detector 9.
  • a backscattered electron detector 10 for detecting backscattered electrons from the wafer 11 is provided.
  • the deflector 7 scans the wafer 11 with irradiation electrons according to a signal given from the electron beam scanning controller 17.
  • the XY stage 13 installed in the sample chamber 2 moves the wafer 11 with respect to the column 1 in accordance with a signal given from the stage controller 18.
  • a standard sample 12 used for calibration of the incident angle of irradiation electrons is attached on the XY stage 13.
  • the apparatus also has an optical microscope 14 for wafer alignment.
  • the detection signals output from the secondary electron detector 9 and the backscattered electron detector 10 are converted into signals by the amplifiers 15 and 16 and supplied to the image processing board 19.
  • the image processing board 19 adds each signal provided from the secondary electron detector 9 and the backscattered electron detector 10 to form an image.
  • the detection signal of the secondary electron detector 9 mainly indicates pattern information on the wafer surface (upper layer), and the detection signal of the reflected electron detector 10 mainly indicates pattern information on the lower layer.
  • the image processing board 19 calculates a pattern overlay error as a numerical value from a pattern image generated based on these two detection signals.
  • the control PC 20 controls the operation of the entire scanning electron microscope.
  • a monitor and an input device (not shown) are connected to the control PC 20.
  • a GUI described later is displayed on a monitor (not shown).
  • a pattern 33 and a pattern 34 are formed at the same position of two layers having different heights by the thickness L of the sample 11.
  • the shift amount between the pattern 33 and the pattern 34 should be measured as zero.
  • the measurement is performed such that the positions of the irradiation electrons 32 are shifted by L ⁇ tan ⁇ . For this reason, it is necessary to calibrate so that the irradiation electrons 32 are incident on the wafer 11 perpendicularly before measuring the overlay deviation amount of the patterns formed in different layers.
  • FIG. 3 shows a procedure for calibrating the inclination (incident angle ⁇ ) of the irradiation electrons 32.
  • the operation shown in FIG. 3 is started by selecting a calibration operation for the incident angle of the irradiation electrons 32 on the GUI screen of the monitor (process 41).
  • the control PC 20 controls the movement of the XY stage 13 and moves the standard sample 12 to the irradiation region of the irradiation electrons 32 (process 42).
  • the pattern is formed at the same position in the two layers without deviation, or a pattern in which the positional relationship between the two patterns having different layers is known is formed.
  • the wobbler and stigma are adjusted (process 43). Thereafter, the control PC 20 acquires an image of the standard sample 12 (process 44). Specifically, a secondary electron image corresponding to the uppermost layer pattern of the standard sample 12 and a reflected electron image corresponding to the second layer pattern are acquired.
  • the image processing board 19 calculates the incident angle (tilt) ⁇ of the irradiation electrons 32 (process 45). Specifically, the image processing board 19 calculates the pattern position of the upper layer and the pattern position of the lower layer from the detected image, calculates the difference L ⁇ tan ⁇ between the two pattern positions, and calculates the difference and the known thickness. The incident angle ⁇ is calculated using L.
  • the image processing board 19 compares the calculated incident angle ⁇ with a specified value (allowable value) (process 46).
  • the control PC 20 adjusts the inclination of the irradiation electrons 32 by the aligner 5 (process 47). Thereafter, the control PC 20 returns the process to the process 43. Thereby, with respect to the adjusted incident angle ⁇ , wobbler and stigma adjustment, image acquisition, and calculation processing of the incident angle (tilt) ⁇ are executed. Since the aligner 5 is composed of two sets of alignment coils arranged above and below the column 1, it is possible to change only the inclination of the electron beam while keeping the irradiation position of the irradiation electrons 32 on the sample constant. it can.
  • control PC 20 ends the calibration process of the incident angle ⁇ (process 48).
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the pattern shape formed on the standard sample 12.
  • FIG. 4A is a diagram (plan view) of the standard sample 12 viewed from the incident direction of the irradiation electrons 32.
  • FIG. 4B is a schematic diagram (cross-sectional view) showing a cross section taken along the line AA ′ in FIG.
  • a groove 51 having a depth L is formed on the surface of the standard sample 12, and a line pattern 52 is formed on the bottom surface of the groove 51.
  • the groove 51 and the line pattern 52 are formed so that their centers coincide with each other, and it is confirmed by cross-sectional observation of the same lot product that there is no deviation between the centers.
  • FIG. 5 shows an SEM image of the standard sample 12.
  • the SEM image in FIG. 5A is an image obtained by adding signals from the secondary electron detector 9 and the reflected electron detector 10.
  • FIG. 5B shows the signal intensity between B and B '.
  • a1 and a2 are signal peaks obtained with respect to the edge of the groove 51. Between b1-b2, it corresponds to the line pattern 52 of the lower layer. The signal intensity between b1 and b2 is higher than the surroundings.
  • ⁇ x obtained here is an inclination angle in the X direction, but the inclination angle in the Y direction can be similarly measured for a pattern in which the grooves 51 are formed in the X direction.
  • FIG. 6 shows a processing procedure executed when calculating the overlay deviation amount.
  • the control PC 20 receives selection of the wafer 11 and recipe and execution of overlay measurement through the GUI screen (process 61).
  • the control PC 20 loads the selected wafer 11 into the sample chamber 2 (process 62).
  • control PC 20 executes alignment based on the optical microscope image and the SEM image (process 63). Thereafter, the control PC 20 controls the XY stage 13 to move the wafer 11 to the overlay measurement point registered in the recipe (process 64).
  • the image processing board 19 acquires an SEM image according to a predetermined condition registered in the recipe (process 65).
  • the image processing board 19 detects the pattern position of the upper layer in the secondary electron image based on the signal from the secondary electron detector 9 and the pattern position of the lower layer in the reflected electron image based on the signal from the reflected electron detector 10,
  • the overlay deviation amount is calculated from the pattern position difference between the upper layer and the lower layer (process 66).
  • the calculation here is performed by subtracting a deviation amount inherent to the incident angle ⁇ of the irradiation electrons 32 from the apparent overlay deviation amount of the upper layer pattern and the lower layer pattern. Details of the calculation method will be described later.
  • the control PC 20 determines whether or not the calculation of the overlay deviation amount has been completed for all the measurement points specified in the recipe (process 67). While the measurement point remains (while a negative result is obtained), the control PC 20 moves the next measurement point to the irradiation range of the irradiation electrons 32, and acquires an image and calculates the overlay deviation amount. When measurement is completed for all measurement points (when a positive result is obtained), the control PC 20 unloads the wafer 11 (process 68) and outputs a measurement result of the overlay deviation amount (process 69).
  • FIG. 7 shows a structural example of a pattern for measuring the overlay displacement amount.
  • FIG. 7A is a view as seen from the incident direction of the irradiation electrons 32, and FIG. 7B shows a C-C 'cross section.
  • the pattern 71 is a pattern formed on the wafer surface, and the pattern 72 is a pattern formed inside the wafer. Note that the pattern 71 and the pattern 72 are designed so that their centers coincide.
  • FIG. 8A is an image obtained from the detection signal output from the secondary electron detector 9, and the peak of the detection signal appears at the edge portion of the pattern 71 formed on the wafer surface.
  • FIG. 8B shows the signal intensity between Ax and Ax ′, and four peaks a X1 , a X2 , a X3 , and a X4 are seen corresponding to the pattern edges.
  • the center position in the X direction of the pattern 71 is a xc
  • the center position a xc is given by the following equation.
  • a xc (a X1 + a X2 + a X3 + a X4 ) / 4 (Formula 3)
  • a Yc (a Y1 + a Y2 + a Y3 + a Y4 ) / 4 (Formula 4)
  • FIG. 8D is an image obtained from the detection signal output from the backscattered electron detector 10, and the signal intensity is strong due to the contrast due to the difference in the material in the pattern 72 formed inside the wafer.
  • FIG. 8E shows the signal intensity between Bx and Bx ′, and b X1 , b X2 , b X3 , and b X4 indicate locations where the signal intensity changes.
  • the center position b xc of the pattern 72 in the X direction is given by the following equation.
  • b xc (b X1 + b X2 + b X3 + b X4 ) / 4 (Formula 5)
  • ⁇ x and ⁇ y can be used as a result of the overlay deviation amount measurement. If correction of the amount of deviation due to the incident angle ⁇ of the irradiation electrons 32 is necessary (when a more accurate result is required), the value acquired and held in the calibration process of the incident angle ⁇ of the irradiation electrons 32 Is used to correct the shift amount.
  • one electron gun 3, a secondary electron detector 9, and a reflected electron detector 10 are mounted on a scanning electron microscope, and are formed in a pattern formed in an upper layer and a lower layer of measurement points.
  • a method is employed in which detection signals corresponding to the formed patterns are simultaneously acquired, and an overlay deviation amount between different layers is calculated.
  • the detection signal corresponding to the pattern formed in the upper layer and the detection signal corresponding to the pattern formed in the lower layer can be simultaneously acquired using the same irradiation electron 32, high position detection accuracy can be expected.
  • the apparatus configuration can be reduced in size.
  • the secondary electron detector 9 is used for the measurement of the pattern formed in the upper layer and the reflected electron detector 10 is used for the measurement of the pattern formed in the lower layer.
  • the pattern can be detected with high accuracy.
  • the operation of measuring the overlay deviation amount is executed. For this reason, the intrinsic
  • the measurement accuracy can be further improved by correcting the overlay deviation amount using the inherent deviation amount caused by the incident angle ⁇ acquired at the time of calibration.
  • the calibration of the incident angle ⁇ of the irradiated electrons 32 is performed before the measurement of the overlay deviation amount is started, thereby guaranteeing the accuracy of the overlay deviation measurement performed thereafter.
  • the incident angle ⁇ of the irradiation electron 32 is measured. If ⁇ is different before and after the measurement, or if the incident angle ⁇ after the measurement exceeds the specified value, an alarm may be issued. good.
  • FIG. 9 shows an apparatus configuration of a scanning electron microscope used in the second embodiment.
  • parts corresponding to those in FIG. In addition to the column 1 and the sample chamber 2, a load chamber 21 is disposed in the main body of the scanning electron microscope according to the present embodiment.
  • the load chamber 21 is disposed adjacent to the sample chamber 2, and a valve 24 that can be opened and closed is disposed between the sample chambers 2.
  • a vacuum aligner 22 and a robot 23 are set in the load chamber 21. It also has a vacuum exhaust mechanism (not shown).
  • the robot 23 is a transfer mechanism that moves the wafer 11 between the XY stage 13 and the vacuum aligner 22.
  • the vacuum aligner 22 is a rotation mechanism that rotates the wafer 11 in a horizontal plane.
  • the vacuum aligner 22 for example, a mechanism described in Patent Document 5 is used.
  • the vacuum aligner 22 has a stage on which the wafer 11 is placed, a mechanism for detecting the center position and orientation of the wafer 11, a mechanism for rotationally driving the stage, a mechanism for detecting the rotation amount, and the like.
  • the rotation angle is arbitrary, and may be 180 °, 120 °, or 90 °, for example. In the following description, a case where the orientation of the wafer 11 is rotated by 180 ° will be described.
  • the wafer 11 remains in the same vacuum state as that of the sample chamber 2 (that is, without being once put out to the external space), and its direction is changed and returned onto the stage 13. be able to.
  • the control PC 20 accepts selection of the wafer 11 and recipe and execution of overlay measurement through the GUI screen (process 101).
  • the control PC 20 loads the selected wafer 11 into the sample chamber 2 (process 102).
  • control PC 20 executes alignment based on the optical microscope image and the SEM image (process 103). Thereafter, the control PC 20 controls the XY stage 13 to move the wafer 11 to the overlay measurement point registered in the recipe (process 104).
  • the image processing board 19 acquires an SEM image according to a predetermined condition registered in the recipe (process 105).
  • the SEM image here is also obtained by adding signals from the secondary electron detector 9 and the backscattered electron detector 10.
  • the image processing board 19 calculates an overlay deviation amount for the acquired SEM image (process 106).
  • the calculated overlay deviation amount includes the apparent overlay deviation amount between the upper layer pattern and the lower layer pattern (deviation amount inherent to the incident angle ⁇ of the irradiation electrons 32). ing.
  • the calibration process of the incident angle ⁇ described in the first embodiment is basically unnecessary. However, calibration processing may be performed.
  • the control PC 20 determines whether or not the calculation of the overlay deviation amount has been completed for all the measurement points specified in the recipe (process 107). While the measurement point remains (while a negative result is obtained), the control PC 20 moves the next measurement point to the irradiation range of the irradiation electrons 32, and acquires an image and calculates the overlay deviation amount.
  • control PC 20 moves the wafer 11 to the load chamber 21 and rotates the direction of the wafer 11 by 180 degrees (process 108). Thereafter, the control PC 20 returns the rotated wafer 11 onto the XY stage 13 again.
  • control PC 20 executes alignment using the optical microscope image and the SEM image (process 109). Thereafter, the control PC 20 controls the XY stage 13 to move the wafer 11 to the overlay measurement point registered in the recipe (process 110).
  • the image processing board 19 acquires an SEM image according to a predetermined condition registered in the recipe (process 111).
  • the SEM image here is also obtained by adding signals from the secondary electron detector 9 and the backscattered electron detector 10. Further, the image processing board 19 calculates an overlay deviation amount for the acquired SEM image (process 112).
  • the overlay deviation amount here also includes an apparent overlay deviation amount between the upper layer pattern and the lower layer pattern (a deviation amount inherent to the incident angle ⁇ of the irradiation electrons 32).
  • control PC 20 determines whether or not the calculation of the overlay deviation amount has been completed for all the measurement points specified in the recipe (process 113).
  • control PC 20 unloads the wafer 11 (process 114).
  • the image processing board 19 or the control PC 20 corrects the measurement result by using the two overlay displacement amounts measured by changing the direction of one measurement point (process 115). Specifically, the average value of the two overlay deviation amounts is calculated. The process 115 may be executed before unloading the wafer 11 or may be executed simultaneously. Thereafter, the control PC 20 outputs the measurement result of the overlay deviation amount (process 116).
  • the orientation of the wafer 11 is rotated by 180 °, and the overlay displacement amount is measured twice from different rotation directions at one measurement point, thereby canceling the displacement amount inherent to the incident angle ⁇ of the irradiation electrons 32.
  • the overlay displacement amount is measured twice from different rotation directions at one measurement point, thereby canceling the displacement amount inherent to the incident angle ⁇ of the irradiation electrons 32.
  • FIG. 11A shows a state before the wafer 11 is rotated
  • FIG. 11B shows a state after the wafer 11 is rotated 180 °.
  • a pattern 123 is formed on the upper layer of the wafer 11 and a pattern 124 is formed on the lower layer. Further, it is assumed that the upper layer and the lower layer are different in height by a thickness L. Further, it is assumed that the pattern 123 and the pattern 124 are formed by being shifted by a distance D in the X direction. Further, consider a case where the irradiation electrons 32 are incident on the wafer 11 at an incident angle ⁇ .
  • delta 1 from D is the value to be measured originally a value that includes the amount of deviation of + L ⁇ tan ⁇ .
  • ⁇ 2 is a value including a deviation amount of ⁇ L ⁇ tan ⁇ from D that should be measured originally.
  • the true overlay deviation amount D can be calculated by applying the same processing procedure to the measurement of the overlay deviation amount D in the Y direction.
  • the rotation angle of the wafer 11 is arbitrary. For example, the wafer 11 is rotated by 120 ° to measure the overlay deviation amount from three directions at one measurement point, and then the average value of these is calculated. May be. Further, for example, the overlay displacement amount may be measured from four directions at one measurement point by rotating by 90 °, and then the average value of these may be calculated.
  • the wafer 11 can be rotated in a vacuum state.
  • the working time can be significantly reduced as compared with the case where the wafer 11 is rotated by taking it out from the sample chamber 2.
  • the load chamber 21 is provided.
  • the load chamber 21 may not be provided. In this case, the apparatus configuration can be further reduced in size.
  • this invention is not limited to the Example mentioned above, Various modifications are included.
  • the case where the electron gun 3 is used has been described, but an ion source or other charged particle source may be used. That is, not only a scanning electron microscope but also an ion microscope or other charged particle beam apparatus may be used.
  • the scanning electron microscope according to each embodiment is not limited to the length measurement SEM, but may be a review SEM.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be partly or entirely realized as, for example, an integrated circuit or other hardware.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. That is, it may be realized as software.
  • Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a memory, a hard disk, a storage device such as an SSD (Solid State Drive), or a storage medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • control lines and information lines indicate what is considered necessary for explanation, and do not represent all control lines and information lines necessary for the product. In practice, it can be considered that almost all components are connected to each other.

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Abstract

　異なるレイヤ間におけるパターンの重ね合わせずれ量を正確に測定可能とする。このため、荷電粒子線装置に、１つの照射条件で荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線源と、照射領域内の第１のレイヤに形成された第１のパターンから発生される信号を検出する第１の検出器と、照射領域内の第２のレイヤに形成された第２のパターンから発生される信号を、第１の検出器と同時に検出する第２の検出器と、第１及び第２の検出器から出力される第１及び第２の検出信号に基づいて第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量を計算する画像処理部とを設ける。

Description

荷電粒子線装置及び重ね合わせずれ量測定方法
　本発明は、例えば半導体デバイスの製造工程間におけるパターンの重ね合わせずれ量を測定する技術に関する。
　ここでは、半導体ウエハ上に半導体デバイスを製造する場合に使用する検査技術の問題点を説明する。半導体デバイスは、フォトマスクに形成されたパターンをリソグラフィー処理及びエッチング処理を用いて半導体ウエハ上に転写する工程を繰り返すことにより製造される。半導体デバイスの製造過程においては、リソグラフィー処理、エッチング処理等の良否、異物の発生等が製造される半導体デバイスの歩留まりに大きく影響する。従って、製造過程における異常や不良の発生を早期に又は事前に検知することが重要である。このため、製造過程では、半導体ウエハ上に形成したパターンの計測や検査が行われる。
　とりわけ、近年の半導体デバイスの微細化と三次元化の進行により、異なる工程間におけるパターンの重ね合わせ管理の重要度が高まっている。従来は、光を半導体デバイスに照射することにより得られる反射光から各工程で作成されたパターンの位置を計測し、異なる工程間でのパターンの重ね合わせずれ量を求めている。
　しかし、パターンの微細化により、光によっては、必要とされる精度を得ることが難しくなっており、光よりも分解能が高い走査型電子顕微鏡を用い、重ね合わせずれ量を測定するニーズが高まっている。例えば特許文献１には、ダブルパターニングで形成された２つのパターン間のずれ量を走査型電子顕微鏡により測定する手法が提案されている。なお、特許文献１は、半導体デバイスの表面に形成されている２つのパターンを測定対象とする。このため、走査型電子顕微鏡は、それらの画像を容易に取得することができる。
　一方、半導体デバイスの表面に形成されたパターンと、半導体デバイスの内部に形成されたパターン間における重ね合わせずれ量を測定対象とする場合、表面パターンと内部パターンのそれぞれについて良好な画像を取得する必要がある。一般に、試料からの２次電子は表面の情報を多く含み、内部の構造の情報は反射電子に主に反映される。例えば特許文献２には、２次電子と反射電子を分離して検出可能な走査型電子顕微鏡が示されている。また、特許文献３には、複数の検出器からの検出信号を用いて下層パターンのコントラストを向上させる技術が開示されている。また、特許文献４には、照射エネルギーの異なる２つの光源を使用して異なるレイヤのパターン画像を取得し、それらを交互に表示する又は実質的に重ね合わせて表示する技術が開示されている。
特開２０１０－８５１３８号公報 特許第３２９１８８０号公報 特開２０１１－１１９４４６号公報 特開平６－２４３８１４号公報 特開２００７－４２９２９号公報
　しかし、従来技術を用いて表面パターン（上層パターン）と内部パターン（下層パターン）の重ね合わせずれ量を測定しようとすると、以下の問題がある。
　前述したように、表面パターンの情報は２次電子に多く含まれ、内部パターンの情報は反射電子に多く含まれる。ところが、２次電子と反射電子はパターンコントラストやパターンエッジの見え方が大きく異なるため、同一のアルゴリズムによりパターン位置を算出することができない。
　また、電子線の入射方向が試料面に対して傾いている場合（電子線が試料面に対して垂直に入射しない場合）、その傾きのために、表面のパターン位置と内部のパターン位置との間で測定誤差が生じてしまう問題がある。
　また、表面パターンと内部パターンの取得に２つの電子銃を使用する方法（特許文献４）は、２つの電子線軸を予め一致させる作業が必要となる。また、この方法は、表面パターンと内部パターンを画面上で観察可能とすることを目的とし、重ね合わせずれ量を数値として計算することは想定されていない。
　本発明は以上の技術的課題を考慮してなされたもので、異なるレイヤに属するパターン間の重ね合わせずれ量を正確に数値として測定することができる技術を提供する。
　本発明は、１つの照射条件で荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線源と、照射領域内の第１のレイヤに形成された第１のパターンから発生される信号を検出する第１の検出器と、照射領域内の第２のレイヤに形成された第２のパターンから発生される信号を、第１の検出器と同時に検出する第２の検出器と、第１及び第２の検出器から出力される第１及び第２の検出信号に基づいて第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量を計算する画像処理部とを有する。
　本発明により、異なるレイヤに形成されたパターンの重ね合わせずれ量を高精度で測定することができる。また、測定結果を製造プロセスにフィードバックさせることにより、半導体デバイスの歩留まり向上に貢献できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
実施例１に係る走査型電子顕微鏡の概略構成を示す図。 異なるレイヤに重なるように形成されたパターン間で測定ずれ量が生じる原因を説明する図。 照射電子の入射角度の校正手順を示す図。 標準試料の構造例を示す図。 標準試料を用いた入射角度の校正方法を説明する図。 実施例１に係る重ね合わせずれ量の測定手順を示す図。 重ね合わせずれ量の測定対象パターンの一例を示す図。 重ね合わせずれ量の測定方法を説明する図。 実施例２に係る走査型電子顕微鏡の概略構成例を示す図。 実施例２に係る重ね合わせずれ量の測定手順を示す図。 実施例２における重ね合わせずれ量のキャンセル原理を説明する図。
　以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
[実施例１]
　［装置構成］
　図１に、本実施例で使用する走査型電子顕微鏡の装置構成を示す。走査型電子顕微鏡の装置本体は、カラム１と試料室２で構成される。
　カラム１の内側には、照射電子を発生させる電子銃３、ウエハ１１に照射される照射電子を収束させるコンデンサレンズ４及び対物レンズ８、照射電子をウエハ１１に対して走査させるディフレクタ７、照射電子を対物レンズ８に対してアライメントするアライナ５、ウエハ１１から発生する２次電子を検出するための２次電子検出器９、２次電子を２次電子検出器９に取り込むためのExBフィルタ６、ウエハ１１からの反射電子を検出するための反射電子検出器１０を有している。ディフレクタ７は、電子線走査コントローラ１７から与えられる信号に従い、照射電子をウエハ１１に対して走査させる。
　試料室２に設置されるXYステージ１３は、ステージコントローラ１８から与えられる信号に従い、カラム１に対してウエハ１１を移動させる。XYステージ１３上には、照射電子の入射角度の校正に使用する標準試料１２が取り付けられている。また、本装置はウエハアライメントのための光学顕微鏡１４を有している。
　２次電子検出器９及び反射電子検出器１０から出力される検出信号は、アンプ１５及び１６において信号変換され、画像処理ボード１９に与えられる。画像処理ボード１９は、２次電子検出器９及び反射電子検出器１０から与えられる各信号を加算して画像化する。２次電子検出器９の検出信号は主にウエハ表面（上層レイヤ）のパターン情報を示し、反射電子検出器１０の検出信号は主に下層レイヤのパターン情報を示す。画像処理ボード１９は、これら２つの検出信号に基づいて生成したパターン画像からパターンの重ね合わせ誤差を数値として計算する。制御ＰＣ２０は、走査型電子顕微鏡全体の動作を制御する。制御ＰＣ２０には、不図示のモニターや入力装置が接続されている。後述するＧＵＩは不図示のモニターに表示される。
　[測定誤差の発生原理]
　図２に、試料面に対して照射電子３２が斜め上方から入射する場合（試料面の垂線に対して照射電子３２が角度θだけずれている場合）に、異なるレイヤに形成されたパターンの重ね合わせ測定値に誤差が含まれる原因を説明する。
　図２では、試料１１の厚みＬだけ高さが異なる２つのレイヤの同じ位置に、パターン３３とパターン３４が形成されている。この場合、パターン３３とパターン３４のずれ量はゼロと測定されるべきである。しかし、照射電子３２が角度θだけ傾いているため、L・tanθだけ互いの位置がずれているように測定されてしまう。このため、異なるレイヤに形成されたパターンの重ね合わせずれ量を測定する前に、照射電子３２がウエハ１１に対して垂直に入射されるように校正しておくことが必要となる。
　［照射角の調整］
　図３に、照射電子３２の傾き（入射角度θ）を校正するための手順を示す。図３に示す動作は、モニターのＧＵＩ画面上で、照射電子３２の入射角度の校正動作が選択されることにより開始される（プロセス４１）。校正動作の開始後、制御ＰＣ２０は、XYステージ１３の移動を制御し、標準試料１２を照射電子３２の照射領域に移動させる（プロセス４２）。標準試料１２には、２つのレイヤの同じ位置にパターンがずれなく形成されている、又は、レイヤを異にする２つのパターンの位置関係が既知のパターンが形成されている。
　この段階で、ワブラーとスティグマが調整される（プロセス４３）。その後、制御ＰＣ２０は、標準試料１２の画像を取得する（プロセス４４）。具体的には、標準試料１２の１番上のレイヤパターンに相当する２次電子像と２番目のレイヤパターンに相当する反射電子像を取得する。
　次に、画像処理ボード１９は、照射電子３２の入射角度（傾き）θを計算する（プロセス４５）。具体的には、画像処理ボード１９は、検出画像から上位レイヤのパターン位置と下位レイヤのパターン位置をそれぞれ計算し、それら２つのパターン位置の差Ｌ・tanθを計算し、当該差と既知の厚みＬを用いて入射角度θを計算する。
　次に、画像処理ボード１９は、計算された入射角度θと規定値（許容値）とを比較する（プロセス４６）。
　入射角度θが規定値よりも大きい場合、制御ＰＣ２０は、アライナ５により照射電子３２の傾きを調整する（プロセス４７）。この後、制御ＰＣ２０は、プロセスをプロセス４３に戻す。これにより、調整後の入射角度θについて、ワブラーとスティグマ調整、画像取得、及び入射角度（傾き）θの計算処理が実行される。アライナ５は、カラム１に対して上下に配置された２組のアライメントコイルから構成されているので、試料上における照射電子３２の照射位置を一定に保ちながら電子線の傾きのみを変更することができる。
　計算された入射角度θが規定値以内であった場合、制御ＰＣ２０は、入射角度θの校正処理を終了する（プロセス４８）。
　［入射角度θの計算方法］
　図４及び図５を用い、照射電子３２の入射角度θを計算する処理手順を説明する。図４は、標準試料１２に形成されているパターン形状を説明するための模式図である。図４（ａ）は、標準試料１２を照射電子３２の入射方向から見た図（平面図）である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ’間の断面を示す模式図（断面図）である。図４（ｂ）に示されるように、標準試料１２の表面には深さＬの溝５１が作られており、溝５１の底面にはラインパターン５２が形成されている。ここで、溝５１とラインパターン５２は、それぞれの中心が一致するように形成されており、中心間にずれがないことが同一ロット品の断面観察により確認されている。
　図５は、標準試料１２のＳＥＭ画像を示している。ここで、図５（ａ）のＳＥＭ画像は、２次電子検出器９と反射電子検出器１０からの信号を加算することにより得られる画像である。図５（ｂ）は、Ｂ－Ｂ’間の信号強度を示している。図中、ａ１及びａ２は溝５１のエッジに対して得られる信号のピークである。ｂ１－ｂ２間は、下位レイヤのラインパターン５２に対応する。ｂ１－ｂ２間の信号強度は周囲よりも高くなっている。
　以下、ＳＥＭ画像から求められたａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の各位置から入射角度θを算出する手順を説明する。前述したように、入射角度θがゼロの場合（傾きがない場合）、溝５１の中心位置（a1+a2）/2と、ラインパターン５２の中心位置（b1+b2）/2は一致しているはずである。しかし、入射角度θがゼロでない場合（入射角度がθｘの場合）、図２で説明したように、L・tanθだけ位置がずれる。
　よって、以下の関係が成立する。
　（b1+b2）/2 －（a1+a2）/2 ＝ L・tanθｘ　…（式１）
　この式をθについて解くと、以下の式が得られる。
　θｘ＝ATAN [｛（b1+b2）/2 －（a1+a2）/2｝/L]　…（式２）
　ここで得られるθｘ　は、X方向への傾斜角であるが、Y方向への傾斜角は、X方向に溝５１が形成されたパターンについて同様に計測することができる。
　［重ね合わせずれ量の測定方法］
　図６～図８を用い、本実施例による重ね合わせずれ量の測定方法を説明する。勿論、この計測処理は、前述した傾斜角度の校正後に実行される。まず、図６に、重ね合わせずれ量の計算時に実行される処理手順を示す。
　制御ＰＣ２０は、ＧＵＩ画面を通じ、ウエハ１１とレシピの選択、重ね合わせ計測の実行の選択を受け付ける（プロセス６１）。制御ＰＣ２０は、選択されたウエハ１１を試料室２へロードする（プロセス６２）。
　次に、制御ＰＣ２０は、光学顕微鏡像とＳＥＭ像によるアライメントを実行する（プロセス６３）。その後、制御ＰＣ２０は、XYステージ１３を制御し、レシピに登録された重ね合わせ測定点にウエハ１１を移動させる（プロセス６４）。
　その後、画像処理ボード１９は、レシピに登録された所定の条件に従ってＳＥＭ画像を取得する（プロセス６５）。画像処理ボード１９は、２次電子検出器９からの信号による２次電子画像における上位レイヤのパターン位置と、反射電子検出器１０からの信号による反射電子画像における下位レイヤのパターン位置を検出し、上位レイヤと下位レイヤ間のパターン位置の違いから重ね合わせずれ量を計算する（プロセス６６）。ここでの計算は、上位レイヤのパターンと下位レイヤのパターンの見かけ上の重ね合わせずれ量から照射電子３２の入射角度θに固有のずれ量を減算することにより行う。計算方法の詳細については後述する。
　制御ＰＣ２０は、レシピに規定された測定点の全てについて、重ね合わせずれ量の計算が終了したか否かを判断する（プロセス６７）。測定点が残っている間（否定結果が得られる間）、制御ＰＣ２０は、照射電子３２の照射範囲に次の測定点を移動させ、画像の取得、重ね合わせずれ量の算出を実行する。全ての測定点について測定が終了した場合（肯定結果が得られた場合）、制御ＰＣ２０は、ウエハ１１をアンロードし（プロセス６８）、重ね合わせずれ量の測定結果を出力する（プロセス６９）。
　図７に、重ね合わせずれ量を測定するパターンの構造例を示す。図７（ａ）は、照射電子３２の入射方向から見た図であり、図７（ｂ）は、Ｃ－Ｃ’断面を示している。パターン７１はウエハ表面に形成されたパターンであり、パターン７２はウエハ内部に形成されたパターンである。なお、パターン７１とパターン７２は、それぞれの中心が一致するように設計されている。
　図８では、プロセス６６で実行される計算処理の具体例を説明する。図８（ａ）は、２次電子検出器９から出力される検出信号から得られる画像であり、ウエハ表面に形成されたパターン７１のエッジ部分に検出信号のピークが出現する。図８（ｂ）は、Ax－Ax’間の信号強度を示しているが、パターンエッジに対応して４つのピークaX1、aX2、aX3、aX4が見られる。ここで、パターン７１のX方向の中心位置をaxcとすると、中心位置axcは、次式で与えられる。
　axc ＝ （aX1 ＋ aX2 ＋ aX3 ＋ aX4 ）/4　…（式３）
　同様に、パターン７１のY方向の中心位置をaYcとすると、中心位置aYcは、図８（ｃ）に示されるAY－AY’間の信号強度に表れる４つのピークを用いて次式で与えられる。
　aYc ＝ （aY1 ＋ aY2 ＋ aY3 ＋ aY4 ）/4　…（式４）
　図８（ｄ）は、反射電子検出器１０から出力される検出信号から得られる画像であり、ウエハ内部に形成されたパターン７２の部分で、物質の違いによるコントラストにより信号強度が強くなっている。図８（ｅ）は、Bx－Bx’間の信号強度を示しており、bX1、bX2、bX3、bX4は信号強度が変化する箇所を示している。この場合、パターン７２のX方向の中心位置bxcは、次式で与えられる。
　ｂxc ＝ （bX1 ＋ bX2 ＋ bX3 ＋ bX4 ）/4　…（式５）
　同様に、パターン７２のY方向の中心位置をbYcとすると、中心位置bycは、図８（ｆ）に示されるBY－BY’間の信号強度に見られる４つの強度変化位置を用いて次式で与えられる。
　bYc ＝ （bY1 ＋ bY2 ＋ bY3 ＋ bY4 ）/4　…（式６）
　ここで、X方向及びY方向の重ね合わせずれ量をΔｘ及びΔｙとすると、Δｘ及びΔｙは以下の式で求められる。
　Δｘ ＝ bxc － axc　…（式７）
　Δｙ ＝ bYc － aYc　…（式８）
　ここで、照射電子３２の入射角度θが重ね合わせずれ量の測定誤差を無視できるレベルに調整されている場合、ΔｘとΔｙを重ね合わせずれ量の測定の結果として使用することができる。もし、照射電子３２の入射角度θに起因するずれ量の補正が必要な場合（更に高精度の結果が必要な場合）、照射電子３２の入射角度θの校正過程で取得され保持されている値を用いてずれ量の補正を行う。入射角度校正後のX方向とY方向の最終的な入射角度をそれぞれθｘ及びθｙとし、パターン７１とパターン７２の間の深さの差をLとすると、補正後のΔｘ及びΔｙは次式で与えられる。
　Δｘ ＝ （bxc － axc ） － L・tanθｘ　…（式９）
　Δｙ ＝ （bYc － aYc ） － L・tanθｙ　…（式１０）
　ここで、半導体の製造工程においては、各層の厚みは正確にモニターされているため、Lは正確な値を入手可能である。
　［まとめ］
　本実施例では、１つの電子銃３と、２次電子検出器９と、反射電子検出器１０とを走査型電子顕微鏡に搭載し、測定点の上位レイヤに形成されたパターンと下位レイヤに形成されたパターンに対応する検出信号を同時に取得し、異なるレイヤ間の重ね合わせずれ量を計算する手法を採用する。このように本実施例では、従来装置のように複数の電子銃を搭載する必要がないため、電子線の軸線を一致させる調整作業の必要がない。また、上位レイヤに形成されたパターンに対応する検出信号と下位レイヤに形成されたパターンに対応する検出信号は、同じ照射電子３２を用いて同時に取得できるため、高い位置検出精度を期待できる。また、電子銃３が１つであるため、装置構成も小型化することができる。また、上位レイヤに形成されたパターンの測定には２次電子検出器９を使用し、下位レイヤに形成されたパターンの測定には反射電子検出器１０を使用するため、各レイヤに形成されたパターンを高精度に検出することができる。
　また、本実施例では、標準試料１２を用いて照射電子３２の入射角度θが規定値以下となるように校正した後に重ね合わせずれ量の測定動作を実行する。このため、照射電子３２の入射角度θに起因する固有のずれ量を許容値以内に抑制でき、重ね合わせずれ量の測定精度を高めることができる。また、校正時に取得された入射角度θに起因する固有のずれ量を用いて重ね合わせずれ量を補正することにより、一段と、測定精度を高めることができる。
　また、測定結果を製造プロセスにフィードバックさせることにより、半導体デバイスの歩留まり向上に貢献することができる。
　なお、本実施例では、重ね合わせずれ量の測定を開始する前に、照射電子３２の入射角度θの校正を行うことにより、その後に実行される重ね合わせずれ量の測定の精度を保証しているが、測定終了後においても照射電子３２の入射角度θを測定し、測定の前後でθが異なる場合には又は測定後の入射角度θが規定値を超える場合には、アラームを出しても良い。
[実施例２]
　［装置構成］
　続いて、図９に、実施例２で使用する走査型電子顕微鏡の装置構成を示す。図９には、図１との対応部分に同一符号を付して示す。本実施例に係る走査型電子顕微鏡の装置本体には、カラム１と試料室２に加え、ロードチャンバ２１が配置される。
　ロードチャンバ２１は、試料室２に隣接するように配置されており、試料室２の間には開閉可能なバルブ２４が配置されている。ロードチャンバ２１内には、真空アライナ２２とロボット２３が設定されている。また、不図示の真空排気機構も有している。
　ロボット２３は、XYステージ１３と真空アライナ２２の間でウエハ１１を移動させる搬送機構である。真空アライナ２２は、ウエハ１１を水平面内で回転駆動する回転機構である。真空アライナ２２には、例えば特許文献５に記載の機構を使用する。ここで、真空アライナ２２は、ウエハ１１を載置するステージ、ウエハ１１の中心位置と向きを検出する機構、ステージを回転駆動する機構、回転量を検出する機構等を有している。回転角は任意であり、例えば１８０°、１２０°、９０°でも良い。以下の説明では、ウエハ１１の向きを１８０°回転させる場合について説明する。本実施例のように、ロードチャンバ２１を設けることにより、ウエハ１１を、試料室２と同じ真空状態のまま（すなわち、外部空間に一旦出すことなく）、その向きを変えてステージ１３上に戻すことができる。
　［重ね合わせずれ量の測定方法］
　図１０を用い、本実施例による重ね合わせずれ量の測定方法を説明する。
　制御ＰＣ２０は、ＧＵＩ画面を通じ、ウエハ１１とレシピの選択、重ね合わせ計測の実行の選択を受け付ける（プロセス１０１）。制御ＰＣ２０は、選択されたウエハ１１を試料室２へロードする（プロセス１０２）。
　次に、制御ＰＣ２０は、光学顕微鏡像とＳＥＭ像によるアライメントを実行する（プロセス１０３）。その後、制御ＰＣ２０は、XYステージ１３を制御し、レシピに登録された重ね合わせ測定点にウエハ１１を移動させる（プロセス１０４）。
　その後、画像処理ボード１９は、レシピに登録された所定の条件に従ってＳＥＭ画像を取得する（プロセス１０５）。ここでのＳＥＭ画像も、２次電子検出器９と反射電子検出器１０からの信号を加算することにより得られる。また、画像処理ボード１９は、取得したＳＥＭ画像について、重ね合わせずれ量を計算する（プロセス１０６）。本実施例の場合、計算される重ね合わせずれ量には、上位レイヤのパターンと下位レイヤのパターンの見かけ上の重ね合わせずれ量（照射電子３２の入射角度θに固有のずれ量）が含まれている。また、実施例１で説明した入射角度θの校正処理は基本的に不要である。もっとも、校正処理を行っても良い。
　制御ＰＣ２０は、レシピに規定された測定点の全てについて、重ね合わせずれ量の計算が終了したか否かを判断する（プロセス１０７）。測定点が残っている間（否定結果が得られる間）、制御ＰＣ２０は、照射電子３２の照射範囲に次の測定点を移動させ、画像の取得、重ね合わせずれ量の算出を実行する。
　全ての測定点について測定が終了した場合（肯定結果が得られた場合）、制御ＰＣ２０は、ウエハ１１をロードチャンバ２１に移動し、ウエハ１１の向きを１８０°回転させる（プロセス１０８）。その後、制御ＰＣ２０は、回転後のウエハ１１をXYステージ１３上に再び戻す。
　その後、制御ＰＣ２０は、光学顕微鏡像とＳＥＭ像によるアライメントを実行する（プロセス１０９）。その後、制御ＰＣ２０は、XYステージ１３を制御し、レシピに登録された重ね合わせ測定点にウエハ１１を移動させる（プロセス１１０）。
　その後、画像処理ボード１９は、レシピに登録された所定の条件に従ってＳＥＭ画像を取得する（プロセス１１１）。ここでのＳＥＭ画像も、２次電子検出器９と反射電子検出器１０からの信号を加算することにより得られる。また、画像処理ボード１９は、取得したＳＥＭ画像について、重ね合わせずれ量を計算する（プロセス１１２）。ここでの重ね合わせずれ量にも、上位レイヤのパターンと下位レイヤのパターンの見かけ上の重ね合わせずれ量（照射電子３２の入射角度θに固有のずれ量）が含まれている。
　この後、制御ＰＣ２０は、レシピに規定された測定点の全てについて、重ね合わせずれ量の計算が終了したか否かを判断する（プロセス１１３）。全ての測定点について測定が終了した場合（肯定結果が得られた場合）、制御ＰＣ２０は、ウエハ１１をアンロードする（プロセス１１４）。
　その後、画像処理ボード１９又は制御ＰＣ２０は、１つの測定点について向きを変えて測定された２つの重ね合わせずれ量を用い、測定結果を補正する（プロセス１１５）。具体的には、２つの重ね合わせずれ量の平均値を算出する。なお、同プロセス１１５は、ウエハ１１のアンロード前に実行しても良いし、同時に実行しても良い。この後、制御ＰＣ２０は、重ね合わせずれ量の測定結果を出力する（プロセス１１６）。
　図１１に、ウエハ１１の向きを１８０°回転させ、１つの測定点について、異なる回転方向から重ね合わせずれ量を２度測定することにより、照射電子３２の入射角度θに固有のずれ量をキャンセルできることを説明する。
　図１１（ａ）はウエハ１１を回転させる前の状態、図１１（ｂ）はウエハ１１を１８０°回転させた後の状態をそれぞれ表わしている。図１１では、ウエハ１１の上位レイヤにパターン１２３が形成され、下位レイヤにパターン１２４が形成されているものとする。また、上位レイヤと下位レイヤは厚みLだけ高さが異なっているものとする。また、パターン１２３とパターン１２４はX方向に距離Dだけずれて形成されているものとする。また、照射電子３２が入射角度θでウエハ１１に入射する場合を考える。
　図１１（ａ）の場合、重ね合わせずれ量Δ１は、次式で表わされる。
　Δ１ ＝ D ＋ L・tanθ　…（式１１）
　すなわち、Δ１は本来計測されるべき値であるDから、＋L・tanθのずれ量を含む値となる。
　一方、図１１（ｂ）の場合には、ウエハ１１が１８０°回転しているため、重ね合わせずれ量Δ2は、次式で表される。
　Δ2 ＝ D － L・tanθ　…（式１２）
　すなわち、Δ2は本来計測されるべき値であるDから、－L・tanθのずれ量を含む値となる。
　ここで、Δ１とΔ2の平均値を求めると、次式となる。
　(Δ１ +Δ2 )/2 ＝ ｛(D + L・tanθ) ＋ (D － L・tanθ)｝/2 ＝ D　…（式１３）
　式１３より、平均値を計算すると、照射電子３２の入射角度θに起因する固有のずれ量がキャンセルされ、真の重ね合わせずれ量Dが正確に求められることが分かる。
　なお、Y方向についての重ね合わせずれ量Dの測定についても同様の処理手順を適用することにより、真の重ね合わせずれ量Dを計算することができる。
　［まとめ］
　本実施例の場合、ウエハ１１の向きを１８０°回転させ、１つの測定点について２つの重ね合わせずれ量を測定する必要があるが、照射電子３２の入射角度θを校正するための標準試料１２の作成や校正動作を無くすことができる。また、前述したように、ウエハ１１の回転角は任意であり、例えば１２０°ずつ回転させて１つの測定点について３つの方向から重ね合わせずれ量を測定し、その後、これらの平均値を計算しても良い。また例えば、９０°ずつ回転させて１つの測定点について４つの方向から重ね合わせずれ量を測定し、その後、これらの平均値を計算しても良い。このように、ウエハ１１を回転させて１つの測定点について複数の重ね合わせずれ量を計算し平均化することにより、照射電子３２の入射角度θの影響を低減し、高精度で重ね合わせずれ量を計算することができる。
　また、本実施例の場合、試料室２の隣にロードチャンバ２１を配置するため、真空状態のままウエハ１１の回転を可能とすることができる。この結果、試料室２から外部に取り出してウエハ１１を回転させる場合に比して作業時間の大幅な短縮を実現できる。
　また、本実施例の場合には、ロードチャンバ２１を設けているが、XYステージ１３がウエハ１１の回転機構を備える場合には、ロードチャンバ２１を設けなくても良い。この場合、装置構成を一段と小型化することができる。
［他の実施例］
　なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形を含んでいる。例えば前述の実施例では、いずれも電子銃３を用いる場合について説明したが、イオン源その他の荷電粒子源を用いても良い。すなわち、走査型電子顕微鏡に限らず、イオン顕微鏡その他の荷電粒子線装置であっても良い。また、各実施例に係る走査型電子顕微鏡は、測長ＳＥＭに限らず、レビューＳＥＭでも良い。
　また、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限られない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
　また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。
　また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
１…カラム、２…試料室、３…電子銃、４…コンデンサレンズ、５…アライナ、６…ExBフィルタ、７…ディフレクタ、８…対物レンズ、９…２次電子検出器、１０…反射電子検出器、１１…ウエハ、１２…標準試料、１３…XYステージ、１４…光学顕微鏡、１５、１６…アンプ、１７…電子線走査コントローラ、１８…ステージコントローラ、１９…画像処理ボード、２０…制御ＰＣ、２１…ロードチャンバ、２２…真空アライナ、２３…ロボット、２４…バルブ、３３、３４、７１、７２、１２３、１２４…パターン、５１…溝、５２…ラインパターン。

Claims (16)

  1. 　１つの照射条件で荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線源と、
    　測定領域内の第１のレイヤに形成された第１のパターンから発生される信号を検出する第１の検出器と、
    　測定領域内の第２のレイヤに形成された第２のパターンから発生される信号を、第１の検出器と同時に検出する第２の検出器と、
    　前記第１及び第２の検出器から出力される第１及び第２の検出信号に基づいて前記第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量を測定する画像処理部と
    　を有する荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記重ね合わせずれ量の測定前に、上位レイヤと下位レイヤの同じ位置にパターンが形成された又は上位レイヤのパターンと下位レイヤのパターンの位置関係が既知である標準試料に前記荷電粒子線を照射し、荷電粒子線の入射角度を校正する入射角度調整部を有する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記画像処理部は、前記荷電粒子線の入射角度の校正時に測定された入射角度に基づいて、１次的に測定される前記重ね合わせずれ量を補正する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記照射条件は、前記第１及び第２の検出器において、それぞれ対応するレイヤからの信号を独立かつ同時に検出できるように設定される
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第１の検出器から出力される信号による画像から求めた前記第１のレイヤにおける前記第１のパターンの位置と、
    　前記第２の検出器から出力される信号による画像から求めた前記第２のレイヤにおける前記第２のパターンの位置と、
    　から前記第１のパターンと前記第２のパターンの間の重ね合わせずれ量を求める
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記第１及び第２の検出器の一方は２次電子検出器であり、他方は反射電子検出器である
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記重ね合わせずれ量の測定時に使用するレシピは、ＧＵＩを通じて選択入力可能である
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記重ね合わせずれ量の測定対象である試料の向きを前記荷電粒子線の入射面内で回転可能な機構部を有し、
    　前記画像処理部は、１つの測定点について、複数の回転向きから前記第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量を測定し、複数の測定結果の平均値を前記第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量とする
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 　請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記画像処理部は、回転角が１８０°異なる２つの回転向きについて前記第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量を測定し、測定された２つの測定結果の平均値を前記第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量とする
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 　請求項９に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記試料の回転は、１８０°回転可能なステージ上で行う
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記回転可能な機構部は、前記荷電粒子線を照射する試料を配置する試料室とバルブを介して開閉自在に接続されたチャンバ内に配置される
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  12. 　請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
    　前記回転可能な機構部は、前記荷電粒子線を照射する試料を搭載するステージを回転駆動対象とする
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  13. 　１つの照射条件で荷電粒子線源から荷電粒子線を試料に照射する処理と、
    　測定領域内の第１のレイヤに形成された第１のパターンから発生される信号を第１の検出器で検出する処理と、
    　測定領域内の第２のレイヤに形成された第２のパターンから発生される信号を、第２の検出器を用い、前記第１の検出器と同時に検出する処理と、
    　前記第１及び第２の検出器から出力される第１及び第２の検出信号に基づいて前記第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量を測定する処理と
    　を有する重ね合わせずれ量測定方法。
  14. 　請求項１３に記載の重ね合わせずれ量測定方法において、
    　前記重ね合わせずれ量の測定前に、上位レイヤと下位レイヤの同じ位置にパターンが形成された又は上位レイヤのパターンと下位レイヤのパターンの位置関係が既知である標準試料に前記荷電粒子線を照射し、荷電粒子線の入射角度を校正する処理を有する
    　ことを特徴とする重ね合わせずれ量測定方法。
  15. 　請求項１４に記載の重ね合わせずれ量測定方法において、
    　前記荷電粒子線の入射角度の校正時に測定された入射角度に基づいて、１次的に測定される前記重ね合わせずれ量を補正する
    　ことを特徴とする重ね合わせずれ量測定方法。
  16. 　請求項１３に記載の重ね合わせずれ量測定方法において、
    　１つの測定点について、複数の回転向きから前記第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量を測定し、複数の測定結果の平均値を前記第１及び第２のパターン間の重ね合わせずれ量とする
    　ことを特徴とする重ね合わせずれ量測定方法。
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