带电粒子束系统以及重合偏差量测定方法与流程

1.本发明涉及带电粒子束系统以及重合偏差量测定方法。


背景技术：

2.使用光刻处理及蚀刻处理，进行将形成于光掩模的图案转印到半导体晶圆上的工序，并重复该工序，由此，制造半导体器件。在半导体器件的制造工序中，光刻处理及蚀刻处理的好坏、以及异物的产生等对制造的半导体器件的成品率产生较大影响。因此，早期或事先检测制造工序中的异常、不良的产生尤为重要。因此，在半导体器件的制造工序中，进行形成于半导体晶圆上的图案的测量、检查。尤其是，因近年来半导体器件的微细化的进一步发展和三维化的进展，准确地执行不同的工序间的图案的重合管理的重要度提高。
3.在以往的装置中，根据通过向半导体器件照射光而得到的反射光，来测量在各工序中制作出的图案的位置，测量不同的工序间的图案的重合偏差量。但是，因图案的微细化的发展，在基于光的偏差量的检测方法中，难以得到所需的检测精度。因此，使用分辨率比光高的扫描型电子显微镜来测量图案的重合偏差量的需求提高。
4.例如在专利文献1中，提出了利用扫描型电子显微镜来测定通过双重图案化而形成的2个图案间的偏差量的方法。此外，专利文献1以形成于半导体器件的表面的2个图案为测定对象。因此，扫描型电子显微镜能够容易地取得这些图像。
5.另外，专利文献2所公开的扫描型电子显微镜通过二次电子检测器来检测从形成于照射区域内的表面的图案产生的信号，通过反射电子检测器来检测从形成于照射区域内的下层的层的图案产生的信号。根据同时检测出的2个信号来测量表面图案与下层图案间的重合偏差量。一般情况下，二次电子包含较多试样表面的信息，反射电子包含较多比试样表面靠下层的内部的信息。
6.在向光刻工序的反馈中，为了在转印区域整体中实现重合偏差量的高精度的测量，要求得到多个点的测量数据，尽可能利用高次的公式进行校正。但是，在要进行多个点数的测量的情况下，测量时间变得非常长。作为测量时间变长的一个原因，下层图案的图像信号的sn比有时比上层图案的图像信号的sn比低。想要得到为了获得高的测量精度所需的图像sn比，需要增加相加帧数。相加帧数变多导致图像取得时间的增加，在实际的运用中需要限制测量数据数，结果使半导体器件的成品率降低。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开2010-85138号公报
10.专利文献2：日本特开2014-86393号公报


技术实现要素：

11.发明要解决的课题
12.本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种带电粒子束系统以及重合
偏差量测定方法，能够在短时间内测量重合偏差量，由此，能够有助于提高微细化进展后的半导体器件的成品率。
13.用于解决课题的手段
14.为了解决上述课题，本发明的带电粒子束系统具有：带电粒子束照射部，其向试样照射带电粒子束；检测器，其检测来自所述试样的二次电子信号或反射电子信号；以及计算机系统，其控制所述电子束照射部，并且测定所述试样中的重合偏差量。其特征在于，所述计算机系统具有：图像生成部，其根据所述检测器的信号生成图像；匹配处理部，其在由所述图像生成部生成的图像中，通过与模板图像的匹配处理，确定重合测量用图案的位置；线轮廓生成部，其扫描所述重合图案，生成针对所述二次电子信号的第一线轮廓，并且生成针对所述反射电子信号的第二线轮廓；以及重合偏差量测定部，其根据所述第一线轮廓确定所述重合测量用图案中的第一图案的位置，并且根据所述第二线轮廓确定所述重合测量用图案中的第二图案的位置，根据所述第一图案的位置以及所述第二图案的位置，测定所述试样中的重合偏差量。
15.另外，本发明的重合偏差量测定方法是根据通过带电粒子束对试样的照射而由检测器检测出的信号，测定试样的不同层之间的重合偏差量的重合偏差量测定方法，其特征在于，具有以下步骤：根据所述检测器的输出生成图像的步骤；通过所述图像与模板图像的匹配处理，确定重合测量用图案的位置的步骤；扫描所述重合测量用图案，生成针对二次电子信号的第一线轮廓，并且生成针对反射电子信号的第二线轮廓的步骤；根据所述第一线轮廓确定所述重合测量用图案中的第一图案的位置，并且根据所述第二线轮廓确定所述重合测量用图案中的第二图案的位置的步骤；以及根据所述第一图案的位置以及所述第二图案的位置，测定所述试样中的重合偏差量的步骤。
16.发明效果
17.根据本发明，能够在短时间内测量多个点的重合偏差，能够使用多个点的测量数据更准确地管理光刻工序的重合偏差。由此，能够提供能够有助于微细化进展了的半导体器件的成品率提高的带电粒子束系统以及重合偏差量测定方法。
附图说明
18.图1是表示作为第一实施方式的带电粒子束系统的扫描型电子显微镜(sem)的概略结构的概略图。
19.图2表示在第一实施方式中使用的、用于测定重合偏差量的重合测量用图案的构造的一例。
20.图3是对在第一实施方式的扫描型电子显微镜(sem)中，执行多层间的重合偏差量的测定的过程的一例进行说明的流程图。
21.图4是对在重合偏差量的测量中重合测量用图案的x方向的重心位置的计算过程进行说明的概略图。
22.图5是对在重合偏差量的测量中重合测量用图案的y方向的重心位置的计算过程进行说明的概略图。
23.图6是对在第一实施方式的装置中将模板图像、扫描区域以及测定位置设定为制程(recipe)的过程进行说明的画面显示例。
24.图7是对在第一实施方式的装置中将模板图像、扫描区域以及测定位置设定为制程的过程进行说明的画面显示例。
25.图8是对在第一实施方式的装置中将模板图像、扫描区域以及测定位置设定为制程的过程进行说明的画面显示例。
26.图9是对在第一实施方式的装置中将模板图像、扫描区域以及测定位置设定为制程的过程进行说明的画面显示例。
27.图10是对在第一实施方式的装置中将模板图像、扫描区域以及测定位置设定为制程的过程进行说明的画面显示例。
28.图11是对在第一实施方式的装置中将模板图像、扫描区域以及测定位置设定为制程的过程进行说明的画面显示例。
29.图12是对图3的(b)的流程图中的图案匹配工序(步骤s45c)和设定区域的扫描工序(步骤s45d)中的、扫描区域的位置校正方法的详细情况进行说明的概略图。
30.图13是对在上层的图案的重心位置的测量(图3的(b)的步骤s45e)、以及下层的图案的重心位置的测量(步骤s45f)中，自动地校正测定光标的位置的过程进行说明的概略图。
31.图14表示在第二实施方式中使用的、用于测定重合偏差量的重合测量用图案的构造的一例。
32.图15是对在第二实施方式中的重合偏差量的测量中，重合测量用图案的x方向的重心位置的计算过程进行说明的概略图。
33.图16是第二实施方式的装置的画面显示例。
具体实施方式
34.以下，参照附图对本实施方式进行说明。在附图中，功能上相同的要素有时也以相同的编号进行显示。此外，附图示出了遵循本公开的原理的实施方式和安装例，但这些是用于理解本公开的，决不用于限定性地解释本公开。本说明书的记述只不过是典型的例示，在任何意义上都不限定本公开的请求专利保护技术方案的范围或应用例。
35.在本实施方式中，为了本领域技术人员实施本公开而充分详细地对其进行了说明，但需要理解的是，其他的安装和形态也是可能的，能够不脱离本公开的技术思想的范围和精神地进行结构和构造的变更、多样的要素的置换。因此，不能将以后的记述限定于此进行解释。
36.[第一实施方式]
[0037]
《整体结构》
[0038]
首先，参照图1，对作为第一实施方式的带电粒子束系统的扫描型电子显微镜(sem)的概略结构进行说明。该sem具有作为电子光学系统的镜筒(column)1和试样室2。
[0039]
镜筒1具有：产生应照射的电子束(带电粒子束)的电子枪3、聚光透镜4、对准器(aligner)5、exb滤波器6、偏转器7以及物镜8，作为带电粒子束照射部发挥功能。聚光透镜4以及物镜8使由电子枪3产生的电子束聚焦，照射到作为试样的晶圆11上。偏转器7为了在晶圆11上扫描电子束，按照施加电压使电子束偏转。对准器5构成为产生用于使电子束对准(alignment)物镜8的电场。exb滤波器6是用于将从晶圆11发出的二次电子取入到二次电子
检测器9的滤波器。
[0040]
另外，在镜筒1和试样室2中设置有用于检测来自晶圆11(试样)的二次电子的二次电子检测器9(第一检测器)和用于检测来自晶圆11的反射电子的反射电子检测器10(第二检测器)。此外，晶圆11载置于在试样室2设置的xy工作台13上。在xy工作台13上，除了晶圆11之外，还能够载置射束校正用的标准试样12。另外，在xy工作台13的上方，为了对准晶圆11，具有用于对晶圆11进行光学观察的光学显微镜14。
[0041]
该sem还具有：放大器15、16、电子光学系统控制器17、工作台控制器18、图像处理单元19以及控制部20。电子光学系统控制器17、工作台控制器18、图像处理单元19以及控制部20包含在计算机系统100中。计算机系统100按照从sem的各种检测器得到的信号，执行各种测定(包含重合偏差量的测定)，并且控制镜筒1和xy工作台13。放大器15及16将来自二次电子检测器9及反射电子检测器10的检测信号放大并向图像处理单元19输出。作为计算机系统100的一部分的电子光学系统控制器17按照来自控制部20的控制信号来控制镜筒1内的对准器5、exb滤波器6、偏转器7等。
[0042]
作为计算机系统100的一部分的工作台控制器18按照来自控制部20的控制信号，输出用于驱动xy工作台13的驱动信号。控制部20例如能够由通用计算机构成。
[0043]
作为计算机系统100的一部分的图像处理单元19进行经由放大器15和16得到的信号的处理，执行重合偏差量的测定、试样的分析用的图像处理。作为一个例子，图像处理单元19具有：图像生成部1901、匹配处理部1902以及线轮廓生成部1903。
[0044]
图像生成部1901按照从放大器15以及16得到的检测放大信号，生成根据二次电子得到的晶圆11的表面的图像p1(第一图像p1)、以及根据反射电子得到的比表面靠下层的图像p2(第二图像p2)。图像生成部1901也可以能够执行提取第一图像p1以及第二图像p2中的边缘的边缘提取处理、作为边缘提取的预处理而针对第一图像p1以及第二图像p2的平滑化处理。
[0045]
匹配处理部1902执行第一图像p1与第一图像p1用的模板图像的匹配，提取与模板图像适合的部分图像。另外，匹配处理部1902执行第二图像p2与第二图像p2用的模板图像的匹配，提取与模板图像适合的部分图像。匹配处理部1902根据该部分图像，来确定后述的重合测量用图案的位置。模板图像例如是针对后述的重合测量图案的模板图像，通过匹配处理部1902来确定形成于晶圆11上的重合测量用图案。
[0046]
线轮廓生成部1903扫描由匹配处理部1902确定出的重合测量用图案，作为结果，根据来自二次电子检测器9、反射电子检测器10的放大器15、16的检测放大信号，生成线轮廓。线轮廓可以包含基于二次电子信号的线轮廓和基于反射电子信号的线轮廓。
[0047]
作为计算机系统100的一部分的控制部20经由电子光学系统控制器17以及工作台控制器18，掌管扫描型电子显微镜(sem)的整体的控制。虽然省略了图示，但控制部20能够包含鼠标、键盘等用于供用户进行指示输入的输入部、显示拍摄图像等的显示部、以及硬盘、存储器等存储部。
[0048]
另外，控制部20例如能够具有生成所述的模板图像的模板图像生成部2001、测量重合偏差量的重合偏差量测定部2002。图1的装置除了所述以外还可以包含各结构要素的控制部以及各结构要素间的信息线(省略图示)。
[0049]
《试样构造》
[0050]
图2表示测定重合偏差量的重合测量用图案的构造的一例。图2的(a)是从照射电子的入射方向观察的图，图2的(b)表示图2的(a)的c-c’截面。
[0051]
图2所例示的重合测量用图案例如可以形成在晶圆11的划线(scribe line)上等形成实际的电路图案的区域以外的区域。作为一个例子，该重合测量用图案包含图2所示的图案31a、31b、31c、31d、32a、32b、32c、32d。
[0052]
图案31a～31d例如是形成于晶圆11的表面(上层)的图案。图案31a及31b用于x方向的重合偏差量的测量，图案31c及31d用于y方向的重合偏差量的测量。
[0053]
另一方面，图案32a～32d是形成于晶圆11的内部的、位于比表面(上层)靠下的层(下层)的图案。图案32a及32b用于x方向的重合偏差量的测量，图案32c及32d用于y方向的重合偏差量的测量。此外，在没有重合偏差的情况下，以图案31a和31b的重心、图案31c和31d的重心、图案32a和32b的重心、图案32c和32d的重心全部一致的方式设计重合测量用图案。在光刻工序中在转印位置产生偏差的情况下，在重合测量用图案中也在上下层间产生偏差。
[0054]
图2的(c)是二次电子检测器9的二次电子图像(第一图像p1)的一例，包含晶圆11的表面(上层)的图案31a～31d的图像。另一方面，图2的(d)是反射电子检测器10的反射电子图像(第二图像p2)的一例，包含下层的图案32a～32d的图像。但是，第二图像p2中的图像的对比度比第一图像p1中的图像低。
[0055]
《制程执行序列》
[0056]
参照图3的流程图，对在第一实施方式的扫描型电子显微镜(sem)中执行多层间的重合偏差量的测定的过程的一例进行说明。图3的(a)是表示在计算重合偏差量时执行的处理过程的整体流程的流程图。另外，图3的(b)是对图3的(a)中的步骤s45的过程的详细情况进行说明的流程图。如图3的(b)所示，步骤s45包含步骤s45a～s45h。
[0057]
首先，参照图3的(a)，对重合偏差量的测定的整体过程进行说明。首先，控制部20从未图示的输入部、未图示的显示部所显示的gui画面接受作为测定对象的晶圆11的选择、要应用的制程的选择、以及是否需要执行重合偏差测量的选择，开始重合测量(步骤s41)。此外，制程是汇集了用于自动及半自动实施一系列的测定序列的设定的制程。
[0058]
控制部20控制工作台控制器18等，将选择出的晶圆11装载到试样室2(步骤s42)，根据光学显微镜像和sem像，来执行晶圆11的对准(步骤s43)。
[0059]
之后，控制部20控制xy工作台13，使晶圆11移动到制程中登记的测定点中的1个(步骤s44)，根据拍摄到的重合测量用图案，来执行重合偏差量测量处理(步骤s45)。在重合偏差量的测定针对制程中登记的所有测定点结束的情况下(步骤s46是)，控制部20将晶圆11从试样室2卸载(步骤s47)，将重合偏差量的测定结果输出到未图示的显示部等(步骤s48)。
[0060]
参照图3的(b)，对图3的(a)的重合偏差量测量处理(步骤s45)的详细过程进行说明。晶圆11移动到制程中登记的测定点中的1个后，控制部20控制电子光学系统控制器17等，执行sem图像的自动聚焦(步骤s45a)。
[0061]
之后，在取得低帧的sem图像时(步骤s45b)，在匹配处理部1902中执行与制程关联起来保存的模板图像与该sem图像的图案匹配。按照该匹配处理的结果，确定sem图像中的重合测量用图案的位置，计算该位置距制程上的位置的偏差量(步骤s45c)。计算出偏差量
后，控制部30控制电子光学系统控制器17等，针对制程中设定的区域，在进行了基于偏差量的位置校正后进行扫描，从二次电子检测器9和反射电子检测器10取得二次电子信号和反射电子信号(步骤s45d)。
[0062]
图像处理单元19的线轮廓生成部1903根据取得的二次电子信号来制作上层的图案(31a～31d)的线轮廓。之后，在控制部20的重合偏差量测定部2002中，根据制作出的线轮廓来测量重心位置(步骤s45e)。另外，根据同时取得的反射电子信号测量下层的图案(32a～32d)的重心位置(步骤s45f)。然后，根据步骤s45e及45f的测量结果，计算上层的图案31a～31d的重心位置与下层的图案32a～32d的重心位置之间的偏差量(步骤s45g)。针对该过程被设定为测定点的所有区域判断处理是否结束(步骤s45h)，如果存在未处理的区域，则反复进行重心位置的偏差计算用的一系列的步骤(步骤s45d～步骤s45g)，如果所有区域的处理结束(步骤s45h是)，则结束位置偏差测量处理。
[0063]
《重心偏差计算序列》
[0064]
以下，参照图4和图5，对计算上层以及下层中的图案31a～31d以及32a～32d的x方向以及y方向的重心位置，计算重合偏差量的过程的详细内容进行说明。在该例子中，如参照图4和图5而在后面叙述的那样，通过沿着以x方向为长度方向的扫描区域51和以与x方向交叉的y方向为长度方向的扫描区域53扫描重合测量用图案，在线轮廓生成部1903中生成线轮廓，计算图案的重心位置。
[0065]
首先，参照图4，对x方向的重心位置的计算过程进行说明。图4的(a)所示的扫描区域51是为了测量上层图案(图案31a和31b(第一图案))与下层图案(图案32a和32b(第二图案))的x方向的重心位置的偏差而在制程中设定为进行电子束的扫描的区域的区域。如图4的(b)中箭头(52a～52e)所示，在扫描区域51中，在x方向的箭头的方向上扫描电子束。
[0066]
图4的(c)是将沿着箭头(52a～52e)方向的扫描而得到的二次电子信号相加而得到的线轮廓(第一线轮廓)的一例。通过该线轮廓，检测与上层的图案31a的边缘对应的峰值位置a1及a2、以及与上层的图案31b的边缘对应的峰值位置a3及a4。在此，图案31a和31b各自的x方向的重心位置a
x1
、a
x2
通过下式给出。
[0067]ax1
＝(a1+a2)/2
…
(公式1)
[0068]ax2
＝(a3+a4)/2
…
(公式2)
[0069]
另外，2个图案31a和31b的x方向的重心位置a
x
通过下式给出。
[0070]ax
＝(a
x1
+a
x2
)/2
…
(公式3)
[0071]
另外，图4的(d)是将通过沿着箭头(52a～52e)方向的扫描经由反射电子检测器10得到的反射电子信号相加而得到的线轮廓(第二线轮廓)的一例。检测与下层的图案32a对应的边缘位置b1和b2、以及与下层的图案32b对应的边缘位置b3和b4。在此，图案32a和32b各自的x方向的重心位置b
x1
、b
x2
通过下式给出。
[0072]bx1
＝(b1+b2)/2
…
(公式4)
[0073]bx2
＝(b3+b4)/2
…
(公式5)
[0074]
另外，2个图案32a和32b的x方向重心位置b
x
通过下式给出。
[0075]bx
＝(b
x1
+b
x2
)/2
…
(公式6)
[0076]
在此，针对x方向的重合偏差量，δx通过以下的公式求出。
[0077]
δx＝b
x-a
x
…
(公式7)
[0078]
接着，参照图5，对y方向的重心位置的计算过程进行说明。图5的(a)所示的扫描区域53是为了测量上层的图案31c及31d与下层的图案32c及32d的y方向的重心位置的偏差而在制程中设定为沿着y方向扫描电子束的区域的区域。如图5的(b)中箭头(54a～54e)所示，在扫描区域53中，沿着y方向扫描电子束。
[0079]
图5的(c)是将通过沿着箭头(54a～54e)方向的扫描而得到的二次电子信号相加而得到的线轮廓的一例。通过该线轮廓，检测与上层的图案31c的边缘对应的峰值位置a5和a6、以及与上层的图案31d的边缘对应的峰值位置a7和a8。在此，图案31c和31d各自的y方向的重心位置a
y1
、a
y2
通过下式给出。
[0080]ay1
＝(a5+a6)/2
…
(公式8)
[0081]ay2
＝(a7+a8)/2
…
(公式9)
[0082]
另外，2个图案31c和31d的y方向的重心位置ay通过下式给出。
[0083]ay
＝(a
y1
+a
y2
)/2
…
(公式10)
[0084]
另外，图5的(d)是将通过沿着箭头(54a～54e)方向的扫描而得到的反射电子信号相加而得到的线轮廓的一例。通过该线轮廓，检测与下层的图案32c对应的边缘位置b5及b6、以及与下层的图案32d对应的边缘位置b7及b8。在此，图案32c和32d各自的y方向的重心位置b
y1
、b
y2
通过下式给出。
[0085]by1
＝(b5+b6)/2
…
(公式11)
[0086]by2
＝(b7+b8)/2
…
(公式12)
[0087]
另外，2个图案32a和32b的x方向重心位置b
x
通过下式给出。
[0088]by
＝(b
y1
+b
y2
)/2
…
(公式13)
[0089]
在此，针对y方向的重合偏差量，δy通过以下的公式求出。
[0090]
δy＝b
y-ay…
(公式14)
[0091]
通过上述的(公式7)、(公式14)运算出的δx、δy作为步骤s45的结果输出。
[0092]
《针对制程的模板图像/扫描区域/测定坐标的登记过程》
[0093]
接下来，参照图6～图11，对制程中设定模板图像、扫描区域以及测定位置的过程进行说明。图6～图11示出了执行该过程的情况下的显示部的显示画面的一例。
[0094]
在指示执行针对制程的模板图像等的登记的过程时，在显示部中显示图6所示那样的gui画面111。图6的显示画面示出了登记了模板图像之后的gui画面111的显示例。作为一例，该gui画面111具有：映射显示区域112、图像显示区域113、制程条件显示区域114、扫描区域登记部122。
[0095]
映射显示区域112是能够选择性地显示能够掌握晶圆11的整体像的晶圆映射图像、或者能够掌握构成晶圆11的一部分的芯片的构造的芯片映射图像的区域。图像显示区域113是能够选择性地显示拍摄到的第一图像p1或第二图像p2的区域。另外，制程条件显示区域114是显示作为制程而登记的模板图像、线轮廓、测定坐标等的区域。扫描区域登记部122是用于登记所述的扫描区域51或53的操作画面。
[0096]
在映射显示区域112中，晶圆映射图像与芯片映射图像的显示的切换能够通过点击配置在映射显示区域112的下部的晶圆映射选择按钮115a或芯片映射选择按钮115b来进行。在图6中示出选择和显示了芯片映射的状态，为了表示选择了芯片映射，而突出显示芯片映射选择按钮115b。在芯片映射图像显示于映射显示区域112的状态下点击芯片映射图
像的所希望的位置(116)，由此，能够使xy工作台13向芯片映射图像内的选择出的位置(116)移动。
[0097]
在xy工作台13移动到选择出的位置之后，在点击图像取得按钮119时，取得sem图像。在该实施方式的装置中，同时取得二次电子图像和反射电子图像。
[0098]
图像显示区域113中的第一图像p1或第二图像p2的选择性显示的切换能够通过点击在图像显示区域113的下方显示的二次电子图像选择按钮117a或反射电子图像选择按钮117b来进行。
[0099]
图像显示区域113中的图像的显示倍率能够通过显示倍率变更按钮118来变更。另外，其他的图像取得条件能够通过图像条件设定按钮120启动图像条件设定窗口来进行。能够在利用二次电子图像选择按钮117a使第一图像p1显示于图像显示区域113的状态下，点击模板登记按钮121来进行二次电子图像(第一图像p1)的模板图像的登记。
[0100]
登记的模板图像显示于制程条件显示区域114的模板登记标签124内的模板显示区域128a。在登记了模板图像的状态下点击模板显示按钮128b时，登记的模板图像显示于图像显示区域113。图6示出了通过点击模板显示按钮128b而在图像显示区域113显示模板图像的状态。
[0101]
接着，参照图7～图10对扫描区域51、53的登记方法进行说明。与扫描区域51、53相关的信息在登记后分别保存在制程条件显示区域114的测定(x方向)标签125以及测定(y方向)标签126中。
[0102]
首先，参照图7～图9对x方向的扫描区域51的登记进行说明。在登记了模板图像且登记的模板图像显示在图像显示区域113时，接着执行扫描区域51的设定动作。在扫描区域登记部122中，经由扫描方向输入部123b、扫描线数输入部123c、相加帧数输入部123d输入扫描区域51的扫描条件(例如扫描方向、扫描线数、相加帧数)，由此，登记扫描区域51。
[0103]
在通过扫描区域选择按钮123a选择了扫描区域选择模式之后，在图像显示区域113中向各输入部123b～123d输入所希望的数据，由此，选择扫描区域129a。选择后，在点击扫描按钮123e时，根据设定的扫描条件，通过电子束对扫描区域129a进行扫描。扫描的结果所得到的二次电子信号和反射电子信号的线轮廓分别显示于测定(x方向)标签125内的线轮廓显示区域130的二次电子信号显示部133以及反射电子信号显示部134(参照图7)。
[0104]
接着，参照图8和图9，对线轮廓中的测定位置的登记的过程进行说明。在图8的例子中，在测定(x方向)标签125内的线轮廓显示区域130的二次电子信号显示部133、反射电子信号显示部134显示二次电子的线轮廓、反射电子的线轮廓。
[0105]
该状态下，在线轮廓显示区域130的右侧显示图案位置测定条件设定区域131。在该图案位置测定条件设定区域131，显示设定在晶圆11的上层(层(layer)-1)中使用二次电子信号(se)、反射电子信号(bse)中的哪一个的ch设定区域135a、设定测定点数的测定点数设定区域135b、设定按钮135c、登记按钮135d、删除按钮135e。另外，还显示设定在晶圆11的下(层-2)使用二次电子信号(se)、反射电子信号(bse)中的哪一个的ch设定区域136a、设定测定点数的测定点数设定区域136b、设定按钮136c、登记按钮136d、删除按钮136e。
[0106]
在图案位置测定条件设定区域131中，针对上层(层-1)，对ch设定区域135a、测定点数设定区域135b进行输入，之后点击设定按钮135c时，在二次电子信号显示部133内显示测定光标137a、137b。通过鼠标操作来调整测定光标137a、137b的宽度和位置，以使测定光
标137a包含二次电子信号的线轮廓的左侧的图案，测定光标137b包含右侧的图案，然后点击登记按钮135d来确定层-1的测定区域。在重新登记测定区域的情况下，在通过删除按钮135e删除了当前的登记区域之后，再次进行登记。
[0107]
同样地，在图案位置测定条件设定区域131中，针对下层(层-2)，对ch设定区域136a、测定点数设定区域136b进行输入，之后点击设定按钮136c时，在反射电子信号显示部134内显示测定光标138a、138b。通过鼠标操作来调整测定光标138a、138b的宽度和位置，以使测定光标138a包含反射电子信号的线轮廓的左侧的图案，测定光标138b包含右侧的图案，然后点击登记按钮136d来确定层-2的测定区域。在重新登记测定区域的情况下，在通过删除按钮136e删除了当前的登记区域之后，再次进行登记。
[0108]
在这样取得线轮廓，设定线轮廓中的各种测定条件时，通过点击重合偏差测量区域132的测定按钮141a，在如上述那样设定的条件下执行重合偏差测量。此时，在线轮廓显示区域130一起显示线轮廓和上层的图案31a及31b的重心位置139、下层的图案32a及32b的重心位置140。并且，将测定出的重合偏差量显示于测量结果显示区域141b。如果测量结果没有问题，则点击ok按钮141c，确定测量条件。
[0109]
参照图10，对y方向的扫描区域53的登记进行说明。与x方向的扫描区域51的登记的动作的不同点在于，在扫描区域登记部122中，作为扫描方向输入部123b的输入而输入[y]。
[0110]
之后，在线轮廓中的测定位置的登记的过程中，在测定(y方向)标签126内的线轮廓显示区域150的二次电子信号显示部153、反射电子信号显示部154显示二次电子的线轮廓、反射电子的线轮廓。该状态下，在线轮廓显示区域150的右侧显示图案位置测定条件设定区域151。在该图案位置测定条件设定区域151中，与x方向的情况一样，操作ch设定区域155a、156a、测定点数设定区域15b、156b、设定按钮155c、156c、登记按钮155d、156d、删除按钮155e、156e，执行测定位置的登记。
[0111]
在这样取得线轮廓，设定线轮廓中的各种测定条件时，通过点击重合偏差测量区域152的测定按钮161a，在如上述那样设定的条件下执行重合偏差测量。此时，在线轮廓显示区域150中一起显示线轮廓和上层的图案31c及31d的重心位置159、下层的图案32c及32d的重心位置160。并且，将测定出的重合偏差量显示于测量结果显示区域161b。如果测量结果没有问题，则点击ok按钮161c，确定测量条件。
[0112]
接着，利用图11对测定坐标的登记过程进行说明。在图11中，通过点击晶圆映射选择按钮115a而在映射显示区域112显示晶圆映射。并且，在制程条件显示区域114中，显示坐标列表标签127，作为测定坐标而登记的坐标的数据显示于测量点列表172。
[0113]
该状态下，通过在晶圆映射上点击测定点171，对xy工作台13进行驱动，使xy工作台13向想要测定的点移动。移动完成后，点击图像取得按钮119来取得sem图像。取得的sem图像显示于图像显示区域113。如果显示的图像从所希望的拍摄位置偏离，则在图像显示区域113中点击了想要取得图像的位置后，再次取得图像。
[0114]
在取得了所希望的图像后，点击登记按钮173a，由此，将取得了图像的坐标追加到坐标列表标签127的测量点列表172中。在修正登记的测量点的信息的情况下，在测量点列表172中，能够双击想要变更的测量点而设为编辑状态，进行必要的修正。另外，在删除测量点的情况下，在测量点列表172中选择了想要删除的测量点的状态下，点击删除按钮173b。
[0115]
以下，参照图12，对图3的(b)的流程图中的图案匹配工序(步骤s45c)和设定区域的扫描工序(步骤s45d)中的扫描区域的位置校正方法的详细情况进行说明。
[0116]
在此，针对图12的(a)所示的模板图像181，以从模板图像的左下起(ax、ay)的位置为中心来设定扫描区域182。并且，假设通过制程执行时取得的图像183与模板图像181的图案匹配，将相当于模板图像181的区域184决定在从取得的图像183偏移了(δax、δay)的位置(图12(b))。该情况下，在图12的(a)所示那样的扫描区域182中测量了图像183中包含的重合测量用图案的情况下，可能产生扫描的位置偏离最佳位置而难以测量准确的重合偏差量的情况。因此，在第一实施方式中，在取得的图像183中进行位置校正，以便扫描以从左下起(ax+δax、ay+δay)的位置为中心的区域185。由此，能够扫描所希望的图案位置(图12(c))。
[0117]
在上述的实施方式中的制程制作中，对用户针对取得的线轮廓在gui画面上手动进行测定光标的位置的调整的例子进行了说明。构成为，预先将与线轮廓对应的线模板图像和测定光标登记为制程，执行该线模板图像与取得的线轮廓的匹配处理，按照该匹配处理的结果，自动调整在所述线轮廓上设定的测定光标的位置。
[0118]
参照图13，对在上层的图案的重心位置的测量(图3的(b)的步骤s45e)、以及下层的图案的重心位置的测量(步骤s45f)中，自动校正测定光标的位置的过程进行说明。
[0119]
针对反射电子信号的线模板图像191，以覆盖与图案对应的位置的方式，将2个测定光标192a、192b设定为制程。左侧的测定光标192a设定在以从线模板图像191的左端起距离x0的位置为中心的宽度w
x0
的范围内。同样地，右侧的测定光标192b设定在以从线模板图像191的左端起距离x1的位置为中心的宽度w
x1
的范围内。
[0120]
通过制程执行而取得的反射电子信号的线轮廓193与线模板图像191的图案匹配，将相当于线模板图像191的区域194决定在从取得的线轮廓193偏移了距离δx的位置(图13的(b))。此时，如图13的(c)所示，在取得的线轮廓193中，以从左端起x0+δx的位置为中心的方式配置左侧的测定光标195a。另外，以从左端起x1+δx的位置为中心的方式配置右测定光标195b。由此，能够以与表面图案位置一致的方式配置2个测定光标。
[0121]
如以上说明那样，根据第一实施方式的扫描型电子显微镜(sem)，在确定重合测量用图案的位置时，沿着在该位置设定的扫描区域执行电子束的扫描，由此取得重合测量用图案的线轮廓。扫描区域能够仅限定于重合偏差量的测量所需的部分，因此能够减少扫描所需的时间。因此，即使在测定多个点的情况下，也能够在短时间内测量重合偏差量的测定，由此，能够有助于微细化进展后的半导体器件的成品率提高。具体而言，在以tv速率(30帧/秒)将64帧的图像相加来测量重合偏差量的情况下，仅通过区域的扫描花费超过2秒的时间，在测定多个点的情况下，重合偏差量的测量需要长时间。但是，根据本实施方式，在根据tv速率的10扫描线的信息取得线轮廓的情况下，能够将扫描时间抑制为0.042秒。因此，与以往相比，能够大幅缩短重合偏差量的测量所需的时间。
[0122]
[第二实施方式]
[0123]
接着，参照图14～图16对作为第二实施方式的带电粒子束系统的扫描型电子显微镜(sem)的概略结构进行说明。该第二实施方式的扫描型电子显微镜的结构可以与第一实施方式(图1)大致相同。另外，重合偏差量的测定的过程也能够通过与图3的流程图大致相同的过程来执行。但是，在该实施方式中，重合测量用图案的测量的过程的详细情况与第一
实施方式不同。
[0124]
图14表示在第二实施方式中使用的重合测量用图案的构造的一例。图14的(a)是从照射电子的入射方向观察的重合测量用图案的俯视图，图14的(b)表示图14的(a)的d-d’截面。
[0125]
图案201a、201b、图案202a、202b是形成于晶圆11的表面(上层)的图案，图案203a、203b、203c、204a、204b、204c、205a、205b、205c是形成于晶圆11的内部，即比表面靠下的层(下层)的图案。在没有重合偏差的情况下，设计为图案201a和201b的重心、图案202a和202b的重心、图案203a、203b、203c的重心、图案204a、204b、204c的重心、以及图案205a、205b、205c的重心全部一致。
[0126]
图14的(c)是二次电子检测器9的二次电子图像(第一图像p1)的一例，包含表面的图案为201a～b、202a～b的图像。另一方面，图14的(d)是反射电子检测器10的反射电子图像(第二图像p2)的一例，包含下层的图案203a～c、204a～c、205a～c的图像。图14的(d)的图像是反射电子图像，因此，与图14的(c)的图像相比对比度变低。
[0127]
参照图15，对计算重合偏差测量用图案的x方向的重心位置的偏差量的过程的详细情况进行说明。图15的(a)所示的扫描区域211a～211d是为了测量上层的图案与下层的图案的x方向的重心位置的偏差量而在制程中设定的区域。在该第二实施方式中，针对扫描区域211a～d，并非一方向，而是双方向(从左向右的方向和从右向左的方向)进行扫描(图15的(b)的箭头212a～d、213a～d)。作为一例，按箭头212a、箭头213a、箭头212b、箭头213b、箭头212c、箭头213c、212d、213d的顺序进行扫描。在作为帧数而设定了2以上的情况下，以设定的帧数的量反复进行箭头212a至箭头213d的扫描。在此，将不同的扫描方向的信号相加是为了消除依赖于扫描方向而产生的重合测量值的偏移(offset)。
[0128]
图15的(c)是将通过扫描得到的二次电子信号相加而得到的线轮廓的一例。将通过从右向左的扫描(213a～d)得到的信号反转成与通过从左向右的扫描(212a～d)得到的信号一致后，将它们相加，根据该相加信号，在图像处理单元19中生成线轮廓。在线轮廓中，检测与上层的图案201a～d对应的峰值位置(a1～a4)。在此，左列的图案(201a、202a)的x方向的重心位置a
x1
、以及右列的图案(201b、202b)的x方向的重心位置a
x2
通过下式给出。
[0129]ax1
＝(a1+a2)/2
…
(公式21)
[0130]ax2
＝(a3+a4)/2
…
(公式22)
[0131]
另外，4个上层图案的x方向重心位置a
x
通过下式给出。
[0132]ax
＝(a
x1
+a
x2
)/2
…
(公式23)
[0133]
另外，图15的(d)是将通过扫描得到的反射电子信号相加而得到的线轮廓的一例。将通过从右向左的扫描(213a～d)得到的信号反转成与通过从左向右的扫描(212a～d)得到的信号一致后，将它们相加，根据该相加信号，在图像处理单元19中生成线轮廓。在线轮廓中，检测与下层的图案对应的边缘位置(b1～b6)。在此，左列的图案(203a、204a、205a)的x方向的重心位置b
x1
、中央列的图案(203b、204b、205b)的x方向的重心位置b
x2
、以及右列的图案(203c、204c、205c)的x方向的重心位置b
x3
通过下式给出。
[0134]bx1
＝(b1+b2)/2
…
公式(24)
[0135]bx2
＝(b3+b4)/2
…
公式(25)
[0136]bx3
＝(b5+b6)/2
…
公式(26)
[0137]
另外，9个下层图案的x方向重心位置b
x
通过下式给出。
[0138]bx
＝(b
x1
+b
x2
+b
x23
)/3
…
(公式27)
[0139]
在此，针对x方向的重合偏差量，δx通过以下的公式求出。
[0140]
δx＝b
x-a
x
…
(公式28)
[0141]
参照图16，对第二实施方式中的本实施例2中的扫描区域211a～d的登记方法进行说明。与扫描区域211a～d相关的信息能够保存在制程条件显示区域114的测定(x方向)标签125以及测定(y方向)标签126中。以下，对x方向的位置偏差测量用的扫描区域的登记进行说明。
[0142]
在登记模板图像而显示于图像显示区域113时，接着执行扫描区域222a～d的设置动作。在扫描区域登记部221中，经由扫描方向输入部222a、扫描区域输入部222b、扫描线数输入部222c、相加帧数输入部222d输入扫描区域222a～d的扫描条件(例如，扫描方向、扫描线数、相加帧数)，由此，登记扫描区域222a～d。在此，扫描方向输入部222a能够选择仅左
→
右方向(x-normal)、仅右
→
左方向(x-reverse)、双方向(x-both)中的任一个作为扫描方向。在该实施方式中，通过选择x-both来消除依赖于扫描方向的重合偏差量测量值的偏移，但也可以计算x-normal的测量值和x-reverse的测量值的平均值。
[0143]
接着，在通过扫描区域选择按钮222a选择了扫描区域选择模式之后，在图像显示区域113中按照各输入部222b～222d的输入值调整显示的区域的位置，由此设定扫描区域。设定后，在点击扫描按钮222e时，根据设定的扫描条件对扫描区域211a～d进行扫描，得到的二次电子信号和反射电子信号的轮廓分别显示于测定(x方向)标签125内的线轮廓显示区域130的二次电子信号显示部133和反射电子信号显示部134。
[0144]
在得到该状态时，与第一实施方式一样，执行线轮廓中的测定位置的登记的过程。如图16所示，在线轮廓显示区域130的右侧显示图案位置测定条件设定区域131。
[0145]
在图案位置测定条件设定区域131中，针对上层(层-1)，对ch设定区域135a、测定点数设定区域135b进行输入，之后点击设定按钮135c时，在二次电子信号显示部133内显示测定光标223a、223b。通过鼠标操作来调整测定光标223a、223b的宽度和位置，以使测定光标223a包含二次电子信号的线轮廓的左侧的图案，测定光标223b包含右侧的图案，之后点击登记按钮135d来确定层-1的测定区域。在重新登记测定区域的情况下，在通过删除按钮135e删除了当前的登记区域之后，再次进行登记。
[0146]
同样地，在图案位置测定条件设定区域131中，针对下层(层-2)，对ch设定区域136a、测定点数设定区域136b进行输入，之后点击设定按钮136c时，在反射电子信号显示部134内显示测定光标(224a、224b、224c)。通过鼠标操作来调整测定光标的宽度和位置，以使测定光标224a包含左侧列的图案，测定光标224b包含中央列的图案，测定光标224c包含右侧列的图案，点击设定按钮136d来确定层-2的测定区域。在重新登记测定区域的情况下，在通过删除按钮136e删除了当前的登记区域之后，再次进行登记。
[0147]
在这样取得线轮廓并设定线轮廓中的各种测定条件时，通过点击重合偏差测量区域132的测定按钮141a，在如上所述设定的条件下执行重合偏差测量。此时，在线轮廓显示区域130中与线轮廓一起显示上层的图案的重心位置225和下层的图案的重心位置226。并且，将测定出的重合偏差量显示于测量结果显示区域141b。如果测量结果没有问题，则点击ok按钮141c，确定测量条件。
[0148]
如以上说明那样，根据该第二实施方式，能够得到与第一实施方式同等的效果。此外，根据该第二实施方式，关于扫描区域，能够从双方向扫描图案，将双方向的信号相加而生成线轮廓。由此，能够抵消检测器间的响应性的差异、带电引起的偏移而生成线轮廓，能够进行更高精度的重合偏差量的测量。
[0149]
另外，本发明不限于上述的实施方式，包含各种变形例。例如，上述的实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的实施方式，不限于必须具有所说明的全部结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够在某实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。另外，针对各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。另外，上述的各结构、功能、处理部、处理单元等的一部分或者全部例如也可以通过由集成电路设计等而由硬件实现。
[0150]
符号说明
[0151]1…
镜筒、2
…
试样室、3
…
电子枪、4
…
聚光透镜、5
…
对准器、6
…
exb滤光器、7
…
偏转器、8
…
物镜、9
…
二次电子检测器、10
…
反射电子检测器、11
…
晶圆、12
…
标准试样、13
…
xy工作台、14
…
光学显微镜、15、16
…
放大器、17
…
电子光学系统控制器、18
…
工作台控制器、19
…
图像处理单元、20
…
控制部、100
…
计算机系统。