(57)【要約】【課題】異なる層に位置するパターンの間の重ね合わせずれ量が大きい場合でも、安定して重ね合わせずれ量の正しい測定を実行する。【解決手段】この荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射部と、前記試料からの二次電子を検出する第１検出器と、前記試料からの反射電子を検出する第２検出器と、前記第１検出器の出力に基づいて、前記試料の表面に位置する第１パターンの画像を含む第１画像を生成すると共に、前記第２検出器の出力に基づいて、前記試料の表面よりも下層に位置する第２パターンの画像を含む第２画像を生成する画像処理部を備える。制御部は、前記第１画像についての第１テンプレート画像に基づき、前記第１画像における測定エリアの位置を調整すると共に、前記第２画像についての第２テンプレート画像に基づき、前記第２画像における測定エリアの位置を調整する。【選択図】図８
2020187876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射部と、
前記試料からの二次電子を検出する第１検出器と、
前記試料からの反射電子を検出する第２検出器と、
前記第１検出器に基づいて、前記試料の表面に位置する第１パターンの画像を含む第１画像を生成すると共に、前記第２検出器の出力に基づいて、前記試料の表面よりも下層に位置する第２パターンの画像を含む第２画像を生成する画像処理部と、
前記第１画像についての第１テンプレート画像に基づき、前記第１画像における測定エリアの位置を調整すると共に、前記第２画像についての第２テンプレート画像に基づき、前記第２画像における測定エリアの位置を調整する制御部と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記測定エリアの位置の調整の結果に従い、前記第１画像と前記第２画像の重ね合わせずれ量を計算する重ね合わせずれ量計測部を更に備える、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記第１画像に基づいて前記第１テンプレート画像を生成すると共に、前記第２画像に基づいて前記第２テンプレート画像を生成するテンプレート画像生成部を更に備える、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記テンプレート画像生成部は、前記第２画像に複数層の画像が含まれる場合、前記複数層の各々について前記第２テンプレート画像を生成する、請求項３に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記テンプレート画像生成部は、前記第２画像の一部にマスクエリアを設定可能に構成された、請求項４に記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記テンプレート画像生成部は、前記第２画像に含まれる一の画像に対し複数のテンプレートエリアを設定し、当該複数のテンプレートエリアに基づいて前記第２テンプレート画像を生成可能に構成された、請求項３に記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記テンプレート画像生成部は、前記第２画像について複数の前記第２テンプレート画像を生成する場合、前記第２画像との一致率に従って複数の前記第２テンプレート画像のうちのいずれかを採用するよう構成された、請求項３に記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記制御部は、１の測定点において前記測定エリアの位置を調整する場合において、測定が終了した近傍の測定点において得られたオフセット量及びオフセット方向に従い、前記１の測定点におけるオフセット量及びオフセット方向を決定する、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射部と、
前記試料からの二次電子を検出する第１検出器と、
前記試料からの反射電子を検出する第２検出器と、
前記第１検出器に基づいて、前記試料の表面に位置する第１パターンの画像を含む第１画像を生成すると共に、前記第２検出器の出力に基づいて、前記試料の表面よりも下層に位置する第２パターンの画像を含む第２画像を生成する画像処理部と、
前記第１画像における測定エリアの位置を調整すると共に、前記第２画像における測定エリアの位置を調整する制御部と、
を備え、
前記制御部は、１の測定点において前記測定エリアの位置を調整する場合において、測定が終了した近傍の測定点において得られたオフセット量及びオフセット方向に従い、前記１の測定点におけるオフセット量及びオフセット方向を決定する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、リソグラフィ処理及びエッチング処理を用いて、フォトマスクに形成されたパターンを半導体ウェハ上に転写する工程を行い、これ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工程では、リソグラフィ処理及びエッチング処理の良否、並びに異物の発生等が、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、製造工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、半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェ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の更なる進展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を的確に実行することの重要度が高まっている。
【０００３】
従来の装置では、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に基づいて、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計測することが行われている。しかし、パターンの微細化の進展により、光によるずれ量の検出手法では、必要とされる検出精度を得ることが難しくなっている。そのため、光よりも分解能が高い走査型電子顕微鏡を用いてパターンの重ね合わせずれ量を計測するニーズが高まっている。
【０００４】
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。
【０００５】
また、特許文献２に開示された走査型電子顕微鏡は、照射領域内の表面に形成されたパターンから発生される信号を二次電子検出器により検出し、照射領域内の下層レイヤに形成されたパターンから発生される信号を反射電子検出器により検出する。同時に検出される２つの信号に基づいて表面パターンと下層パターン間の重ね合わせずれ量が計測される。一般に、二次電子は試料表面の情報を多く含み、反射電子は試料表面よりも下層の内部の情報を多く含む。
【０００６】
しかし、特許文献２の装置を用いて表面パターンと下層パターンの重ね合わせずれ量を計測しようとすると、以下の問題がある。すなわち、この特許文献２の装置では、二次電子画像での表面パターン、又は反射電子画像での下層パターンのどちらか一方のパターン位置により、両方の画像でのパターン計測位置が決定される。この場合、表面パターンと下層パターンの位置ずれが大きいと、パターン位置合わせに用いられなかった方のパターンが、計測位置のずれにより正常に計測できなくなることが生じ得る。また、表面パターンと下層パターンが繰り返しパターンである場合は、表面パターンと下層パターンとの間の重ね合わせずれが大きくなると、繰り返し周期分ずれた計測値を算出する懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−８５１３８号公報
【特許文献２】特開２０１４−８６３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は以上の技術的課題を考慮してなされたもので、異なる層に位置するパターンの間の重ね合わせずれ量が大きい場合でも、安定して重ね合わせずれ量の正しい測定を実行することができる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射部と、前記試料からの二次電子を検出する第１検出器と、前記試料からの反射電子を検出する第２検出器と、前記第１検出器に基づいて、前記試料の表面に位置する第１パターンの画像を含む第１画像を生成すると共に、前記第２検出器の出力に基づいて、前記試料の表面よりも下層に位置する第２パターンの画像を含む第２画像を生成する画像処理部を備える。制御部は、前記第１画像についての第１テンプレート画像に基づき、前記第１画像における測定エリアの位置を調整すると共に、前記第２画像についての第２テンプレート画像に基づき、前記第２画像における測定エリアの位置を調整する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、異なる層に位置するパターンの間の重ね合わせずれ量が大きい場合でも、安定して正しい測定を実行することができる荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る荷電粒子線装置としての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の概略構成を示す概略図である。
【図２】画像処理ユニット１９の動作を概略的に示す概略図である。
【図３】第１の実施の形態の走査型電子顕微鏡におけるウェハ（試料）の重ね合わせ計測の手順を説明するフローチャートである。
【図４】試料としてのウェハ１１の構成例を示す概略図である。
【図５】テンプレート画像と測定エリアのレシピへの登録方法の具体例を説明する概略図である。
【図６】図３のフローチャート中のステップＳ３４ｃ〜３４ｄの手順の詳細を説明する概略図である。
【図７】図３のフローチャート中のステップＳ３４ｃ〜３４ｄの手順の詳細を説明する概略図である。
【図８】図３のフローチャート中のステップＳ３４ｃ〜３４ｄの手順の詳細を説明する概略図である。
【図９】制御部２０により実行される計算処理の具体例を説明する概略図である。
【図１０】第２の実施の形態において計測の対象とされるウェハ１１の構成例を示す概略図である。
【図１１】第２の実施の形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面１１１の一例を説明する図面である。
【図１２】第２の実施の形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面１１１の一例を説明する図面である。
【図１３】第２の実施の形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面１１１の一例を説明する図面である。
【図１４】第２の実施の形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面１１１の一例を説明する図面である。
【図１５】第２の実施の形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面１１１の一例を説明する図面である。
【図１６】第２の実施の形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面１１１の一例を説明する図面である。
【図１７】第２の実施の形態の装置における重ね合わせずれ計測の手順を説明するフローチャートである。
【図１８】第３の実施の形態の装置において測定の対象とされるウェハ１１の構成の一例を示す概略図である。
【図１９】比較例に係るテンプレート画像の登録方法について説明する概略図である。
【図２０】第３の実施の形態におけるテンプレート画像の登録方法を説明する概略図である。
【図２１】第３の実施の形態の装置における、テンプレート画像の登録のためのＧＵＩ画面１１１の一例である。
【図２２】第３の実施の形態の装置における、テンプレート画像の登録のためのＧＵＩ画面１１１の一例である。
【図２３】第４の実施の形態において測定の対象とされるウェハ１１の構成の一例を示す概略図である。
【図２４】近傍のパターン位置オフセットデータを参照して、測定点のオフセット量を決定する手順を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。
【００１３】
本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
【００１４】
［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態に係る荷電粒子線装置としての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の概略構成を、図１を参照して説明する。このＳＥＭは、電子光学系であるカラム１と、試料室２とを備える。
【００１５】
カラム１は、照射すべき電子線（荷電粒子線）を発生させる電子銃３、コンデンサレンズ４、アライナ５、ＥｘＢフィルタ６、偏向器７、及び対物レンズ８を備え、荷電粒子線照射部として機能する。コンデンサレンズ４及び対物レンズ８は、電子銃３で発生した電子線を集束させて、試料としてのウェハ１１上に照射させる。偏向器７は、電子線をウェハ１１上で走査するため、印加電圧に従って電子線を偏向させる。アライナ５は、電子線を対物レンズ８に対してアライメントするための電界を発生させるよう構成されている。ＥｘＢフィルタ６は、ウェハ１１から発せられた二次電子を二次電子検出器９に取り込むためのフィルタである。
【００１６】
また、カラム１、及び試料室２には、ウェハ１１（試料）からの二次電子を検出するための二次電子検出器９（第１検出器）、及びウェハ１１からの反射電子を検出するための反射電子検出器１０（第２検出器）が設けられている。なお、ウェハ１１は、試料室２に設置されるＸＹステージ１３上に載置される。ＸＹステージ１３上には、ウェハ１１に加え、ビーム校正のための標準試料を載置することができる。また、ＸＹステージ１３の上方には、ウェハ１１をアライメントするため、ウェハ１１を光学的に観察するための光学顕微鏡１４が備えられている。
【００１７】
このＳＥＭは更に、アンプ１５、１６、電子光学系コントローラ１７、ステージコントローラ１８、画像処理ユニット１９、及び制御部２０を備えている。アンプ１５及び１６は、二次電子検出器９及び反射電子検出器１０からの検出信号を増幅して画像処理ユニット１９に向けて出力する。電子光学系コントローラ１７は、制御部２０からの制御信号に従ってカラム１内のアライナ５、ＥｘＢフィルタ６、偏向器７等を制御する。
【００１８】
ステージコントローラ１８は、制御部２０からの制御信号に従って、ＸＹステージ１３を駆動するための駆動信号を出力する。制御部２０は、例えば汎用コンピュータにより構成することができる。
【００１９】
画像処理ユニット１９は、アンプ１５及び１６から受信した増幅検出信号に従って、ウェハ１１の表面の、二次電子に基づいて得られる画像Ｐ１（第１画像Ｐ１）、及び表面の下層の、反射電子に基づいて得られる画像Ｐ２（第２画像Ｐ２）を生成する。画像処理ユニット１９は、一例として、エッジ抽出部１９０１、平滑化処理部１９０２、及びマッチング処理部１９０３を備えている。
【００２０】
エッジ抽出部１９０１は、ウェハ１１の表面の画像（第１画像Ｐ１）、及び表面よりも下層の画像（第２画像Ｐ２）に含まれるパターンのエッジを抽出する。平滑化処理部１９０２は、例えばエッジ抽出部１９０１によるエッジ抽出の前処理として第１画像Ｐ１及び第２画像Ｐ２に対する平滑化処理を実行する。
【００２１】
図２は、画像処理ユニット１９の動作を概略的に示している。模式的に示すように、マッチング処理部１９０３は、平滑化処理及びエッジ抽出後の第１画像Ｐ１と、第１画像Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１とのマッチングを実行する。また、マッチング処理部１９０３は、平滑化処理及びエッジ抽出後の第２画像Ｐ２と、第２画像Ｐ２用のテンプレート画像Ｔ２とのマッチングを実行する。このマッチングの結果に従い、制御部２０において、測定エリアの位置が調整されると共に、ウェハ表面と下層との間の重ね合わせずれ量が計測される。ここで、平滑化処理の有無及びその強度、ならびにエッジ抽出処理の実行有無は、画像毎に選択可能とすることができる。
【００２２】
制御部２０は、電子光学系コントローラ１７、及びステージコントローラ１８を介して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の全体の制御を司る。制御部２０は、図示は省略するが、マウスやキーボードなどユーザが指示入力するための入力部、撮像画像等を表示する表示部、及び、ハードディスクやメモリ等の記憶部を含むことができる。また、制御部２０は、例えば、前述のテンプレート画像を生成するテンプレート画像生成部２００１、ウェハ１１中のパターンのずれ量を計測するずれ量計測部２００２、及び測定エリアの位置を調整する測定エリア位置調整部２００３を備えることができる。
【００２３】
（動作）
次に、図３のフローチャートを参照して、第１の実施の形態の走査型電子顕微鏡におけるウェハ（試料）の重ね合わせ計測の手順を説明する。
【００２４】
まず、制御部２０は、図示しない入力部や、図示しない表示部に表示されるＧＵＩ画面から、測定対象であるウェハ１１の選択、適用するレシピの選択、及び重ね合わせずれ計測の実行の要否の選択を受け付け、重ね合わせ計測を開始する（ステップＳ３１）。制御部２０は、選択されたウェハ１１を試料室２内のＸＹステージ１３上へロードする（ステップＳ３２）。
【００２５】
次に、制御部２０は、光学顕微鏡１４により撮像された光学顕微鏡像と、二次電子検出器９及び／又は反射電子検出器１０により撮像されたＳＥＭ画像に基づき、ウェハ１１のアライメントを実行する（ステップＳ３３）。その後、制御部２０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ずれ測定点にウェハ１１を移動させ（ステップＳ３４ａ）、低倍のＳＥＭ画像を取得して画像を取得すべき位置を判断し、必要な調整を実行する（ステップＳ３４ｂ）。
【００２６】
続くステップＳ３４ｃでは、レシピに登録された撮像条件に従ってＳＥＭ画像（第１画像Ｐ１、第２画像Ｐ２）を取得する。制御部２０は、取得されたＳＥＭ画像（第１画像Ｐ１、第２画像Ｐ２）と、レシピに保存されているテンプレート画像Ｔ１、Ｔ２とのマッチングを実行し、そのマッチングの結果に従って、第１画像Ｐ１及び第２画像Ｐ２における測定エリアの位置を調整する（ステップＳ３４ｄ）。レシピには、二次電子検出器９からの信号による二次電子画像（第１画像Ｐ１）に関する第１テンプレート画像Ｔ１と、反射電子検出器１０からの信号による反射電子画像（第２画像Ｐ２）に関する第２テンプレート画像Ｔ２とが含まれている。ステップＳ３４ｃでは、第１テンプレート画像Ｔ１と第１画像Ｐ１とのマッチングを実行するとともに、第２テンプレート画像Ｔ２と第２画像Ｐ２とのマッチングを実行する。なお、第１テンプレート画像Ｔ１、及び第２テンプレート画像Ｔ２の生成・登録方法に関しては後述する。
【００２７】
続くステップＳ３４ｅでは、ステップＳ３４ｄでのマッチング（測定エリアの位置調整）の結果に基づき、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との間のパターン画像の位置の相違を特定する。この相違に基づき、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２の重ね合わせずれ量が計算される。制御部２０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が判断される（ステップＳ３４ｆ）。測定点が残っている場合には（Ｎｏ）、制御部２０は、電子線の照射範囲を次の測定点に移動させ、画像の取得、重ね合わせずれ量の算出を繰り返す。全ての測定点について測定が終了した場合（Ｙｅｓ）、制御部２０は、ウェハ１１をＸＹステージ１３からアンロードし（ステップＳ３５）、重ね合わせずれ量の測定結果を出力する（ステップＳ３６）。
【００２８】
次に、図４及び図５を参照して、図３のフローチャート中のステップＳ３４ｃにおいて利用するレシピ（テンプレート画像（Ｔ１、Ｔ２）、測定エリアなど）の登録の手順の詳細を説明する。図４は、試料としてのウェハ１１の構成例を示しており、図４（ａ）はウェハ１１の平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【００２９】
図４において、パターン４１ａ、４１ｂ、４１ｃはウェハ１１の表面に形成されたパターンであり、パターン４２ａ、４２ｂはウェハ１１の表面より下層の位置に形成されたパターンである。表面のパターン４１ａ〜４１ｃは、主に二次電子検出器９の出力に基づき第１画像Ｐ１として撮像される。また、下層のパターン４２ａ〜４２ｂは、主に反射電子検出器１０の出力に基づき第２画像Ｐ２として撮像される。この例では、パターン４１ａ、４１ｂ、４１ｃの３つの重心と、パターン４２ａ、４２ｂの２つの重心が一致するように設計されているものとする。
【００３０】
次に図５を参照して、テンプレート画像と測定エリアのレシピへの登録方法の具体例を説明する。
【００３１】
図５（ａ）は、図４に示すウェハ１１の二次電子画像（第１画像Ｐ１）であり、第１画像Ｐ１には、主にウェハ１１の表面に形成されるパターン４１ａ〜４１ｃが含まれている。図５（ａ）のような第１画像Ｐ１は、図示しない表示部のＧＵＩ画面上に表示される。このＧＵＩ画面上でユーザによりテンプレートエリア５１がＧＵＩ画面において設定されると、制御部２０は、テンプレートエリア５１の中心座標５２（座標値（ＳＸ、ＳＹ））を計算し、図５（ｂ）に示されるようなテンプレート画像５３（第１テンプレート画像Ｔ１）をレシピの一部として保存する。
【００３２】
また、図５（ｃ）に示されるように、第１画像Ｐ１がＧＵＩ画面上に表示されている状態において、ユーザにより測定エリア５４ａ、５４ｂ、５４ｃが、パターン４１ａ〜４１ｃの位置に設定される。この測定エリア５４ａ〜５４ｃは、パターン４１ａ〜４１ｃの線幅等を測定するための測定エリアとして設定される。測定エリア５４ａ〜５４ｃが設定されると、制御部２０により測定エリア５４ａ〜５４ｃの中心座標５５ａ（座標値（ＭＸ１、ＭＹ１））、５５ｂ（座標値（ＭＸ２、ＭＹ２））、５５ｃ（座標値（ＭＸ３、ＭＹ３））が計算され、更にこれらの中心座標５５ａ〜５５ｃの中心座標５２からのオフセット量（ΔＭＸ１、ΔＭＹ１）、（ΔＭＸ２、ΔＭＹ２）、（ΔＭＸ３、ΔＭＹ３）がレシピに保存される。これら中心座標５５ａ〜５５ｃのオフセット量も、測定エリア５４ａ〜５４ｃの位置情報としてレシピに保存される。オフセット量（ΔＭＸ１、ΔＭＹ１）、（ΔＭＸ２、ΔＭＹ２）、（ΔＭＸ３、ΔＭＹ３）は、以下のように表すことができる。
（ΔＭＸ１、ΔＭＹ１）＝（ＭＸ１、ＭＹ１）−（ＳＸ、ＳＹ）
（ΔＭＸ２、ΔＭＹ２）＝（ＭＸ２、ＭＹ２）−（ＳＸ、ＳＹ）
（ΔＭＸ３、ΔＭＹ３）＝（ＭＸ３、ＭＹ３）−（ＳＸ、ＳＹ）
【００３３】
図５（ｄ）は、図４に示すウェハ１１の反射電子画像（第２画像Ｐ２）であり、第２画像Ｐ２には、主にウェハ１１の表面よりも下層に位置するパターン４２ａ〜４２ｂが含まれている。図５（ｄ）のような第２画像Ｐ２はＧＵＩ画面上に表示される。このＧＵＩ画面上でユーザによりテンプレートエリア５６が設定されると、制御部２０によりテンプレートエリア５６の中心座標５７（ＴＸ、ＴＹ）が計算されるとともに、図５（ｅ）に示されるテンプレート画像５８（第２テンプレート画像Ｔ２）がレシピの一部として保存される。
【００３４】
また、図５（ｆ）に示されるように、第２画像Ｐ２がＧＵＩ画面上に表示されている状態において、ユーザにより測定エリア５９ａ及び５９ｂがパターン４２ａ及び４２ｂの位置に設定される。この測定エリア５９ａ及び５９ｂは、パターン４２ａ及び４２ｂの線幅等を測定するための測定エリアとして設定される。測定エリア５９ａ及び５９ｂが設定されると、制御部２０により測定エリア５９ａ及び５９ｂの中心座標６０ａ（座標値（ＮＸ１、ＮＹ１））、６０ｂ（座標値（ＮＸ２、ＮＹ２））が計算され、更にこれらの中心座標６０ａ〜６０ｂの中心座標５７からのオフセット量（ΔＮＸ１、ΔＮＹ１）、（ΔＮＸ２、ΔＮＹ２）がレシピに保存される。これら中心座標６０ａ〜６０ｂのオフセット量は、測定エリア５９ａ〜５９ｂの位置情報としてレシピに保存される。オフセット量（ΔＮＸ１、ΔＮＹ１）、（ΔＮＸ２、ΔＮＹ２）は、以下のように表すことができる。
（ΔＮＸ１、ΔＮＹ１）＝（ＮＸ１、ＮＹ１）−（ＴＸ、ＴＹ）
（ΔＮＸ２、ΔＮＹ２）＝（ＮＸ２、ＮＹ２）−（ＴＸ、ＴＹ）
【００３５】
次に、図６〜図８を参照して、図３のフローチャート中のステップＳ３４ｃ〜３４ｄの手順の詳細を説明する。ここでは、図５に示すように、ウェハ１１の表面のパターンである第１画像Ｐ１と、表面よりも下層の第２画像Ｐ２との間にずれが発生している場合を例として説明する。
【００３６】
図６（ａ）は、ウェハ１１の平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ’断面を示している。パターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃはウェハ１１の表面に形成されたパターンであり、パターン６２ａ、６２ｂはウェハ１１の表面のよりも下層に形成されたパターンである。通常のウェハ１１では、図４のように、パターン４１ａ〜４１ｃの中間の位置にパターン４２ａ〜４２ｂが位置している。これに対し、この図６の例では、パターン６２ａ、６２ｂが、表面のパターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃに対して、本来あるべき位置から＋Ｘ方向にずれた位置に形成されている。本実施の形態では、第１画像Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１と、第２画像Ｐ２用のテンプレート画像Ｔ２の２つを用いることにより、異なる層の間に重ね合わせずれが生じた場合でも、正確に測定エリアを調整し、安定して正しい測定を実行することができる。
【００３７】
比較例として、テンプレート画像として第１画像用Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１のみを用い、第２画像Ｐ２の測定位置の調整は、テンプレート画像Ｔ１に基づいて行う場合を説明する。図７（ａ）はステップＳ３４ｃで取得された第１画像Ｐ１（二次電子画像）であり、レシピに保存されているテンプレート画像Ｔ１と特徴が一致するマッチング範囲７１を特定する。そして、そのマッチング範囲７１の中心座標７２（座標値（ＳＸ’、ＳＹ’）の、テンプレートエリア５１の中心座標５２（座標値（ＳＸ、ＳＹ））からのずれ量（ΔＳＸ、ΔＳＹ）を算出する。
【００３８】
このずれ量（ΔＳＸ、ΔＳＹ）により、測定エリア７３ａ〜７３ｃの中心座標７４a、７４b、７４cの座標値（ＭＸ１’、ＭＹ１’）、（ＭＸ２’、ＭＹ２’）、（ＭＸ３’、ＭＹ３’）は、次のようになる（図７（ｂ）参照）。
（ＭＸ１’、ＭＹ１’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ１、ΔＭＹ１）＋（ΔＳＸ、ΔＳＹ）
（ＭＸ２’、ＭＹ２’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ２、ΔＭＹ２）＋（ΔＳＸ、ΔＳＹ）
（ＭＸ３’、ＭＹ３’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ３、ΔＭＹ３）＋（ΔＳＸ、ΔＳＹ）
【００３９】
ここで、画像取得位置の調整（プロセス３４ｂ）を第１画像Ｐ１で実施した場合では、表面パターンの位置ずれ（ΔＳＸ、ΔＳＹ）は殆どないと考えられる。このため、ΔＳＸ＝０、ΔＳＹ＝０とすると、測定エリア７３ａ〜７３ｃの中心座標７４a、７４b、７４cの座標値（ＭＸ１’、ＭＹ１’）、（ＭＸ２’、ＭＹ２’）、（ＭＸ３’、ＭＹ３’）は、次のようになる。
（ＭＸ１’、ＭＹ１’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ１、ΔＭＹ１）
（ＭＸ２’、ＭＹ２’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ２、ΔＭＹ２）
（ＭＸ３’、ＭＹ３’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ３、ΔＭＹ３）
すなわち、測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃの位置は、レシピとして設定されている測定エリアと同じ位置となる。
【００４０】
画像取得位置の調整を二次電子画像である第１画像Ｐ１において行っていることから、画像内の表面パターンの６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置もレシピ設定時と同じ位置である。このため、それぞれの測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃは、表面パターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃに対して正しく設定される。
【００４１】
一方、テンプレート画像として第１画像用Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１のみを用い、第２画像Ｐ２の測定エリアの位置の調整は、テンプレート画像Ｔ１に基づいて行う場合、以下に説明するように、測定エリアはパターン６２ａ、６２ｂに対しては正しく設定されず、その結果測定が正しく実行されない虞がある。このことを、図７（ｃ）を参照して説明する。
【００４２】
図７（ｃ）は、図６のようなウェハ１１を撮像した場合において、図７（ａ）の第１画像Ｐ１（二次電子画像）と同時に取得された第２画像Ｐ２（反射電子画像）の例である。この第２画像Ｐ２には、通常の位置より＋Ｘ方向にずれてパターン６２ａ、６２ｂが撮像されている。
【００４３】
このような第２画像Ｐ２において、パターン６２ａ、６２ｂの測定のための測定エリア７６ａ、７６ｂの中心座標７７ａ、７７ｂ（座標値（ＮＸ１’、ＮＹ１’）、（ＮＸ２’、ＮＹ２’）は、それぞれ次にようになる。
（ＮＸ１’、ＮＹ１’）＝（ＳＸ’、ＳＹ’）＋（ΔＮＸ１、ΔＮＹ１）＋（ΔＳＸ、ΔＳＹ）
（ＮＸ２’、ＮＹ２’）＝（ＳＸ’、ＳＹ’）＋（ΔＮＸ２、ΔＮＹ２）＋（ΔＳＸ、ΔＳＹ）
上記と同様にΔＳＸ＝０、ΔＳＹ＝０とすると、以下のようになる。
（ＮＸ１’、ＮＹ１’）＝（ＳＸ’、ＳＹ’）＋（ΔＮＸ１、ΔＮＹ１）
（ＮＸ２’、ＮＹ２’）＝（ＳＸ’、ＳＹ’）＋（ΔＮＸ２、ΔＮＹ２）
【００４４】
すなわち、第１画像Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１のみに基づいて位置調整を行う場合、測定エリア７７ａ、７７ｂの位置は、レシピ設定時と同じ位置となる。これに対し、第２画像Ｐ２内のパターン６２ａ、６２ｂは、レシピ設定時の画像よりも＋Ｘ方向にずれている。このため、測定エリア７６ａ、７６ｂが内部パターン７８ａ、７８ｂから左方向にずれて設定され、正しい位置ずれ計測できなくなる問題が生じる。
【００４５】
次に、図８を参照して、本発明の第１の実施の形態に従い、第１画像Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１と第２画像Ｐ２用のテンプレート画像Ｔ２の２つのテンプレート画像を用いて測定エリアの位置を調整する手順を説明する。図８（ａ）はレシピの画像取得シーケンスであるステップ３４ｃ（図４）で取得された第１画像Ｐ１（二次電子画像）の一例である。ここでは、レシピに保存されているテンプレート画像Ｔ１と特徴が一致するマッチング範囲８１を特定する。そして、そのマッチング範囲７１の中心座標７２（座標値（ＳＸ’、ＳＹ’））の、テンプレートエリア５１の中心座標５２（座標値（ＳＸ、ＳＹ））からのずれ量（ΔＳＸ、ΔＳＹ）を算出する。図７での例と同様な理由によりΔＳＸ＝０、ΔＳＹ＝０として、測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃの中心座標７４ａ、７４ｂ、７４ｃの座標値（ＭＸ１’、ＭＹ１’）、（ＭＸ２’、ＭＹ２’）、（ＭＸ３’、ＭＹ３’）は、次のようになる。
（ＭＸ１’、ＭＹ１’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ１、ΔＭＹ１）
（ＭＸ２’、ＭＹ２’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ２、ΔＭＹ２）
（ＭＸ３’、ＭＹ３’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ３、ΔＭＹ３）
画像取得位置の調整を二次電子画像である第１画像Ｐ１において行っていることから、画像内の表面パターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置もレシピ設定時と同じ位置である。このため、それぞれの測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃは、表面パターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃに対して正しく設定される。
【００４６】
図８（ｃ）は、図６のようなウェハ１１を撮像した場合において、図８（ａ）の第１画像Ｐ１（二次電子画像）と同時に取得された第２画像Ｐ２（反射電子画像）の例である。レシピに保存されているテンプレート画像Ｔ２と一致するマッチング範囲８６が特定される。そして、マッチング範囲８６の中心座標８７（座標値（ＴＸ’、ＴＹ’））のレシピ登録時のテンプレートエリア５６の中心座標５７（座標値（ＴＸ、ＴＹ））からのずれ量（ΔＴＸ、ΔＴＹ）が算出される。テンプレート画像Ｔ２の位置のずれ量により、測定エリア８８ａ、８８ｂの中心座標８９ａ、８９ｂの座標値（ＮＸ１’、ＮＹ１’）、（ＮＸ２’、ＮＹ２’）は、次のように演算される。
（ＮＸ１’、ＮＹ１’）＝（ＴＸ、ＴＹ）＋（ΔＮＸ１、ΔＮＹ１）＋（ΔＴＸ、ΔＴＹ）
（ＮＸ２’、ＮＹ２’）＝（ＴＸ、ＴＹ）＋（ΔＮＸ２、ΔＮＹ２）＋（ΔＴＸ、ΔＴＹ）
【００４７】
このように、測定エリア８８ａ、８８ｂの位置は、レシピ設定時から（ΔＴＸ、ΔＴＹ）だけシフトした位置となる。（ΔＴＸ、ΔＴＹ）は、第２画像Ｐ２上でのパターン６２ａ、６２ｂのレシピ設定時からのずれ量を示す。したがって、それぞれの測定エリア８８ａ、８８ｂは、パターン９０ａ、９０ｂに合致した位置に設定される。
【００４８】
次に、制御部２０により実行される計算処理の具体例を説明する。図９（ａ）は、二次電子検出器９から出力される検出信号に基づく第１画像Ｐ１の一例である。第１画像Ｐ１には、ウェハ１１の表面に形成されたパターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃの画像が含まれている。図９（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った信号強度の変化曲線は、図８（ｂ）に示すように、パターン６１ａ〜６１ｃのエッジに対応する位置においてピークを有している。制御部２０は、この信号強度の変化に従って、測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃにおいてパターン６１ａ〜１ｃのエッジ位置及び重心位置を計算する。
【００４９】
具体的には、計測エリア７３ａにおいてパターン６１ａのエッジの位置のＸ座標がａ１、ａ２であると判定され、測定エリア７３ｂにおいてパターン６１ｂのエッジの位置のＸ座標がａ３、ａ４と判定され、測定エリア７３ｃにおいてパターン６１ｃのエッジの位置のＸ座標がａ５、ａ６と判定されたとする。この場合、パターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃの重心位置のＸ座標ａＣ１、ａＣ１、ａＣ２は次式で与えられる。
ａＣ１＝（ａ１＋ａ２）／２
ａＣ２＝（ａ３＋ａ４）／２
ａＣ３＝（ａ５＋ａ６）／２
【００５０】
また、３つのパターン６１ａ〜６１ｃの重心位置のＸ座標ａｃは、次式で与えられる。
ａＣ＝（ａＣ１＋ａＣ２＋ａＣ３）／３
【００５１】
図９（ｃ）は、反射電子検出器１０から出力される検出信号に基づく第２画像Ｐ２の一例である。第２画像Ｐ２には、ウェハ１１の表面よりも下層に形成されたパターン６２ａ、６２ｂの画像が含まれている。図９（ｃ）のＢ−Ｂ’線に沿った信号強度の変化曲線は、図９（ｄ）に示すように、パターン６２ａ、６２ｂの部分で、パターンを構成する物質の違いによって信号強度が変化する。すなわち、第２画像Ｐ２は、パターン６２ａ及び６２ｂの部分で高いコントラストを有する画像とされている。制御部２０は、このコントラストすなわち信号強度の変化に従って、測定エリア８８ａ及び８８ｂにおいて、パターン６２ａ及び６２ｂのエッジ位置及び重心位置を計算する。
【００５２】
具体的には、測定エリア８８ａにおいてパターン６２ａのエッジの位置のＸ座標がｂ１、ｂ２であると判定され、測定エリア８８ｂにおいてパターン６２ｂのエッジの位置のＸ座標がｂ３、ｂ４と判定されたとする。この場合、パターン６２ａ、６２ｂの重心位置のＸ座標ｂＣ１、ｂＣ２は、次式で与えられる。
ｂＣ１＝（ｂ１＋ｂ２）／２
ｂＣ２＝（ｂ３＋ｂ４）／２
【００５３】
また、２つのパターン９３ａ、９３ｂの重心位置のＸ座標ｂＣは、次式で与えられる。
ｂＣ＝（ｂＣ１＋ｂＣ２）／２
【００５４】
そして、表面のパターン６１ａ〜６１と、その下層のパターン６２ａ〜６２ｂとの間の重ね合わせずれ量Δｘは、以下の式で求められる。
Δｘ＝ｂＣ−ａＣ
【００５５】
以上説明したように、この第１の実施の形態によれば、二次電子検出器９に基づいて、ウェハ１１の表面に位置するパターンの画像を含む第１画像Ｐ１が生成される共に、反射電子検出器１０の出力に基づいて、ウェハ１１の表面よりも下層に位置するパターンの画像を含む第２画像Ｐ２が生成される。そして、第１画像Ｐ１については、第１画像Ｐ１用に生成されたテンプレート画像Ｔ１により測定エリアの調整がなされ、第２画像Ｐ２については、第２画像Ｐ２用に別途生成されたテンプレート画像Ｔ２により測定エリアの調整がなされ、その結果として重ね合わせのずれ量が計算される。従って、この第１の実施の形態によれば、ウェハ１１において複数層に亘って形成されるパターンの重ね合わせずれ量が大きい場合であっても、安定して重ね合わせずれ量の正しい測定を実行することができる。
【００５６】
［第２の実施の形態］
次に、図１０〜図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態荷電粒子線装置としての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）について説明する。この第２の実施の形態の装置は、２次電子画像用のテンプレート画像Ｔ１と、反射電子画像用のテンプレート画像Ｔ２とを用いる点は、第１の実施の形態と同様である。この実施の形態は、テンプレート画像の登録等を行うためのユーザインタフェース画面において、第１の実施の形態とは異なる。
【００５７】
第２の実施の形態では、説明の便宜上、図１０に示すように、ウェハ１１に３層に亘りパターンが形成されている場合を例として説明する。ただし、第２の実施の形態の装置がこのような構造のウェハの計測に限定されるものではないことは言うまでもない。図１０（ａ）は、ウェハ１１を照射電子の照射方向から見た平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【００５８】
ウェハ１１の表面Ｓ０には、パターン１０１ａ、１０１ｂが形成されており、表面Ｓ０の下層（ウェハ１１の内部）の第１層Ｓ１にはパターン１０３が形成されており、第１層Ｓ１よりも更に下層の第２層Ｓ２にはパターン１０２ａ、１０２ｂが形成されている。なお、図１０に示すウェハ１１は、設計データ上では、３つのパターン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの重心の位置、２つのパターン１０２ａ、１０２ｂの重心の位置、及びパターン１０３の重心の位置が全て一致するよう設計されている。
【００５９】
次に図１１〜図１６を参照して、第２の実施の形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面１１１の一例を説明する。このＧＵＩ画面１１１では、テンプレート画像の登録及び削除、測定条件の登録及び削除、並びに測定座標の登録及び削除を含めた各種設定動作が実行可能とされている。前述のように、本実施の形態の装置では、二次電子画像である第１画像Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１と、反射電子画像である第２画像Ｐ２用のテンプレート画像Ｔ２とをレシピを構成するデータの一部として登録可能とされる。図１０のようなウェハ１１が対象とされる場合、第２画像Ｐ２については、複数層Ｓ１、Ｓ２のそれぞれについてテンプレート画像Ｔ２’、Ｔ２’’が登録され得る。
【００６０】
図１１及び図１２を参照して、このＧＵＩ画面１１１において、第１画像Ｐ１（二次電子画像）用のテンプレート画像Ｔ１の登録、及びその測定条件の登録の手順を説明する。図１１に示すように、ＧＵＩ画面１１１上には、マップ表示エリア１１２、画像表示エリア１１３、レシピ条件表示エリア１１４が配置されている。
【００６１】
マップ表示エリア１１２は、ウェハ１１の全体像が把握可能なウェハマップ画像、又はウェハ１１の一部を構成するチップの構造が把握可能なチップマップ画像を選択的に表示可能とされたエリアである。ウェハマップ画像とチップマップ画像の表示の切り替えは、マップ表示エリア１１２の下部に配置されたウェハマップ選択ボタン１１５ａ、又はチップマップ選択ボタン１１５ｂをクリックすることにより行うことができる。図１１ではチップマップが選択・表示された状態を示しており、チップマップが選択されたことを示すため、チップマップ選択ボタン１１５ｂがハイライト表示されている。チップマップ画像がマップ表示エリア１１２に表示された状態でチップマップ画像の所望の位置（１１６）をクリックすることにより、チップマップ画像内の選択された位置（１１６）へＸＹステージ１３を移動させることができる。
【００６２】
画像表示エリア１１３は、撮像されたＳＥＭ画像（第１画像Ｐ１（二次電子画像）又は第２画像Ｐ２（反射電子画像））を表示するためのエリアである。画像表示エリア１１３は、第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２を選択的に表示可能とされ、その表示の切り替えは、二次電子画像選択ボタン１１７ａ、又は反射電子画像選択ボタン１１７ｂをクリックすることにより行うことができる。図１１は、２次電子像選択ボタン１１７ａがクリックされ、これにより画像表示エリア１１３が第１画像Ｐ１を表示している状態を例示的に図示している。画像表示エリア１１３に隣接する位置には、表示倍率変更ボタン１１８、画像取得ボタン１１９、画像条件設定ボタン１２０、テンプレート選択ボタン１２１、測定エリア選択ボタン１２２、測定点選択ボタン１４８が表示されている。
【００６３】
表示倍率変更ボタン１１８は、画像表示エリア１１３に表示されるＳＥＭ画像（第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２）の表示倍率を変更するためのボタンである。また、画像取得ボタン１１９は、ＳＥＭ画像を取得して画像表示エリア１１３に表示するとともに、ＳＥＭ画像の画像データを、図示しないメモリに記憶させる指示を行うためのボタンである。また、画像条件設定ボタン１２０は、表示倍率以外の画像の条件を設定するためのボタンである。
【００６４】
テンプレート選択ボタン１２１は、テンプレート画像を選択するための画面を表示させることを指示するためのボタンである。また、測定エリア選択ボタン１２２は、第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２に対し測定エリアを設定するモードを設定するためのボタンである。また、測定点選択ボタン１４８は、第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２において、測定点を選択するモードを選択するための画面である。
【００６５】
レシピ条件表示エリア１１４は、テンプレート画像、測定条件、及び測定座標に関し、レシピの一部を構成するデータとして登録及び削除を実行するための表示エリアである。レシピ条件表示エリア１１４の上方には、テンプレート登録タブ１２３、測定条件登録タブ１２４、及び測定座標登録タブ１２５が配置されている。
【００６６】
テンプレート登録タブ１２３がクリックされると、レシピ条件表示エリア１１４には、テンプレート画像を登録又は削除するための画面が表示される。レシピ条件表示エリア１１４のテンプレート画像登録用の画面には、一例として、その画像の種類毎にテンプレート画像の表示欄が配置される。テンプレート画像表示欄は、例えば、第１画像Ｐ１（表面Ｓ１の二次電子画像）のためのテンプレート画像Ｔ１を登録するための第１登録画面１２６と、反射電子画像の第１層Ｓ１のためのテンプレート画像Ｔ２’（ＢＳＥ−１）を登録するための第２登録画面１２７と、反射電子画像の第２層Ｓ２のためのテンプレート画像Ｔ２’’を登録するための第３登録画面１２８（ＢＳＥ−２）とを含むことができる。
【００６７】
また、測定条件登録タブ１２４がクリックされると、レシピ条件表示エリア１１４には、各種測定条件を登録又は削除するための画面が表示される（詳しくは図１２、図１４を参照して後述）。さらに、測定座標登録タブ１２５がクリックされると、レシピ条件表示エリア１１４には、測定座標を登録又は削除するための画面が表示される（詳しくは図１６を参照して後述）。
【００６８】
位置１１６にＸＹステージ１３が移動した後、画像取得ボタン１１９をクリックすると、ＳＥＭ画像（第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２）が取得される。二次電子画像である第１画像Ｐ１でのテンプレート画像Ｔ１を登録する場合には、まず、二次電子画像選択ボタン１１７ａをクリックして第１画像Ｐ１を画像表示エリア１１３に表示させ、続いてテンプレート選択ボタン１２１によりテンプレート選択モードを設定する。その後、画像表示エリア１１３に表示された第１画像Ｐ１に基づいてテンプレートエリア１２６を選択する。
【００６９】
テンプレート画像Ｔ１が第１登録画面１２６に表示されている状態で、その下部の登録ボタン１２９ｂをクリックすると、表示されているテンプレート画像Ｔ１が登録され、登録が完了すると、第１登録画面１２６には登録されたテンプレート画像１２９ａが表示される。登録されたテンプレート画像１２９ａは、削除ボタン１２９ｃをクリックすることで削除することもできる。第２画像Ｐ２のためのテンプレート画像Ｔ２（Ｔ２’、Ｔ２’’）の登録及び削除も、登録画面１２７、１２８、登録ボタン１３０ｂ、１３１ｂ、削除ボタン１３０ｃ、１３１ｃを用いて、同様の手順を実行することで行うことができる。
【００７０】
図１２は、ＧＵＩ画面１１１において測定条件登録タブ１２４がクリックされ、レシピ条件表示エリア１１４に第１画像Ｐ１用の測定条件登録用画面が表示された状態を示している。二次電子画像である第１画像Ｐ１での測定条件の登録においては、第１画像Ｐ１を画像表示エリア１１３に表示させた状態で、測定エリア選択ボタン１２２をクリックすることにより測定エリア選択モードが設定される。画像表示エリア１１３に表示された第１画像Ｐ１上で、測定エリア１４０ａ、１４０ｂが選択される。
【００７１】
測定エリア選択ボタン１２２がクリックされた後、測定条件登録タブ１２４がクリックされると、レシピ条件表示エリア１１４には、測定箇所表示エリア１４１、及びパターン位置測定条件表示エリア１４２、重ね合わせずれ測定条件表示エリア１４３が表示される。
【００７２】
測定箇所表示エリア１４１には、第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２、及び測定エリアを示す図形（例：点線の矩形の図形）が表示される。パターン位置測定条件表示エリア１４２には、測定対象の画像（第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２）の種類を示す記号、使用されるテンプレート画像の種類を示す記号、及び重心測定方向などの測定条件が、パターン位置測定条件リスト１４４ａに一覧形式で表示される。表示された測定条件を登録する場合には、登録ボタン１４４ｂがクリックされる。また、表示された測定条件を編集する場合には編集ボタン１４４ｃがクリックされ、削除する場合には削除ボタン１４４ｄがクリックされる。
【００７３】
重ね合わせずれ測定条件表示エリア１４３は、ウェハ１１の複数層に亘り形成されたパターンの重ね合わせずれを測定する場合における測定条件を登録・編集又は削除するためのエリアである。重ね合わせずれ測定条件リスト１４５ａへの登録は、登録ボタン１４５ｂによりウィンドウを表示させて行う。重ね合わせずれ測定条件の登録は、パターン位置測定条件リスト１４４ａに少なくとも２つ以上の測定条件が登録されている場合にのみ可能となる。
【００７４】
登録された重ね合わせずれ測定条件を変更したい場合は編集ボタン１４５ｃをクリックして編集用のウィンドウを表示させる。また、重ね合わせずれ測定条件を削除したい場合は、削除ボタン１４５ｄをクリックして削除用のウィンドウを表示させる。
【００７５】
次に、図１３〜図１４を参照して、第２画像Ｐ２（反射電子画像）用のテンプレート画像Ｔ２の登録、及び測定条件の登録の手順を説明する。第１画像Ｐ１の場合と同様に、ＧＵＩ画面１１１上には、マップ表示エリア１１２、画像表示エリア１１３、及びレシピ条件表示エリア１１４が配置されている。
【００７６】
図１３において、反射電子画像選択ボタン１１７ｂがクリックされると、第２画像Ｐ２が画像表示エリア１１３に表示される。この状態において、テンプレート選択ボタン１２１がクリックされると、テンプレート選択モードが設定される。その後、画像表示エリア１１３に表示された第２画像Ｐ２に基づいてテンプレートエリア１５１を選択する。
【００７７】
テンプレート画像Ｔ２’が第２登録画面１２７に表示されている状態で、登録ボタン１３０ｂがクリックされると、表示されているテンプレート画像Ｔ２’が登録される。登録が完了すると、第２登録画面１２７には登録されたテンプレート画像１３０ａ（Ｔ２’）が表示される。登録されたテンプレート画像１３０ａは、削除ボタン１３０ｃをクリックすることで削除することができる。
【００７８】
同様にして、画像表示エリア１１３において第２画像Ｐ２が表示されている状態において、テンプレートエリア１５２が選択され、レシピ条件表示エリア１１４内の第３登録画面１２８の登録ボタン１３１ｂがクリックされることで、表示されているテンプレート画像Ｔ２’’が登録される。このとき、第３登録画面１２８には、登録されたテンプレート画像１３１ａ（Ｔ２’’）が表示されるが、テンプレート画像１３１ａには、異なる層にあるパターンを隠蔽し、これによりマッチング値算出の対象から除外するマスクエリア１３１ｄが設定される。登録されたテンプレート画像１３１ａは、削除ボタン１３１ｃをクリックすることにより削除することができる。
【００７９】
図１４は、ＧＵＩ画面１１１において、画像表示エリア１１３に第２画像Ｐ２が表示され、測定エリア１６１が選択された状態において測定条件登録タブ１２４がクリックされ、レシピ条件表示エリア１１４に第２画像Ｐ２用の測定条件登録用画面が表示された状態を示している。第１層Ｓ１についての第２画像Ｐ２での測定条件の登録においては、第２画像Ｐ２及び測定エリア１６１を画像表示エリア１１３に表示させた状態で、測定エリア選択ボタン１２２をクリックすることにより測定エリア選択モードを設定する。画像表示エリア１１３に表示された第２画像Ｐ２上で、パターン１０３に合致する測定エリア１６１が選択される。
【００８０】
測定エリア選択ボタン１２２がクリックされた後、測定条件登録タブ１２４がクリック
されると、レシピ条件表示エリア１１４には、測定箇所表示エリア１４１、及びパターン位置測定条件表示エリア１４２、重ね合わせずれ測定条件表示エリア１４３が表示される。以下、第１画像Ｐ１の場合と同様の手法により、各種測定条件が登録される。
【００８１】
図１５は、ＧＵＩ画面１１１において、画像表示エリア１１３に第２画像Ｐ２が表示され、測定エリア１７１ａ、１７１ｂが選択された状態において測定条件登録タブ１２４がクリックされ、レシピ条件表示エリア１１４に第２画像Ｐ２用の測定条件登録用画面が表示された状態を示している。第２層Ｓ２についての第２画像Ｐ２での測定条件の登録においては、第２画像Ｐ２及び測定エリア１７１ａ、１７１ｂを画像表示エリア１１３に表示させた状態で、測定エリア選択ボタン１２２をクリックすることにより測定エリア選択モードを設定する。画像表示エリア１１３に表示された第２画像Ｐ２上で、パターン１０２ａ、１０２ｂに合致する測定エリア１７１ａ、１７１ｂが選択される。
【００８２】
測定エリア１７１ａ、１７１ｂが選択された状態で、登録ボタン１４４ｂがクリックされると、第２層Ｓ２についての第２画像Ｐ２の測定条件が、パターン位置測定条件リストの三段目に登録される。ここで、測定箇所表示エリア１４１には、パターン位置測定条件リスト１４４ａで選択されている測定条件がグラフィック表示されている。
【００８３】
重ね合わせずれ測定条件の登録は、重ね合わせずれ測定条件エリア１４３の登録ボタン１４５ｂにより表示される重ね合わせずれ測定条件リスト１４５ａにおいて、基準となる測定条件（Ｂａｓｅ）、基準に対するずれを算出すべき測定条件、重心測定方向（Ｘ方向、Ｙ方向、ＸＹ方向）を選択することにより行うことができる。ここで、重心測定方向としては、測定条件にて測定されている方向のみが選択可能となる。登録した重ね合わせずれ測定条件の変更は、編集ボタン１４５ｃにより行い、条件の削除は削除ボタン１４５ｄにより行うことができる。
【００８４】
図１６は、ＧＵＩ画面１１１において、画像表示エリア１１３に第１画像Ｐ１が表示された状態において測定座標選択タブ１２５がクリックされ、レシピ条件表示エリア１１４に測定座標登録用の画面が表示された状態を示している。
図１６に示すように、マップ表示エリア１１２にウェハマップを表示させた状態でマップ上の選択点１４６をクリックすると、ウェハ１１上の任意の点に移動することができる。測定座標の登録においては、ウェハマップとチップマップを使い分けながら、測定座標を登録したい位置にＸＹステージ１３を移動させる。測定点選択ボタン１４８がクリックされることにより測定点選択モードが設定されると、画像表示エリア１１３の中央部に測定点選択マーク１４７が表示される。この状態で、測定座標登録タブ１２５をクリックすると、図１６に示すような測定座標登録用の画面がレシピ条件表示エリア１１４に表示される。測定座標登録用の画面は、一例として、測定座標テーブル１５０ａ、登録ボタン１５０ｂ、編集ボタン１５０ｃ、削除ボタン１５０ｄを含む。
【００８５】
測定座標テーブル１５０ａは、登録された測定点の座標の一覧を含む。登録ボタン１５０ｂがクリックされると、画像表示エリア１１３で示される測定点選択マーク１４７の座標が測定座標テーブル１５０に登録される。測定座標は編集ボタン１５０ｃにより微調整することが可能であり、また、不要な測定座標は削除ボタン１５０ｄにより削除することができる。
【００８６】
以下、図１７のフローチャートを参照して、第２の実施の形態の装置における重ね合わせずれ計測の手順を説明する。図１７（ａ）は、当該手順の全体の流れを示すフローチャートであり、図１７（ｂ）はステップＳ１８４を更に詳細に説明するフローチャートである。
【００８７】
はじめに、登録した全テンプレート画像（例えばＴ１、Ｔ２’、Ｔ２’’）に対して、テンプレート画像と取得されたＳＥＭ画像（第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２）とのマッチングにより、取得ＳＥＭ画像におけるテンプレート画像からのオフセット量を算出する（ステップＳ１８２、ステップＳ１８３）。
【００８８】
次に、レシピに登録した全ての測定条件に対して、パターンの重心位置を測定する（ステップＳ１８４、ステップＳ１８５）。ここで、パターンの重心位置測定は、対応するテンプレート画像のオフセット量による測定位置の補正（ステップＳ１８４ａ）、パターンエッジ位置の検出（ステップＳ１８４ｂ）、パターンエッジ位置に基づく重心位置の算出（ステップＳ１８４ｃ）の順序で実行され得る。その後、レシピとして登録されたテンプレート画像に基づいて測定エリアの調整が行われ、その調整量に従ってパターン間の重ね合わせずれ量が算出される（ステップＳ１８６、ステップＳ１８７）。
【００８９】
［第３の実施の形態］
次に、図１８〜図２２を参照して、本発明の第３の実施の形態荷電粒子線装置としての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）について説明する。この第３の実施の形態の装置は、２次電子画像（第１画像Ｐ１）用のテンプレート画像Ｔ１と、反射電子画像（第２画像Ｐ２）用のテンプレート画像Ｔ２とを用いる点は、前述の実施の形態と同様である。この実施の形態は、テンプレート画像の登録の手法において、前述の実施の形態とは異なっている。
【００９０】
図１８は、第３の実施の形態の装置において測定の対象とされるウェハ１１の構成の一例を示している。図１８（ａ）は、ウェハ１１を照射電子の入射方向から見た正面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＦ−Ｆ’断面を示している。
【００９１】
ウェハ１１の表面には縦方向を長手方向とするパターン２０１が形成されており、表面の下層には、横方向を長手方向とするパターン２０２ａ、２０２ｂが形成されている。パターン２０２ａ、２０２ｂは、パターン２０１とは交差する方向を長手方向とし、パターン２０１と交差している。
【００９２】
図１８（ｃ）は、ウェハ１１の二次電子画像（第１画像Ｐ１）であり、表面に形成されたパターン２０１の像が含まれる。また、図１８（ｄ）は、ウェハ１１の反射電子画像（第２画像Ｐ２）であり、パターン２０１によってウェハ１１の下層のパターン２０２ａ、２０２ｂの一部が重複し、隠されている。
【００９３】
図１９を参照して、比較例に係るテンプレート画像の登録方法について説明する。この比較例では、下層のパターン２１１ａ、２１１ｂの全体を包含するように１つのテンプレートエリアを選択するものである。このような方法は、図１７のような、上下層で重複するパターン配列を有するウェハにおいて、次に説明するような問題が生じ得る。
【００９４】
図１９（ａ）に示される反射電子画像（第２画像Ｐ２）において、下層のパターン２１１ａ、２１１ｂは、表面のパターン２１２に対して重ね合わせずれ無く形成されている。この場合、下層のパターン２１１ａ、２１１ｂ全体を含むようにテンプレートエリア２１３が選択される。
【００９５】
図１９（ｂ）と図１９（ｃ）は、下層のパターン２１４ａ、２１４ｂが表面のパターン２１５に対して右側にずれた位置に形成された場合を示している。この場合、図１８（ｂ）に示されるように、下層のパターン２１４ａ、２１４ｂを包含するようにテンプレートエリア２１６が選択される必要がある。
【００９６】
しかしながら、反射電子画像（第２画像Ｐ２）において表面のパターン２１５のコントラストが高い場合には、図１９（ｃ）のように表面のパターン２１５を含むが、下層のパターン２１４ａ、２１４ｂの全体を含まないテンプレートエリア２１７が選択される場合が生じ得る。この場合、下層のパターンに関し、適切なテンプレート画像Ｔ２を設定することができなくなる。
【００９７】
そこで、第３の実施の形態では、図１８のような重複するパターンを有するウェハにおけるテンプレート画像の登録に関し、以下の手法を採用し、この問題を解決している。
【００９８】
図２０を参照して、第３の実施の形態におけるテンプレート画像の登録方法を説明する。図２０（ａ）に示されるような第２画像Ｐ２が得られた場合、下層のパターン２２１ａ、２２１ｂに対し、複数通り（例えば２通り）のテンプレートエリア（第１のテンプレートエリア２２３と第２のテンプレートエリア２２４）が設定可能とされる。第１のテンプレートエリア２２３は、パターン２２１ａ、２２１ｂの一端（左端）を包含するように設定される。一方、第２のテンプレートエリア２２４は、パターン２２１ａ、２２１ｂの他端（右端）を包含するように設定される。２種類のテンプレートエリア２２３、２２４に従って、テンプレート画像Ｔ２が設定される。
【００９９】
一方、図２０（ｂ）に示されるように、下層のパターン２２５ａ、２２５ｂが表面パターン２２６に対して左方向にずれていて、下層のパターン２２５ａ、２２５ｂの右端にはテンプレートエリアを配置する位置が無い場合もあり得る。この場合、下層のパターン２２５ａ、２２５ｂの左端にのみ、テンプレートエリア２２７が設定される。この１つのテンプレートエリア２２７が設定されると、これに対応するテンプレート画像Ｔ２が設定され得る。
【０１００】
また、図２０（ｃ）に示されるように、下層のパターン２２８ａ、２２８ｂが表面パターン２２９に対して右方向にずれていて、下層のパターン２２８ａ、２２８ｂの左端にはテンプレートエリアを配置する位置が無い場合もあり得る。この場合、下層のパターン２２８ａ、２２８ｂの右端にのみ、テンプレートエリア２３０が設定される。この１つのテンプレートエリア２３０が設定されると、これに対応するテンプレート画像Ｔ２が設定され得る。
【０１０１】
このように、第２画像Ｐ２において、複数のテンプレートエリア（第１のテンプレートエリアと第２のテンプレートエリア）を設定可能としておくことで、下層のパターンが表面のパターンに対しいずれかの方向へずれていたとしても、適切にテンプレート画像を設定することが可能となる。
【０１０２】
図２１と図２２を参照して、第３の実施の形態の装置における、テンプレート画像の登録のためのＧＵＩ画面１１１の一例と、その動作の手順を説明する。図２１、図２２では、１つの第２画像Ｐ２につき、２通りのテンプレート画像を登録する場合について説明し、その効果についても説明する。
【０１０３】
図２１を参照して、ＧＵＩ画面１１１上において、反射電子画像である第２画像Ｐ２用のテンプレート画像の登録を行う手順を説明する。この図２１の画面において、テンプレート選択ボタン１２１をクリックして、テンプレート選択モードを設定する。そして、画像表示エリア１１３に表示された第２画像Ｐ２に基づいてテンプレートエリア２３１ａ、２３１ｂを選択する。テンプレートエリア２３１ａ、２３１ｂは、表面のパターン２０１の画像が包含されないように選択されるのが好ましい。
【０１０４】
このような２つのテンプレートエリア２３１ａ、２３１ｂが選択された状態で、登録ボタン１２９ｃがクリックされると、第１登録画面１２６において、テンプレートエリア２３１ａ、２３１ｂに対応するテンプレート画像１２９ａが登録される。
【０１０５】
次に、図２２を参照して、ＧＵＩ画面１１１上において、第２画像Ｐ２用について更に別のテンプレート画像の登録を行う手順を説明する。この図２２の画面において、テンプレート選択ボタン１２１をクリックして、テンプレート選択モードを設定した後、画像表示エリア１１３に表示された第２画像Ｐ２に基づいて、テンプレートエリア２３２ａ、２３２ｂを選択する。テンプレートエリア２３２ａ、２３２ｂは、テンプレートエリア２３１ａ、２３１ｂとは異なる位置であって、且つ表面のパターン２０１の画像が包含されないような位置に選択されるのが好ましい。
【０１０６】
このような２つのテンプレートエリア２３２ａ、２３２ｂが選択された状態で、登録ボタン１２９ｅがクリックされると、第１登録画面１２６において、テンプレートエリア２３２ａ、２３２ｂに対応するテンプレート画像１２９ｂが登録される。ここで、テンプレート画像１２９ａは、第２画像Ｐ２において主の（メインの）テンプレート画像として使用され、テンプレート画像１２９ｂは、予備の（サブの）テンプレート画像として用いることができる。テンプレート画像１２９ｂは、テンプレート画像１２９ａでは十分な一致率が得られず不適と判断された場合にのみ使用されるようにしてもよいし、テンプレート画像１２９ａ、及びテンプレート画像１２９ｂの各々のマッチング率を比較し、高いマッチング率が得られる方を優先的に使用するようにしてもよい。すなわち、テンプレート画像生成部２００１は、第２画像Ｐ２について複数のテンプレート画像を生成した場合、それぞれの第２画像Ｐ２との一致率に基づいて複数のテンプレート画像のうちのいずれかを採用するよう構成することができる。
【０１０７】
なお、テンプレート画像１２９ａ及びテンプレート画像１２９ｂは、同時に第１登録画面１２６に表示可能とされていてもよいし、スクロールバー２３３により選択的に第１登録画面１２６に表示させるようにしてもよい。なお、テンプレート画像１２９ａが不適か否かの判断基準としては、一致率に加えて又はこれに変えて、テンプレート画像１２９ａ又はテンプレート画像１２９ｂのマッチングにおけるシフト量の平均値を用いてもよい。
【０１０８】
［第４の実施の形態］
次に、図２３〜図２４を参照して、本発明の第４の実施の形態荷電粒子線装置としての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）について説明する。この第４の実施の形態の装置は、２次電子画像用のテンプレート画像Ｔ１と、反射電子画像用のテンプレート画像Ｔ２とを用いる点は、前述の実施の形態と同様である。この実施の形態は、測定エリアの調整の手法、及び重ね合わせずれ量の特定の方法において、前述の実施の形態とは異なっている。
【０１０９】
図２３は、第４の実施の形態において測定の対象とされるウェハ１１の構成の一例を示している。図２３（ａ）は、ウェハ１１を照射電子の入射方向から見た正面図であり、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）のＧ−Ｇ’断面を示している。
【０１１０】
ウェハ１１の表面には縦方向を長手方向とするパターン３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃが形成されている。ウェハ３０１ａ〜３０１ｃは、Ｘ方向に等間隔Ｐで周期的に形成されている。また、ウェハ１１の表面よりも下層の位置には、同様に縦方向を長手方向とするパターン３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄが形成されている。パターン３０２ａ〜ｄは、表面のパターン３０１ａ〜ｄと同様に、等間隔Ｐで周期的に形成されている。パターン３０１ａ〜ｃ、３０２ａ〜ｄは、設計データ上、ウェハ１１の正面から見た場合、Ｐ／２の間隔で等間隔に形成される。図２３（ｃ）に示すように、ウェハ１１の反射電子画像の複数のパターンのうち、例えば２つのパターンの画像３０３ａ、３０３ｂを含むようにテンプレートエリア３０４が設定される。
【０１１１】
次に、図２４を参照して、近傍のパターン位置オフセットデータを参照して、測定点のオフセット量を決定する手順を説明する。図２４（ａ）は、ウェハ１１を、照射電子の入射方向から見た正面図であり、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＨ−Ｈ’断面を示している。このウェハ１１は、設計データ上は、図２３のように、パターン３０１ａ〜ｃ、０２ａ〜ｄが等間隔に形成される構造を有しているが、実際に製造されたウェハ１１では、下層パターン３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃが、パターン３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃに対して、周期Ｐの約１／２（Ｐ／２）だけオフセットしている。
【０１１２】
このように、上下層で平行に延びるパターンがあり、オフセットが生じた場合において、左右のどちらの方向にオフセットが生じたのかが不明となる場合が生じ得る。このため、この第４の実施の形態の装置は、以下に説明する手法により、オフセットが生じた方向を特定し、この特定結果に従って測定エリア位置の調整を行い、更に重ね合わせずれの計測を実行するよう構成されている。
【０１１３】
図２４（ｃ）、図２４（ｄ）は、図２４（ａ）に示すウェハ１１を撮像して得られた反射電子画像（第２画像Ｐ２）と、設定されるマッチング位置３１３、３１５の例を示している。この図２４（ｃ）、図２４（ｄ）の第２画像Ｐ２は、表面のパターン３０１ａ〜ｄの位置が、テンプレート画像Ｔ１における位置と一致するように位置調整がされた後の画像を示している。
【０１１４】
下層のパターン３０２ａ〜ｄのマッチングにおいては、下層のパターン３０２ａ〜ｄが周期的であるため、図２４（ｃ）のように、画像の左側の下層パターン３１２ａ、３１２ｂに対してマッチング位置３１３が選択されるケースと、図２４（ｄ）のように、画像の右側の下層パターン３１２ｂ、３１２ｃに対してマッチング位置３１５が選択されるケースが考えられる。図２４（ｃ）において、矢印３１４はマッチング位置３１３が選択された場合の下層パターンのオフセット量を示し、矢印３１６は、マッチング位置３１５が選択された場合の下層パターンのオフセット量を示している。矢印３１４は、下層パターンが左側にオフセットしていることを示しており、逆に矢印３１６は、下層パターンが右側にオフセットしていることを示している。
【０１１５】
オフセットの量及び方向を判定する手法を、図２４（ｅ）と図２４（ｆ）とを参照して説明する。図２４（ｅ）に示すように、現在のウェハ１１上で測定点３１７を測定している場合において、その測定点３１７でのオフセット量及びオフセット方向を判定する場合において、測定点３１７から最も近傍にある測定済の測定点３１８におけるオフセット量及びオフセット方向を参照して、測定点３１７でのオフセット量を決定することができる。
例えば、測定点３１７において、図２４（ｆ）のような第２画像Ｐ２、及びマッチング位置３２０が得られ、最も近傍の点３１８において図２４（ｃ）のようなオフセット量及び方向が得られていれば、このオフセット量及び方向を参照して、測定点３１７におけるオフセット量及び方向を決定することができる。測定点３１７において複数のオフセット量及びオフセット量の候補が得られている場合において、測定点３１８におけるオフセット量及び方向に近似する候補を、測定点３１７におけるオフセット量及び方向として選択することができる。
【０１１６】
なお、第４の実施の形態においては、現在の測定点から最も近い測定点の結果を参照する仕様としたが、複数の測定点の結果からの近似式を用いてもよい。また、テンプレートマッチングにより算出される各測長点でのパターンオフセット量を、重ね合わせずれ計測結果と合わせて出力する仕様としてもよい。
【０１１７】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
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…偏向器、８…対物レンズ、９…二次電子検出器、１０…反射電子検出器、１１…ウェハ、１２…標準試料、１３…ＸＹステージ、１４…光学顕微鏡、１５、１６…アンプ、１７…電子光学系コントローラ、１８…ステージコントローラ、１９…画像処理ユニット、２０…制御部。
【図１】
2020187876.tif 000003
【図２】
2020187876.tif 000004
【図３】
2020187876.tif 000005
【図４】
2020187876.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2020187876.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2020187876.tif 000021
【図２０】
2020187876.tif 000022
【図２１】
2020187876.tif 000023
【図２２】
2020187876.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2020187876.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月20日(2020.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射部と、
前記試料からの二次電子を検出する第１検出器と、
前記試料からの反射電子を検出する第２検出器と、
前記第１検出器の出力に基づいて、前記試料の表面に位置する第１パターンの画像を含む第１画像を生成すると共に、前記第２検出器の出力に基づいて、前記試料の表面よりも下層に位置する第２パターンの画像を含む第２画像を生成する画像処理部と、
前記第１画像についての第１テンプレート画像に基づき、前記第１画像における測定エリアの位置を調整すると共に、前記第２画像についての第２テンプレート画像に基づき、前記第２画像における測定エリアの位置を調整する制御部と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記測定エリアの位置の調整の結果に従い、前記第１画像と前記第２画像の重ね合わせずれ量を計算する重ね合わせずれ量計測部を更に備える、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記第１画像に基づいて前記第１テンプレート画像を生成すると共に、前記第２画像に基づいて前記第２テンプレート画像を生成するテンプレート画像生成部を更に備える、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記テンプレート画像生成部は、前記第２画像に複数層の画像が含まれる場合、前記複数層の各々について前記第２テンプレート画像を生成する、請求項３に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記テンプレート画像生成部は、前記第２画像の一部にマスクエリアを設定可能に構成された、請求項４に記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記テンプレート画像生成部は、前記第２画像に含まれる一の画像に対し複数のテンプレートエリアを設定し、当該複数のテンプレートエリアに基づいて前記第２テンプレート画像を生成可能に構成された、請求項３に記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記テンプレート画像生成部は、前記第２画像について複数の前記第２テンプレート画
像を生成する場合、前記第２画像との一致率に従って複数の前記第２テンプレート画像のうちのいずれかを採用するよう構成された、請求項３に記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記制御部は、１の測定点において前記測定エリアの位置を調整する場合において、測定が終了した近傍の測定点において得られたオフセット量及びオフセット方向に従い、前記１の測定点におけるオフセット量及びオフセット方向を決定する、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射部と、
前記試料からの二次電子を検出する第１検出器と、
前記試料からの反射電子を検出する第２検出器と、
前記第１検出器の出力に基づいて、前記試料の表面に位置する第１パターンの画像を含む第１画像を生成すると共に、前記第２検出器の出力に基づいて、前記試料の表面よりも下層に位置する第２パターンの画像を含む第２画像を生成する画像処理部と、
前記第１画像における測定エリアの位置を調整すると共に、前記第２画像における測定エリアの位置を調整する制御部と、
を備え、
前記制御部は、１の測定点において前記測定エリアの位置を調整する場合において、測定が終了した近傍の測定点において得られたオフセット量及びオフセット方向に従い、前記１の測定点におけるオフセット量及びオフセット方向を決定する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射部と、前記試料からの二次電子を検出する第１検出器と、前記試料からの反射電子を検出する第２検出器と、前記第１検出器の出力に基づいて、前記試料の表面に位置する第１パターンの画像を含む第１画像を生成すると共に、前記第２検出器の出力に基づいて、前記試料の表面よりも下層に位置する第２パターンの画像を含む第２画像を生成する画像処理部を備える。制御部は、前記第１画像についての第１テンプレート画像に基づき、前記第１画像における測定エリアの位置を調整すると共に、前記第２画像についての第２テンプレート画像に基づき、前記第２画像における測定エリアの位置を調整する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図４において、パターン４１ａ、４１ｂ、４１ｃはウェハ１１の表面に形成されたパターンであり、パターン４２ａ、４２ｂはウェハ１１の表面より下層の位置に形成されたパターンである。表面のパターン４１ａ〜４１ｃは、主に二次電子検出器９の出力に基づき第１画像Ｐ１として撮像される。また、下層のパターン４２ａ〜４２ｂは、主に反射電子検出器１０の出力に基づき第２画像Ｐ２として撮像される。この例では、パターン４１ａ、４１ｂ、４１ｃの３つのパターンの重心と、パターン４２ａ、４２ｂの２つのパターンの重心が一致するように設計されているものとする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
ここで、画像取得位置の調整（ステップＳ３４ｂ）を第１画像Ｐ１で実施した場合では、表面パターンの位置ずれ（ΔＳＸ、ΔＳＹ）は殆どないと考えられる。このため、ΔＳＸ＝０、ΔＳＹ＝０とすると、測定エリア７３ａ〜７３ｃの中心座標７４a、７４b、７４cの座標値（ＭＸ１’、ＭＹ１’）、（ＭＸ２’、ＭＹ２’）、（ＭＸ３’、ＭＹ３’）
は、次のようになる。
（ＭＸ１’、ＭＹ１’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ１、ΔＭＹ１）
（ＭＸ２’、ＭＹ２’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ２、ΔＭＹ２）
（ＭＸ３’、ＭＹ３’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ３、ΔＭＹ３）
すなわち、測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃの位置は、レシピとして設定されている測定エリアと同じ位置となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
すなわち、第１画像Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１のみに基づいて位置調整を行う場合、測定エリア７６ａ、７６ｂの位置は、レシピ設定時と同じ位置となる。これに対し、第２画像Ｐ２内のパターン６２ａ、６２ｂは、レシピ設定時の画像よりも＋Ｘ方向にずれている。このため、測定エリア７６ａ、７６ｂが内部パターン７８ａ、７８ｂから左方向にずれて設定され、正しい位置ずれ計測できなくなる問題が生じる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
次に、図８を参照して、本発明の第１の実施の形態に従い、第１画像Ｐ１用のテンプレート画像Ｔ１と第２画像Ｐ２用のテンプレート画像Ｔ２の２つのテンプレート画像を用いて測定エリアの位置を調整する手順を説明する。図８（ａ）はレシピの画像取得シーケンスであるステップ３４ｃ（図３）で取得された第１画像Ｐ１（二次電子画像）の一例である。ここでは、レシピに保存されているテンプレート画像Ｔ１と特徴が一致するマッチング範囲７１を特定する。そして、そのマッチング範囲７１の中心座標７２（座標値（ＳＸ’、ＳＹ’））の、テンプレートエリア５１の中心座標５２（座標値（ＳＸ、ＳＹ））からのずれ量（ΔＳＸ、ΔＳＹ）を算出する。図７での例と同様な理由によりΔＳＸ＝０、ΔＳＹ＝０として、測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃの中心座標７４ａ、７４ｂ、７４ｃの座標値（ＭＸ１’、ＭＹ１’）、（ＭＸ２’、ＭＹ２’）、（ＭＸ３’、ＭＹ３’）は、次のようになる。
（ＭＸ１’、ＭＹ１’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ１、ΔＭＹ１）
（ＭＸ２’、ＭＹ２’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ２、ΔＭＹ２）
（ＭＸ３’、ＭＹ３’）＝（ＳＸ、ＳＹ）＋（ΔＭＸ３、ΔＭＹ３）
画像取得位置の調整を二次電子画像である第１画像Ｐ１において行っていることから、画像内の表面パターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置もレシピ設定時と同じ位置である。このため、それぞれの測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃは、表面パターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃに対して正しく設定される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
このように、測定エリア８８ａ、８８ｂの位置は、レシピ設定時から（ΔＴＸ、ΔＴＹ）だけシフトした位置となる。（ΔＴＸ、ΔＴＹ）は、第２画像Ｐ２上でのパターン６２ａ、６２ｂのレシピ設定時からのずれ量を示す。したがって、それぞれの測定エリア８８ａ、８８ｂは、パターン６２ａ、６２ｂに合致した位置に設定される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
次に、制御部２０により実行される計算処理の具体例を説明する。図９（ａ）は、二次電子検出器９から出力される検出信号に基づく第１画像Ｐ１の一例である。第１画像Ｐ１には、ウェハ１１の表面に形成されたパターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃの画像が含まれている。図９（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った信号強度の変化曲線は、図９（ｂ）に示すように、パターン６１ａ〜６１ｃのエッジに対応する位置においてピークを有している。制御部２０は、この信号強度の変化に従って、測定エリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃにおいてパターン６１ａ〜６１ｃのエッジ位置及び重心位置を計算する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
具体的には、計測エリア７３ａにおいてパターン６１ａのエッジの位置のＸ座標がａ１、ａ２であると判定され、測定エリア７３ｂにおいてパターン６１ｂのエッジの位置のＸ座標がａ３、ａ４と判定され、測定エリア７３ｃにおいてパターン６１ｃのエッジの位置のＸ座標がａ５、ａ６と判定されたとする。この場合、パターン６１ａ、６１ｂ、６１ｃの重心位置のＸ座標ａＣ１、ａＣ２、ａＣ３は次式で与えられる。
ａＣ１＝（ａ１＋ａ２）／２
ａＣ２＝（ａ３＋ａ４）／２
ａＣ３＝（ａ５＋ａ６）／２
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
また、２つのパターン６２ａ、６２ｂの重心位置のＸ座標ｂＣは、次式で与えられる。
ｂＣ＝（ｂＣ１＋ｂＣ２）／２
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
そして、表面のパターン６１ａ〜６１ｃと、その下層のパターン６２ａ〜６２ｂとの間の重ね合わせずれ量Δｘは、以下の式で求められる。
Δｘ＝ｂＣ−ａＣ
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
以上説明したように、この第１の実施の形態によれば、二次電子検出器９の出力に基づいて、ウェハ１１の表面に位置するパターンの画像を含む第１画像Ｐ１が生成される共に、反射電子検出器１０の出力に基づいて、ウェハ１１の表面よりも下層に位置するパターンの画像を含む第２画像Ｐ２が生成される。そして、第１画像Ｐ１については、第１画像Ｐ１用に生成されたテンプレート画像Ｔ１により測定エリアの調整がなされ、第２画像Ｐ２については、第２画像Ｐ２用に別途生成されたテンプレート画像Ｔ２により測定エリアの調整がなされ、その結果として重ね合わせのずれ量が計算される。従って、この第１の実施の形態によれば、ウェハ１１において複数層に亘って形成されるパターンの重ね合わせずれ量が大きい場合であっても、安定して重ね合わせずれ量の正しい測定を実行することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
ウェハ１１の表面Ｓ０には、パターン１０１ａ、１０１ｂが形成されており、表面Ｓ０の下層（ウェハ１１の内部）の第１層Ｓ１にはパターン１０３が形成されており、第１層Ｓ１よりも更に下層の第２層Ｓ２にはパターン１０２ａ、１０２ｂが形成されている。なお、図１０に示すウェハ１１は、設計データ上では、２つのパターン１０１ａ、１０１ｂの重心の位置、２つのパターン１０２ａ、１０２ｂの重心の位置、及びパターン１０３の重心の位置が全て一致するよう設計されている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
テンプレート選択ボタン１２１は、テンプレート画像を選択するための画面を表示させることを指示するためのボタンである。また、測定エリア選択ボタン１２２は、第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２に対し測定エリアを設定するモードを設定するためのボタンである。また、測定点選択ボタン１４８は、第１画像Ｐ１又は第２画像Ｐ２において、測定点を選択するモードを選択するためのボタンである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
テンプレート登録タブ１２３がクリックされると、レシピ条件表示エリア１１４には、テンプレート画像を登録又は削除するための画面が表示される。レシピ条件表示エリア１１４のテンプレート画像登録用の画面には、一例として、その画像の種類毎にテンプレート画像の表示欄が配置される。テンプレート画像表示欄は、例えば、第１画像Ｐ１（表面Ｓ０の二次電子画像）のためのテンプレート画像Ｔ１を登録するための第１登録画面１２６と、反射電子画像の第１層Ｓ１のためのテンプレート画像Ｔ２’（ＢＳＥ−１）を登録するための第２登録画面１２７と、反射電子画像の第２層Ｓ２のためのテンプレート画像Ｔ２’’を登録するための第３登録画面１２８（ＢＳＥ−２）とを含むことができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
テンプレート画像Ｔ１が第１登録画面１２６に表示されている状態で、その下部の登録ボタン１２９ｂをクリックすると、表示されているテンプレート画像Ｔ１が登録され、登録が完了すると、第１登録画面１２６には登録されたテンプレート画像１２９ａが表示される。登録されたテンプレート画像１２９ａは、削除ボタン１２９ｃをクリックすることで削除することもできる。第２画像Ｐ２のためのテンプレート画像Ｔ２（Ｔ２’、Ｔ２’’）の登録及び削除も、登録画面１２７、１２８、登録ボタン１３０ｂ、１３１ｂ、削除ボタン１３０ｃ、１３１ｃを用いて、同様の手順を実行することで行うことができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
図１９を参照して、比較例に係るテンプレート画像の登録方法について説明する。この比較例では、下層のパターン２１１ａ、２１１ｂの全体を包含するように１つのテンプレートエリアを選択するものである。このような方法は、図１９のような、上下層で重複するパターン配列を有するウェハにおいて、次に説明するような問題が生じ得る。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
図１９（ｂ）と図１９（ｃ）は、下層のパターン２１４ａ、２１４ｂが表面のパターン２１５に対して右側にずれた位置に形成された場合を示している。この場合、図１９（ｂ）に示されるように、下層のパターン２１４ａ、２１４ｂを包含するようにテンプレートエリア２１６が選択される必要がある。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
ウェハ１１の表面には縦方向を長手方向とするパターン３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃが形成されている。パターン３０１ａ〜３０１ｃは、Ｘ方向に等間隔Ｐで周期的に形成されている。また、ウェハ１１の表面よりも下層の位置には、同様に縦方向を長手方向とするパターン３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄが形成されている。パターン３０２ａ〜ｄは、表面のパターン３０１ａ〜ｃと同様に、等間隔Ｐで周期的に形成されている。パターン３０１ａ〜ｃ、３０２ａ〜ｄは、設計データ上、ウェハ１１の正面から見た場合、Ｐ／２の間隔で等間隔に形成される。図２３（ｃ）に示すように、ウェハ１１の反射電子画像の複数のパターンのうち、例えば２つのパターンの画像３０３ａ、３０３ｂを含むようにテンプレートエリア３０４が設定される。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
次に、図２４を参照して、近傍のパターン位置オフセットデータを参照して、測定点のオフセット量を決定する手順を説明する。図２４（ａ）は、ウェハ１１を、照射電子の入射方向から見た正面図であり、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＨ−Ｈ’断面を示している。このウェハ１１は、設計データ上は、図２３のように、パターン３０１ａ〜ｃ、３０２ａ〜ｄが等間隔に形成される構造を有しているが、実際に製造されたウェハ１１では、下層パターン３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃが、パターン３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃに対して、周期Ｐの約１／２（Ｐ／２）だけオフセットしている。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
図２４（ｃ）、図２４（ｄ）は、図２４（ａ）に示すウェハ１１を撮像して得られた反射電子画像（第２画像Ｐ２）と、設定されるマッチング位置３１３、３１５の例を示している。この図２４（ｃ）、図２４（ｄ）の第２画像Ｐ２は、表面のパターン３０１ａ〜ｃの位置が、テンプレート画像Ｔ１における位置と一致するように位置調整がされた後の画像を示している。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2020187876.tif 000027
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2020187876.tif 000028
【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2020187876.tif 000029
【手続補正２６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2020187876.tif 000030
【手続補正２７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2020187876.tif 000031