(57)【要約】【課題】  スループットを保持したまま高精度で、異なる複数のパターン形成工程によって形成された高さの異なるパターンの位置ずれを計測する。【解決手段】  電子光学系のレンズ及びビーム偏向器のパラメータとビームの試料の入射角との対応関係をデータとして記録しておき、そのデータと、パターンの高さの情報とから、位置ずれ量あるいはエッジ位置の補正量を算出し、その補正量と観測画像からのエッジ位置情報とから、真の位置ずれ量を計算する。【選択図】  図３
2013213781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる複数の高さのパターンを形成する試料に電子ビームを照射して観察し、前記異なるパターン形成工程で形成したパターン間の位置ずれを測定する位置ずれ計測装置であって、
前記電子ビーム、収束レンズ、偏向器、対物レンズ、試料ステージを制御する制御部と、前記制御部と連携して前記位置ずれを算出するするコンピュータと、データ記録装置を備え、
前記観察により得られた実測画像データと前記異なる複数のパターンの高さの値と前記制御部の情報とから、異なるパターン形成工程で形成したパターン間の位置ずれを算出することを特徴とする位置ずれ計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置ずれ計測装置であって、前記コンピュータは、前記パターンの高さを入力する入力手段と、前記観察により得られた画像データを一時的に記憶する記憶領域とを備え、
前記制御部の情報は、前記電子ビームを走査しているときの前記収束レンズの制御値と前記対物レンズの制御値と前記偏向器の制御値と、前記電子ビームの前記試料への入射角度との対応値であり、
前記データ記録装置は、前記対応値を予め記録することを特徴とする位置ずれ計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位置ずれ計測装置であって、前記コンピュータは、さらにグラフィカルユーザーインターフェース画面を備え、前記グラフィカルユーザーインターフェース画面上に、前記パターン画像の表示機能と、前記パターンの高さの入力機能と、前記データ記録装置に記録されている前記対応値を呼び出し前記記憶領域に一時的に記憶させる機能と、前記位置ずれを算出して算出結果を表示する機能とを有することを特徴とする位置ずれ計測装置。
【請求項４】
請求項１に記載の位置ずれ計測装置であって、前記電子ビームを走査しているときの収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値は、前記電子ビームが観察により得られる画像の中央を走査しているときの値であることを特徴とする位置ずれ計測装置。
【請求項５】
請求項１に記載の位置ずれ計測装置であって、前記電子ビームを走査しているときの収束レンズの制御値、対物レンズの制御値、偏向器の制御値は、前記電子ビームが観察により得られる画像を走査している間の平均値であることを特徴とする位置ずれ計測装置。
【請求項６】
異なる高さのパターンを形成する試料を走査電子顕微鏡により観察し、前記異なるパターン形成工程で形成したパターン間の差位置ずれを測定する方法であって、
前記パターンの高さをコンピュータに入力する工程と、
電子ビームの方向を制御する収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値と前記電子ビームの試料に対する入射角度の垂直方向からのずれ角度との対応値を予め記録する工程と、
観察中の収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値を前記コンピュータに記憶する工程と、
前記対応値と前記観察中の収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値と、前記パターンの高さの値と、前記観察像とから、パターン間の位置ずれ量を計算する工程を含むことを特徴とする位置ずれ計測方法。
【請求項７】
請求項６に記載の位置ずれ計測方法であって、前記走査電子顕微鏡による観察の際に変化する収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値を予め記録しておき、前記制御値から、観察像内のパターンエッジ座標位置と前記ずれ角度との関係を求め、前記観察像内のパターンエッジ座標位置と前記ずれ角度との関係と、前記パターンの高さと、前記観察像とから、パターン間の位置ずれ量を計算することを特徴とする位置ずれ計測方法。
【請求項８】
異なる高さのパターンを形成する試料を走査電子顕微鏡により電子ビームを照射して観察し、前記異なるパターン形成工程で形成したパターン間の位置ずれを測定する位置ずれ計測装置を備えた走査電子顕微鏡であって、
前記走査電子顕微鏡の前記電子ビーム、収束レンズ、偏向器、対物レンズ、試料ステージを制御する制御部と、前記制御部と連携して前記位置ずれを算出するするコンピュータと、データ記録装置を備え、
前記データ記録装置は、前記電子ビームを走査しているときの収束レンズの制御値、対物レンズの制御値、偏向器の制御値と、そのときの前記電子ビームの前記試料への入射角度との対応値を記録し、
前記コンピュータは、前記パターンの高さを入力する入力手段と、前記観察により得られた画像データを一時的に記憶する記憶領域とを備え、
前記観察により得られた実測画像データと前記パターンの高さの値と前記データ記録装置に記録されている前記対応値から、異なるパターン形成工程で形成したパターン間の位置ずれを算出する位置ずれ計測装置を搭載したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を用いた微細パターンの位置ずれ計測装置及び位置計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩパターンの微細化の進行により、パターンサイズの管理のみならず、重ね合せ誤差の低減が重要課題となっている。重ね合せ誤差とは、異なる工程で作成したパターン同士の距離の、設計値からのずれ量である。ある工程で溝パターンを形成したＳｉ基板上に、別の工程でレジストを塗布し、リソグラフィを施して、溝パターンから等距離の位置に複数のラインパターンを形成するように設計するが、実際にはラインパターンのスペース領域の中央と溝パターンの中央とが一致しない場合が多い。このラインパターンのスペース領域の中央位置と溝パターンの中央位置との位置ずれ量を重ね合せ誤差（以下、重ね合せ誤差をＯＬと称す）と呼ぶ。
【０００３】
なお、元々各々が一致しないように設計される場合もあるが、その場合は設計値と実測値のずれ量をＯＬと定義することもある。近年は、異なる形成工程を経たパターンが同層に存在するケースある。Ｓｉ基板上に、１回目のリソグラフィを実施してラインパターンを形成し、その後２回目のリソグラフィを実施してラインパターンを形成している。この２回のリソグラフィの間のＯＬは１回目のリソグラフィを実施して形成したラインパターンの中央と、２回目のリソグラフィを実施して形成したラインパターンとの位置の差になる。
【０００４】
ＯＬは特許文献１、特許文献２に開示されているようにこれまで多くの場合、パターンの各エッジ位置を光学的に求めていた。
【０００５】
しかし、ＯＬを光学的に計測する際に生じる計測装置起因の計測誤差ＴＩＳ（Tool Induced  Shift）が問題となっていた。装置起因計測誤差ＴＩＳとは、照射光の入射角または照射光の非対称性に起因する誤差である。
【０００６】
特許文献１では、一回重ね合せ誤差を計測した後、照射光に対して観察対象を１８０度回転させてデータをとり、相殺させる手法が検討されている。また、単純な入射角の補正だけでなく、収差などの問題も検討されている。
【０００７】
特許文献２のように、ＴＩＳを補正しようという考え方もある。光学計測の場合、観察時の焦点の位置がＴＩＳに関係するためこれを最適化するという方法が開示されている。
【０００８】
しかし、近年はこの重ね合せ誤差をできるだけチップ内の重要なパターンの近くで計測したいというニーズが発生している。これまでは重ね合せ誤差計測用ターゲットパターンをチップの四隅などの数箇所に配置し、計測してきたが、それだけでは重要パターンの重ね合せ誤差が正確に予測できず、歩留まりが向上できないためである。しかし光学計測用ターゲットパターンは一辺が数十μｍある大きなものであるため、任意の位置に配置することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−８８７０２号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０９８８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｉ. Englard, et al., “Metrolofy challenges for advanced lithography techniques”, Proc. SPIE, VOL. 6518, pp.65181G-1-65181G-9
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで注目されているのが、測長機能を有する走査型電子顕微鏡ＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension Scanning Electron Microscope）である。ＣＤ−ＳＥＭならば１辺が数μｍ以下のターゲットパターンで計測可能である。また、プロセスにもよるが、実パターン上で計測することが可能な場合がある。
【００１２】
ＣＤ−ＳＥＭを用いてサンプルのパターンを観察する場合、観察したいスポットの画像を取得するためには、ステージ移動とビーム調整を行う。ステージ移動だけでは視野移動に時間がかかるためである。ビーム調整は、電子光学系のパラメータを変えて、目的の位置にビームを当てるようにする。しかし、ここで問題が生じる。目的のスポットに向かってビームを当てるよう調整すると、垂直入射にならない事態が起こる。また、たとえ観察したいスポットがビームの軸の真下に存在しても、そのスポットを電子線が走査すれば、視野の中心から遠いパターンほど、入射ビームは大きな角度で照射されることになる。
【００１３】
上述のいずれの場合でも、電子線の入射角は１度に満たない。それでも影響は大きい。ラインパターンの高さが１００ｎｍである場合、入射角が垂直方向に対して０．５度傾いていてもステップの幅は実際とは０．９ｎｍ程度の誤差がある。重ね合せ誤差自体が数ｎｍのレベルに達しており、それと比べてこの値は無視できない。これを解決する手段としては、以下の二つが考えられる。
【００１４】
第一に、光学式計測の場合のように、一度計測してからサンプル（多くの場合、シリコンウエハ）とビームとの位置関係を１８０度回転させ、逆方向からビームを入射して計測し、誤差を相殺させるという方法がある。実際、非特許文献１では、ＣＤ−ＳＥＭを用いたＯＬ計測の場合に、ウエハを回転させて誤差を打ち消す方法について記述されている。しかしＣＤ−ＳＥＭではシリコンウエハを平行移動あるいは回転させるとビームのフォーカスがずれてしまう。まず、ステージ移動で視野を所望の位置にあわせること、次に前述のフォーカスずれを解消するために再度調整する必要があること、さらに、同じ箇所を二回計測する必要があることで、計測にかかる時間が増大する。単純に考えて、数倍になるであろう。
【００１５】
第二には、サンプルに対してビームを常に垂直に照射できるような電子光学系を実現することである。しかしこれは大幅なハードウエアの変更を必要とするものであり、現行装置の精度や利便性の保証はない。また、装置価格の上昇を招く可能性がある。すなわち、光学計測ではほぼ解決済みとなった入射角の問題が、ＣＤ−ＳＥＭ計測では解決すべき新たな課題となる。
なお、前述の特許文献１に挙げた例では、ＴＩＳの値を重ね合せずれの計測値から差し引く、即ち観察結果を補正するという考えが述べられてはいるが、光学計測では入射角は一定であるため、ここで扱う電子顕微鏡の場合に生じる問題即ち入射角が一定でないために生じる問題はこの文献の方法では解決できない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明は、異なる複数のパターン形成工程によって異なる高さのパターンを形成する試料を走査電子顕微鏡により電子ビームを照射して観察し、前記異なるパターン形成工程で形成したパターン間の位置ずれを測定する位置ずれ計測装置において、走査電子顕微鏡の前記電子ビーム、収束レンズ、偏向器、対物レンズ、試料ステージを制御する制御部と、前記制御部と連携して前記位置ずれを算出するするコンピュータと、データ記録装置を備え、データ記録装置は、電子ビームを走査しているときの収束レンズの制御値、対物レンズの制御値、偏向器の制御値と、そのときの電子ビームの試料への入射角度との対応値を予め記録し、コンピュータは、パターンの高さを入力する入力手段と、観察により得られた画像データを一時的に記憶する記憶領域とを備え、観察により得られた実測画像データとパターンの高さの値と対応値から、異なるパターン形成工程で形成したパターン間の位置ずれを算出する機能を有する位置ずれ計測装置を提供する。
【００１７】
また、コンピュータは、さらにグラフィカルユーザーインターフェース画面を備え、グラフィカルユーザーインターフェース画面上に、パターン画像の表示機能と、パターンの高さの入力機能と、データ記録装置に記録されている対応値を呼び出し前記記憶領域に一時的に記憶させる機能と、位置ずれを算出して算出結果を表示する機能とを有する。
【００１８】
また、電子ビームを走査しているときの収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値は、電子ビームが観察により得られる画像の中央を走査しているときの値であるか、電子ビームが観察により得られる画像を走査している間の平均値であることを特徴とする。
【００１９】
異なる複数のパターン形成工程によって異なる高さのパターンを形成する試料を走査電子顕微鏡により観察し、異なるパターン形成工程で形成したパターン間の差位置ずれを測定する方法であって、パターンの高さをコンピュータに入力する工程と、電子ビームの方向を制御する収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値と電子ビームの試料に対する入射角度の垂直方向からのずれ角度との対応値を予め記録する工程と、観察中の収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値をコンピュータに記憶する工程と、対応値と観察中の収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値と、パターンの高さの値と、観察像とから、パターン間の位置ずれ量を計算する工程を含むことを特徴とする位置ずれ計測方法を提供する。
【００２０】
また、走査電子顕微鏡による観察の際に変化する収束レンズ、対物レンズ、偏向器の制御値を予め記録しておき、制御値から、観察像内のパターンエッジ座標位置とずれ角度との関係を求め、観察像内のパターンエッジ座標位置とずれ角度との関係と、パターンの高さと、観察像とから、パターン間の位置ずれ量を計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の位置ずれ計測装置および位置ずれ計測方法は、従来通りステージ移動とビーム調整により観察する視野を移動できる。そのため高いスループットを保持したまま、ビームの入射角に応じた計測値の補正が可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】重ね合せ誤差の定義を説明するためのパターン断面の模式図である。
【図２】重ね合せ誤差の定義を説明するためのパターン断面の模式図である。
【図３】重ね合せ誤差計測時のパターン断面と入射光の関係を表す模式図である。
【図４】第一の実施例で観察したパターンのシリコンウエハ上の配置図である。
【図５】第一の実施例で観察したパターンの断面の模式図である。
【図６】本発明を実施するための装置の構成を表す模式図である。
【図７】第一の実施例で用いた、電子線制御系パラメータＰｘと電子線の入射角度の垂直からの角度θとの関係を表すグラフである。
【図８】第一の実施例で重ね合せ誤差計測が可能なパターンの断面の例である。
【図９】第二の実施例で重ね合せ誤差を計測したパターンの断面の模式図と電子顕微鏡観察像の模式図である。
【図１０】第二の実施例におけるＧＵＩ画面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
異なる工程で形成したＳｉ基板パターンのＯＬの定義を説明する。図１は溝パターン１００を形成したＳｉ基板１０１上にレジストを塗布し、リソグラフィを施してラインパターン１０２、１０３を形成した場合の断面の模式図である。Ｓｉ基板１０１の溝パターン１００の中央位置を破線１０４で示す。また、ラインパターン１０２、１０３を形成した際のスペース領域の中央位置を一点鎖線１０５で示す。ここでは、溝パターン１００の中央位置１０４とラインパターン１０２、１０３を形成した際のスペース領域の中央位置１０５とは、設計上では一致しなくてはならない。しかし、実際には図1に示すように各中央位置１０４と１０５とは一致しないことが多い。この溝パターン１００の中央位置１０４とラインパターン１０２、１０３を形成した際のスペース領域の中央位置１０５との距離を、位置ずれ誤差、あるいは重ね合せ誤差と呼ぶ。
【００２４】
図１では、1回目に形成した溝パターンの左右のエッジ位置をＲ１、Ｌ１とする。ここで一般にラインアンドスペースパターンではラインに着目して寸法計測を行うことから、ラインの右エッジに相当する点（スペースでは左エッジに相当する）をＬで表すことにする。また、２回目に形成したレジストパターンの左右エッジ位置も同様にＲ２、Ｌ２とする。すると位置ずれ誤差（重ね合せ誤差と称す）ＯＬは（式１）のように定義できる。
ＯＬ＝（Ｌ２＋Ｒ２）／２−（Ｌ１＋Ｒ１）／２                            （式１）
これを変形して
ＯＬ＝（（Ｌ２−Ｌ１）−（Ｒ１−Ｒ２））／２＝（ＳＬ−ＳＲ）／２        （式２）
と表すことができる。ここでＳＬは左エッジで形成されるステップの幅、即ちＬ１とＬ２の差、ＳＲはＲ１とＲ２の差である。これら二つの値を計測すれば、ＯＬが求められる。
【００２５】
図２はダブルパターニングで形成した、二種類のレジストラインパターンの断面の模式図である。Ｓｉ基板２０１上に、一回目のリソグラフィを実施してラインパターン２０２を形成し、その後二回目のリソグラフィを実施してラインパターン２０３、２０４を形成する。この二回のリソグラフィのＯＬはラインパターン２０２の中央である破線２０５と、ラインパターン２０３、２０４の中点である一点鎖線２０６との位置の差になる。即ち、ＯＬは、図中に示したＬ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２を用いれば、（式１）のように定義できる。これを変形して
ＯＬ＝（（Ｌ２−Ｒ１）−（Ｌ１−Ｒ２））／２＝（Ｔ２−Ｔ１）／２        （式３）
と表すことができる。ここでＴ１、Ｔ２は図２に示したトレンチ幅である。この二つの寸法を計測すれば、ＯＬが算出できる。
【００２６】
次に図３を用いて最も単純な場合についてのＴＩＳについて説明する。
【００２７】
図３は、図１に示したようなステップを計測して重ね合せ誤差を算出する場合の入射角の影響を示した模式図である。入射光は完全な並行光であると仮定する。また、エッジ位置を観測するための入射光が、垂直方向に対して角度θの方向から照射されているとする。この場合、計測対象はＳＬ即ち、Ｌ１とＬ２との距離である。観測されるデータ上ではＬ１、Ｌ２がそれぞれＬ１’、Ｌ２’の位置と認識されるため、計測値ＳＬ’は真のＳＬよりも小さくなる。即ち、
ＳＬ’＝ＳＬ−Ｈ・ｔａｎθ                                              （式４）
となる。ここで右辺第二項をΔと記すことにする。
Ｒ１、Ｒ２の観測についても同様に
ＳＲ’＝ＳＲ＋Δ                                                         (式５)
と表せるため、真のＯＬと観測したＯＬ’との間には
ＯＬ’＝ＯＬ−Δ                                                         (式６)
が成立する。図２に示したダブルパターニングの場合も、(式６)で表すことができる。ただしこの場合、Δは以下の（式７）で与えられる。
Δ＝ｈ・ｔａｎθ                                                        （式７）
ここでｈは、１回目のリソグラフィで作成したパターンと２回目のリソグラフィで作製したパターンの高さの差（図２におけるラインパターン２０２とラインパターン２０３の高さの差）である。
【実施例１】
【００２８】
本発明を実施するための第一の実施例を以下に述べる。本実施例では、比較的広い領域に存在する複数のパターン領域を観察し、高精度で重ね合せ誤差を計測した例を、図１〜図８を用いて説明する。
【００２９】
図４は観察された９つのスポットの位置関係を示す図である。斜線部で示したターゲットパターン４０１〜４０９が９つのスポットを表している。このパターンはシリコンウエハ４１０上に形成されており、図４の下方向がウエハのノッチの方向である。スポットは一辺が１μｍであり、各々のスポットの中心は１０μｍ離れている。また、各スポットには図５に示すようなラインアンドスペースパターンが形成されている。図５はターゲットパターン断面である。パターンはエッチングされたシリコンからできており、ピッチは３２０ｎｍである。図５のＳＬとＳＲを測定し、重ね合せ誤差を計測することが目的である。
図６は走査電子顕微鏡に組み込んだ微細パターンの重ね合せ誤差計測装置の構成を示す概念図である。走査電子顕微鏡としては、ＳＥＭ筺体６０１内に、電子銃６０２、収束レンズ６０４、偏向器６０５、対物レンズ６０６、試料ステージ６０８、二次電子検出器６１０、制御装置６１１、コンピュータ６１２、記録装置６１３を備え、電子銃６０２から照射した一次電子線６０３を収束レンズ６０４、偏向器６０５、対物レンズ６０６により試料６０７に照射して、試料から戻ってくる二次電子６０９を検出器６１０で検出する。電子銃６０２、収束レンズ６０４、偏向器６０５、対物レンズは６０６、試料ステージ６０８は、制御装置と接続され制御される。
【００３０】
重ね合せ誤差計測ではまず、操作者はコンピュータ６１２を操作してＣＤ−ＳＥＭの制御系に命令を送り、試料であるウエハ６０７を装置内に移動する。ウエハ６０７には、図４及び図５に示したパターンが形成されている。操作者は、画面上に表示されるウインドウの所定のセルに、ターゲットパターンの高さ（図５中のＨ）を入力する。本実施例では１００ｎｍである。次にステージを移動して視野がほぼターゲットパターン４０５の中央にくるようにする。次に収束レンズ６０４及び対物レンズ６０６と偏向器６０５を電気的に調整し、ＣＤ−ＳＥＭの視野がターゲットパターン４０５内に収まるようにする。ＣＤ−ＳＥＭの視野は一辺が０．９μｍの正方形である。その後、操作者が予め登録しておいた測定手順を実行させると、コンピュータ６１２が、ターゲットパターン４０５の位置を原点に記憶してビームを曲げて、ターゲットパターン４０１〜ターゲットパターン４０９を観察し、その画像データをいったんコンピュータ６１２内の記憶領域に記録する。観察と同時に、ビームが画像の中央を走査している時点での、ビームをｘ方向（図４中の左右方向）にどの程度曲げているかを示す、収束レンズ６０４、対物レンズ６０６及び偏向器６０５の制御値Ｐｘが、自動的にコンピュータ６１２内の記憶領域に記録される。以後、この各レンズ６０４、６０６及び偏向器６０５の制御値Ｐｘをビーム偏向パラメータと呼ぶ。なおビーム偏向パラメータＰｘは走査している間にも変化するが、本実施例では１枚の画像に対するＰｘ代表値として、画像の中央をビームが走査しているときの値を定義する。この代わりに走査している間のＰｘの平均値（平均画像のＰｘ）として用いてもよい。
図７は、Ｘ方向のビーム偏向パラメータＰｘと、ビームのサンプルへの入射角度θとの関係を表したグラフである。θは、対象パターンの材質は異なるが、図３中に示されているθと同じである。このグラフに相当する数値データは、位置ずれ計測の前にシミュレーションにより予め記録装置６１３に格納しておく。
【００３１】
データを取り終えると、コンピュータ６１２は、前述のＰｘとθとの関係をあらわすデータを、記録装置６１３からロードし、コンピュータ６１２内にある一時的な記憶領域にセーブする。観察画像からは、図５のＳＬとＳＲに相当する部分の計測値であるＳＬ’とＳＲ’とを算出する（Ｓ７０５）。（式２）、（式４）、（式５）、（式６）から、
ＯＬ＝（ＳＬ’−ＳＲ’）／２＋Ｈ・ｔａｎθ                              （式７）となる。各観察スポットに関して、画像のＰｘから算出したθと、操作者が入力したＨの値１００ｎｍとから、右辺第二項が計算できる。第一項は観察画像から直接計算できる。これらの計算を実施して、各ターゲットパターンにおける真の重ね合せ誤差ＯＬが求められる。
【００３２】
重ね合せ誤差の計測誤差Δが最も大きかったターゲットパターンはターゲットパターン４０１で、Ｐｘは−１７，５００であった。このとき、図７に示したデータからは、θは−０．６１２５°と判る。Δは−１．０７ｎｍとなる。本発明によって、従来と同等のスピードで、１ｎｍ以上の計測誤差を補正して重ね合せ誤差計測を実施することができたことになる。
【００３３】
これにより、これまで重ね合せ誤差検査を合格していたウエハのうち、約２０％が不合格であり、歩留まりが５％向上した。
【００３４】
さらに、本発明により計測したＯＬを露光装置にフィードバックすることで、ＯＬ自体を２５％小さくできた。これによって、歩留まりはさらに５％向上した。
【００３５】
尚、上記の例ではＸ方向の補正についてのみ紹介したが、Ｘ方向に伸びたラインパターンを用いることで、Ｙ方向の補正も同様に行うことができる。
【００３６】
また、観察パターンは図１、図２、あるいは図８に示す断面を持ったものであってもよい。図２の場合は、操作者はＨの代わりに１回目のリソグラフィで作成したパターンと２回目のリソグラフィで作製したパターンの高さの差であるｈの値を入力する必要がある。
【００３７】
あるいは、対象となるパターンの一方が円形ないし楕円形のような閉じたパターンであってもよい。
【実施例２】
【００３８】
本発明を実施するための２の実施例を以下に述べる。本実施例では、一辺が２μｍの正方形領域を観察し、その観察画像から高精度でＯＬを計測した例を、図３、図６、図９、図１０を用いて説明する。
【００３９】
第一の実施例で述べたように、Ｐｘは１枚の画像を走査している最中にも変化する。通常、その変化は無視できる程度に小さいが、視野が大きくなるにつれ無視できなくなる。本実施例では、その、画像内でのＰｘ変動に起因する計測誤差を解消した例を説明する。
【００４０】
図９に、重ね合せ誤差を評価するのに用いたパターン断面と、パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察して得た画像の模式図を示す。この画像には、重ね合せ誤差の計測値ＯＬ’を得るためのエッジ位置座標のセットが二組含まれている。これらをＬｉ１’、Ｌｉ２’、 Ｒｉ１’、 Ｒｉ２’とする。ｉの値は１または２である。これら四つの値をＬ１、Ｌ２、 Ｒ１、 Ｒ２とみなして、（式１）の右辺に代入してＯＬを算出すれば、観察された（即ち補正前の）重ね合せ誤差の計測値ＯＬ’が得られる。
このとき、Ｌｉ１’及びＲｉ１’は図１０中の基準面にあるパターンエッジからの信号により定義できるが、それに対して、基準面よりＨ高いところからの信号により定義されるＬｉ２’及びＲｉ２’は斜め入射の影響を受ける。
【００４１】
これを取り除くため、以下の手順で実施する。
【００４２】
まず、図６に示す装置により、ＯＬを測定するための画像を取得する。この際、画像内の位置（ｘ，ｙ）のデータを取る際のビーム偏向パラメータ値（Ｐｘ，Ｐｙ）をコンピュータ６１２内の記憶領域に記録させた。
【００４３】
次に、図１０に示したＧＵＩ画面で、“Ｉｍａｇｅ”ボタンをクリックして、解析する画像を指定し表示させ、断面のタイプを指定し、８本のエッジを検出する。次に、８本のエッジがＬ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２のいずれに対応するか、また、基準面からの高さ（ここでは１００ｎｍ）などを入力した。また、Ｐｘ、Ｐｙと入射角θとの関係をデータ化したファイルを入力するため、”Ｂｅａｍ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｆｉｌｅ”ボタンをクリックし、任意のパスからＢｅａｍｆｉｌｅ.ｄａｔを指定して、記録装置６１３からロードさせ、コンピュータ６１２の記憶領域に一時的に記憶させる。その後、“Ｃａｌｃｕｌａｔｅ”ボタンをクリックしてＯＬを算出させる命令を入力すると、コンピュータ６１２はＢｅａｍｆｉｌｅ.ｄａｔと、Ｌｉ２’及びＲｉ２’を走査しているときのＰｘ、Ｐｙとからそれぞれのθを求め、その値から（式８）に従ってエッジ位置を計算する。ここで、ｉの値は１または２である。尚、θはエッジ位置によって変化する。
Ｌｉ１＝Ｌｉ１’
Ｒｉ１＝Ｒｉ１’
Ｌｉ２＝Ｌｉ２’＋Ｈ・ｔａｎθ
Ｒｉ２＝Ｒｉ２’＋Ｈ・ｔａｎθ                                          （式８）
この結果得られたエッジ位置Ｌｉ１、Ｒｉ１、Ｌｉ２、Ｒｉ２を用いて、（式１）に従ってｉ＝１及び２のセットに対して、各々のＯＬを得ることができる。ＯＬ結果は、“Ｒｅｓｕｌｔｓ”ボタンをクリックすると、表示される。上記補正をせずにOLを算出した際には、ｉ＝１のパターンから得たＯＬは１５．７ｎｍであったのに対して、ｉ＝２のパターンから得た重ね合せ誤差は１５．０ｎｍである。しかし上記の補正を行ったあとはいずれも１５．４ｎｍとなる。
【００４４】
露光装置の調整を行う際に、この補正を実施して計測を行ったところ、重ね合せ誤差の測定再現性が０．８ｎｍ向上し、調整用のデータ取得にかかる時間が３０％短縮できる。
【００４５】
尚、本発明の重ね合せ誤差計測装置は、ＣＤ−ＳＥＭに搭載して使用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１００…溝パターン    １０１…エッチングにより溝が形成されたＳｉ基板    １０２、１０３…レジストから成るラインパターン    １０４…溝パターンの中央位置    １０５…レジストパターン形成時に溝パターンの中央位置と一致させるべきスペース中心位置    ２０１…Ｓｉ基板    ２０２…１回目のリソグラフィで形成されたレジストから成るラインパターン    ２０３、２０４…２回目のリソグラフィで形成されたレジストから成るラインパターン    ２０５…パターンの中央位置    ２０６…２回目のリソグラフィにおいてパターンの中央位置と一致させるべきスペース中心位置    ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９…重ね合せ誤差計測を実施する際に観察すべきターゲットパターン    ６０１…ＣＤ−ＳＥＭの筐体    ６０２…電子銃    ６０３…電子線    ６０４…収束レンズ    ６０５…偏向器    ６０６…対物レンズ    ６０７…観察ウエハ    ６０８…試料ステージ    ６０９…二次電子    ６１０…検出器    ６１１…ＣＤ−ＳＥＭの制御系    ６１２…検査を行うコンピュータ    ６１３…データ記録装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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