JPH01191009A - 寸法測定用位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウェハ等の被検査体に形成された測長
用パターンの寸法測定を行って寸法管理を行う場合に測
長用パターンを所定位置に位置決めする寸法測定用位置
決め装置に関する。

（従来の技術） 超ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体素子はその集積
度が高くなっており、従って半導体ウェハ（以下、ウェ
ハと省略する）に形成される半導体パターンは極微細と
なっている。そのうえ、このような微細な半導体パター
ンの形成は高速でかつ高精度に製造されることが要求さ
れている。

このため、ウェハ上の半導体パターンが所定の寸法に従
って正確に形成されているかを監視するためにウェハ上
には、第９図に示すように各チップ形成部分２に形成さ
れる半導体パターンとともに第１０図に示すような位置
決め用パターン３及び測長用パターン４が形成されてい
る。なお、これら位置決め用パターン３及び測長用パタ
ーン４は各チップ形成部分２の間例えば５，６の部分で
かつこれらチップ形成部分２ごとに対応して形成されて
いる。そして、これら位置決め用パターン３と測長用パ
ターン４とは所定間隔Ｙを隔てて形成されたり、又それ
ぞれ別の位置に形成したりするが、いずれにしても位置
決め用パターン３と測長用パターン４との位置関係は既
知となっている。そこで寸法測定は、先ず位置決め用パ
ターン３を検出してウェハ１を所定位置に位置決めし、
この後に測長用パターンを上記位置関係から探してこの
測長パターン４の寸法を測定している。ところで、かか
る寸法測定の手段としては各種あり、例えば光学顕微鏡
にＩＴＶ（工業用テレビジョン）カメラを取り付けて測
長用パターン４の寸法測定を行う光学式、レーザビーム
を測長用パターンに走査してその散乱光を検出して寸法
測定を行うレーザ式、さらに走査型電子顕微鏡をして寸
法測定を行う方法がある。ここで、測長用パターン４の
寸法がサブミクロンオーダの場合は、上記方法のうち走
査型電子顕微鏡を使用する方法が空間分解能で優れてい
るので最も使用されている。

ところが、ウェハ１を走査型電子顕微鏡に対して所定位
置にセットする場合、ウェハ１のオリフラ７を基準ピン
等に押し当てて行う機械的な方法によって行っている。

このため、測長用パターン４を走査型電子顕微鏡の観察
領域内へ位置決めする場合、作業員が測長用パターン４
を探して所定位置にセットすることになる。従って、精
度高く測長用パターン４を所定位置に位置決めすること
は非常に困難であり、その位置ずれは０．１０程度とな
る。しかるに、測長パターン４の寸法測定を高精度に行
うことができず、かつ測長用パターン４を位置決めする
作業が大変なものであった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように走査型電子顕微鏡で寸法測定を行う場合、
測長用パターンを所定位置に高精度に位置決めすること
ができず、高精度な寸法測定を行うことができなかった
。

そこで本発明は、測長用パターンを所定位置に高精度に
位置決めできる寸法測定用位置決め装置を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、所定パターンとともに位置決め用パターン及
び測長用パターンが形成された被検査体をステージ移動
機構に載置した状態で走査型電子顕微鏡にセットし、こ
の状態で走査型電子顕微鏡の動作により得られる画像デ
ータから位置決め用パターンを検出して被検査体を所定
位置に位置決めし、この後ステージ移動単構を移動動作
させて測長用パターンを走査型電子顕微鏡の観察領域内
の所定位置に位置決めする寸法別１定用位置決め装置に
おいて、この走査型電子顕微鏡の観察領域内に測長用パ
ターンが入った状態にこの測長用パターンに対して少な
くとも２ケ所でそれぞれ同一方向に電子ビームを走査さ
せる電子ビーム走査手段と、この電子ビーム走査手段の
走査により得られる画像信号の各ピーク値位置から測長
用パターンの観察領域内における位置ずれを検出する位
置ずれ検出手段と、この位置ずれ検出手段により検出さ
れた位置ずれに応じてステージ移動機構を移動動作させ
て測長用パターンを所定位置に位置決めする位置決め手
段とを備えて上記目的を達成しようとする寸法測定用位
置決め装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、走査型電子顕微鏡
の観察領域内に測長用パターンが入った状態に電子ビー
ム走査手段は測長用パターンに対して少なくとも２ケ所
でそれぞれ同一方向に電子ビームを走査させ、この走査
により得られる画像信号から位置ずれ検出手段は画像デ
ータの各ピーク値位置から測長用パターンの観察領域内
における位置ずれを検出する。そして、検出された位置
ずれに応じて位置決め手段は被測定体を載置するステー
ジ移動機構を移動動作させて測長用パターンを所定位置
に位置決めする。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は寸法測定用位置決め装置の全体構成図である。

同図において１０は被検査体としてのウェハであって、
このウェハ１０には第１０図に示すような位置決め用パ
ターン３および測長用パターン４が形成されている。そ
して、このウェハ１０はＸＹステージ移動機構１１の図
示しないステージ上に載置されている。なお、このＸＹ
ステージ移動機構１２はステージコントロール部１２に
よって移動制御されるようになっている。一方、１３は
走査型電子顕微鏡であって、これは電子銃１４を備える
とともに電子レンズ系１５及び偏向系１６を備え、電子
銃１４から放出される電子ビーム１７の経路を偏向する
ようになっている。つまり、偏向系１６はスキャンコン
トロール部１８に接続され、このスキャンコントロール
部１８によって発生する磁界の強さがコントロールされ
て電子ビーム１７をウェハ１０上で走査させるようにな
っている。又、ウェハ１０の上方には２次電子検出器１
９が設けられ、この２次電子検出器１９によってウェハ
１０に電子ビーム１７が照射されたときこのウェハ１０
から発生する２次電子２０を捕捉するようになっている
。この２次電子検出器１９からは２次電子の捕捉による
画像信号を出力し、この画像信号は増幅器２１を通って
フレームメモリ２２及び表示部２３に送られるようにな
っている。なお、表示部２３はスキャンコントロール部
１８からのスキャン同期信号に同期して２次電子検出器
１９からの画像信号を取り込んでブラウン管にその画像
を表示し、かつフレームメモリ２２からの画像データを
取り込んで表示する機能を存している。

さて、２４は位置決め演算部であって、これはウェハ１
０に形成された位置決め用パターン３を検出してウェハ
１０の位置決めを行ない、かつ測長用パターン４を走査
型電子顕微鏡１３の観測領域つまり電子ビーム１７の走
査範囲内に入れてこの領域内の所定位置に位置決めする
機能を有している。具体的にはウェハ位置ずれ算出手段
２５、電子ビーム装置手段２６、位置ずれ検出手段２７
及び位置決め手段２８の各機能を有している。なお、こ
の位置決め演算部２４には位置決め用パターン３及び測
長用パターン４の基準画像データ等を記憶する基準メモ
リ２９が接続されている。そこで、ウェハ位置ずれ算出
手段２５は基準メモリ２９から位置決め用パターンの基
準画像データを読み出し、この基準画像データを走査型
電子顕微鏡１３の動作により得られる画像データに対し
てパターンマツチングを行って位置決め用マーク３の位
置を検出し、この位置からウェハ１０の基準位置に対す
る位置ずれ及び回転ずれを求める機能を有するものであ
る。電子ビーム走査手段２６は走査型電子顕微鏡１３の
観察領域内に測長用パターン４が入った状態にこの測長
用パターン４に対して少なくとも２ケ所でそれぞれ同一
方向に電子ビーム１７を走査させる機能を有するもので
あり、位置ずれ検出手段２７はこの電子ビーム走査手段
２６の走査により得られる画像信号の各ピーク位置から
測長用パターン４の観察領域内における位置ずれを検出
する機能を有するものである。又、位置決め手段２８は
位置ずれ検出手段２７により検出された位置ずれに応じ
てＸＹステージ移動機構１１を移動動作させて測長用パ
ターン４を所定位置例えば観察領域の中央に位置決めす
る機能を有するものである。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。

ウェハ１０はステージ移動機構１１のステージ上に載置
された状態で走査型電子顕微鏡１３に対してセットされ
て所定位置に位置決めされる。なお、この位置決めは走
査型電子顕微鏡１３の観察領域内に位置決め用パターン
３が入るように行なわれる。この状態に電子銃１４から
電子ビーム１７が放出されてウェハ１０上に照射される
。このとき、スキャンコントロール部１８によって偏同
系１６で発生する磁界の強さがコントロールされて、電
子ビーム１７はウェハ１０上を所定の走査手順に従って
走査される。このようにウェハ１０上に電子ビーム１７
が照射されると、ウェハ１０から２次電子２０が発生す
る。２次電子検出器１９はこれら２次電子２０を捕足し
てその画像信号を出力する。この画像信号は増幅器２１
で所定の増幅率で増幅されてフレームメモリ及び表示部
２３に送られ、これによりフレームメモリ２２に１フレ
ームごとの２画像データとして記憶されるとともに表示
部２３でスキャン同期信号に同期して取り込まれてブラ
ウン管で表示される。

さて、ウェハ位置ずれ算出手段２５はフレームメモリ２
２に記憶される１フレームごとの画像データを受は取っ
て観察領域全体の画像データを得、この画像データに対
して位置決め用パターンの基準画像データとのパターン
マツチングを行う。このパターンマツチングにより位置
決め用パターン３の位置を検出する。ところで、ウェハ
１０上に形成されている位置決めパターン３の位置は予
め設計データによって既知となっており、これが基準画
像データとして基準メモリ２９に記憶されている。従っ
て、ウェハ位置ずれ算出手段２５は設計データから得ら
れる基準位置と検出された位置とから基準位置に対する
位置ずれ及び回転ずれを算出する。

次に位置決め演算部２４は位置決め用パターン３の位置
から測長用パターン４の位置へ移動させるが、このとき
ウェハ位置ずれ算出手段２５で算出された位置ずれ及び
回転ずれによる位置補正を行って移動制御信号をステー
ジコントロール部１２へ送出する。これにより、ウェハ
１０は移動され、この移動により走査型電子顕微鏡の観
察領域内には測長パターン４が入る。従って、表示部２
３には第２図に示す如く測長パターン４が観察領域内に
入った画像として映し出される。なお、このとき、走査
型電子顕微鏡の倍率は５００〜１０００倍程度となって
いる。そして、位置決め演算部２４は基準メモリ２９に
記憶されている第３図に示すような測長用パターンの基
準画像データを読み出して第２図に示す画像データに対
してパターンマツチングを行って測長用パターン４の位
置を検出する。この位置が検出されると、測長用パター
ン４を画面中央に位置するような移動制御信号をステー
ジコントロール部１２に送出する。このようにして測長
用パターン４が画面中央に位置すると、走査型電子顕微
鏡１３の倍率が５０００〜１００００倍に上げられる。

さて、このように倍率が上げられた場合の走査型電子顕
微鏡１３による画面は第４図乃至第７図に示す多像のパ
ターンのいずれかとなる。つまり、第４図は基準位置に
測長用パターン４が位置決めされた場合、第５図は測長
用パターン４がｙ軸方向にずれた場合、第６図及び第７
図は測長用パターン４がそれぞれＸ軸方向の各方向にず
れた場合である。しかして、電子ビーム走査手段２６は
測長パターン４に対して２ケ所ｓ１．　ｓ２において同
一方向に電子ビーム１７を走査させる走査制御信号をス
キャンコントロール部１８に送出する。これにより、電
子ビーム１７はｓｌ、　ｓ２の各位置で走査される。こ
れら走査によってウェハ１０から２次電子が発生して２
次電子検出器１９によって捕足され、その画像信号が出
力される。そして、これら画像信号が画像データとして
フレームメモリ２２に記憶される。

ここで、この電子ビーム１７の走査により得られる画像
信号は次の通りとなる。すなわち、画像信号は電子ビー
ム１７が測長用パターン４のエツジを通過すると、この
通過時にピークを示すものとなる。従って、第４図に示
す画面では走査位置ｓｌで各ピークｐｔ、　ｐ２を有す
る画像信号Ｑ１となり、走査位置ｓ２では各ピークｐ３
〜ｐ６を有する画像信号Ｑ２となる。そして、各ピーク
ｐｉ、　ｐ２と各ピークｐ４．　ｐ５とはそれぞれ位置
［２，ｆ３で対応する。以下、第５図乃至第７図に示す
各画面に対して走査位置ｓｌ、、　ｓ２で電子ビーム１
７を走査させれば、それぞれ測長用パターン４の各エツ
ジでピークを有する各画像信号Ｑ３〜Ｑ８が得られる。

このようにして電子ビーム１７の走査による各画像信号
が得られると、位置ずれ検出手段２７は各画像信号の各
ピークの位置から測長用パターン４の位置を検出してこ
の測長パターン４の観察領域における位置ずれを算出す
る。例えば、第４図に示す画面の場合、画像信号Ｑ１に
はピークが２ケ所あり、かつ画像信号Ｑ２にはピークが
４ケ所あるので、測長用パターン４は基準位置にあると
判断する。次に第５図に示す画面の場合、画像信号Ｑ３
にはピークが４ケ所あり、かつ画像信号Ｑ４には画像信
号Ｑ３と同様にピークが４ケ所あるので、測長用パター
ン４は基準位置よりもｙ軸方向にずれていると判断し、
かつ画像信号Ｑｌ。

Ｑ２の各ピーク位置との差から位置ずれを求める。

又、第６図及び第７図に示す画面の場合、共に画像信号
Ｑ５．Ｑ７にはピークが２ケ所あり、かつ画像信号ＱＢ
、Ｑ８にはピークが３ケ所あるが、これらピークの位置
から第６図の画面の場合には右側によっていると判断し
、第７図の画面の場合には左側によっていると判断する
。そして、第５図に示す画面の場合と同様に各ピーク位
置から基準位置に対す位置ずれを求める。

かくして、位置決め手段２８は位置ずれ検出手段２７で
求められた位置ずれを受け、この位置ずれが無くなるよ
うな移動制御信号を作成してステージコントロール部１
２に送出する。がくして、ウェハ１０の位置は移動され
て測長用パターン４は観察領域における基準位置に位置
決めされ、第５図乃至第７図に示す各画面はそれぞれ第
４図に示す画面の如くとなる。このように測長用パター
ン４が基準位置に位置決めされると、走査型電子顕微鏡
１３の倍率がさらに高く設定されて第４図に示すように
測長用パターン４の一部Ｗを拡大する。第８図はこの一
部Ｗの画面を示しており、この状態に走査型電子顕微鏡
１３はスキャンコントロール部１８のスキャン制御によ
って走査位置ｓ３で電子ビーム１７を走査させる。かく
して、この走査によって得られた画像信号の各ピーク位
置がら測長用パターン４の寸法測定が行なわれる。

このように上記−゛実施例においては、走査型電子顕微
鏡１３の観察領域内に測長用パターン４が入った状態に
２ケ所で電子ビーム１７を走査させ、この走査により得
られる画像データの各ピーク値位置から測長用パターン
４の位置ずれを検出し、この位置ずれに応じてＸＹステ
ージ移動機構を移動動作させて測長用パターン４を所定
位置に位置決めするようにしたので、測長用パターン４
を基準位置に正確にかつ自動的に位置決めすることがで
きる。従って、測長用パターン４の寸法測定を高精度に
行うことができ、これによって寸法管理を向上させるこ
とができる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、位
置決め用パターン３及び測長用パターン４の位置を検出
する場合、上記一実施例ではパターンマツチングを行っ
ているが、他の方法例えば相関法によって位置検出を行
ってもよい。

又、測長用パターン４に対する電子ビーム１７の走査は
２ケ所でなく、複数の位置で行えばより測長用パターン
４の位置決めが高精度となる。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、測長用パターンを
所定位置に高精度に位置決めできる寸法測定用位置決め
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる寸法測定用位置決め装置の一実
施例を示す全体構成図、第２図は測長用パターンを入れ
た画面を示す図、第３図は測長用パターンの基準画像デ
ータの模式図、第４図乃至第７図は位置決め作用を説明
するための図、第８図は寸法測定を説明するための図、
第９図はウェハの外観図、第１０図は位置決め用パター
ン及び測長用パターンの外観図である。 １０・・・ウェハ、１１・・・ＸＹステージ移動機構、
１２・・・ステージコントロール部、１３・・・走査型
電子顕微鏡、１８・・・スキャンコントロール部、１９
・・・２次電子検出部、２２・・・フレームメモリ、２
３・・・表示部、２４・・・位置決め演算部、２５・・
・ウェハ位置ずれ算出手段、２６・・・電子ビーム走査
手段、２７・・・位置ずれ検出手段、２８・・・位置決
め手段。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 第３図 第４図 第７図 ？Ｊ＆８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　所定パターンとともに位置決め用パターン及び測長用
   パターンが形成された被検査体をステージ移動機構に載
   置した状態で走査型電子顕微鏡にセットし、この状態で
   前記走査型電子顕微鏡の動作により得られる画像データ
   から前記位置決め用パターンを検出して前記被検査体を
   所定位置に位置決めし、この後前記ステージ移動機構を
   移動動作させて前記測長用パターンを前記走査型電子顕
   微鏡の観察領域内の所定位置に位置決めする寸法測定用
   位置決め装置において、この走査型電子顕微鏡の観察領
   域内に前記測長用パターンが入った状態にこの測長用パ
   ターンに対して少なくとも２ケ所でそれぞれ同一方向に
   電子ビームを走査させる電子ビーム走査手段と、この電
   子ビーム走査手段の走査により得られる画像信号の各ピ
   ーク値位置から前記測長用パターンの前記観察領域内に
   おける位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、この位
   置ずれ検出手段により検出された位置ずれに応じて前記
   ステージ移動機構を移動動作させて前記測長用パターン
   を所定位置に位置決めする位置決め手段とを具備したこ
   とを特徴とする寸法測定用位置決め装置。