JPH04269614A - パターン位置検出方法及びその実施装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターン位置検出方法
及びその実施装置に関し、特に、超大規模半導体集積回
路装置（ＶＬＳＩ）等の製造工程において、パターン寸
法の測定，パターン形状の検査等を行うための目的パタ
ーンの位置を検出する方法、あるいはそのためのマーク
検出を行う方法及びその実施装置に関するものである。

【０００２】また、このパターン位置検出方法を利用し
て、微小なスルーホール等の円形状のパターンの直径等
の寸法を自動的に測定する方法に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】電子ビームを用いた寸法測長装置では、
電子ビームを走査し、この走査信号に同期して反射電子
または二次電子を検出することにより、測定パターンに
垂直な方向の二次電子信号波形を得て、パターン寸法を
測定する。この信号波形からパターン寸法を得る方法と
しては、二次電子信号波形に適当なスライスレベルを設
定して２値化し、その間隔からパターン寸法を測定する
方法が広く用いられている。この他、エッジ・ベースラ
インのそれぞれを直線近似し、その交点間の距離からパ
ターン寸法を得る装置（特開昭６１−８００１１「寸法
測定装置」参照）が提案されている。

【０００４】このようなパターン寸法を測定する場合、
まず、目的パターンを認識し、そのパターンの外側（内
側）からスライスレベルを設定して、交わる点から凸（
凹）パターンのエッジを検出して寸法測定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなパ
ターンの認識や、エッジ認識を自動で行う場合は、あら
かじめ、波形を取り込む位置を指定しておくが、ステー
ジの停止精度や電子ビームのアライメントのずれ、ウェ
ハ上のチップ自体の位置ばらつき等により、目標位置か
らずれる。このため、図６のように、あらかじめ指定し
ておいた波形取り込み位置でラインスキャンをｘ方向に
行った場合、ｙ方向のずれがあると、目的パターンがラ
インスキャンにかからないために、検出することができ
ない。特に、微細なスルーホールやコンタクトホールは
、ほぼ円形に近い形状が多いが、その中心を測定しなけ
ればならない。このような場合、あらかじめ指定してお
いた波形取り込み位置では、スルーホールの中心を通ら
ないので、正確な測定ができない。

【０００６】このため、２次元画像を用いたパターンマ
ッチングにより、パターン検出やスルーホールやコンタ
クトホールの中心位置を求める方法もあるが、この場合
には、パターン検出に時間がかかるという問題があった
。

【０００７】本発明は、前記問題点を解決するためなさ
れたものであり、本発明の目的は、ステージの停止精度
，アライメントのずれ，チップ自体の位置ばらつき等に
より、目標位置からずれた位置にビームがある場合でも
、目的パターンの位置を正確に検出することが可能な技
術を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、微細なスルーホール
やコンタクトホールのようにほぼ円形に近い形状のパタ
ーンでもその中心位置を正確に自動検出し、その直径等
の寸法を正確に測定することが可能な技術を提供するこ
とにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かになるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明においては、（１）荷電ビームを用いた検査
測定方法において、２次元画像を取り込んだ後、その画
像信号を１方向に加算し、その加算により得られた信号
列からなる１次元波形と、あらかじめ同じ手順で得られ
た基準波形とのマッチング処理を行い、２次元画像内の
目的パターンの位置を検出することを最も主要な特徴と
する。

【００１１】（２）前記パターン位置検出方法により検
出した位置を通る位置で、荷電ビームをラインスキャン
し、そのラインスキャンにより得られる２次電子信号波
形からパターンの寸法を測定することを特徴とする。

【００１２】（３）前記荷電ビームを用いた検査測定装
置において、２次元画像を取り込む手段と、２次元画像
の各信号成分をＸ，Ｙ方向にそれぞれ加算し、それらの
加算値を記憶する配列メモリと、この配列メモリの中か
ら指定した長さの信号列を抽出する手段と、抽出した信
号列と前記配列メモリとは別の配列メモリに格納された
信号列との各成分の差を算出する手段と、その差の絶対
値の総和を求め、この総和量を信号列を抽出する位置と
の対応で記憶される手段と、前記総和量が最小になる信
号列の位置を検出する手段とを備えたことを特徴とする
。

【００１３】

【作用】前述の（１）の手段によれば、２次元画像を取
り込んだ後、その画像信号を１方向に加算して得られる
信号列からなる１次元波形と、基準試料，類似試料を用
いてあらかじめ同じ手順で得られた基準波形とのマッチ
ング処理により、２次元画像内の目的パターンの位置を
検出するので、微細なスルーホールやコンタクトホール
のようにほぼ円形に近い形状のパターンでもその中心位
置を正確に自動検出することができる。

【００１４】（２）の手段によれば、前記ほぼ円形に近
い形状のパターンの中心位置を正確に自動検出し、その
検出した位置を通る線上に荷電ビームをスキャンして、
２次元電子信号を得て目的パターンの寸法を測定するの
で、微細なスルーホールやコンタクトホールのようにほ
ぼ円形に近い形状のパターンでもその中心位置を正確に
自動検出し、その直径等の寸法を正確に測定することが
できる。

【００１５】（３）の手段によれば、２次元画像を取込
む手段と、２次元画像の各信号成分をＸ，Ｙ方向にそれ
ぞれ加算し、それらの加算値を配列メモリに記憶し、こ
の配列メモリの中から指定した長さの信号列を抽出し、
抽出した信号列と前記配列メモリとは別の配列メモリに
格納された信号列との各成分の差を算出し、その差の絶
対値の総和を求め、この総和量を信号列を抽出する位置
との対応で記憶させ、前記総和量が最小になる信号列の
位置を検出するので、微細なスルーホールやコンタクト
ホールのようにほぼ円形に近い形状のパターンでもその
中心位置を正確に自動的に検出することができる。また
、１次元波形でスライスレベルを設定してエッジを検出
するのに比べ、高精度にパターンの検出が可能である。 また、２次元の画像から１次元波形を作成する時に、ノ
イズ除去が行われているので、２次元のままパターンマ
ッチングするのに比べて、短時間にしかもノイズの影響
を除去してパターン検出ができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細
に説明する。

【００１７】本実施例のパターン位置検出方法は、試料
を搭載したステージの移動、焦点合わせが終わった後、
あらかじめ取り込んである基準波形と、被測定パターン
の波形をパターンマッチングすることにより目的パター
ンの検出を行う。

【００１８】図１は本発明の一実施例のパターン位置検
出方法の処理手順を示すフローチャートである。２次元
画像から１次元波形を切り出す方法として、ここでは、
２次元画像の濃淡情報をＸ方向成分，Ｙ方向成分に分け
て加算し、１次元波形としている。この波形から基準波
形と同じ長さを切り出してマッチング量（２つの波形の
信号量の差の総和）が最小になる位置を検出する。その
パターン検出処理手順を図１に沿って説明する。

【００１９】ステップ１０１：２次元のＳＥＭ画像を取
り込む。

【００２０】ステップ１０２：この２次元画像信号の各
成分Ｓ（ｉ，ｊ）をｘ，ｙ方向に加算した信号、　　　
　　　　　　　Ｓｘ（ｉ）＝ΣＳ（ｉ，ｊ）　　　　，
Ｓｙ（ｊ）＝ΣＳ（ｉ，ｊ）を求める。

【００２１】ステップ１０３：Ｓｘ（ｉ），Ｓｙ（ｊ）
をそれぞれｘ，ｙ方向にビームをスキャンした１次元波
形とみなし取り出す。

【００２２】ステップ１０４：目的パターンのｘ座標を
検出するには、ｘ方向にスキャンした１次元波形Ｓｘ（
ｉ）を用いる。この波形と、あらかじめ作成しておいた
基準波形とでマッチング処理を行うため、基準波形の画
素数ｍに合せて、ｘ方向にスキャンした１次元波形Ｓｘ
（ｉ）（画素数ｎ）から画素数ｍの波形を切り出す。

【００２３】ステップ１０５：基準波形Ｒｘ（ｉ）と、
切り出した波形のマッチング量を算出する前に、両者の
レベルを合わせるために、両者の信号の最大、最小値が
同じになるように、切り出した１次元波形の値を変換す
る。

【００２４】ステップ１０６：基準波形と、切り出した
１次元波形のマッチング量を算出する。この算出は、両
者の信号差の絶対値の和、あるいは信号差の２乗の和を
用いればよい。

【００２５】ステップ１０７：前記マッチング量の算出
を、波形切り出し位置を変えながら行う。

【００２６】ステップ１０８：マッチング量が最小（最
も基準波形とマッチング）となる位置を算出する。

【００２７】ステップ１０９：前記ステップ７での波形
切り出し位置の変化が大きい場合には、細かく微調整を
行うかどうかを選択する。微調整を行う場合には、波形
切り出し位置の変化を小さくして、前記ステップ８で算
出したマッチング位置の近傍をあらためて、前記ステッ
プ１０４〜１０７の処理を繰り返す。

【００２８】ステップ１１０：取り込んだ１次元波形で
のパターン位置ずれ量を算出する。

【００２９】以上の処理手順により、取り込んだ２次元
画像内でのｘ方向のパターンのずれ量を検出することが
できる。ｙ方向についても同様である。このようにして
、目的パターンの位置を検出することができる。

【００３０】なお、１方向に長い線上のパターン幅を測
定する場合には、線の長さ方向の位置は検出する必要が
ない。この場合には、１次元波形は、該当の１方向のみ
の分を作成すればよい。

【００３１】以上の説明からわかるように、本実施例の
パターン位置検出方法によれば、２次元のパターンマッ
チングに比べ、処理時間を短縮することができる。すな
わち、２次元のままの処理では、パターンマッチングに
要する計算回数は、４（ｎ−ｍ）２ｍ２に比例するが、
本実施例の方法では２（ｎ−ｍ）ｍに比例する。例えば
、ｎ＝５１２，ｍ＝１２８の場合では、２次元処理の場
合は約１０１０回の計算回数が必要なのに対して、本実
施例の方法は約１０５回でよいため、大幅な時間短縮が
図れる。

【００３２】図２は前述の処理手順からなる本実施例の
パターン位置検出方法を用いてアライメントマークを検
出する例を説明するための図であり、ウェハ内に形成さ
れたチップの端の部分をアライメントマークとして使用
している例である。この方法では、図６に示すように、
パターンの位置がずれていても、取り込んだ２次元画像
内に目的パターンがあれば、加算して作成した１次元波
形では、段差部分の検出が可能である。ただし、図２の
場合のように片方にパターンが広がっている場合で、そ
のパターン中心が端の方にあると、Ｓ／Ｎ比が悪くなる
。従って、十字パターンのように両方向に延びたパター
ンであれば、画面内にあればどこでも同じＳ／Ｎ比が得
られるので有利である。

【００３３】図３は前述の処理手順からなる本実施例の
パターン位置検出方法の応用例を説明するための図であ
り、図中の×印の位置を検出する場合の例である。ここ
では、２本の配線の左側の位置を検出する。この場合、
２本の配線を含む信号波形を基準波形として用意してお
き、その中で、検出したい位置（×印）を、基準波形内
でもその位置を記憶させておく。２次元の走査電子顕微
鏡（ＳＥＭ）画像を取り込んだ後の処理は、図１，２と
同じようにして、１次元方向に加算した波形を用意する
。この波形を、基準波形と同じ長さに切り出しながら、
マッチング量を算出し、マッチング位置を求める。 この手順によって、２本の配線を含む位置が検出される
。次に、基準波形内の検出位置（×印）が、基準波形の
中心からずれている量を加えることにより、検出したい
位置が２次元ＳＥＭ画像内で検出できる。このように、
基準波形内に、目的パターンの印を入れる方法は、複数
の配線の何本目を測定する等のきめ細かい位置指定を可
能とする効果がある。

【００３４】図４は本発明のパターン位置検出方法の応
用した、微小なスルーホール等の円形状のパターンの直
径等の寸法測定方法を説明するための図である。図１あ
るいは図２と同じようにして、ｘ，ｙ方向に加算した信
号波形から、スルーホールの中心位置を算出する。次に
、検出した中心位置を通る位置で、荷電ビームをスキャ
ンさせ、スルーホール径の測定を行う。この方法では、
スルーホールがＳＥＭ画像内にあれば、正確にその中心
位置が検出でき、スルーホールの中心を通る位置で荷電
ビームをスキャンして測定するので、正確に直径を測定
することができる。荷電ビームのスキャン位置を端のほ
うから順次ずらしながら寸法を求め、スルーホール部分
の面積を正確に求めることも可能である。

【００３５】なお、スルーホールの中心位置の検出では
、必ずしもパターンマッチング処理は不要である。 ｘ，ｙ方向に加算した信号波形で、信号量が少ない部分
が（２次電子が検出しにくい）スルーホールにあたる。 従って、信号波形の最小値近傍で、信号量が小さい値が
続いている部分をスルーホールと認識すればよい。但し
、本実施例の１次元のマッチング処理を用いても、実験
的には処理速度に大差はなかった。

【００３６】図５は、本発明のパターン位置検出方法を
実施するための一実施例のパターン位置検出装置の概略
構成を示すブロック図であり、電子ビームを用いた測長
装置の例である。図５において、１は２次元の走査電子
顕微鏡（ＳＥＭ）、２はフレームメモリ、３，４は加算
回路、５〜１０は配列用の第１メモリ〜第６メモリ、１
１は基準波形データベース、１２，１４は差分回路、１
３，１５は例えば比較回路からなる総和算出回路、１６
はアドレス指定回路、１７は信号列抽出位置対応用のメ
モリ、１８は最小位置検出回路である。

【００３７】次に、本実施例のパターン位置検出装置の
動作を説明する。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、電
子ビームを試料に照射して、２次電子像画像（ＳＥＭ像
）を取り込む、このＳＥＭ像の各信号はフレームメモリ
２に入力される。このＳＥＭ像の各信号の各成分Ｓ（ｉ
，ｊ）は、それぞれＸ方向の加算回路３，Ｙ方向の加算
回路４により加算が実行され、Ｘ方向の加算回路３の出
力の値Ｓｘ（ｉ）は第１メモリ５に、Ｙ方向の加算回路
４の出力の値Ｓｙ（ｊ）は第２メモリ６に記憶される。 これらの第１，第２メモリ５，６のそれぞれの長さは、
フレームメモリ２の取り込み画素で決まるもので、通常
は、５１２，１０２４等の値が用いられる。一方、これ
らのメモリとは別に、あらかじめ、このようにして目的
パターンと同じ形状のパターンの信号波形を取り込んだ
ものを基準波形として用意しておく。この基準波形は、
パターン、材質ごとに典型的なものが基準波形データベ
ース１１に格納（記憶）されており、この中から、被検
出パターンと同種のものを選んで第５，第６のメモリ９
，１０にアップロードしておく。これらの第５，第６メ
モリ９，１０のそれぞれの長さは、目的パターン部分だ
けでよいので、例えば１２８〜２５６程度の値（必ずし
も、２の倍数である必要はない）である。これらの第５
，第６メモリ９，１０の長さと同じ長さの信号列を、第
１，第２メモリ５，６から切り出したものを第３、第４
メモリ７，８に記憶する。第３メモリ７と第５メモリ９
、第４メモリ８と第６メモリ１０の各成分の差を差分回
路１２，１４で算出し、その絶対値の総和を加算回路１
３，１５でそれぞれ求める。この求めたそれぞれの総和
量を信号列を抽出した位置（先頭位置）と共に順に信号
列を抽出する位置をずらしながら信号列抽出位置対応用
のメモリ１７に記憶する。最後まで信号列を抽出したら
、総和が最小になる位置を比較回路からなる最小位置検
出回路１８で検出して、パターン位置を検出する。もち
ろん、これらの算出を計算機で行ってもよい。

【００３８】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されることなく
、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得るこ
とはいうまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
、２次元画像を１次元波形に変換してパターンマッチン
グ処理するので、２次元画像のままパターンマッチング
するのにくらべ、時間が大幅に短縮される。また、ステ
ージの停止精度や、アライメントのずれ、チップ自体の
位置ばらつき等により、目標位置からビーム位置がずれ
た場合でも、画面内にパターンがあるかぎりパターン検
出可能である。このため、スルーホールやコンタクトホ
ール等のほぼ円形状のパターンでもその中心でのパター
ン寸法を正確に自動測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のパターン位置検出方法の処
理手順を示すフローチャート。

【図２】本実施例のパターン位置検出方法により、アラ
イメントマークを検出する例を説明するための図。

【図３】本実施例のパターン位置検出方法の応用例を説
明するための図。

【図４】本発明のパターン位置検出方法を応用したパタ
ーンの寸法測定方法を説明するための図。

【図５】本発明のパターン位置検出方法を実施するため
の一実施例のパターン位置検出装置の概略構成を示すブ
ロック図。

【図６】従来のパターン位置検出方法の問題点を説明す
るための図。

【符号の説明】

１…２次元の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、２…フレーム
メモリ、３，４…加算回路、５〜１０…第１メモリ〜第
６メモリ、１１…基準波形データベース、１２，１４…
差分回路、１３，１５…総和算出回路、１６…アドレス
指定回路、１７…信号列抽出位置対応用のメモリ、１８
…最小位置検出回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　荷電ビームを用いた検査測定方法にお
   いて、２次元画像を取り込んだ後、その画像信号を１方
   向に加算し、その加算により得られた信号列からなる１
   次元波形と、あらかじめ同じ手順で得られた基準波形と
   のマッチング処理を行い、２次元画像内の目的パターン
   の位置を検出することを特徴とするパターン位置検出方
   法。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載のパターン位置検出方
   法により検出した位置を通る位置で、荷電ビームをライ
   ンスキャンし、そのラインスキャンにより得られる２次
   電子信号波形からパターンの寸法を測定することを特徴
   とするパターン寸法測定方法。
3. 【請求項３】　　荷電ビームを用いた検査測定装置にお
   いて、２次元画像を取り込む手段と、２次元画像の各信
   号成分をＸ，Ｙ方向にそれぞれ加算し、それらの加算値
   を記憶する配列メモリと、この配列メモリの中から指定
   した長さの信号列を抽出する手段と、抽出した信号列と
   前記配列メモリとは別の配列メモリに格納された信号列
   との各成分の差を算出する手段と、その差の絶対値の総
   和を求め、この総和量を信号列を抽出する位置との対応
   で記憶される手段と、前記総和量が最小になる信号列の
   位置を検出する手段とを備えたことを特徴とするパター
   ン位置検出装置。