JPS63200448A - 走査型電子顕微鏡用の位置決め装置 - 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） 半導体クエーハのパターンなど被測定部材に形成された
所定のパターンを走査型電子顕微鏡の定位置に自動位置
決めする走査型電子顕微鏡用の位置決め装置に関する。

（従来の技術） 半導体装置の分野では、集積回路の高密度化にともなっ
て、半導体ウェーハの表面に形成された微細なパターン
を高速、高精度に測定する装置を必要としている。通常
このような微細パターンの測定は、光学式顕微鏡を用い
た測微計、光学式顕微鏡と工業用テレビジ璽ンを組合せ
た電子式測定器など光学的手段を用いた測定器が広く用
いられているが、パターン寸法がサブミクロンになると
分解能上これら光学的手段を用いた測定器では測定困難
となる。

非光学的手段、たとえば走査型電子顕微鏡をモニタテレ
ビジ冒ンと組合せた測定器は、このような微細パターン
に対しても分解能上測定可能である。しかし、パターン
を高精度測定するために倍率を高くすると、所要のパタ
ーンをさがし出して位置決めするのに時間がかかり、検
査や測定の能率をいちじるしく低下させる。したがって
走査型電子顕微鏡に対して、所定のパターンを高速、高
精度に位置決めする装置が必要となる。

しかし、たとえば半導体ウェーハに形成されているオリ
フラを基準ピンに押し当てるなどのメカ的な方法では、
位置決め誤差が大きく、又、回避しようとすると、高精
度、高価なステージが必要となる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、走査型電子顕微鏡における所定のパターンの
位置決め精度及び能率に問題があることを参酌してなさ
れたもので、走査型電子顕微鏡から得られる所定のパタ
ーンが形成されている被測定部材の画像データを処理し
て、高精度かつ容易に上記所要のパターンを位置決めす
ることにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明の位置決
め装置は、走査型電子顕微鏡内に設けられ所定のパター
ンが形成されている被測定部材の所定領域を電子ビーム
が走査するように、走査型電子顕微鏡に対して被測定部
材を位置決めするＸ−Ｙステージと、このＸ−Ｙステー
ジの移動を制御するステージコントロール部と、上記を
子ビームが指定の領域の走査位置で走査するように制御
するスキャンコントロール部と、走査型電子顕微鏡から
送出される画像信号を再生して上記所定領域の画像を表
示する表示部と、上記画像信号を画像データとして格納
する７レ一ムメモリ部と、スキャンコントロール部へ走
査指令およびフレームメモリ部の画像データを使い、位
置合せマークの位置検出を行ない、ステージコントロー
ル部へステージの移動指令を送る演算制御部より構成さ
れ、画像データの演算処理によりパター゛ンの位置決め
を行うようにしたものである。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を半導体ウェーハに形成
されている所定のパターンを位置決めする実施例につい
て説明する。

この例の走査型電子顕微鏡用の位置決め装置は、第１図
に示すように、走査型電子顕微鏡（１）内に設けられ半
導体ウェーハ（Ｗ）を定位置に位置決めするＸ−Ｙステ
ージ（２）を有する。一方、前記走査型電子顕微鏡（１
）は、電子銃（３）から放出された電子ビーム（４）を
電子レンズ系（５）で集束し、これを偏向系（６）で偏
向して、上記定位置に位置決めされた半導体ウェーハ（
Ｗ）を走査し、この走査により発生した二次電子検出器
（８）に捕捉された二次電子（力は、画像信号としてこ
の実施例の位置決め装置を構成する表示部（９）および
フレームメモリ部ＧＩＫ送出される。上記Ｘ−Ｙステー
ジ（２）の移動は、この実施例の位置決め装置を構成し
、コンビエータ、メモリなどを内蔵する演算制御部Ｑ匂
から送出される駆動指令に基づいてステージコントロー
ル部α四カラ送出される信号により制御される。また、
上記電子ビーム（４）の偏向は、同じく演算制御部α２
から送出される電子ビーム（４）の走査位置および走査
領域を指定する走査指令と走査の倍率を指定する倍率指
令に基づいて、スキャンコントロール部α委により制御
される。上記表示部（９）は、二次電子検出器（８）か
ら送出される画像信号を、スキャンコントロール部側か
ら送出される信号により電子ビーム（４）の走査と同期
して取り込み、表示装置すなわちこの例では、図示しな
い表示用ブラウン管の画面上に再生表示する。また、フ
レームメモリ部ＯＱに送出される画像信号は、Ａ／Ｄ　
（アナログ−デジタル）変換されフレームメモリ部（１
０１に格納される。上記演算制御部（ｌｚは、第２図に
示すように、スキャンコントロール部α４及び７レ一ム
メモリ部ｔＩＱを制御する制御手段（１２ａ）と、フレ
ームメモリ部００）の画像データに基づいて後述するマ
ーク（Ｍｌ）、　（Ｍ２）の位置検出を行う位置検出手
段（１２ｂ）とを有している。

つぎに、半導体ウェーハ（Ｗ）に形成されている位置合
せマーク（Ｍｌ）、　（Ｍ２）を使い、半導体ウェーハ
（Ｗ）の位置決めをする方法について述べる。

まず、Ｘ−Ｙステージ（２）に半導体ウェーハ（Ｗ）を
走査型電子顕微鏡（１）に対して定位置に送り込む。

この送り込みは、演算制御部（ｌりから送出される指令
に基づいて、ステージコントロール部α四により一定の
精度でおこなわれる。半導体ウェーハ（Ｗ）には、第３
図及び第４図に示す様に、たとえばチップ（Ａ）、　（
Ｂ）に近接した場所に長方形状の位置合せマーク（Ｍｌ
）、　（Ｍ２）が作っである―なお、第４図は第３図の
円内の拡大図である。しかして、演算制御部（１カには
、この位置合せマーク（Ｍｌ）、　（Ｍ２）の位置デー
タと、チップ（Ａ）、　（Ｂ）のアドレスが事前に登録
されている。つぎに、チップ（Ａ）の位置合せマーク（
Ｍｌ）のアドレスを検出する。つづいて、送り込まれた
半導体ウェーハ（Ｗ）に対して、走査型電子顕微鏡（１
）の偏向系（６）は、演算制御部ａ２４からスキャンコ
ントロール部（１４）Ｋ送出される走査指令および倍率
指令に基づいて、電子銃（３）から放出され電子レンズ
系（５）で集束された電子ビーム（４）を数１００倍な
いし１０００倍の低倍率で偏向してチップ（Ａ）の位置
合せマーク（Ｍｌ）の付近を第４図Ｘ方向に走査する。

この走査にしたがって、半導体ウェーハ（Ｗ）から放出
される二次電子は、二次電子検出器（８）に捕捉され、
画像信号として表示部（９）およびフレームメモリ部（
１■に送出される。表示部（９）は、これを再生して表
示用プ２ウン管の画面に上記所定領域の画像を表示する
。フレームメモリ部００）は、Ａ／Ｄ変換して、デジタ
ルデータとして、それを画像データとして格納する。上
記電子ビーム（４）の偏向走査を低倍率でおこなうこと
は、上記のように半導体ウェーハ（Ｗ）を比較的低い一
定の精度で送り込んでも、この電子ビーム（４）の走査
領域内に目的とする位置合せマーク（Ｍｌ）、　（Ｍ２
）が含まれ、第４図（Ａ）に示される様に、表示用ブラ
ウン管の画面に、位置合わせマーク（Ｍｌ）が表示され
、フレームメモ！Ｊｇ（ＩＣｊに格納された画像データ
にも含まれることを意味する。フレームメモリ部００）
に格納された画像データは、演算制御部０りによって容
易に読み書きができる様になっている。位置合せマーク
（Ｍｌ）は、第３図に示す様に、ダイシングライン（Ｄ
Ｌ）の中央部に形成されている。かくて、演算制御部（
１２＋は、次の処理を行なって、位置合せマーク（Ｍｌ
）の中心位置を求める。すなわち、まず第４図（Ａ）に
示すように、Ｘ方向に走査したとき得られた画像データ
を読取り微分処理する（矢印ｔ５０１．５υ。

６つ参照）。このときの演算順序としては、まず、画面
中央の矢印（５（１１方向の画像データを読取り微分処
理する。このときの微分処理後の波形は、位置合せマー
ク（Ｍｌ）がないので第４図（Ｂ）に示すようにほぼ平
坦となっている。したがって、しきい値ＴＨを越えるピ
ーク値はないのでつぎに、画面上半分にある矢印０υ方
向の画像データを読取り微分処理する。このときの微分
波形も、位置合せマーク（Ｍｌ）がないので第４図（Ｃ
）に示すようにほぼ平坦となっている。したがって、し
きい値ＴＨを越えるピーク値はないのでさらに、画面下
半分にある矢印Ｇ鴎方向の画像データを読取り微分処理
する。このときの微分波形には、位置合せマーク（Ｍｌ
）の稜線に対応して、しきい値ＴＨを越えるピーク値Ｐ
Ｌ。

Ｐ２が存在する（第４図（Ｄ）参照）。これらピーク値
Ｐｉ、Ｐ２は、位置合せマーク（Ｍｌ）が、稜総部位が
傾斜していることにより、隣接する平坦部位に比べ２次
電子の放出率が高くなったために生じたものである。さ
らに、演算制御部ａカにては、ピーク値ｐ１．ｐ２の間
隔意と、それぞれのＸ座標であるＸＩ。

ｘ２を算出し、記憶する。つぎに、演算１５す御部０２
１は、スキャンコントロール部α優を制御し、前記座標
ｘｔ。

ｘ２の中央で、第４図Ｙ方向に電子ビームを走査する。

このとき得られた二次電子に基づく画像信号は、フレー
ムメモリ部（１０）にいったん格納される。

ついで、フレームメモリ部００）に格納されているＹ方
向に走近された画像データを読取り、微分処理する。こ
のときの微分波形は、位置合せマーク（Ｍｌ）の稜線に
対応して、しきい値ＴＨを越えるピーク値Ｐ３．Ｐ４が
存在する（第４図（Ｂ）　参照）。しかして、　□演算
制御部α力にては、これらピーク値ｐ３．ｐ４の間隔Ｗ
Ｙと、それぞれのＹ座標ｙ１．ｙ２を算出し、記憶出す
る。しかして、演算制御部αつは、あらかじめ登録され
たチップ（Ｂ）のアドレスにより位置合せマーク（Ｍ２
）について走査できるように、ステージコントロール部
α階を制御し、ｘ−ｙステージ（２）を移動させる。つ
いで、位置合せマークα幻について位置合せマーク（Ｍ
ｌ）と同一の処理を行い、その中心座標を求める。さら
に、以上の手順によって求められたマーク（Ｍｌ）、　
（Ｍ２）のＸ−Ｙステージ（２）上の座標を（Ｘｉ、　
ｙｌ）、　（Ｘ２．　Ｙ２）に基づき、演算制御部Ｑ３
にては、半導体ウェーハ（Ｗ）のＸ−Ｙステージ（２）
に対する回転角θ及びＸ−Ｙステージ（２）座標上の半
導体ウェーハ（Ｗ）の原点座標（ＸＱ、　ＹＱ　）を次
式■、■により算出する。

かくて、演算制御部α力にては、算出した、回転角θ及
び原点座標（ｘｏ、　ｙｏ）に基づき、測定する所定の
パターンの当該半導体ウェーハ（Ｗ）上の座標をＸ−Ｙ
ステージ（２）上のステージ座標に変換し、その結果を
、ステージコントロール部α四に送り、高精度な位置決
めを行う。

以上のように、この実施例の走査型電子顕微鏡用の位置
決め装置は、所定のパターンが形成されている被測定部
材を、Ｘ−Ｙステージに搭載して、走査型電子顕微鏡の
定位置へ送り込み、低倍率で、その所定領域を走査して
、位置合せマークの位置を検出し、異なった２チツプの
位置を求めることにより、Ｘ−Ｙステージに対するウェ
ーハの回転ズレ及び原点のずれを求め、測長パターンの
位置決めの時に、角度補正を行なうようにしたことによ
り、容易かつ高精度に、さらにまた自動的に位置合せで
きる。

なお、上記実施例においては、フレームメモリ部翰は、
全画面の画像データを格納するようにしているが、前記
矢印（５０１，５１）、　Ｃ５ａというように、１ライ
ンずつ電子ビームを走査し、処理するようにすれば、全
画面をメモリする容量の７レームメそりは不要となる。

さらに、１ラインのデータでは、Ｓハが悪く、所望の波
形が得られない場合は、同一位置で繰返し電子ビームを
走査させ、積算処理によりＳハを向上させるようにして
もよい。

〔発明の効果〕

本発明の走査型電子顕微鏡用の位置決め装置は、所定の
パターンが形成されている対象部材の位置決めを高精度
かつ高能率に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の走査型電子顕微鏡用の位置
決め装置の構成図、第２図は同じく演算制御部の構成図
、第３図は位置決め対象である半導体ウェー・・の平面
図、第４図（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）、　（Ｄ）。 （Ｅ）は位置合せマークの中心座標検出の説明図である
。 （１）：走査型電子顕微鏡。 （２）　：　Ｘ　−Ｙステージ。 （１２１：演算七〇御部。 α３ニスチ一シコントロール部。 αりニスキャンコントロール部。 （Ｗ）：半導体ウェーハ（被測定部材）。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 ｒ−−−−”−−−”−−コ 「 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビームの走査により得られる二次電子を捕捉
   して画像信号として出力する走査型電子顕微鏡用の位置
   決め装置において、所定のパターン及び上記パターンに
   隣接した少なくとも２個の位置合せマークが形成されて
   いる被測定部材を載置して位置決めする位置決め手段と
   、上記電子ビームが上記被測定部材の指定された領域の
   走査位置にて走査されたときの上記画像信号を入力して
   画像データとして格納する画像メモリ手段と、上記画像
   データに基づいて上記位置合せマークの位置検出を行い
   この位置検出結果に従って上記位置決め手段に位置決め
   のための制御信号を出力する演算制御手段とを具備する
   ことを特徴とする走査型電子顕微鏡用の位置決め装置。
2. （２）演算制御手段は、一対の位置合せマークの中心座
   標を各別に算出し、この算出結果に基づいて、被測定部
   材の位置決め手段に対する回転方向及びＸ−Ｙ方向のず
   れを算出し、このずれ算出結果に基づいて位置決めのた
   めの制御信号を出力することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の走査型電子顕微鏡用の位置決め装置。