特開 2022-185237 測定装置及び測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185237

(43)【公開日】2022-12-14

(54)【発明の名称】測定装置及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20221207BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20221207BHJP

   G03F 9/00 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 J

G03F7/20 521

G03F9/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092769

(22)【出願日】2021-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 瑠美

【テーマコード（参考）】

2H197

4M106

【Ｆターム（参考）】

2H197EA11

2H197EA19

2H197EA20

2H197EB16

2H197EB18

2H197EB19

2H197EB20

2H197EB22

2H197EB23

2H197HA03

2H197JA22

4M106AA01

4M106AA09

4M106BA02

4M106BA04

4M106CA39

4M106DB05

4M106DB07

4M106DH12

4M106DH24

4M106DH31

4M106DH33

4M106DJ07

4M106DJ14

(57)【要約】

【課題】 長時間測定における測定の信頼性を向上することができる測定装置および測定方法を提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、測定装置は、測定が行われるパターンが形成された試料１００上に配置されたアライメントマーク１０１を用いてグローバルアライメントを行った後、指定位置でローカルアライメントを行うことで、測定座標系と前記試料の座標系とのアライメントを行う測定装置であって、ローカルアライメントで得られた位置ずれ量が予め設定された閾値より大きい場合に、再度前記グローバルアライメントを実行するよう判断する判断部３２と、前記閾値を記憶する記憶部２２と、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定が行われるパターンが形成された試料上に配置されたアライメントマークを用いてグローバルアライメントを行った後、指定位置でローカルアライメントを行うことで、測定座標系と前記試料の座標系とのアライメントを行う測定装置であって、
前記ローカルアライメントで得られた位置ずれ量が予め設定された閾値より大きい場合に、再度前記グローバルアライメントを実行するよう判断する判断部と、
前記閾値を記憶する記憶部と、
を有する測定装置。

【請求項2】

前記閾値は、前記試料が載置されるステージの制御精度、または前記指定位置で取得される画像範囲に基づき設定される、請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

予め取得した、前記グローバルアライメントを行ってから前記ローカルアライメントを行うまでの経過時間である測定時間と前記位置ずれ量との関係に基づいて、前記位置ずれ量が前記閾値となる前記測定時間を予測し、
予測された前記測定時間の経過後に行われる前記ローカルアライメントの前に再度前記グローバルアライメントを行う、請求項１または２に記載の測定装置。

【請求項4】

算出された前記位置ずれ量が、前記測定時間と前記位置ずれ量との関係と、予め求められた前記位置ずれ量の変動許容量に基づき、前記測定時間における変動許容範囲を超えた場合、再度前記グローバルアライメントを行う、請求項３に記載の測定装置。

【請求項5】

パターンが形成された試料上に配置されたアライメントマークを用いて、グローバルアライメントを行った後、指定位置でローカルアライメントを行うことにより、測定座標系と前記試料の座標系とのアライメントを行い、前記パターンの測定を行う測定方法であって、
前記ローカルアライメントにおいて得られた位置ずれ量が予め設定された閾値以内かどうかを判断し、
前記位置ずれ量が前記閾値より大きい場合、再度前記グローバルアライメントを行う、
測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体基板あるいはマスク等に形成されたパターンの測定装置及び測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程では、縮小投影露光装置（ステッパまたはスキャナーと呼ばれる）を用いて、マスク（「レチクル」とも呼ばれる）に形成された原画パターン（以下、単に「パターン」とも表記する）が、半導体基板（「ウェハ」とも呼ばれる）上に露光される。

【0003】

このようなマスク等の試料に形成されたパターンの寸法や、線幅の測定には、例えば、走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ（Scanning Electron microscope）」と表記する）を用いて測定対象パターンの電子線画像（ＳＥＭ画像）を撮像する測定装置（以下、「ＣＤ（Critical Dimension）－ＳＥＭ」と表記する）が用いられる。

【0004】

このようなＣＤ－ＳＥＭを用いて、複数のパターンの寸法や線幅の自動測定が行われる場合がある。この場合、ＣＤ－ＳＥＭは、例えば予め指定されたパターンの座標情報に基づいて、試料が載置されたステージを移動させる。このとき、ＣＤ－ＳＥＭの座標系と、試料の座標系とを合わせるため、２段階のアライメントが行われる。

【0005】

先ず、試料に設けられたアライメントマークを用いてアライメントを行う。以下、このアライメントをグローバルアライメントという。グローバルアライメントにより座標系のずれが補正されるが、指定されたパターンの位置に移動するため、ステージ精度により、補正された座標系とのずれ（位置決め誤差）が生じる。そのため、さらにパターン位置の近傍でアライメントを行う。以下、このアライメントをローカルアライメントといい、ローカルアライメントを行う位置を指定位置という。ローカルアライメントでは、指定位置でアライメントパターン画像を取得し、参照画像と比較（パターンマッチング）することで、得られた位置ずれ量に基づいて、座標系のずれが補正される。ローカルアライメント後、パターンの線幅や寸法が測定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－１４８５８７号公報

【特許文献2】特開２００２－１３９４５０号公報

【特許文献3】特開２０１６－１４５８８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、長時間測定を繰り返すと、指定位置に移動させても、時間経過によりアライメントがずれ、指定位置への移動ができなくなるため、ローカルアライメントに失敗するという問題がある。

【0008】

本実施形態はこうした点に鑑みてなされたものであり、長時間測定における測定の信頼性を向上させることができる測定装置及び測定方法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】

本発明の第１の態様によれば、測定装置は、測定が行われるパターンが形成された試料上に配置されたアライメントマークを用いてグローバルアライメントを行った後、指定位置でローカルアライメントを行うことで、測定座標系と試料の座標系とのアライメントを行う測定装置であって、ローカルアライメントで得られた位置ずれ量が予め設定された閾値より大きい場合に、再度グローバルアライメントを実行するよう判断する判断部と、閾値を記憶する記憶部と、を有する。

【0010】

本発明の第１の態様によれば、閾値は、試料が載置されるステージの制御精度、または指定位置で取得される画像範囲に基づき設定されることが好ましい。

【0011】

本発明の第１の態様によれば、予め取得した、グローバルアライメントを行ってからローカルアライメントを行うまでの経過時間である測定時間と位置ずれ量との関係に基づいて、位置ずれ量が閾値となる測定時間を予測し、予測された測定時間の経過後に行われるローカルアライメントの前に再度グローバルアライメントを行うことが好ましい。

【0012】

本発明の第１の態様によれば、算出された位置ずれ量が、測定時間と位置ずれ量との関係と、予め求められた位置ずれ量の変動許容量に基づき、測定時間における変動許容範囲を超えた場合、再度グローバルアライメントを行うことが好ましい。

【0013】

本発明の第２の態様によれば、測定方法は、パターンが形成された試料上に配置されたアライメントマークを用いて、グローバルアライメントを行った後、指定位置でローカルアライメントを行うことにより、測定座標系と試料の座標系とのアライメントを行い、パターンの測定を行う測定方法であって、ローカルアライメントにおいて得られた位置ずれ量が予め設定された閾値以内かどうかを判断し、位置ずれ量が閾値より大きい場合、再度グローバルアライメントを行う。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様の測定装置によれば、長時間測定における測定の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、第１実施形態に係る測定装置の全体構成を示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る測定装置におけるローカルアライメントの概念図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る測定装置における測定フローチャートである。

【図4】図４は、第２実施形態の第１実施例に係る測定装置における位置ずれ量と閾値との関係を示すグラフである。

【図5】図５は、第２実施形態の第１実施例に係る測定装置における位置ずれ量と閾値との関係を示すテーブルである。

【図6】図６は、第２実施形態の第２実施例に係る測定装置における位置ずれ量と閾値との関係を示すテーブルである。

【図7】図７は、第２実施形態の第２実施例に係る測定装置における閾値とＦＯＶサイズとの関係を示すグラフである。

【図8】図８は、第３実施形態に係る測定装置における測定フローチャートである。

【図9】図９は、第３実施形態に係る測定装置における位置ずれ量と測定時間との関係を示すグラフである。

【図10】図１０は、第３実施形態に係る測定装置における測定フローチャートである。

【図11】図１１は、第４実施形態に係る測定装置における測定フローチャートである。

【図12】図１２は、第４実施形態に係る測定装置における位置ずれ量と測定時間との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、実施形態について図面を参照して説明する。実施形態は、発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示している。図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法及び比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。本発明の技術的思想は、構成要素の形状、構造、配置等によって特定されるものではない。

【0017】

１．第１実施形態
第１実施形態に係る測定装置について説明する。以下では、測定装置として、ＣＤ－ＳＥＭを例に挙げて説明する。なお、本実施形態では、測定対象の試料がマスクである場合について説明するが、マスクに限定されない。例えば、試料は、半導体基板であってもよい。

【0018】

１．１ 測定装置の構成
まず、測定装置の全体構成の一例について、図１を用いて説明する。図１は、測定装置１の全体構成を示す図である。

【0019】

図１に示すように、測定装置１は、撮像機構１０と制御機構２０とを含む。

【0020】

撮像機構１０は、試料室１１及び鏡筒１２を含む。

【0021】

試料室１１内には、ステージ１３、ステージ駆動機構１４、及び光学顕微鏡１５が設けられている。

【0022】

ステージ１３は、ステージ１３の表面に平行なＸ方向、及びステージ１３の表面に平行であり且つＸ方向と交差するＹ方向に移動可能である。また、ステージ１３は、ステージ１３の表面に垂直なＺ方向に移動可能であってもよいし、Ｚ方向を回転軸として、ＸＹ平面上で回転軸周りに回転可能であってもよい。ステージ１３の上には、試料（マスク）１００が載置される。

【0023】

試料１００は、例えば、石英ガラスを用いた試料１００の基板上に、クロム（Ｃｒ）等を用いた遮光膜あるいは位相シフト膜等のパターンが形成され、表面にアライメントマーク１０１が設けられている。

【0024】

アライメントマーク１０１は、試料１００の表面の、例えば端部に設けられる。あるいは、試料１００に形成されたパターンをアライメントマークとして用いてもよい。アライメントマーク１０１は、グローバルアライメントに用いられる。なお、図１の例では、４つのアライメントマーク１０１が、試料１００の４つの角の近傍に、それぞれ設けられている場合を示しているが、このような個数、形状、及び配置等に限定されるものではない。

【0025】

ステージ駆動機構１４は、ステージ１３を、ＸＹ平面を移動させるための駆動機構を有する。なお、ステージ駆動機構１４は、例えば、ステージ１３をＺ方向に移動させる機構を有していてもよいし、Ｚ方向を回転軸として、ステージ１３をＸＹ平面上で回転軸周りに回転させる機構を有していてもよい。

【0026】

鏡筒１２は、試料室１１の上に設置されている。例えば、鏡筒１２は、外形がＺ方向に延伸する円筒形状を有している。試料室１１と鏡筒１２とは連通し、これらにより形成される空間は、真空（減圧）状態に保持される。

【0027】

鏡筒１２内には、光学顕微鏡１５や、ＳＥＭの構成要素である電子銃１６及び電子光学系１７、検出器１８が設けられている。

【0028】

光学顕微鏡１５は、例えば、グローバルアライメントの際に、アライメントマーク１０１の検出に用いられる。

【0029】

電子銃１６は、試料室１１に向かって電子線を射出するように設置されている。

【0030】

電子光学系１７は、電子銃１６から射出された電子線を、試料１００の所定の位置に収束させて照射する。

【0031】

検出器１８は、試料から放出された二次電子等を検出するために設けられる。

【0032】

制御機構２０は、制御回路２１及び記憶部２２を含む。

【0033】

制御回路２１は、測定装置１の全体を制御する。より具体的には、制御回路２１は、撮像機構１０の光学顕微鏡１５、電子銃１６、及び電子光学系１７等を制御する。制御回路２１は、例えば、マイクロプロセッサなどのＣＰＵ（Central Processing Unit）デバイスであってもよいし、外部に設けられるパーソナルコンピュータなどのコンピュータ装置であってもよい。また、制御回路２１の一部または全部の機能が、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Alley）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ:Graphics Processing Unit）などの他の集積回路によって担われてもよい。

【0034】

制御回路２１は、ステージ駆動制御部３０、画像取得部３１、判断部３２を含む。なお、これらは、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、または、ＧＰＵなどの集積回路が実行するプログラムによって構成されてもよいし、それらの集積回路が備えるハードウェアまたはファームウェアによって構成されてもよいし、それらの集積回路によって制御される個別の回路によって構成されてもよい。以下では、これらが、記憶部２２に格納され、制御回路２１によって実行されるプログラムである場合について説明する。

【0035】

ステージ駆動制御部３０は、ステージ駆動機構１４を制御する。より具体的には、ステージ駆動制御部３０は、ステージ１３の位置情報を取得し、取得した情報に基づいてステージ駆動機構１４を制御する。また、ステージ駆動制御部３０は、ステージ１３の位置情報と、試料の座標情報とに基づいて、ステージ駆動機構１４を制御する。

【0036】

画像取得部３１は、光学画像あるいは電子線画像（ＳＥＭ画像）を取得する。例えば、画像取得部３１は、グローバルアライメントの際には、光学顕微鏡１５を用いてアライメントマークの光学画像を取得し、ローカルアライメント及び測定の際には、測定対象のパターンのＳＥＭ画像を取得する。

【0037】

判断部３２は、参照画像と、アライメントパターン画像とを比較（パターンマッチング）する。アライメントパターン画像と参照画像とのずれ量が位置ずれ量となる。そして、位置ずれ量が予め設定された閾値以内にあるか否かを判断し、閾値を超えている場合グローバルアライメントを行う。

【0038】

記憶部２２は、制御回路２１の処理に関する情報を保持する。例えば、記憶部２２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）を含んでいてもよいし、外部ストレージとして、例えば、磁気ディスク記憶装置（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの各種記憶装置を含んでいてもよい。

【0039】

記憶部２２には、例えば、試料の設計データ（各種パターンの座標情報）４０、グローバルアライメント、ローカルアライメント、及び測定等に用いられる参照画像４１、ローカルアライメントの閾値データ４２、並びに測定データ４３が記憶される。なお、閾値データ４２は、外部で求められ入力されても制御回路２１で求められてもよい。また、測定データ４３には、グローバルアライメント、ローカルアライメント、及び測定の際に撮像された画像、各種パターンの座標情報、位置ずれ量、ローカルアライメント判定結果、及び測定対象パターンの測定結果等が含まれる。

【0040】

１．２ ローカルアライメントの具体例
次に、ローカルアライメントの具体例について、図２を用いて説明する。図２は、ローカルアライメントを説明するための概念図である。図２の例は、ステージ精度に基づいてローカルアライメントで得られた位置誤差の閾値が設定されている場合を示している。

【0041】

以下の説明では、位置ずれ量をΔＡと表記し、位置ずれ量ΔＡの許容範囲を判定するための閾値をＴＶと表記する。また、ステージ精度の許容範囲をＳＴと表記する。

【0042】

図２の（ａ）に示すように、例えば、ローカルアライメントにおける位置ずれ量ΔＡの基準点としてパターンの原点（左下の座標）が設定されている場合、基準点がローカルアライメントで取得した画像範囲（ＦＯＶ）の中心に位置するように、ローカルアライメントの参照画像が設定される。

【0043】

判断部３２は、参照画像と取得されたアライメントパターン画像とを比較し、参照画像の中心位置から、取得された画像におけるアライメントパターンの原点までの距離を、位置ずれ量ΔＡとして算出する。例えば、図２の（ｂ１）に示すように、アライメントパターン画像１が取得された場合、位置ずれ量ΔＡ１が算出される。例えば、ステージ精度の許容範囲ＳＴと閾値ＴＶとが、ＴＶ＝ＳＴ／２の関係となるように閾値ＴＶが設定されている場合、閾値ＴＶは、図２の（ｃ１）に示すように、直径がＳＴである破線の円周で示される。位置ずれ量ΔＡ１は、破線の円周内にあるため、判断部３２は、位置ずれ量ΔＡ１は、閾値ＴＶ以下であると判断する。

【0044】

また、例えば、図２の（ｂ２）に示すように、アライメントパターン画像２が取得された場合、位置ずれ量ΔＡ２が算出される。この場合、図２の（ｃ２）に示すように、位置ずれ量ΔＡ２は、破線の円周の範囲外にあるため、判断部３２は、位置ずれ量ΔＡ１は、閾値ＴＶ以下ではないと判断する。

【0045】

なお、本実施形態では、ＴＶ＝ＳＴ／２の関係となるように閾値ＴＶを設定したが、閾値ＴＶの設定は、これに限定されない。例えば、要求される測定精度によって、閾値ＴＶは、ＳＴ／２よりも大きくても小さくてもよい。換言すれば、閾値ＴＶは、ステージ精度の許容範囲よりも大きくても小さくてもよい。また、アライメントパターンは、測定対象パターンと同じであってもよいし、近傍であれば異なっていてもよい。

【0046】

１．３ 測定フロー
次に、測定フローの一例について、図３を用いて説明する。図３は、測定フローチャートである。

【0047】

図３に示すように、まず、試料１００がステージ１３上にセット（載置）される（ステップＳ１）。

【0048】

次に、制御回路２１は、グローバルアライメントを実行する（ステップＳ２）。より具体的には、例えば、画像取得部３１により光学顕微鏡１５を用いて取得したアライメントマーク１０１の光学画像に基づいて、試料１００（ステージ１３）のＸＹ平面における位置合わせが行われる。

【0049】

グローバルアライメント終了後、制御回路２１は、ステージ駆動制御部３０を制御して、最初の指定位置に試料１００を移動させる（ステップＳ３）。

【0050】

次に、制御回路２１は、ローカルアライメントを実行する（ステップＳ４）。判断部３２は、参照画像と取得されたアライメントパターン画像とを比較して、位置ずれ量ΔＡを算出する。

【0051】

次に、判断部３２は、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶ以下か否かを判断する（ステップＳ５）。

【0052】

判断部３２が、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶより大きいと判断した場合（ステップＳ５＿Ｎｏ）、制御回路２１は、ステップＳ２に戻り、グローバルアライメントを再度実行する。

【0053】

グローバルアライメントを再度実行した後、制御回路２１は、前回の指定位置に、試料１００を移動させる(ステップＳ３)。そして、制御回路２１は、ローカルアライメントを再度実行する（ステップＳ４）。

【0054】

判断部３２が、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶ以下であると判断した場合（ステップＳ５＿Ｙｅｓ）、制御回路２１は、測定対象パターンの測定を行う（ステップＳ６）。

【0055】

予め指定された全てのパターンの測定が終了していない場合（ステップＳ７＿Ｎｏ）、すなわち、測定未了のパターンが残っている場合、次の指定位置に移動し（ステップＳ８）、ローカルアライメントを実行する。

【0056】

予め指定された全てのパターンの測定が終了した場合（ステップＳ７＿Ｙｅｓ）、すなわち、測定未了のパターンが残っていない場合、試料１００が試料室１１から取り出され（ステップＳ９）、測定が終了する。

【0057】

１．４ 本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、長時間測定における測定の信頼性を向上できる。本効果につき詳述する。

【0058】

例えば、ビーム座標系のドリフト等に起因して、参照画像の座標と、アライメントパターンの座標との位置ずれ（誤差）が、測定時間の経過とともに大きくなる場合がある。位置ずれ量が大きくなると、例えば、ＦＯＶにアライメントパターンが入らなくなる。その結果、アライメントパターンを認識できない、あるいはアライメントパターンを誤認識する問題が生じる。このため、ローカルアライメントにおいて、正しい補正量を算出できなくなる。すなわち、ローカルアライメントを正常に実行できなくなる。

【0059】

これに対し、本実施形態によれば、ローカルアライメントにおいて算出された位置ずれ量が予め設定された閾値を超えた場合に、ドリフトによりビーム座標系のずれが生じているとして、グローバルアライメントを再度実行してビーム座標系を補正した後、ローカルアライメントをやり直すことで、正しい補正量を算出することができる。従って、長時間測定における測定の信頼性を向上できる。

【0060】

２．第２実施形態
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、閾値ＴＶの設定について２つの実施例を示す。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0061】

２．１ 第１実施例
まず、第１実施例について説明する。第１実施例では、各ＦＯＶにおいて、それぞれ異なる閾値ＴＶが設定される場合について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、閾値ＴＶと位置ずれ量ΔＡとの関係を直交座標で示したグラフである。図５は、各ＦＯＶにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶを示すテーブルである。

【0062】

図４に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に対する閾値ＴＶを別々に設定してもよい。より具体的には、例えば、閾値ＴＶのＸ方向の下限値を－ＴＶ＿ｘとし、上限値をＴＶ＿ｘとする。更に、閾値ＴＶのＹ方向の下限値を－ＴＶ＿ｙとし、上限値をＴＶ＿ｙとする。すると、閾値ＴＶは、座標（－ＴＶ＿ｘ、－ＴＶ＿ｙ）、座標（－ＴＶ＿ｘ、ＴＶ＿ｙ）、座標（ＴＶ＿ｘ、－ＴＶ＿ｙ）、及び座標（ＴＶ＿ｘ、ＴＶ＿ｙ）を結ぶ破線の四角枠で表される。また、Ｘ方向の位置ずれ量をΔＡ＿ｘとし、Ｙ方向の位置ずれ量をΔＡ＿ｙとすると、位置ずれ量ΔＡの座標は（ΔＡ＿ｘ、ΔＡ＿ｙ）と表記される。図４において、位置ずれ量ΔＡが破線で示す閾値ＴＶの枠内にある場合、すなわち、Ｘ方向の位置ずれ量の絶対値｜ΔＡ＿ｘ｜がＸ方向の閾値の絶対値｜ＴＶ＿ｘ｜以下であり、且つＹ方向の位置ずれ量の絶対値｜ΔＡ＿ｙ｜がＹ方向の閾値の絶対値｜ＴＶ＿ｙ｜以下である場合に、測定が行われる。

【0063】

図５に示すように、例えば、閾値のテーブルに、ＦＯＶのサイズが３種類（Ａ、Ｂ、Ｃ）登録されている。例えば、ＦＯＶサイズＡにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙとして“５”が設定されている。なお、“５”の単位は、例えば、長さでもよいし、画像データにおける画素数（ピクセル数）であってもよい。また、ＦＯＶサイズＢにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙとして“３”が設定されている。ＦＯＶサイズＣにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙとして“２”が設定されている。なお、図５の例では、１つのＦＯＶサイズにおいて、閾値ＴＶ＿ｘと閾値ＴＶ＿ｙとに同じ値が設定される場合を示しているが、閾値ＴＶ＿ｘとＴＶ＿ｙとは異なる値であってもよい。また、ＦＯＶサイズ以外であっても、例えば、ＦＯＶ内のアライメントパターンあるいは測定対象パターンのレイアウト、面積密度等に基づいて、閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙを任意に設定できる。

【0064】

２．２ 第２実施例
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、ＦＯＶのサイズに基づいて閾値ＴＶを設定する場合について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、各ＦＯＶにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶを示すテーブルである。図７は、ＦＯＶのサイズと閾値ＴＶの関係を示すグラフである。

【0065】

図６及び図７に示すように、例えば、ＦＯＶサイズＢを基準として、ＦＯＶサイズＡ及びＦＯＶサイズＣにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶを設定してもよい。より具体的には、例えば、ＦＯＶサイズＢにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙとして、“４”が設定されている。この状態において、例えば、ＦＯＶサイズＡが基準サイズであるＦＯＶサイズＢの０．５倍である場合、閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙも０．５倍されて、ＦＯＶサイズＡにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙとして“２”が設定される。また、ＦＯＶサイズＣが基準となるＦＯＶサイズＢの２倍である場合、閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙも２倍されて、ＦＯＶサイズＣにおけるローカルアライメントの閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙとして“８”が設定される。図７に示すように、ＦＯＶのサイズと閾値ＴＶとの関係に基づき、補間関数を用いて、他のＦＯＶサイズの閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙを設定してもよい。

【0066】

このように、閾値ＴＶは、ＦＯＶサイズと閾値ＴＶ＿ｘ及びＴＶ＿ｙとの関係を示すテーブルに基づいて設定されてもよいし、テーブルから予測される関数に基づいて設定されてもよい。

【0067】

２．３ 本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0068】

また、本実施形態によれば、ＦＯＶサイズ毎に異なる閾値ＴＶを設定してローカルアライメントすることができる。

【0069】

３．第３実施形態
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、制御回路２１は、グローバルアライメントを実行してから各指定位置においてローカルアライメントを実行するまでの時間（以下、「測定時間」と表記する）と、各指定位置におけるローカルアライメントにおける位置ずれ量ΔＡの変動と、に基づき、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶを超えるまでの測定時間を予測する。そして、制御回路２１は、次に実行されるローカルアライメントでの測定時間で、閾値ＴＶを超えることが予測される場合、グローバルアライメントを実行する。

【0070】

以下、第１及び第２実施形態と異なる測定フローを中心に説明する。

【0071】

３．１ 測定フロー
まず、測定フローについて、図８を用いて説明する。図８は、測定フローチャートである。

【0072】

図８に示すように、第１実施形態と同様に、試料１００がステージ１３上にセット（載置）される（ステップＳ１）。

【0073】

次に、制御回路２１は、グローバルアライメントを実行する（ステップＳ２）。

【0074】

グローバルアライメント終了後、制御回路２１は、最初の指定位置に試料１００を移動させる（ステップＳ３）。

【0075】

次に、制御回路２１は、ローカルアライメントを実行する（ステップＳ４）。このとき、制御回路２１は、各ローカルアライメントでの測定時間と、位置ずれ量ΔＡとを関連づけて、記憶部２２に記憶させる。

【0076】

判断部３２が、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶ以下ではないと判断した場合（ステップＳ５＿Ｎｏ）、制御回路２１は、ステップＳ２に戻り、グローバルアライメントを再度実行する。このとき、制御回路２１は、前回のグローバルアライメントに基づく測定時間をリセットする。次いで、制御回路２１は、前回の指定位置に試料１００を移動させる(ステップＳ３)。そして、制御回路２１は、ローカルアライメントを再度実行する（ステップＳ４）。このとき、制御回路２１は、リセット後の測定時間と、位置ずれ量ΔＡとを関連づけて、記憶部２２に記憶させる。

【0077】

判断部３２が、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶ以下であると判断した場合（ステップＳ５＿Ｙｅｓ）、制御回路２１は、ＦＯＶ内の測定対象パターンの測定を行う（ステップＳ６）。

【0078】

予め指定された全てのパターンの測定が終了していない場合（ステップＳ７＿Ｎｏ）、制御回路２１は、実行された各ローカルアライメントでの測定時間と、位置ずれ量ΔＡと、閾値ＴＶとから、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶを超える測定時間を予測する（ステップＳ１０）。測定時間は、外部で予測され入力されてもよい。予測された時間を、測定時間の閾値とする。

【0079】

次に、制御回路２１は、予測された測定時間の閾値と、次に実行されるローカルアライメントでの測定時間とを比較する（ステップＳ１１）。

【0080】

次に実行されるローカルアライメントでの測定時間が、測定時間の閾値を超える場合（ステップＳ１１＿Ｙｅｓ）、制御回路２１は、ステップＳ２に戻り、グローバルアライメントを再度実行する。このとき、制御回路２１は、前回のグローバルアライメントに基づく測定時間をリセットする。制御回路２１は、グローバルアライメントが終了する（ステップＳ２）と、次にローカルアライメントを実行する指定位置に移動する（ステップＳ３）。

【0081】

他方で、次に実行されるローカルアライメントでの測定時間が、測定時間の閾値を超えない場合（ステップＳ１１＿Ｎｏ）、制御回路２１は、実行されたローカルアライメントでの位置ずれ量ΔＡに基づいて、試料１００の座標の補正を行った後、次の指定位置に試料を移動させる（ステップＳ８）。次に、制御回路２１は、ステップＳ４に戻り、ローカルアライメントを実行する。

【0082】

予め指定された全てのパターンの測定が終了した場合（ステップＳ７＿Ｙｅｓ）、すなわち、測定未了のパターンが残っていない場合、試料１００が試料室１１から取り出され（ステップＳ９）、測定が終了する。

【0083】

なお、図８の例では、制御回路２１が、測定時間の閾値を予測する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、制御回路２１は、次に実行されるローカルアライメントでの位置ずれ量ΔＡを予測してもよい。この場合、制御回路２１は、予測した位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶを超える場合に、グローバルアライメントを再度実行してから、ローカルアライメントを実行する。

【0084】

３．２ 測定時間の閾値予測の具体例
次に、直近３回のローカルアライメントの結果から測定時間の閾値を予測する場合について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、位置ずれ量と測定時間との関係を示すグラフである。図１０は、直近３回のローカルアライメントの結果から測定時間の閾値を予測する場合のフローチャートである。なお、本例では、直近３回のローカルアライメントの結果から、測定時間の閾値を予測する場合について説明するが、測定時間の閾値の予測に用いられるローカルアライメントの回数は任意に設定可能である。例えば、全てのローカルアライメントの結果を用いて測定時間の閾値を予測してもよいし、直近ｎ回のローカルアライメントの結果を用いて測定時間の閾値を予測してもよい。測定時間の閾値は、外部で予測され入力されても制御回路２１で予測されてもよい。

【0085】

本例では、グローバルアライメント後に実行されたローカルアライメントの実行回数を、変数ｎ（ｎは０の整数）を用いて表記する。そして、例えば、ｎ回目のローカルアライメントにおける位置ずれ量をΔＡ（ｎ）と表記し、ｎ回目のローカルアライメントが実行された時刻をｔ（ｎ）と表記する。また、時刻ｔ０は、グローバルアライメントが実行された時刻を示している。従って、ｎ回目のローカルアライメントにおける測定時間は、（ｔ（ｎ）－ｔ０）である。

【0086】

図９に示すように、制御回路２１は、ｎ回目のローカルアライメントを実行後、直近３回のローカルアライメントの結果から、測定時間の閾値超過時刻ｔｅを予測している。より具体的には、制御回路２１は、グローバルアライメントを実行した時刻ｔ０と、（ｎ－２）回目、（ｎ－１）回目、及びｎ回目のローカルアライメントを実行した時刻ｔ（ｎ－２）、ｔ（ｎ－１）、及びｔ（ｎ）と、（ｎ－２）回目、（ｎ－１）回目、及びｎ回目のローカルアライメントでそれぞれ算出された位置ずれ量ΔＡ（ｎ－２）、ΔＡ（ｎ－１）、及びΔＡ（ｎ）との関係から例えば近似直線を算出する。例えば、近似直線は、定数ａ及びｂを用いて、ΔＡ（ｎ）＝ａ×ｔ（ｎ）＋ｂと表される。なお、近似直線の算出方法は、例えば、最小二乗法であってもよいし、他の演算方法であってもよい。更には、例えば２次関数等に基づく近似曲線が算出されてもよい。そして、制御回路２１は、近似直線と閾値ＴＶとの交点から、測定時間の閾値超過時刻ｔｅを算出している。この場合、測定時間の閾値は、（ｔｅ－ｔ０）である。

【0087】

制御回路２１は、次の（ｎ＋１）回目のローカルアライメントが実行される予定の時刻ｔ（ｎ＋１）が、時刻ｔｅの前にある場合、すなわち、（ｎ＋１）回目のローカルアライメントでの測定時間（ｔ（ｎ＋１）－ｔ０）が、測定時間の閾値（ｔｅ－ｔ０）よりも短い場合、（ｎ＋１）回目のローカルアライメントを実行する。他方で、制御回路２１は、次の（ｎ＋１）回目のローカルアライメントが実行される時刻ｔ（ｎ＋１）が、時刻ｔｅの後にある場合、すなわち、（ｎ＋１）回目のローカルアライメントでの測定時間（ｔ（ｎ＋１）－ｔ０）が、測定時間の閾値（ｔｅ－ｔ０）よりも長い場合、グローバルアライメントを実行する。

【0088】

なお、次の（ｎ＋１）回目のローカルアライメントでの位置ずれ量ΔＡ（ｎ＋１）を予測して閾値ＴＶと比較する場合、予測値ΔＡ’（ｎ＋１）は、ΔＡ’（ｎ＋１）＝ａ×ｔ（ｎ＋１）＋ｂと表される。これが、閾値ＴＶよりも大きい場合、制御回路２１は、グローバルアライメントを実行する。また、ローカルアライメントの回数に閾値を設けてもよい。

【0089】

次に、直近３回のローカルアライメントの結果から測定時間の閾値を予測する場合の測定フローチャートについて説明する。

【0090】

図１０に示すように、ステップＳ１～Ｓ３は、図８と同様である。

【0091】

最初の指定位置に移動後、制御回路２１は、変数ｎ＝１を設定する（ステップＳ２０）。なお、ステップＳ３とＳ２０との順序は入れ替えてもよい。

【0092】

次に、制御回路２１は、図８のステップＳ４と同様に、ｎ回目のローカルアライメントを実行する（ステップＳ２１）。

【0093】

ステップＳ５～Ｓ７は、図８と同様である。

【0094】

予め指定された全てのパターンの測定が終了していない場合（ステップＳ７＿Ｎｏ）、制御回路２１は、変数ｎが３以上であるか確認する（ステップＳ２２）。

【0095】

変数ｎが３以上である場合（ステップＳ２２＿Ｙｅｓ）、制御回路２１は、（ｎ－２）回目、（ｎ－１）回目、及びｎ回目のローカルアライメントでの位置ずれ量ΔＡ（ｎ－２）、ΔＡ（ｎ－１）、及びΔＡ（ｎ）に基づいて、測定時間の閾値を予測する（ステップＳ２３）。

【0096】

次に、制御回路２１は、測定時間の閾値と、次に実行されるｎ＋１回目のローカルアライメントでの測定時間とを比較する（ステップＳ１１）。

【0097】

次に実行されるｎ＋１回目のローカルアライメントでの測定時間が、測定時間の閾値を超える場合（ステップＳ１１＿Ｙｅｓ）、制御回路２１は、ステップＳ２に戻り、グローバルアライメントを再度実行する。このとき、制御回路２１は、前回のグローバルアライメントに基づく測定時間をリセットする。制御回路２１は、グローバルアライメントが終了する（ステップＳ２）と、次にｎ＋１回目のローカルアライメントを行う指定位置に試料１００を移動させる（ステップＳ３）。

【0098】

変数ｎが３以上ではない場合（ステップＳ２２＿Ｎｏ）、または次に実行されるｎ＋１回目のローカルアライメントでの測定時間が、測定時間の閾値を超えない場合（ステップＳ１１＿Ｎｏ）、制御回路２１は、位置ずれ量ΔＡに基づいて、試料１００の座標の補正を行った後、次に実行されるｎ＋１回目のローカルアライメントが行われる指定位置に試料１００を移動させる（ステップＳ８）。次に、制御回路２１は、変数ｎをインクリメントして、ｎ＝ｎ＋１とする（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ８とＳ２４との順序は入れ替えてもよい。次に、制御回路２１は、ステップＳ２１に戻り、ローカルアライメントを実行する。

【0099】

予め指定された全てのパターンの測定が終了した場合（ステップＳ７＿Ｙｅｓ）、すなわち、測定未了のパターンが残っていない場合、試料１００が試料室１１から取り出され（ステップＳ９）、測定が終了する。

【0100】

３．３ 本実施形態に係る効果
本実施形態よれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0101】

更に、本実施形態よれば、測定時間の閾値を予測できる。このため、測定時間の閾値を超える前に、グローバルアライメントを再度実行することができる。よって、測定装置の処理能力を向上できる。

【0102】

４．第４実施形態
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、次に実行されるローカルアライメントにおいて予測される位置ずれ量ΔＡのばらつきの許容値を設定し、閾値ＴＶと許容値とに基づいて判断を行う場合について説明する。

【0103】

以下、第１～第３実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0104】

４．１ 測定フロー
まず、測定フローについて、図１１を用いて説明する。図１１は、測定フローチャートである。

【0105】

図１１に示すように、ステップＳ１～Ｓ５は、第３実施形態の図８と同様である。

【0106】

判断部３２が、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶ以下ではないと判断した場合（ステップＳ５＿Ｎｏ）、制御回路２１は、ステップＳ２に戻り、グローバルアライメントを再度実行する。このとき、制御回路２１は、前回のグローバルアライメントに基づく測定時間をリセットする。グローバルアライメントを再度実行した後、制御回路２１は、前回ローカルアライメントを行った指定位置に試料１００を移動させる(ステップＳ３)。そして、制御回路２１は、ローカルアライメントを再度実行する（ステップＳ４）。このとき、制御回路２１は、再度実行したグローバルアライメントに基づく測定時間と、位置ずれ量ΔＡとを関連づけて、記憶部２２に記憶させる。

【0107】

判断部３２が位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶ以下であると判断した場合（ステップＳ５＿Ｙｅｓ）、判断部３２は、位置ずれ量ΔＡと閾値ＴＶとを比較する（ステップＳ３０）。

【0108】

判断部３２が、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶを超えると判断した場合（ステップＳ３０＿Ｎｏ）、制御回路２１は、ステップＳ２に戻る。

【0109】

判断部３２が、位置ずれ量ΔＡが閾値ＴＶ以下であると判断した場合（ステップＳ３０＿Ｙｅｓ）、制御回路２１は、測定対象パターンの測定を行う（ステップＳ６）。

【0110】

予め指定された全てのパターンの測定が終了していない場合（ステップＳ７＿Ｎｏ）、制御回路２１は、第３実施形態の図８と同様に、測定時間の閾値を予測する（ステップＳ１０）。また、制御回路２１は、次に実行されるローカルアライメントでの位置ずれ量ΔＡを予測し、この予測された位置ずれ量ΔＡに基づいて、次に実行されるローカルアライメントにおける許容値を設定する（ステップＳ３１）。測定時間の閾値、位置ずれ量ΔＡは、外部で予測され入力されてもよい。

【0111】

次に、制御回路２１は、測定時間の閾値と、次に実行されるローカルアライメントでの測定時間とを比較する（ステップＳ１１）。

【0112】

次に実行されるローカルアライメントでの測定時間が、測定時間の閾値を超える場合（ステップＳ１１＿Ｙｅｓ）、制御回路２１は、ステップＳ２に戻り、グローバルアライメントを再度実行する。このとき、制御回路２１は、前回のグローバルアライメントに基づく測定時間をリセットする。なお、例えば、制御回路２１は、次に実行されるローカルアライメントでの測定時間が、測定時間の閾値を超えていなくても、設定した許容範囲の上限を超えている場合には、グローバルアライメントを再度実行する。

【0113】

他方で、次に実行されるローカルアライメントでの測定時間が、測定時間の閾値を超えない場合（ステップＳ１１＿Ｎｏ）、制御回路２１は、実行されたローカルアライメントに対応する位置ずれ量ΔＡに基づいて、試料１００の座標の補正を行った後、次の指定位置に試料を移動させる（ステップＳ８）。制御回路２１は、ステップＳ４に戻り、ローカルアライメントを実行する。

【0114】

予め指定された全てのパターンの測定が終了した場合（ステップＳ７＿Ｙｅｓ）、すなわち、測定未了のパターンが残っていない場合、試料１００が試料室１１から取り出され（ステップＳ９）、測定が終了する。

【0115】

４．２ 実施例
次に、実施例として、第３実施形態の図９で説明した（ｎ－２）回目、（ｎ－１）回目、及びｎ回目のローカルアライメントの結果から算出した近似直線に基づいて、（ｎ＋１）回目のローカルアライメントでの許容値を設定する場合について、図１２を用いて説明する。図１２は、位置ずれ量と測定時間との関係を示すグラフである。

【0116】

図１２に示すように、第３実施形態の図９と同様に、位置ずれ量の近似直線は、ΔＡ（ｎ）＝ａ×ｔ（ｎ）＋ｂと表される。従って、次に実行される（ｎ＋１）回目のローカルアライメントでの位置ずれ量の予測値ΔＡ’（ｎ＋１）は、ΔＡ’（ｎ＋１）＝ａ×ｔ（ｎ＋１）＋ｂと表される。ここで位置ずれ量の予測値ΔＡ’に対する許容幅をステージ精度から予め予測された誤差量ΔＳの１／２とすると、（ｎ＋１）回目のローカルアライメントにおける許容値の上限値ΔＡｕ（ｎ＋１）として、ΔＡｕ（ｎ＋１）＝ΔＡ’（ｎ＋１）＋ΔＳ／２が設定される。また、許容値の下限値ΔＡｌとして、ΔＡｌ（ｎ＋１）＝ΔＡ’（ｎ＋１）－ΔＳ／２が設定される。すなわち、許容範囲は、ΔＡｌ（ｎ＋１）からΔＡｕ（ｎ＋１）までとなる。従って、制御回路２１は、次に実行される（ｎ＋１）回目のローカルアライメントでの位置ずれ量ΔＡ（ｎ＋１）が、ΔＡ（ｎ＋１）≦ＴＶであり、且つΔＡｌ（ｎ＋１）≦ΔＡ（ｎ＋１）≦ΔＡｕ（ｎ＋１）であれば許容されることになる。

【0117】

例えば、図１２に示すように、（ｎ＋１）回目のローカルアライメントでの位置ずれ量ΔＡ（ｎ＋１）が、許容範囲の下限より小さいか、許容範囲の上限値ΔＡｕ（ｎ＋１）を超える場合、グローバルアライメントが行われる。

【0118】

４．３ 本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、第１及び第３実施形態と同様の効果が得られる。

【0119】

更に、本実施形態によれば、位置ずれ量に対して許容範囲を設定できる。このため、閾値の範囲内であっても、ローカルアライメント毎のばらつき量が大きい場合は、グローバルアライメントを再度実行することで座標系のずれを補正することができる。これにより、測定の信頼性を向上できる。

【0120】

５．変形例等
上述の実施形態は、グローバルアライメントとローカルアライメントとの２段階のアライメントを行う測定装置を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施形態に係る技術の適用範囲は、これに限らない。例えば、アライメント方法として、３段階以上のアライメントを行う測定装置に適用されてもよい。

【0121】

なお、測定装置において、光学顕微鏡や受光素子を用いて光学画像を取得してもよい。また、測定装置は、パターンのＣＤ測定装置であってもよいし、欠陥検査装置であってもよい。

【0122】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0123】

１…測定装置、２…画像データ、１０…撮像機構、１１…試料室、１２…鏡筒、１３…ステージ、１４…ステージ駆動機構、１５…光学顕微鏡、１６…電子銃、１７…電子光学系、２０…制御機構、２１…制御回路、２２…記憶部、３０…ステージ駆動制御部、３１…画像取得部、３２…判断部、４０…設計データ、４１…参照画像、４２…閾値データ、４３…測定データ、１００…試料、１０１…アライメントマーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】