パターンのずれ測定方法、及びパターン測定装置
【課題】本発明の目的は、複数のパターンが理想的に重ね合わせられている設計データを用いて、パターン画像に表れているパターン間のずれを評価する評価方法、及び装置の提供にある。
【解決手段】上記目的を達成するための本発明の一例として、上層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第1の距離を測定し、下層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第2の距離を測定し、前記第1の距離と第2の距離に基づいて、前記上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを検出する。
【解決手段】上記目的を達成するための本発明の一例として、上層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第1の距離を測定し、下層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第2の距離を測定し、前記第1の距離と第2の距離に基づいて、前記上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パターン測定方法、及び荷電粒子線装置に係り、特に設計データに基づく線図と、荷電粒子線画像との間のずれを測定する方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体回路設計データを用いて、半導体ウェハやフォトレチクル上のパターン欠陥を検出する技術が知られている。回路設計データは、半導体パターンが形成されるべき理想的な形状を示すものであるため、このパターンと比較することによって半導体製造プロセスの出来栄えを評価することが可能とある。特許文献1や特許文献2には、検査対象パターンと基準パターンのエッジ検出を行い、検出されたエッジを比較することによって、設計データに対するパターンの変形量を検出することが開示されている。
【0003】
【特許文献1】特開2001−338304号公報
【特許文献2】特開2002−31525号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
昨今、半導体デバイスの多層化が進み、その重ね合わせ精度が重要な測定項目となっている。上下層のパターン間のずれは、その複合パターンによって形成される半導体素子の性能を左右するものであり、非常に重要な評価項目である。しかしながら、上記特許文献1、特許文献2はそのような多層パターンを構成するパターン間のずれを測定することを志向するものではなかった。
【0005】
本発明の目的は、複数のパターンが理想的に重ね合わせられている設計データを用いて、パターン画像に表れているパターン間のずれを評価する評価方法、及び装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための本発明の一例として、上層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第1の距離を測定し、下層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第2の距離を測定し、前記第1の距離と第2の距離に基づいて、前記上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを検出する方法、及び装置を提案する。
【0007】
以上のような構成によれば、理想的に重ね合わせられた設計データに基づいて、実際に形成されたパターンの重ね合わせずれを評価することが可能となる。
【発明の効果】
【0008】
上記本発明の一例によれば、理想的に重ね合わされた設計データを基準として、重ね合わせ精度を評価することが可能となるので、精度の高い重ね合わせ評価が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下に走査形電子顕微鏡(以下Scanning Electron Microscope:SEMと呼ぶ)の概略を説明する。図1の電子光学系は荷電粒子である電子を放出する荷電粒子源(電子銃)301から発せられる該荷電粒子線(電子ビーム)302を走査コイル303により試料304上に集束させて任意の順序で走査することができる。
【0010】
電子線の照射により試料304の表面において発生する二次粒子(例えば二次電子)305は二次粒子検出系306により検出され、画像データとして画像演算制御の機能も持たせた制御系307(制御プロセッサ)に入力される。試料304はX−Y−Zステージ308により3次元方向すべての方向に移動可能である。制御系307は、荷電粒子源(電子銃)301,レンズ303,二次粒子検出系306,X−Y−Zステージ308、および画像表示装置309の制御も行う。
【0011】
本例の場合、電子ビーム302は、走査コイル303で試料4上を二次元的(X−Y方向)に走査される。二次粒子検出系306内の二次電子検出器で検出された信号は、制御系307内の信号増幅器で増幅された後、画像メモリに転送されて画像表示装置309に試料像として表示される。二次信号検出器は二次電子や反射電子を検出するものであっても、光やX線を検出するものであっても良い。
【0012】
なお、画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号が、制御系307内、或いは別に設置されたコンピュータ内で生成され、アナログ変換された後に、走査コイルに供給される。X方向のアドレス信号は、例えば画像メモリが512×512画素(pixel) の場合、0から512を繰り返すデジタル信号であり、Y方向のアドレス信号は、X方向のアドレス信号が0から512に到達したときにプラス1される0から512の繰り返しのデジタル信号である。これがアナログ信号に変換される。
【0013】
画像メモリのアドレスと電子ビームを走査するための偏向信号のアドレスが対応しているので、画像メモリには走査コイルによる電子線の偏向領域の二次元像が記録される。なお、画像メモリ内の信号は、読み出しクロックで同期された読み出しアドレス生成回路で時系列に順次読み出すことができる。アドレスに対応して読み出された信号はアナログ変換され、画像表示装置309の輝度変調信号となる。
【0014】
制御系307には、図示しない入力装置が設けられ、画像の取り込み条件(走査速度,画像積算枚数)や視野補正方式などの指定、および画像の出力や保存などを指定することができる。
【0015】
また本例で説明する装置は、検出された二次電子或いは反射電子等に基づいて、ラインプロファイルを形成する機能を備えている。ラインプロファイルは一次電子線を一次元、或いは二次元走査したときの電子検出量、或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、得られたラインプロファイルは、例えば半導体ウェハ上に形成されたパターンの寸法測定等に用いられる。
【0016】
なお、図1の説明は制御系307が走査電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には二次信号検出器で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。
【0017】
更に、本例装置は、例えば半導体ウェハ上の複数点を観察する際の条件(測定個所,走査電子顕微鏡の光学条件等)を予めレシピとして記憶しておき、そのレシピの内容に従って、測定や観察を行う機能を備えている。
【0018】
また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。即ち、以下に説明する例は画像プロセッサを備えた走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に採用可能なプログラム、或いはプログラムプロダクトとしての説明でもある。
【0019】
更に、制御系307には、半導体ウェハ上のパターンの設計データを記憶し、SEMの制御に必要なデータに変換する回路設計データ管理部310を備えている。当該設計データ管理部310は、図示しない入力装置等によって入力された半導体パターンの設計データに基づいて、上記SEMを制御するレシピを作成する機能を備えている。また、制御系307から伝達される信号に基づいて、レシピを書き換える機能をも備えている。なお、本実施例の説明では設計データ管理部310が、制御系307と別体のものとして説明するが、これに限られることはなく、制御系307と設計データ管理部310が一体であっても良い。
【0020】
本実施例においては試料304として、半導体製品を製造する過程にあるウェハとした。当該ウェハは対象とするレイヤーのパターンとその下層のレイヤーのパターンが観察できるようなウェハとする。この二つのレイヤーの比較対象として、それぞれのパターンに対応する半導体回路設計データを用いた。
【0021】
ここで用いる半導体回路設計データとは、最終的に半導体回路パターンとして所望される理想のパターン形状である。なお、以下の説明では、検査対象を半導体ウェハとしたが、設計データと評価したい対象が対をなしていればこれに限ることはない。また、回路設計データは、回路設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき図形データとして取り扱うことができれば、そのフォーマットや種類は問わない。
【実施例1】
【0022】
以下、図2に示すフローを用いて本実施例を説明する。試料として回路設計パターンの比較対象となるウェハとしては、素子分離レイヤーの上に配線レイヤーのそれぞれのパターンが転写されたものを用いた。配線レイヤーについては、エッチング工程が終わった段階とした。リソグラフィー工程の後ではレジストの下に反射防止膜などが存在するため、その下の素子分離レイヤーのパターンを観察することができず二つのレイヤーの重ね合わせ精度を計測することできないからである。
【0023】
測定箇所としては回路設計データにおいて、図3、図4、図5、図6の四カ所とし、SEM像の視野領域としては全ての箇所において、一辺1umの正方領域とした。
【0024】
次に、取得したパターン画像に対応する回路設計データよりテンプレート図形を作成した。一般的に回路設計データは大容量の為評価箇所毎に線分を抽出し、小さなサイズのファイルとして取り扱えるようにした。回路設計データとしてGDSIIフォーマットのファイルを用いたので、このフォーマットを取り扱うことのできる回路設計データのエディターとしてJEDAT社のSX−9000を利用した。
【0025】
図3の評価領域範囲503上における上層パターンの設計データパターン501と、下層パターンの設計データパターン502について、2つのレイヤーの図形をそれぞれ別に表示すると図7と図8のようになる。この線図を単に重ね合わせたものが図5であるが、ウェハ上のパターンではこれが立体的に重ね合わせられているため、このままでは位置合わせを行うためのテンプレートとして利用できなかった。
【0026】
実際は、上のレイヤーである配線パターンの下に存在するパターンが見えない状態になってしまうからである。そこで本実施例に用いるテンプレート図形を作成する為に、図3の箇所を例として以下のように図形演算処理を行った。
【0027】
両者の図形の重なる領域を抽出した結果が図9の上層パターンと下層パターンの重合領域901のようになった。下層パターンの設計データパターン502から、重合領域901を差し引いた結果、図10のような画像を得た。
【0028】
図10の差し引き後の下層パターン1001に、上層パターンの設計データパターン501を重ね合わせた結果、図11に示すテンプレート1101を得た。
【0029】
これにより、ウェハ上のパターン画像に相当する回路設計データ図形のテンプレートが作成された。このテンプレートにおいては、上のレイヤーに所属する図形と下のレイヤーに所属する図形の区分がなされている。図8が上のレイヤー線分を図示したもので、図10が下のレイヤー線分を図示したものである。本実施例ではこの領域について各図形を構成する頂点の座標値をSX−9000からテキストファイルにて出力したものをテンプレート図形として利用した。
【0030】
このテキストファイルにおいては、上のレイヤーの図形である図8に説明する上層の設計データパターン501と、図12に説明する下のレイヤーの図形1201のそれぞれに含まれる頂点はそれぞれ区別されて保存された。
【0031】
図3の評価領域範囲503に相当するSEM画像1303を図13に示す。SEM画像領域1303上には、SEM像上の上層パターン1301と、SEM像上の下層パターン1302が表示されている。
【0032】
図13に図示するSEM画像1303には、設計データに比べて、上層パターンと下層パターンがずれて形成された例が説明されている。図14は、SEM画像1303のエッジ成分を抽出したエッジ画像1430を示す図である。上層パターンのSEMエッジ1401と下層パターンのSEMエッジ1402が、エッジ画像1403上に表示されている。
【0033】
次にこのように形成されているSEM像から抽出したエッジをレイヤー単位で分割する。上層パターンのSEMエッジ1401を抽出した画像を図15に、下層パターンのSEMエッジ1402を抽出した画像を図16に示す。
【0034】
SEM画像領域1303から抽出された上層パターンのSEMエッジ1401と、上層パターンの設計データパターン501のそれぞれの中心座標を重ね合わせると図17に図示する合成画像1703となった。両者はそれぞれの座標にずれが存在してしまうため、お互いのマッチング(位置合わせ)を行う必要がある。
【0035】
本例では、その位置合わせ手法の一例として、比較対象となる2つのパターンの重心分布画像を形成し、重心分布画像のマッチングスコアが最大となる位置に基づいてマッチングを行う。
【0036】
ここでは、SEM画像の左下点を原点とし、図18に説明するようにx,y座標を定義したところ、上のレイヤーについては、回路設計データの線分をx方向に関して−88.4nm、y方向に関して−76.2nmずらす事で最適なマッチング位置となると求められた。
【0037】
図19に、求められたマッチング位置にて両線分を重ね合わせた図を示す。同様に、下のレイヤーについてマッチングを行った結果x方向について−4.7nm、y方向については+2.5nmとなった。図20に求められたマッチング位置にて両線分を重ね合わせた図を示す。
【0038】
このように、この評価箇所においては、上のレイヤーのマッチング位置と、下のレイヤーのマッチング位置が異なった。設計データにおける上層パターンと下層パターンの位置関係は理想値であり、上層パターンのSEMエッジと下層パターンのSEMエッジは理想値通りに形成されているわけではないので、回路設計データの線分の位置を、上層或いは下層いずれかのSEMエッジに合わせると、他方がずれるという状態になる。
【0039】
x,y両方向について上のレイヤーと下のレイヤーの重ね合わせずれは上記マッチング結果の差を取ることにより求められ、x方向の重ね合わせずれは、(−88.4nm)−(−4.7nm)=−83.7nm、y方向の重ね合わせずれは、(−76.2nm)−(+2.5nm)=−78.7nmと求められた。
【0040】
本実施例においては、下のレイヤーの位置を基準とした重ね合わせずれを求めた。つまり、SEM像においては下のレイヤーに対して、上記の値だけずれた状態にて上のレイヤーが重ね合わせられているということになる。
【0041】
ここで、回路設計データによる線分に対して、上のレイヤーと下のレイヤーの間でこの重ね合わせずれの分だけずらしたテンプレート図形を作成した結果、図21に図示するような結果となった。図形処理などの方法については、上述と同じ手法を用いた。このテンプレート図形とSEM像をマッチングさせると図22のような結果となった。
【0042】
次に、図4、図5、図6の評価箇所について同様の手法により重ね合わせずれの無いテンプレートを作成し、これに対応するSEM像を取得した。それぞれの評価箇所におけるテンプレート(左)とSEM像(右)を図23、図24、図25に図示する。これらの評価箇所においては、x,yいずれかもしくは両方の方向について線分が存在しないような場合があったので、重ね合わせずれを算出する意味があるかどうかの確認を行った。
【0043】
上下両方のレイヤーの回路設計データにおいて、x,y両方向の線分について線分が存在する場合、以下の三つの条件のいずれかを満たす状態であるかを確認した。
(1)「その線分がデザインルールの2倍以上の長さであるか」、(2)「各方向について複数本の線分が存在するか」、(3)「x方向線分であれば、異なるy座標を始点終点とする線分が、y方向線分であれば異なるx座標を始点終点とする線分が存在するか」である。
【0044】
x,yそれぞれの方向について、上下両方のレイヤーにおける、回路設計データの線分とSEM像からの線分についてこれらの条件を満たすかどうかの確認を行った。また、回路設計データの上下どちらかのレイヤーにおいてx,yいずれかの方向の線分が存在しない場合は、その方向において基準を持ち得ないため重ね合わせずれを求めることはできないと判断した。
【0045】
図23の評価箇所においては、上のレイヤーについてはy方向の線分のみ、下のレイヤーについてはx方向の線分のみであるので、上記の条件を満足できないので重ね合わせずれを出力しなかった。
【0046】
図24の評価箇所においては、上のレイヤーについてはx,y両方向の線分を持つが、x方向の線分の長さはデザインルールである90nmの2倍である180nmより短い長さであったため図23の評価箇所と同様に、上記の条件を満足することはできず、重ね合わせずれを出力しなかった。
【0047】
図25の評価箇所においては、上のレイヤーについては、x方向の線分としてはデザインルールの2倍より短い長さの線分が存在するが、2つの線分についてそれぞれのy座標が異なっている為、上記の条件を満足した。下のレイヤーにもデザインルールの2倍より長い線分が存在した。しかしながらy方向の線分については下のレイヤーについては存在しない。このような場合は重ね合わせずれとしてx方向についてのみ出力した。
【0048】
本実施例で用いたウェハはデザインルールの2倍の長さを持つ線分条件としたが、ウェハの露光条件に応じて可変の値としてよい。また、これら以外の評価箇所においても上記の条件を用いて重ね合わせずれを出力すべきかどうかの判断を行い、それに応じて出力すればよい。
【0049】
このように、上下二つのレイヤーから構成される回路設計データとSEM像において、二つのレイヤーの重ね合わせずれを算出し、上下それぞれのレイヤーを独立してマッチングを行うことで回路設計データ線分をSEM像の位置に合わせた状態で重ね合わせた画像を出力することができた。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】走査電子顕微鏡の概略を説明する図。
【図2】本発明の一例を示すフローチャート。
【図3】設計データの一例を説明する図。
【図4】設計データの他の一例を説明する図。
【図5】設計データの他の一例を説明する図。
【図6】設計データの他の一例を説明する図。
【図7】下層の設計データパターンの一例を説明する図。
【図8】上層の設計データパターンの一例を説明する図。
【図9】上層と下層の設計データパターンの重合部を抽出した例を説明する図。
【図10】下層の設計データパターンから図9に説明する十号部を差し引いた例を説明する図。
【図11】上層の設計データパターンに図10に説明するパターンを重ね合わせた例を説明する図。
【図12】図11に説明する重ね合わせパターンから下層のパターンのみを抽出した例を説明する図。
【図13】SEM画像の一例を説明する図。
【図14】SEM画像からエッジ部分を抽出した例を説明する図。
【図15】上層パターンのSEMエッジを説明する図。
【図16】下層パターンのSEMエッジを説明する図。
【図17】設計データパターンとSEMエッジを重ねた例を説明する図。
【図18】x−y座標の定義を説明する図。
【図19】設計データパターンとSEMエッジ間でマッチングを行った例を示す図。
【図20】下層の設計データとSEMエッジ間のマッチングを行った例を示す図。
【図21】重ね合わせずれの分だけずらしたテンプレートの例を説明する図。
【図22】テンプレート図形とSEM像をマッチングさせた例を説明する図。
【図23】テンプレートと対応するSEM画像の一例を説明する図。
【図24】テンプレートと対応するSEM画像の他の例を説明する図。
【図25】テンプレートと対応するSEM画像の他の例を説明する図。
【符号の説明】
【0051】
301…荷電粒子源(電子銃)、302…荷電粒子線(電子ビーム)、303…走査コイル、304…試料、305…二次粒子、306…二次粒子検出系、307…制御系。
【技術分野】
【0001】
本発明は、パターン測定方法、及び荷電粒子線装置に係り、特に設計データに基づく線図と、荷電粒子線画像との間のずれを測定する方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体回路設計データを用いて、半導体ウェハやフォトレチクル上のパターン欠陥を検出する技術が知られている。回路設計データは、半導体パターンが形成されるべき理想的な形状を示すものであるため、このパターンと比較することによって半導体製造プロセスの出来栄えを評価することが可能とある。特許文献1や特許文献2には、検査対象パターンと基準パターンのエッジ検出を行い、検出されたエッジを比較することによって、設計データに対するパターンの変形量を検出することが開示されている。
【0003】
【特許文献1】特開2001−338304号公報
【特許文献2】特開2002−31525号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
昨今、半導体デバイスの多層化が進み、その重ね合わせ精度が重要な測定項目となっている。上下層のパターン間のずれは、その複合パターンによって形成される半導体素子の性能を左右するものであり、非常に重要な評価項目である。しかしながら、上記特許文献1、特許文献2はそのような多層パターンを構成するパターン間のずれを測定することを志向するものではなかった。
【0005】
本発明の目的は、複数のパターンが理想的に重ね合わせられている設計データを用いて、パターン画像に表れているパターン間のずれを評価する評価方法、及び装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための本発明の一例として、上層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第1の距離を測定し、下層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第2の距離を測定し、前記第1の距離と第2の距離に基づいて、前記上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを検出する方法、及び装置を提案する。
【0007】
以上のような構成によれば、理想的に重ね合わせられた設計データに基づいて、実際に形成されたパターンの重ね合わせずれを評価することが可能となる。
【発明の効果】
【0008】
上記本発明の一例によれば、理想的に重ね合わされた設計データを基準として、重ね合わせ精度を評価することが可能となるので、精度の高い重ね合わせ評価が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下に走査形電子顕微鏡(以下Scanning Electron Microscope:SEMと呼ぶ)の概略を説明する。図1の電子光学系は荷電粒子である電子を放出する荷電粒子源(電子銃)301から発せられる該荷電粒子線(電子ビーム)302を走査コイル303により試料304上に集束させて任意の順序で走査することができる。
【0010】
電子線の照射により試料304の表面において発生する二次粒子(例えば二次電子)305は二次粒子検出系306により検出され、画像データとして画像演算制御の機能も持たせた制御系307(制御プロセッサ)に入力される。試料304はX−Y−Zステージ308により3次元方向すべての方向に移動可能である。制御系307は、荷電粒子源(電子銃)301,レンズ303,二次粒子検出系306,X−Y−Zステージ308、および画像表示装置309の制御も行う。
【0011】
本例の場合、電子ビーム302は、走査コイル303で試料4上を二次元的(X−Y方向)に走査される。二次粒子検出系306内の二次電子検出器で検出された信号は、制御系307内の信号増幅器で増幅された後、画像メモリに転送されて画像表示装置309に試料像として表示される。二次信号検出器は二次電子や反射電子を検出するものであっても、光やX線を検出するものであっても良い。
【0012】
なお、画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号が、制御系307内、或いは別に設置されたコンピュータ内で生成され、アナログ変換された後に、走査コイルに供給される。X方向のアドレス信号は、例えば画像メモリが512×512画素(pixel) の場合、0から512を繰り返すデジタル信号であり、Y方向のアドレス信号は、X方向のアドレス信号が0から512に到達したときにプラス1される0から512の繰り返しのデジタル信号である。これがアナログ信号に変換される。
【0013】
画像メモリのアドレスと電子ビームを走査するための偏向信号のアドレスが対応しているので、画像メモリには走査コイルによる電子線の偏向領域の二次元像が記録される。なお、画像メモリ内の信号は、読み出しクロックで同期された読み出しアドレス生成回路で時系列に順次読み出すことができる。アドレスに対応して読み出された信号はアナログ変換され、画像表示装置309の輝度変調信号となる。
【0014】
制御系307には、図示しない入力装置が設けられ、画像の取り込み条件(走査速度,画像積算枚数)や視野補正方式などの指定、および画像の出力や保存などを指定することができる。
【0015】
また本例で説明する装置は、検出された二次電子或いは反射電子等に基づいて、ラインプロファイルを形成する機能を備えている。ラインプロファイルは一次電子線を一次元、或いは二次元走査したときの電子検出量、或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、得られたラインプロファイルは、例えば半導体ウェハ上に形成されたパターンの寸法測定等に用いられる。
【0016】
なお、図1の説明は制御系307が走査電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には二次信号検出器で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。
【0017】
更に、本例装置は、例えば半導体ウェハ上の複数点を観察する際の条件(測定個所,走査電子顕微鏡の光学条件等)を予めレシピとして記憶しておき、そのレシピの内容に従って、測定や観察を行う機能を備えている。
【0018】
また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。即ち、以下に説明する例は画像プロセッサを備えた走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に採用可能なプログラム、或いはプログラムプロダクトとしての説明でもある。
【0019】
更に、制御系307には、半導体ウェハ上のパターンの設計データを記憶し、SEMの制御に必要なデータに変換する回路設計データ管理部310を備えている。当該設計データ管理部310は、図示しない入力装置等によって入力された半導体パターンの設計データに基づいて、上記SEMを制御するレシピを作成する機能を備えている。また、制御系307から伝達される信号に基づいて、レシピを書き換える機能をも備えている。なお、本実施例の説明では設計データ管理部310が、制御系307と別体のものとして説明するが、これに限られることはなく、制御系307と設計データ管理部310が一体であっても良い。
【0020】
本実施例においては試料304として、半導体製品を製造する過程にあるウェハとした。当該ウェハは対象とするレイヤーのパターンとその下層のレイヤーのパターンが観察できるようなウェハとする。この二つのレイヤーの比較対象として、それぞれのパターンに対応する半導体回路設計データを用いた。
【0021】
ここで用いる半導体回路設計データとは、最終的に半導体回路パターンとして所望される理想のパターン形状である。なお、以下の説明では、検査対象を半導体ウェハとしたが、設計データと評価したい対象が対をなしていればこれに限ることはない。また、回路設計データは、回路設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき図形データとして取り扱うことができれば、そのフォーマットや種類は問わない。
【実施例1】
【0022】
以下、図2に示すフローを用いて本実施例を説明する。試料として回路設計パターンの比較対象となるウェハとしては、素子分離レイヤーの上に配線レイヤーのそれぞれのパターンが転写されたものを用いた。配線レイヤーについては、エッチング工程が終わった段階とした。リソグラフィー工程の後ではレジストの下に反射防止膜などが存在するため、その下の素子分離レイヤーのパターンを観察することができず二つのレイヤーの重ね合わせ精度を計測することできないからである。
【0023】
測定箇所としては回路設計データにおいて、図3、図4、図5、図6の四カ所とし、SEM像の視野領域としては全ての箇所において、一辺1umの正方領域とした。
【0024】
次に、取得したパターン画像に対応する回路設計データよりテンプレート図形を作成した。一般的に回路設計データは大容量の為評価箇所毎に線分を抽出し、小さなサイズのファイルとして取り扱えるようにした。回路設計データとしてGDSIIフォーマットのファイルを用いたので、このフォーマットを取り扱うことのできる回路設計データのエディターとしてJEDAT社のSX−9000を利用した。
【0025】
図3の評価領域範囲503上における上層パターンの設計データパターン501と、下層パターンの設計データパターン502について、2つのレイヤーの図形をそれぞれ別に表示すると図7と図8のようになる。この線図を単に重ね合わせたものが図5であるが、ウェハ上のパターンではこれが立体的に重ね合わせられているため、このままでは位置合わせを行うためのテンプレートとして利用できなかった。
【0026】
実際は、上のレイヤーである配線パターンの下に存在するパターンが見えない状態になってしまうからである。そこで本実施例に用いるテンプレート図形を作成する為に、図3の箇所を例として以下のように図形演算処理を行った。
【0027】
両者の図形の重なる領域を抽出した結果が図9の上層パターンと下層パターンの重合領域901のようになった。下層パターンの設計データパターン502から、重合領域901を差し引いた結果、図10のような画像を得た。
【0028】
図10の差し引き後の下層パターン1001に、上層パターンの設計データパターン501を重ね合わせた結果、図11に示すテンプレート1101を得た。
【0029】
これにより、ウェハ上のパターン画像に相当する回路設計データ図形のテンプレートが作成された。このテンプレートにおいては、上のレイヤーに所属する図形と下のレイヤーに所属する図形の区分がなされている。図8が上のレイヤー線分を図示したもので、図10が下のレイヤー線分を図示したものである。本実施例ではこの領域について各図形を構成する頂点の座標値をSX−9000からテキストファイルにて出力したものをテンプレート図形として利用した。
【0030】
このテキストファイルにおいては、上のレイヤーの図形である図8に説明する上層の設計データパターン501と、図12に説明する下のレイヤーの図形1201のそれぞれに含まれる頂点はそれぞれ区別されて保存された。
【0031】
図3の評価領域範囲503に相当するSEM画像1303を図13に示す。SEM画像領域1303上には、SEM像上の上層パターン1301と、SEM像上の下層パターン1302が表示されている。
【0032】
図13に図示するSEM画像1303には、設計データに比べて、上層パターンと下層パターンがずれて形成された例が説明されている。図14は、SEM画像1303のエッジ成分を抽出したエッジ画像1430を示す図である。上層パターンのSEMエッジ1401と下層パターンのSEMエッジ1402が、エッジ画像1403上に表示されている。
【0033】
次にこのように形成されているSEM像から抽出したエッジをレイヤー単位で分割する。上層パターンのSEMエッジ1401を抽出した画像を図15に、下層パターンのSEMエッジ1402を抽出した画像を図16に示す。
【0034】
SEM画像領域1303から抽出された上層パターンのSEMエッジ1401と、上層パターンの設計データパターン501のそれぞれの中心座標を重ね合わせると図17に図示する合成画像1703となった。両者はそれぞれの座標にずれが存在してしまうため、お互いのマッチング(位置合わせ)を行う必要がある。
【0035】
本例では、その位置合わせ手法の一例として、比較対象となる2つのパターンの重心分布画像を形成し、重心分布画像のマッチングスコアが最大となる位置に基づいてマッチングを行う。
【0036】
ここでは、SEM画像の左下点を原点とし、図18に説明するようにx,y座標を定義したところ、上のレイヤーについては、回路設計データの線分をx方向に関して−88.4nm、y方向に関して−76.2nmずらす事で最適なマッチング位置となると求められた。
【0037】
図19に、求められたマッチング位置にて両線分を重ね合わせた図を示す。同様に、下のレイヤーについてマッチングを行った結果x方向について−4.7nm、y方向については+2.5nmとなった。図20に求められたマッチング位置にて両線分を重ね合わせた図を示す。
【0038】
このように、この評価箇所においては、上のレイヤーのマッチング位置と、下のレイヤーのマッチング位置が異なった。設計データにおける上層パターンと下層パターンの位置関係は理想値であり、上層パターンのSEMエッジと下層パターンのSEMエッジは理想値通りに形成されているわけではないので、回路設計データの線分の位置を、上層或いは下層いずれかのSEMエッジに合わせると、他方がずれるという状態になる。
【0039】
x,y両方向について上のレイヤーと下のレイヤーの重ね合わせずれは上記マッチング結果の差を取ることにより求められ、x方向の重ね合わせずれは、(−88.4nm)−(−4.7nm)=−83.7nm、y方向の重ね合わせずれは、(−76.2nm)−(+2.5nm)=−78.7nmと求められた。
【0040】
本実施例においては、下のレイヤーの位置を基準とした重ね合わせずれを求めた。つまり、SEM像においては下のレイヤーに対して、上記の値だけずれた状態にて上のレイヤーが重ね合わせられているということになる。
【0041】
ここで、回路設計データによる線分に対して、上のレイヤーと下のレイヤーの間でこの重ね合わせずれの分だけずらしたテンプレート図形を作成した結果、図21に図示するような結果となった。図形処理などの方法については、上述と同じ手法を用いた。このテンプレート図形とSEM像をマッチングさせると図22のような結果となった。
【0042】
次に、図4、図5、図6の評価箇所について同様の手法により重ね合わせずれの無いテンプレートを作成し、これに対応するSEM像を取得した。それぞれの評価箇所におけるテンプレート(左)とSEM像(右)を図23、図24、図25に図示する。これらの評価箇所においては、x,yいずれかもしくは両方の方向について線分が存在しないような場合があったので、重ね合わせずれを算出する意味があるかどうかの確認を行った。
【0043】
上下両方のレイヤーの回路設計データにおいて、x,y両方向の線分について線分が存在する場合、以下の三つの条件のいずれかを満たす状態であるかを確認した。
(1)「その線分がデザインルールの2倍以上の長さであるか」、(2)「各方向について複数本の線分が存在するか」、(3)「x方向線分であれば、異なるy座標を始点終点とする線分が、y方向線分であれば異なるx座標を始点終点とする線分が存在するか」である。
【0044】
x,yそれぞれの方向について、上下両方のレイヤーにおける、回路設計データの線分とSEM像からの線分についてこれらの条件を満たすかどうかの確認を行った。また、回路設計データの上下どちらかのレイヤーにおいてx,yいずれかの方向の線分が存在しない場合は、その方向において基準を持ち得ないため重ね合わせずれを求めることはできないと判断した。
【0045】
図23の評価箇所においては、上のレイヤーについてはy方向の線分のみ、下のレイヤーについてはx方向の線分のみであるので、上記の条件を満足できないので重ね合わせずれを出力しなかった。
【0046】
図24の評価箇所においては、上のレイヤーについてはx,y両方向の線分を持つが、x方向の線分の長さはデザインルールである90nmの2倍である180nmより短い長さであったため図23の評価箇所と同様に、上記の条件を満足することはできず、重ね合わせずれを出力しなかった。
【0047】
図25の評価箇所においては、上のレイヤーについては、x方向の線分としてはデザインルールの2倍より短い長さの線分が存在するが、2つの線分についてそれぞれのy座標が異なっている為、上記の条件を満足した。下のレイヤーにもデザインルールの2倍より長い線分が存在した。しかしながらy方向の線分については下のレイヤーについては存在しない。このような場合は重ね合わせずれとしてx方向についてのみ出力した。
【0048】
本実施例で用いたウェハはデザインルールの2倍の長さを持つ線分条件としたが、ウェハの露光条件に応じて可変の値としてよい。また、これら以外の評価箇所においても上記の条件を用いて重ね合わせずれを出力すべきかどうかの判断を行い、それに応じて出力すればよい。
【0049】
このように、上下二つのレイヤーから構成される回路設計データとSEM像において、二つのレイヤーの重ね合わせずれを算出し、上下それぞれのレイヤーを独立してマッチングを行うことで回路設計データ線分をSEM像の位置に合わせた状態で重ね合わせた画像を出力することができた。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】走査電子顕微鏡の概略を説明する図。
【図2】本発明の一例を示すフローチャート。
【図3】設計データの一例を説明する図。
【図4】設計データの他の一例を説明する図。
【図5】設計データの他の一例を説明する図。
【図6】設計データの他の一例を説明する図。
【図7】下層の設計データパターンの一例を説明する図。
【図8】上層の設計データパターンの一例を説明する図。
【図9】上層と下層の設計データパターンの重合部を抽出した例を説明する図。
【図10】下層の設計データパターンから図9に説明する十号部を差し引いた例を説明する図。
【図11】上層の設計データパターンに図10に説明するパターンを重ね合わせた例を説明する図。
【図12】図11に説明する重ね合わせパターンから下層のパターンのみを抽出した例を説明する図。
【図13】SEM画像の一例を説明する図。
【図14】SEM画像からエッジ部分を抽出した例を説明する図。
【図15】上層パターンのSEMエッジを説明する図。
【図16】下層パターンのSEMエッジを説明する図。
【図17】設計データパターンとSEMエッジを重ねた例を説明する図。
【図18】x−y座標の定義を説明する図。
【図19】設計データパターンとSEMエッジ間でマッチングを行った例を示す図。
【図20】下層の設計データとSEMエッジ間のマッチングを行った例を示す図。
【図21】重ね合わせずれの分だけずらしたテンプレートの例を説明する図。
【図22】テンプレート図形とSEM像をマッチングさせた例を説明する図。
【図23】テンプレートと対応するSEM画像の一例を説明する図。
【図24】テンプレートと対応するSEM画像の他の例を説明する図。
【図25】テンプレートと対応するSEM画像の他の例を説明する図。
【符号の説明】
【0051】
301…荷電粒子源(電子銃)、302…荷電粒子線(電子ビーム)、303…走査コイル、304…試料、305…二次粒子、306…二次粒子検出系、307…制御系。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間との距離を測長するパターンずれ測定方法において、
上層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第1の距離を測定し、下層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第2の距離を測定し、前記第1の距離と第2の距離に基づいて、前記上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを検出することを特徴とするパターンずれ測定方法。
【請求項2】
電子源から放出される電子ビームを走査によって、試料から放出される電子に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法を測定する制御装置を備えたパターン測定装置において、
前記制御装置は、上層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第1の距離を測定し、下層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第2の距離を測定し、前記第1の距離と第2の距離に基づいて、前記上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを検出することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項3】
請求項2において、
前記制御装置は、前記SEMエッジの上層パターンと、下層パターンを分割して、前記上層パターンと下層パターンの設計データとの距離を測定することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項4】
請求項2において、
前記制御装置は、前記設計データの上層パターンと下層パターンの重なり部分の前記下層配線の線分を除去したテンプレートを作成することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項1】
設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間との距離を測長するパターンずれ測定方法において、
上層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第1の距離を測定し、下層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第2の距離を測定し、前記第1の距離と第2の距離に基づいて、前記上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを検出することを特徴とするパターンずれ測定方法。
【請求項2】
電子源から放出される電子ビームを走査によって、試料から放出される電子に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法を測定する制御装置を備えたパターン測定装置において、
前記制御装置は、上層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第1の距離を測定し、下層パターンについて、設計データの線分と、荷電粒子線像のエッジ間の第2の距離を測定し、前記第1の距離と第2の距離に基づいて、前記上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを検出することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項3】
請求項2において、
前記制御装置は、前記SEMエッジの上層パターンと、下層パターンを分割して、前記上層パターンと下層パターンの設計データとの距離を測定することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項4】
請求項2において、
前記制御装置は、前記設計データの上層パターンと下層パターンの重なり部分の前記下層配線の線分を除去したテンプレートを作成することを特徴とするパターン測定装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【公開番号】特開2008−58166(P2008−58166A)
【公開日】平成20年3月13日(2008.3.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−235876(P2006−235876)
【出願日】平成18年8月31日(2006.8.31)
【出願人】(501387839)株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年3月13日(2008.3.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年8月31日(2006.8.31)
【出願人】(501387839)株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Fターム(参考)】
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