パターン位置およびオーバレイ測定方法および装置
【課題】撮像されたデバイス・パターンを使用して、ダブル・パターニング・プロセス等の、半導体製造技術における異なる層間のオーバレイを測定するシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】パターン特徴の画像が走査型電子顕微鏡法により取得される（７００）。画像内のパターン化層に対するパターン特徴の位置を使用してパターン化層の位置が決定される（７０４）。他のパターン特徴またはパターン化層に関するパターン化層の相対的位置が、決定されたパターン位置に基づいてベクトル形式で決定される（７０８）。相対的位置とデザインまたはシミュレーションからの基準値との比較に基づいてオーバレイ・エラーが決定される。オーバレイはパターン対称性を利用して高い精度および正確さで測定することができる（７１２）。
【解決手段】パターン特徴の画像が走査型電子顕微鏡法により取得される（７００）。画像内のパターン化層に対するパターン特徴の位置を使用してパターン化層の位置が決定される（７０４）。他のパターン特徴またはパターン化層に関するパターン化層の相対的位置が、決定されたパターン位置に基づいてベクトル形式で決定される（７０８）。相対的位置とデザインまたはシミュレーションからの基準値との比較に基づいてオーバレイ・エラーが決定される。オーバレイはパターン対称性を利用して高い精度および正確さで測定することができる（７１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本開示は、一般的に、パターン特徴（ｐａｔｔｅｒｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ）のその画像からの測定および評価に関するものであり、より詳細には、半導体デバイス・パターン特徴のその走査型電子顕微鏡画像からのオーバレイ測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
半導体デバイスは半導体基板すなわちウェーハ上の１つ以上の層をパターン化して形成される。半導体製造プロセスにおいて、以前にパターン化された層と現在パターン化される層との間のオーバレイは、オーバレイエラー・バジェットと呼ばれる厳しい許容範囲内に制御される。典型的に、異なる層間のオーバレイはオーバレイ解析用に特別にデザインされた比較的大きなターゲットの光学顕微鏡法により測定されてきている。これらのターゲットは光オーバレイ・ターゲット（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｖｅｒｌａｙ ｔａｒｇｅｔ）と呼ばれ、その例が図１Ａ−１Ｄに示されている。これらのオーバレイ・ターゲットのサイズは１０μｍから４０μｍの間で変動する。
【０００３】
オーバレイは以前にパターン化された層に関して後でパターン化される各層に対して独立して測定され、そのため、各層の上に位置決めされたオーバレイ・ターゲットを必要とする。さらに、独立した測定を可能にするために、オーバレイ・ターゲットはオーバラップしてはならない。こうして、これらのサイズおよび非オーバラップ要件のためにオーバレイ・ターゲットはかなりの量の基板面積を必要とする。オーバレイ測定精度を改善するために、追加サンプリングが望まれる。このように、半導体デバイスの面積問題のため、オーバレイ・ターゲット・サイズとオーバレイ測定精度を有する場所との間には必ずトレードオフが存在する。
【０００４】
これらの要件に対応するために、ターゲットは典型的にダイシング・エリア内に設けられ、それは半導体デバイスを個別チップに分離するのに使用される。たとえば、ウェーハのセクション２００が図２に示されている。半導体チップ２０２はウェーハ上の連続した層をパターン化して形成された１つ以上の回路ブロック２０４を含んでいる。光オーバレイ・ターゲット２０６がダイシング・レーン２０８内に設けられて異なる層のパターニング間のアライメント制御を提供する。半導体チップ２０２の形成が完了した後で、ダイシング・レーン２０８はダイシング・ソーにより切断されて個別チップを生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体デバイスまたはウェーハ上の場所の違いにより、光学オーバレイ・ターゲットにおけるオーバレイと実際のデバイス・パターンにおけるオーバーレイとの間に著しい違いが生じることがある。したがって、ダイシング・レーン２０８内に位置づけられた光オーバレイ・ターゲット２０６は半導体チップ２０２のさまざまな層内のパターン特徴間のオーバレイを適切に反映しないことがある。より大きな特徴サイズに対処する時は、このような違いは無視することができる。しかしながら、パターン特徴が収縮し続けると、オーバレイ・ターゲットと実際のデバイス・パターンとの間のオーバレイの任意の差がますます重要となるような、より厳しい許容差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）が必要となる。たとえば、２２ｎｍ特徴サイズ・レジームのパターン特徴に対して、１０ｎｍよりも小さいオーバレイ許容差が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（概要）
本発明の実施例は、とりわけ、前述の問題および限界に対処するものである。
【０００７】
実施例では、半導体製造プロセス、たとえば、ダブル・パターニング・プロセスにおける異なる層間のオーバレイを測定するのに走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を介して撮像された実際のデバイス・パターンが使用される。２つ以上のパターン化層からの特徴の画像がＳＥＭにより取得される。画像内の特徴の全てまたは選出された部分にエッジ検出アルゴリズムが適用される。次に、検出されたエッジ情報を使用してこれらの特徴の相対的位置が決定される。各パターン化層に対する撮像された特徴の全てまたは選出された部分の相対的位置情報を使用して、各パターン化層の位置をこうして決定することができる。決定された特徴位置に基づいて、他のパターン化層に関する各パターン化層の相対的位置が、たとえば、ベクトル形式で決定される。２つ以上のパターン化層間のオーバレイ・エラーが相対的位置とデザインまたはシミュレーションからの基準値との比較に基づいて決定される。
【０００８】
実施例では、複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定する方法は各半導体デバイス層に対する１つ以上のパターンを選出するステップを含んでいる。各半導体デバイス層が１つ以上のパターンを含んでいる。１つ以上の選出パターンは少なくとも１つの半導体デバイス層内のパターンの線対称性または点対称性に基づいて選出される。この方法は、さらに、選出パターンの１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るステップを含んでいる。この方法は得られたＣＤ−ＳＥＭ画像に基づいて各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算するステップも含んでいる。
【０００９】
実施例では、ダブル・パターニング・半導体製造プロセスにおいて複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定する方法は各半導体デバイス層に対する複数のパターンを選出するステップを含んでいる。各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成される。複数のパターンは半導体デバイスに対するコンタクトホールを含んでいる。複数の選出パターンはその少なくとも第１のパターン内のコンタクトホールの対称性に基づいて選出される。コンタクトホールの対称性は第１のパターンを横切して第１の方向に延びる少なくとも１本の線に関して決定される。
【００１０】
この方法は、さらに、選出パターンの１つ以上の限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）画像を得るステップを含んでいる。パターンの位置を確認するのに使用される倍率は１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るのに使用されるものよりも低い。この方法はＣＤ−ＳＥＭ画像内のパターンに関連するエッジ情報を抽出するステップも含んでいる。エッジ情報は、少なくとも１つの選出パターンの輪郭を含んでいる。
【００１１】
この方法は、さらに、エッジ情報に基づいて各選出パターンのパターン位置重心を計算することにより各半導体デバイス層に対するパターン位置を決定するステップを含んでいる。この方法は、さらに、決定されたパターン位置に基づいて各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算するステップを含んでいる。相対的パターン位置は２次元位置情報を含んでいる。
【００１２】
この方法は各半導体デバイス層間の相対的パターン位置をベクトル形式で出力ディスプレイ装置上に表示し、各半導体デバイス層のパターン位置を各半導体デバイス層間の相対的パターン位置と共に出力ディスプレイ装置上に表示するステップも含んでいる。この方法は、さらに、各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を予め定められた基準値と比較し、相対的パターン位置および予め定められた基準ベクトル間の差が予め定められた許容差を超える場合に通知を出力するステップを含んでいる。
【００１３】
実施例では、ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスにおいて複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定するシステムは画像取得モジュール、画像処理モジュール、ディスプレイ装置、および出力モジュールを含んでいる。画像取得モジュールは各半導体デバイス層に対する複数のパターンを選出して、選出パターンの１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るように構成される。各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成される。パターンの位置を確認するのに使用される倍率は１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るのに使用されるものよりも低い。複数のパターンは半導体デバイスの一部と半導体デバイスに対するコンタクトホールからなる１つ以上のパターンを含んでいる。複数の選出パターンはその少なくとも第１のパターン内のコンタクトホールの対称性に基づいて選出される。複数のパターンは第１のパターンが被さる第２のパターンを含んでいる。コンタクトホールの対称性は第１のパターンを横切して第１の方向に延びる少なくとも１本の線に関して決定される。コンタクトホールは、さらに、第２のパターン内のホールを含んでいる。コンタクトホールの対称性は第１のパターンを横切して第１の方向に延びる線、および第１の線の方向とは異なる第２の方向に延びる第２の線に関して決定される。
【００１４】
画像処理モジュールはＣＤ−ＳＥＭ画像内の選出パターンに関連するエッジ情報を抽出するように構成される。エッジ情報は各選出パターンに対する輪郭を含んでいる。画像処理モジュールは、さらに、エッジ情報に基づいて各選出パターンのパターン位置重心を計算するように構成される。また、画像処理モジュールは計算されたパターン位置重心に基づいて各半導体デバイス層に対するパターン位置を決定するように構成される。画像処理モジュールは、さらに、決定されたパターン位置に基づいて各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算し、かつ各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を予め定められた基準値と比較するように構成される。相対的パターン位置は２次元位置情報を含んでいる。
【００１５】
出力モジュールは相対的パターン位置と予め定められた基準ベクトルとの間の差が予め定められた許容差を超える場合にディスプレイ装置に通知を出力し、かつ各半導体デバイス層に対するパターン位置をベクトル形式の相対的パターン位置と共にディスプレイ装置に出力するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
（図面の簡単な説明）
【図１Ａ】ボックス・イン・ボックス光オーバレイ・ターゲットの例を示す図である。
【図１Ｂ】ＡＩＭ光オーバレイ・ターゲットの例を示す図である。
【図１Ｃ】ブロッサム・光オバーレイ・ターゲットの例を示す図である。
【図１Ｄ】光波散乱計測オーバレイ・ターゲットの例を示す図である。
【図２】半導体ウェーハ上に形成された半導体チップの平面図である。
【図３】二重露光型ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスにおけるさまざまなステップを例示する立面図および対応する平面図である。図である。
【図４】二重露光、二重エッチ型ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスにおけるさまざまなステップを例示する立面図および対応する平面図である。
【図５】オーバレイを測定する１次元線構造を示す図である。
【図６】１つ以上の実施例に従って、パターン・オーバレイを評価する測定システムを示す図である。
【図７】図６の測定システムで使用する画像処理モジュールを示す図である。
【図８】１つ以上の実施例に従って、ＣＤ−ＳＥＭ画像を取得および解析するためのステップを例示するプロセス・フロー図である。
【図９Ａ】基板上に形成された二重パターンの画像を示す図である。
【図９Ｂ】基板上に形成された典型的なパターンの注釈付きＳＥＭ画像を示す図である。
【図９Ｃ】１つ以上の実施例に従って、相対的パターン位置ベクトルの決定を例示する図９Ａの二重パターンを示す図である。
【図９Ｄ】１つ以上の実施例に従って、基準パターン位置ベクトルの決定を例示する図９Ａの二重パターンに対する設計を示す図である。
【図９Ｅ】図９Ｃの相対的パターン位置ベクトルと図９Ｄの基準パターン位置ベクトルを比較するグラフを示す図である。
【図１０Ａ】基板上に形成された二重パターンを示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの二重パターン内の第１のパターンを形成するためのマスクパターンを示す図である。
【図１０Ｃ】第１のパターンのリソグラフィ中にフォーカスが変化することによる第１のパターンのシフトのシミュレーションを示す図である。
【図１１】Ａは基板上に形成された二重パターンを示す図である。Ｂは対称性を有する第１のパターンのリソグラフィ中にフォーカスが変化することによる第１のパターンのシフトのシミュレーションを示す図である。
【図１２】リソグラフィ・フォーカス変化による対称的パターンを有する位置シフトを例示する、基板上に形成された二重パターンを示す図である。
【図１３Ａ】図１２のパターン１２０２ａの位置シフト対リソグラフィック・フォーカスのグラフである。
【図１３Ｂ】図１２のパターン１２０２ｂの位置シフト対リソグラフィック・フォーカスのグラフである。
【図１３Ｃ】第１のパターン対称性に基づく平均化位置シフト対リソグラフィック・フォーカスのグラフである。
【図１４Ａ】第１の軸に関する対称性に基づくオーバレイ測定に対するパターン選出を例示する図である。
【図１４Ｂ】２軸に関する対称性に基づくオーバレイ測定に対するパターン選出を例示する図である。
【図１４Ｃ】２軸に関する対称性に基づくオーバレイ測定に対するマルチパターン選出を例示する図である。
【図１５】１つ以上の実施例に従って、パターン対称性に基づくＣＤ−ＳＥＭＳ画像を取得および解析するためのステップを例示するプロセス・フロー図である。
【図１６Ａ】基板上に形成された明白な対称性の無い二重パターンの視野を例示する図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの二重パターンの視野に関して１８０°の対称性を有するもう１つの視野を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（詳細な説明）
本発明の前述のおよび他の態様、特徴、および利点は好ましい実施例の下記の詳細な説明を、添付図を参照して、読めばより良く理解される。以後、添付図を参照して本発明の実施例を詳細に説明し、同じ参照番号は同じ要素を表す。添付図は縮尺どおりではない。添付するグラフおよび図面に表示されたいかなるデータも例示することだけが目的であって実際のデータを表すものではない。該当する場合、いくつかの特徴は根拠をなす特徴の説明を支援するように例示されてはいない。
【００１８】
さまざまな実施例では、層間のオーバレイの違いを決定するのに光オーバレイ・ターゲットの代わりに実際のデバイス・パターンが使用される。小さな特徴サイズ（たとえば、１００ｎｍ未満）に対して、実際のデバイス・パターンはそのサイズが光学顕微鏡により採用される波長よりも遥かに小さいため光学顕微鏡により観察することはできない。それ故、実際のデバイス・パターンを見るために、光学顕微鏡の代わりにＣＤ−ＳＥＭが使用される。２次電子は撮像面からしかＣＤ−ＳＥＭにより収集することができないため、ＣＤ−ＳＥＭによるオーバレイ測定では両方の層のパターンが撮像面上に現れる必要がある。解析が行われる時に２つの異なる層のパターン特徴が撮像面上にあるため、ダブル・パターニング半導体製造プロセスはＣＤ−ＳＥＭ解析を受けやすい。
【００１９】
ダブル・パターニング・プロセスの例が図３に示されている。例示されたプロセスは二重露光型ダブル・パターニング・プロセスである。最初に、図３の（Ａ）に示すように、その上に第１のパターンを有するマスク３０２が第１のパターンを基板３０６上のフォトレジスト層３０４へ転写するのに使用される。図３の（Ｂ）に示すように、現像されたフォトレジスト層３０８はこうしてその上に第１のパターンを有する。図３の（Ｃ）に示すように、その上に第２のパターンを有するマスク３１０が第２のパターンをフォトレジスト３０８へ転写するのに使用される。図３の（Ｄ）に示すように、その結果、フォトレジスト３１２は第１のパターンと第２のパターンの両方を有する。次に、フォトレジスト３１２はその後の材料追加または削除ステップに対するテンプレートとして使用することができる。
【００２０】
ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスのもう１つの例が図４に示されている。例示されたプロセスは二重露光、二重エッチ型ダブル・パターニング・プロセスである。最初に、図４の（Ａ）に示すように、その上に第１のパターンを有するマスク４０２が第１のパターンを基板４０６上のハードマスク層４０８上のフォトレジスト層４０４へ転写するのに使用される。図４の（Ｂ）に示すように、現像されたフォトレジスト層４１０はこうしてその上に第１のパターンを有する。図４の（Ｃ）に示すように、第１のパターンはパターン化されたフォトレジスト４１０からハードマスク層４０８へ、たとえば、エッチングにより転写される。図４の（Ｄ）に示すように、次に、新しいフォトレジスト層４１６がパターン化されたハードマスク層４１２上に設けられる。図４の（Ｅ）に示すように、その上に第２のパターンを有するマスク４１４が第２のパターンをフォトレジスト４１６へ転写するのに使用される。図４の（Ｆ）に示すように、第２のパターンはパターン化されたフォトレジスト４１８からハードマスク層４１２へ、たとえば、エッチングにより転写される。図４の（Ｇ）に示すように、その結果、ハードマスク層４２０は第１および第２のパターンの両方を有する。次に、ハードマスク層４２０はその後の材料追加または削除ステップに対するテンプレートとして使用することができる。
【００２１】
一般的に、ダブル・パターニング・プロセスは単一層を形成する複数のリソグラフィック・プロセスを使用して特徴密度（ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｎｓｉｔｙ）を高めるのに使用される。このように、パターン転写プロセスに使用されるマスクは比較的大きい特徴間隔を有しているにもかかわらず、デバイス内のパターン特徴間の間隔は効果的に低減される。低減されたパターン間隔に対処する場合、パターン化ステップ間のたとえ僅かなアライメント・エラーであっても第１および第２のパターンの相互配列に影響を及ぼすことがある。このように、従来の光オーバレイ・ターゲットおよびそれらに付随する測定技術はダブル・パターニング・プロセスに必要な許容差を提供するのに不十分なことがある。
【００２２】
ダブル・パターン化された線構造に対して、オーバレイはピッチ測定技術を使用するＣＤ−ＳＥＭにより測定することができる。たとえば、図５はダブル・パターニング・プロセスを使用して形成された線構造の図５００を示す。線５０２は第１のパターンの一部であり、線５０４は第２のパターンの一部である。第１のパターンおよび第２のパターン間のオーバレイ・エラーεは次式に基づいて決定することができ、
【数１】
ここに、ＰＬは線５０２および５０４の各左端間の距離５０６であり、ＰＲは線５０２および５０４の各右端間の距離５０８であり、ＰＤは線５０２および５０４に対するデザインされたハーフピッチである。このようなピッチ測定方法は、単純なライン・アンド・スペース・パターン等の、一次元構造のオーバレイ測定にしか適用することができない。２次元測定構造に対しては、オーバレイは２次元で特徴付けられる必要がある。それ故、ピッチ測定技術は２次元構造に適用できないことがある。
【００２３】
図６はさまざまな実施例に従ったパターン特徴の劣化を評価するための測定システム６００を示す。この測定システム６００はサンプルの微細な特徴を撮像するための顕微鏡を含んでいる。たとえば、この顕微鏡は限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）６０２である。ＣＤ−ＳＥＭ６０２は電子ビーム発生および検出用のさまざまなコンポーネントを有する顕微鏡カラム６０４を含んでいる。電子銃６０８が電子ビーム６１２を発生し、その方向と幅は第１の電磁レンズ６１０、第２の電磁レンズ６１６、および偏向器６１４を使用して制御される。電子ビーム６１２はサンプル６２０上の特定の場所６２２に電子を照射して２次電子６２４を発生させる。
【００２４】
たとえば、ターゲット６２２は半導体ウェーハ上の個別のチップまたはパターンとすることができる。サンプル６２０は顕微鏡ステージ６１８により支持され、それはサンプル６２０の位置を電子ビーム６１２に関して操作する。場所６２２から発せられる２次電子６２４が２次電子検出器６２６により検出される。２次電子６２４はターゲット６２２におけるサンプル６２０の画像を発生するのに使用される。
【００２５】
測定システム６００は画像取得モジュール６０６も含んでいる。画像取得モジュール６０６はＣＤ−ＳＥＭ６０２と一体化することができ、あるいは、プログラムされたコンピュータまたはプロセッサ等のスタンドアロン・コンポーネントとすることができる。画像取得モジュール６０６は、電子銃６０８、電磁レンズ６１０および６１６、偏向器６１４、およびサンプル６２０を撮像する顕微鏡ステージ６１８を含むＣＤ−ＳＥＭ６０２のさまざまなコンポーネントに有効に接続されてそれらを制御する。画像取得モジュール６０６は２次電子検出器６２６から２次電子データを受信し、次に、それは画像を形成するのに使用される。
【００２６】
画像取得モジュール６０６はサンプル６２０上の解析される各半導体デバイス層に対する１つ以上のパターンを撮像するようＣＤ−ＳＥＭ６０２を指示する。たとえば、ＣＤ−ＳＥＭ６０２は第１の、比較的低倍率でサンプル６２０を撮像する。低倍率画像に基づいて、画像取得モジュール６０６はパターンの位置を確認することができる。画像取得モジュール６０６はユーザからの関心のあるパターンの入力を、たとえば、適切な入出力装置を介して受け取ることができる。次に、画像取得モジュール６０６は選出されたパターンの第２の、比較的高倍率の画像を得るようＣＤ−ＳＥＭ６０２を指示する。第２の倍率は第１の倍率よりも大きくすることができる。画像データは適宜、メモリ６２８内に格納することができる。
【００２７】
測定システムは画像処理モジュール６３０も含んでいる。画像処理モジュール６３０は、選出された１つまたは複数のパターンの高倍率画像を含む、画像データをメモリ６２８から受信する。あるいは、画像処理モジュール６３０は画像取得モジュール６０６から直接画像データを受信する。画像データは画像処理モジュール６３０により解析されて、とりわけ、基板上のパターン間のオーバレイを決定する。解析結果はメモリ６２８またはもう１つのメモリ・デバイス（図示せず）内に格納されるか、あるいは、１つ以上の追加コンポーネントへ送信される。
【００２８】
画像処理モジュール６３０は出力モジュール６３２に有効に接続することができる。画像処理モジュール６３０からのオーバレイ・データおよび画像は出力モジュール６３２に伝達することができる。出力モジュール６３２はディスプレイ装置６３４に有効に接続することができる。出力モジュール６３２はディスプレイ装置６３４にその上に表示するオーバレイ測定値を出力することができる。さらに、ディスプレイ装置６３４は、たとえば、オーバレイ・エラーが予め定められた許容差を超えるという表示、パターンの画像、および／またはパターンに対する対称線を表示することもできる。
【００２９】
図６に例示されたさまざまなコンポーネントは別個のコンポーネントとして実施される必要はないことが指摘される。むしろ、画像取得モジュール６０６、画像処理モジュール６３０、メモリ６２８、出力モジュール６３２、およびディスプレイ装置６３４の１つ以上は単一コンピュータまたはプロセッサ６３６として、あるいは、データ送信またはインターフェイス手段を使用して一緒に接続された独立コンピュータまたはプロセッサ等の、一緒に有効に接続された別個のモジュールとして実施することができる。モジュール６０６、６３０、および６３２は、たとえば、半導体製造ライン内の品質管理プロセッサまたはコントローラの一部として、１つ以上の他のモジュールと組み合わせることもできる。同様に、メモリ６２８は複数のメモリ・デバイスへ分離したり、複数のコンポーネント間で共有することができる。
【００３０】
さらに、１つ以上のモジュール６０６、６３０、および６３２をＳＥＭ６０２と一体化することができる。別個のコンポーネントは前述した関連する機能を有して図６に例示されているが、開示された実施例の精神および範囲を逸脱することなく、コンポーネントを追加、省略、または組み合わせることができ、さらに／または機能を追加、省略、またはコンポーネント間で移すことができる。
【００３１】
さらに、モジュール６０６、６３０、６３２、および６３４、および／またはプロセッサ６３６により実行されると、ここに記載された操作をモジュールに実施させるプログラムされた命令のシーケンスを、メモリ６２８を使用して格納することができる。したがって、メモリ６２８はコンピュータまたはプロセッサ読取可能記憶媒体とすることができる。
【００３２】
次に、図７について、画像処理モジュール６３０はさまざまなサブモジュール、たとえば、パターン・エッジ検出モジュール７０２、パターン位置計算モジュール７０４、代表点計算モジュール７０６、ベクトル計算モジュール７０８、ベクトル平均計算モジュール７１２、および相対的パターン比較モジュール７１０、を含むことができる。パターン・エッジ検出モジュール７０２はサンプル６２０上に形成された関心のある各層に対する選出パターンの１つ以上の画像７００を受信する。
【００３３】
パターン・エッジ検出モジュール７０２は画像７００を受信して画像内の選出パターンに関連するエッジ情報を抽出するように処理する。たとえば、エッジ情報は各パターン・エッジの輪郭を含むことができる。パターン・エッジ検出モジュール７０２はエッジ情報をパターン位置計算モジュール７０４へ伝達し、それはエッジ情報を使用して各選出パターンの位置を決定する。たとえば、パターン位置計算モジュール７０４はエッジ情報に基づいて各選出パターンに対する重心を決定する。このように、重心は各層内のパターンの場所を表すことができる。
【００３４】
代表点計算モジュール７０６はパターン位置計算モジュール７０４から各選出パターンの位置情報を受信する。特定の層に関連づけられた各選出パターンに対する位置情報を使用して、代表点計算モジュール７０６は、ここに詳細に検討されているように、特定の層の位置を決定する。たとえば、代表点計算モジュール７０６は層に関連づけられた個別の選出パターン位置の座標を平均して１つのＣＤ−ＳＥＭ画像内の層に対する代表点を決定する。代表点計算モジュール７０６は解析される各層に対する代表点を決定する。ダブル・パターニング・プロセスの場合、２つの層を同時に撮像することができ、２つの層の各々に対してＣＤ−ＳＥＭ画像内のそれぞれのパターンに基づいて代表点が決定される。
【００３５】
代表点はベクトル計算モジュール７０８へ送られる。ベクトル計算モジュール７０８は層の位置を比較して層の相対的位置を決定するようにデザインされる。たとえば、ベクトル計算モジュール７０８は層に対する代表点間を延びる１つ以上のベクトルを計算する。相対的パターン比較モジュール７１０がベクトル計算モジュール７０８から得られたベクトルをデザインまたはシミュレートされた値と比較して層間のオーバレイおよび理想値からの任意の逸脱を決定する。オーバレイがオーバレイ・エラーバジェットの範囲外へ逸脱する場合、ユーザへエラー表示を出力することができる。層オーバレイおよび／またはエラー・インジケータとは出力モジュール、ディスプレイ装置、または半導体デバイス製造プロセス内の他のモジュール等の出力７１４を介して通信することができる。
【００３６】
次に、図８には１つ以上の実施例に従ってＣＤ−ＳＥＭ画像を取得および解析するためのプロセス・フロー図が示されている。このプロセスは８０２において開始されステップ８０４へ進む。ステップ８０４において、基板上に形成された構造がパターンの位置を確認するために第１の低倍率で撮像される。１つまたは複数の低倍率画像に基づいて、さらに解析するためのパターンのサンプルを選出することができる。この手順は飛ばすことができるが、ステップ８０６においてパターンを選出する際に低倍率を使用してパターンの位置を確認するのが有利なこともある。
【００３７】
次に、プロセスはステップ８０６に進む。ステップ８０６において、各層に対する１つ以上の選出パターンに対して１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像が得られる。たとえば、ダブル・パターニング・プロセスにおいて形成されたパターンの画像９００が図９Ａに示されている。パターン９０２は第１の層内に形成されパターン９０４は第２の層内に形成される。
【００３８】
ＣＤ−ＳＥＭ画像は第２の倍率で得られ、それは第１の倍率よりも大きくすることができる。第２の倍率で関心のある全域の撮像を可能にするには複数のＣＤ−ＳＥＭ画像を必要とすることがある。さらに、いくつかの応用では、第１および第２の倍率は同じとなることがある。
【００３９】
次に、プロセスはステップ８０８へ進む。ステップ８０８において、取得された画像内の選出パターンの全てまたは一部だけのエッジが、たとえば、限界寸法計測（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）に対する従来の画像処理技術を使用して検出される。図９Ｂは半導体デバイス層内のコンタクトホール・パターンのＳＥＭ画像を示す。パターンのエッジ９０８を突き止めるのに画像処理技術が使用される。
【００４０】
再び図８を参照して、プロセスはステップ８１０に進む。ステップ８１０において、検出されたエッジ・データを使用して取得された画像内の個別パターンの位置が計算される。たとえば、パターンのエッジ上にある点の座標を平均して各パターンの位置が決定される。他の例では、パターンに対するエッジ・データに適合される数学関数に基づいてパターンの中心を計算することができる。図９Ｂを参照して、パターンの中心９１０を決定するのにパターン・エッジ９０８が使用される。あるいは、パターン・エッジ９０８を使用せずにパターンの中心９１０を決定するのに他の画像処理技術を利用することができる。
【００４１】
再び図８について、プロセスはステップ８１２に進み、そこで取得された画像内の各パターンの位置に基づいて各層に対する代表点が計算される。取得された画像内の１つの層に属する全てのまたは選出されたパターンの位置は、これらのパターンに基づいてその層に対する代表点を計算することによりその層の位置を定義する。たとえば、層に対する代表点は選出された全てのパターン位置の全ての座標の平均であるか、あるいは、選出パターンに対して決定された中心に対する座標の平均である。
【００４２】
図９Ｃに示すように、ウィンドウ９１６内のパターンの一部が解析のために選出される。第１の層内に形成されたパターン９０２の中心は代表的な層の点９２２を決定するのに使用される。点９２２は、たとえば、全ての選出されたパターン位置の全ての座標を平均して決定することができる。同様に、第２の層内に形成されたパターン９０４の中心は代表的な層の点９２４を決定するのに使用される。点９２４は、たとえば、全ての選出されたパターン位置の全ての座標を平均して決定することができる。
【００４３】
再び図８について、次にプロセスはステップ８１４に進む。ステップ８１４において、層の相対的位置を決定するために相対的位置ベクトルが計算される。たとえば、相対的位置ベクトルはダブル・パターニング・プロセスにおいて各層の層位置を使用して決定される。図９Ｃにおいて、相対的位置ベクトル９１８は第１の層に対する代表点９２２と第２の層に対する代表点９２４との間を延びている。
【００４４】
次に、プロセスはステップ８１６に進む。ステップ８１６において、決定された相対的位置ベクトルは予め定められた基準値と比較される。たとえば、相対的位置ベクトルは計算されたまたはシミュレートされた基準ベクトルと比較される。計算された基準ベクトルは層に対するデザイン・レイアウトに基づくことができる。シミュレートされた基準ベクトルはシミュレートされた輪郭に基づくことができる。図９Ｄは第１および第２の層間の基準ベクトルを計算する例を示している。視野９２６は図９Ｃの選出部９１６に対するデザイン・レイアウトを表す。デザインされた第１の層上のパターン９３２は代表点９４２を生じ、デザインされた第２の層上のパターン９３４は代表点９４４を生じる。基準ベクトル９２８は代表点９４２および代表点９４４間を延びている。こうして、基準ベクトル９２８は第１および第２の層間のデザインされた相対的方位を示す。
【００４５】
ステップ８１６において考えられる比較は、たとえば、ベクトル比較の形をとることができる。このような比較は各ベクトルの方向および大きさに基づくことができる。図９Ｅのグラフを参照して、基準ベクトル９２８および相対的位置ベクトル９１８は並んで示されている。相対的位置ベクトル９１８の大きさは始点９１８ａおよび端点９１８ｂの座標に基づいて決定される。相対的位置ベクトル９１８の方向はｘ−軸に関する角度９１８ｃに基づいて決定される。同様に、基準位置ベクトル９２８の大きさは始点９２８ａおよび端点９２８ｂの座標に基づいて決定される。基準位置ベクトル９２８の方向はｘ−軸に対する角度９２８ｃに基づいて決定される。層間のオーバレイはベクトルの大きさおよび方向の比較に基づいて決定することができる。ベクトルに対する始点および端点は各層に対する各代表点に対応することに注意されたい。他の比較方法も考えられる。たとえば、ベクトルのｘおよびｙ成分のベクトル減算や比較を使用することができる。
【００４６】
図８に戻って、次に、プロセスはステップ８１８に進む。相対的位置ベクトルと基準ベクトル間の差が予め定められた許容差よりも大きいと決定されると、プロセスはステップ８２０に進み、そこで相対的位置ベクトルおよびオーバレイ・エラーが許容範囲外である表示が表示される。相対的位置ベクトルと基準ベクトル間の差が予め定められた許容差よりも小さいと決定されると、プロセスはステップ８２２に進み、そこで相対的位置ベクトルが表示される。こうして、プロセスはステップ８２４で終る。
【００４７】
図１０Ａに、ダブル・パターニング・プロセスにおいて形成されたパターンの画像が示されている。パターン１００２は第１の層内に形成され、パターン１００４は第２の層内に形成される。オーバレイを決定するパターン解析のために視野１００６が選択される。図１０Ｂは選択視野１００６に対する第１のパターン１００８のデザインされた場所を示す。図１０Ｃは異なるリソグラフィック・フォーカスにおいて図１０Ｂの領域１０１０内の形成されたパターンに対するシミュレーション結果を示す。理想的なリソグラフィック・フォーカスにおいて、パターン１０１２が形成される。しかしながら、リソグラフィック・フォーカスが変化すると、パターンの形状はパターン１０１４で示すように変化する。パターン形状のこの変更により、矢符１０１６ａおよび１０１６ｂで示すような、パターン位置シフトが生じ、それは層に対する代表点の正確な決定およびその後のオーバレイ測定に悪影響を及ぼすことがある。
【００４８】
このように、パターンのシフトを生じる、プロセス変動はオーバレイ測定の正確さおよび／または精度に影響を及ぼすことがある。プロセス変動に対応するために、オーバレイ測定検討のためのパターン選出はパターン対称性を利用することができる。１つ以上の軸に関する対称的パターン・サンプリングを適用することにより、これらの体系的な位置シフトの影響を低減することができ、かつ／または無くすことができる。たとえば、ダブル・パターニング・プロセスにおいて形成されるパターンが図１１のＡに示されている。図１１のＢは異なる視野に対するシミュレーション結果を示している。図からお判りのように、視野（ａ）の変動方向はリソグラフィック・フォーカスが変化する視野（ｂ）の変動とは反対方向に進む。オーバレイ解析のために（ａ）および（ｂ）の両方を含むように画像および／またはパターンを選出することにより、リソグラフィック・フォーカスによる変動を最小限に抑えることができる。リソグラフィ近接効果によるデザインされたまたはシミュレートされた値からの位置シフトは、たとえ最善または最適光学フォーカスにおいても、オーバレイ測定の正確さおよび／または精度にやはり影響を及ぼすことがある。この近接効果による変動も開示されたパターン対称性技術を使用して最小限に抑えることができる。
【００４９】
次に、図１２にはダブル・パターニング・プロセスにおいて形成されたパターンの画像が示されている。パターン１２０２は第１の層内に形成され、パターン１２０４は第２の層内に形成される。パターン１２０２は対称性のそれぞれの軸を有する。このように、パターン１２０２ａは軸１２０６に関してパターン１２０２ｂのミラーイメージである。図１３Ａはリソグラフィック・フォーカスに変化のあるパターン１２０２ａの位置変動を示す。図１３Ｂはリソグラフィック・フォーカスに変化のあるパターン１２０２ｂの位置変動を示す。図１３Ａ−１３Ｂに例示されているように、パターン１２０２ａおよび１２０２ｂの位置変動はリソグラフィック・フォーカス変化に関して反対方向である。パターン１２０２ａおよび１２０２ｂ解析の位置を結合することにより、リソグラフィック・フォーカス変化による変動を最小限に抑えることができる。たとえば、パターン１２０２ａおよび１２０２ｂの位置を平均することにより図１３Ｃのグラフが得られる。図からお判りのように、リソグラフィック・フォーカス変化に関して位置の最小シフトが生じる。したがって、層の位置はプロセス変動により影響されない。
【００５０】
図１４Ａ−１４Ｃはパターン対称性を考慮したパターン・サンプルの選出例を示している。パターン１４０４は第１の層内に形成され、パターン１４０６は第２の層内に形成される。図１４Ａのパターン選出１４０２は第１のパターンを横切して延びる単一軸１４０８に関して対称性を有する。これに比べて、図１４Ｂのパターン選出１４１２は第１の軸１４０８および第１の軸１４０８に直交する第２の軸１４１０に対して対称性を有する。２軸対称性を有する視野の選出は２次元のプロセス変動を補償する。
【００５１】
パターン対称性に基づいて複数の画像を選出することもできる。このような方法はパターンの対称性が画像の視野を超えて延びる時に必要となることがある。図１４Ｃに示すように、第１の画像１４１４は単一軸１４０８に関して対称性を有し、第２の画像１４１６も軸１４０８に関して対称性を有する。しかしながら、２つの画像は共に第２の直交軸１４１０に関して対称的である。
【００５２】
次に、図１５に１つ以上の実施例に従って対称性に基づいてＣＤ−ＳＥＭ画像を取得し解析するためのプロセス・フロー図を示す。プロセスは１５０２で開始してステップ１５０４に進む。ステップ１５０４において、基板上に形成された構造がパターンの位置を確認するために第１の低倍率で撮像される。低倍率画像に基づいて、パターンのサンプルをさらなる解析のために選出することができる。この手順は飛ばすことができるが、ステップ１５０６のパターン選出において低倍率を使用してパターン位置を確認するのが有利なことがある。
【００５３】
次に、プロセスはステップ１５０６に進む。ステップ１５０６において、各層に対する１つ以上の選出パターンに対して１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像が得られる。ＣＤ−ＳＥＭ画像は第２の倍率で得られ、それは第１の倍率よりも大きくすることができる。関心のある全体デバイス構造領域を第２の倍率で撮像するには複数のＣＤ−ＳＥＭ画像を必要とすることがある。いくつかの応用では、第１および第２の倍率は同じであることも考えられる。
【００５４】
次に、プロセスはステップ１５０８に進む。ステップ１５０８において、取得された画像内の選出パターンの全てのまたは一部だけのエッジが、たとえば、限界寸法計測に対する従来の画像処理技術を使用して検出される。プロセスはステップ１５１０に進む。ステップ１５１０において、検出されたデータは取得された画像内の個別のパターンの位置を計算するのに使用される。
【００５５】
次に、プロセスはステップ１５１２に進み、そこで取得された画像内の各パターンの位置に基づいて各層に対する代表点が計算される。取得された画像内の１つの層に属する全パターンまたは選出パターンの位置は、これらのパターンに基づいてその層に対する代表位置を計算することによりその層の位置を定義する。
【００５６】
次に、プロセスはステップ１５１４に進む。ステップ１５１４において、代表位置に基づいて相対的位置ベクトルが計算される。次に、プロセスはステップ１５１６に進む。ステップ１５１６において、相対的位置ベクトルは予め定められた基準ベクトルと比較され、相対的位置ベクトルと基準位置ベクトル間の差としてオーバレイ・エラー・ベクトルが計算される。たとえば、相対的位置ベクトルは計算されたまたはシミュレートされた基準ベクトルと比較される。計算された基準ベクトルは層に対するデザイン・レイアウトに基づくことができる。シミュレートされた基準ベクトルはシミュレートされた輪郭に基づくことができる。
【００５７】
プロセスはステップ１５１８に進む。プロセス変動を補償するために、基板上に形成された対称的パターン構造に対するオーバレイ・エラー・ベクトルの平均が計算される。たとえば、画像処理モジュール６３０のベクトル平均計算モジュール７１２がこのような平均を決定することができる。
【００５８】
次に、プロセスはステップ１５２０に進む。オーバレイ・エラーは予め定められた許容差よりも大きいと決定されると、プロセスはステップ１５２２に進み、そこで相対的位置ベクトルおよびオーバレイ・エラーは許容範囲外であるという表示が表示される。オーバレイ・エラーは予め定められた許容差よりも小さいと決定されると、プロセスはステップ１５２４に進み、そこで相対的位置ベクトルが表示される。こうして、プロセスはステップ１５２６で終る。
【００５９】
対称性を考慮するパターン選出のもう１つの例が図１６Ａ−Ｂに示されている。図１６Ａは明らかなパターン対称性の無い画像１６０２の例を示す。パターン１６０６は第１の層内に形成され、パターン１６０８は第２の層内に形成される。画像１６０２内には明らかなパターン対称性は無いが、基板上のもう１つの場所は画像１６０２に関して１８０°対称性を有することができる。たとえば、図１６Ｂの画像１６０４は図１６Ａの画像１６０２に対して１８０°パターン対称性（たとえば、反転されフリップされる）を有する。オーバレイ測定解析において両方の画像を利用することにより、リソグラフィック・フォーカス変化による位置変動を補償することができる。
【００６０】
ここに開示されている技術は任意のパターンまたは特徴に適用することができる。たとえば、パターンはコンタクトホール等の孔とすることができる。また、パターンは活性層、ゲート層、または配線層上の特徴とすることができる。たとえば、オーバレイ測定はゲート層内のパターン特徴と活性層内のパターン特徴間で決定することができる。
【００６１】
ここに記述されたシステムおよび方法は内部に単一パターンを有する層にも適用することができる。たとえば、第１の層は単一コンタクトホール等の単一パターンを含むことができ、第２の層はコンタクトホールのアレイ等の１つ以上のパターンを含むことができる。
【００６２】
ここに記述されたシステムおよび方法は単一層内の相対的位置測定にも適用することができる。たとえば、開示された技術を使用して、リソグラフィ・フォーカス・オフセット等の、プロセス状態変動によって決まる個別の特徴の相対的位置シフトを評価することができる。
【００６３】
さらに、ここに記述されたシステムおよび方法はダブル・パターニング・プロセスに限定されるものではない。二重、三重、および四重のプロセスを含むマルチ・パターニング・プロセスも開示された技術の恩恵を受ける。さらに、ここに記述されたシステムおよび方法はマルチ・パターニング・プロセス以外のプロセスを介して形成された層間の相対的位置測定にも適用することができる。両方の層のパターンが撮像面上に現れる限り、開示された技術および実施例は適用することができる。
【００６４】
ここに記述された実施例は本発明の原理とその実際的な応用を最も良く例示して、当業者ならば本発明を利用できるようにするために選択されている。特定の用途に応じたさまざまな修正を有するさまざまな実施例が考えられる。したがって、本発明の範囲は添付特許請求の範囲およびそれに相当するものによって規定される。
【符号の説明】
【００６５】
２００ ウェーハのセクション
２０２ 半導体チップ
２０４ 回路ブロック
２０６ 光オーバレイ・ターゲット
２０８ ダイシング・レーン
３０２、３１０、４０２、４１４ マスク
３０４、４０４ フォトレジスト層
３０６、４０６ 基板
３０８、４１０ 現像されたフォトレジスト層
３１２ フォトレジスト
４０８、４１２、４２０ ハードマスク層
４１０、４１８ パターン化されたフォトレジスト
４１６ 新しいフォトレジスト層
５００ 線構造
５０２、５０４ 線
５０６、５０８ 距離
６００ 測定システム
６０２ 限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）
６０４ 顕微鏡カラム
６０６ 画像取得モジュール
６０８ 電子銃
６１０、６１６ 電磁レンズ
６１２ 電子ビーム
６１４ 偏向器
６１８ 顕微鏡ステージ
６２０ サンプル
６２２ ターゲット
６２４ ２次電子
６２６ ２次電子検出器
６２８ メモリ
６３０ 画像処理モジュール
６３２ 出力モジュール
６３４ ディスプレイ装置
６３６ プロセッサ
９００、１６０２、１６０４ 画像
９０２、９０４、９３２、９３４、１００２、１００４、１００８、１０１２、１０１４、１２０２、１２０４、１２０２ａ、１２０２ｂ、１４０４、１４０６、１６０６、１６０８ パターン
９０８ エッジ
９１０ パターン中心
９１６ ウィンドウ
９１８ 相対的位置ベクトル
９１８ａ、９２８ａ 始点
９１８ｂ、９２８ｂ 端点
９１８ｃ、９２８ｃ 角度
９２２、９２４、９４２、９４４ 代表点
９２６、１００６ 視野
９２８ 基準位置ベクトル
１０１０ 領域
１０１６ａ、１０１６ｂ パターン位置シフト
１２０６ 対称軸
１４０２、１４１２ パターン選出
１４０８ 第１の一軸
１４１０ 第２の軸
１４１４ 第１の画像
１４１６ 第２の画像
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本開示は、一般的に、パターン特徴（ｐａｔｔｅｒｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ）のその画像からの測定および評価に関するものであり、より詳細には、半導体デバイス・パターン特徴のその走査型電子顕微鏡画像からのオーバレイ測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
半導体デバイスは半導体基板すなわちウェーハ上の１つ以上の層をパターン化して形成される。半導体製造プロセスにおいて、以前にパターン化された層と現在パターン化される層との間のオーバレイは、オーバレイエラー・バジェットと呼ばれる厳しい許容範囲内に制御される。典型的に、異なる層間のオーバレイはオーバレイ解析用に特別にデザインされた比較的大きなターゲットの光学顕微鏡法により測定されてきている。これらのターゲットは光オーバレイ・ターゲット（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｖｅｒｌａｙ ｔａｒｇｅｔ）と呼ばれ、その例が図１Ａ−１Ｄに示されている。これらのオーバレイ・ターゲットのサイズは１０μｍから４０μｍの間で変動する。
【０００３】
オーバレイは以前にパターン化された層に関して後でパターン化される各層に対して独立して測定され、そのため、各層の上に位置決めされたオーバレイ・ターゲットを必要とする。さらに、独立した測定を可能にするために、オーバレイ・ターゲットはオーバラップしてはならない。こうして、これらのサイズおよび非オーバラップ要件のためにオーバレイ・ターゲットはかなりの量の基板面積を必要とする。オーバレイ測定精度を改善するために、追加サンプリングが望まれる。このように、半導体デバイスの面積問題のため、オーバレイ・ターゲット・サイズとオーバレイ測定精度を有する場所との間には必ずトレードオフが存在する。
【０００４】
これらの要件に対応するために、ターゲットは典型的にダイシング・エリア内に設けられ、それは半導体デバイスを個別チップに分離するのに使用される。たとえば、ウェーハのセクション２００が図２に示されている。半導体チップ２０２はウェーハ上の連続した層をパターン化して形成された１つ以上の回路ブロック２０４を含んでいる。光オーバレイ・ターゲット２０６がダイシング・レーン２０８内に設けられて異なる層のパターニング間のアライメント制御を提供する。半導体チップ２０２の形成が完了した後で、ダイシング・レーン２０８はダイシング・ソーにより切断されて個別チップを生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体デバイスまたはウェーハ上の場所の違いにより、光学オーバレイ・ターゲットにおけるオーバレイと実際のデバイス・パターンにおけるオーバーレイとの間に著しい違いが生じることがある。したがって、ダイシング・レーン２０８内に位置づけられた光オーバレイ・ターゲット２０６は半導体チップ２０２のさまざまな層内のパターン特徴間のオーバレイを適切に反映しないことがある。より大きな特徴サイズに対処する時は、このような違いは無視することができる。しかしながら、パターン特徴が収縮し続けると、オーバレイ・ターゲットと実際のデバイス・パターンとの間のオーバレイの任意の差がますます重要となるような、より厳しい許容差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）が必要となる。たとえば、２２ｎｍ特徴サイズ・レジームのパターン特徴に対して、１０ｎｍよりも小さいオーバレイ許容差が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（概要）
本発明の実施例は、とりわけ、前述の問題および限界に対処するものである。
【０００７】
実施例では、半導体製造プロセス、たとえば、ダブル・パターニング・プロセスにおける異なる層間のオーバレイを測定するのに走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を介して撮像された実際のデバイス・パターンが使用される。２つ以上のパターン化層からの特徴の画像がＳＥＭにより取得される。画像内の特徴の全てまたは選出された部分にエッジ検出アルゴリズムが適用される。次に、検出されたエッジ情報を使用してこれらの特徴の相対的位置が決定される。各パターン化層に対する撮像された特徴の全てまたは選出された部分の相対的位置情報を使用して、各パターン化層の位置をこうして決定することができる。決定された特徴位置に基づいて、他のパターン化層に関する各パターン化層の相対的位置が、たとえば、ベクトル形式で決定される。２つ以上のパターン化層間のオーバレイ・エラーが相対的位置とデザインまたはシミュレーションからの基準値との比較に基づいて決定される。
【０００８】
実施例では、複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定する方法は各半導体デバイス層に対する１つ以上のパターンを選出するステップを含んでいる。各半導体デバイス層が１つ以上のパターンを含んでいる。１つ以上の選出パターンは少なくとも１つの半導体デバイス層内のパターンの線対称性または点対称性に基づいて選出される。この方法は、さらに、選出パターンの１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るステップを含んでいる。この方法は得られたＣＤ−ＳＥＭ画像に基づいて各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算するステップも含んでいる。
【０００９】
実施例では、ダブル・パターニング・半導体製造プロセスにおいて複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定する方法は各半導体デバイス層に対する複数のパターンを選出するステップを含んでいる。各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成される。複数のパターンは半導体デバイスに対するコンタクトホールを含んでいる。複数の選出パターンはその少なくとも第１のパターン内のコンタクトホールの対称性に基づいて選出される。コンタクトホールの対称性は第１のパターンを横切して第１の方向に延びる少なくとも１本の線に関して決定される。
【００１０】
この方法は、さらに、選出パターンの１つ以上の限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）画像を得るステップを含んでいる。パターンの位置を確認するのに使用される倍率は１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るのに使用されるものよりも低い。この方法はＣＤ−ＳＥＭ画像内のパターンに関連するエッジ情報を抽出するステップも含んでいる。エッジ情報は、少なくとも１つの選出パターンの輪郭を含んでいる。
【００１１】
この方法は、さらに、エッジ情報に基づいて各選出パターンのパターン位置重心を計算することにより各半導体デバイス層に対するパターン位置を決定するステップを含んでいる。この方法は、さらに、決定されたパターン位置に基づいて各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算するステップを含んでいる。相対的パターン位置は２次元位置情報を含んでいる。
【００１２】
この方法は各半導体デバイス層間の相対的パターン位置をベクトル形式で出力ディスプレイ装置上に表示し、各半導体デバイス層のパターン位置を各半導体デバイス層間の相対的パターン位置と共に出力ディスプレイ装置上に表示するステップも含んでいる。この方法は、さらに、各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を予め定められた基準値と比較し、相対的パターン位置および予め定められた基準ベクトル間の差が予め定められた許容差を超える場合に通知を出力するステップを含んでいる。
【００１３】
実施例では、ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスにおいて複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定するシステムは画像取得モジュール、画像処理モジュール、ディスプレイ装置、および出力モジュールを含んでいる。画像取得モジュールは各半導体デバイス層に対する複数のパターンを選出して、選出パターンの１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るように構成される。各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成される。パターンの位置を確認するのに使用される倍率は１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るのに使用されるものよりも低い。複数のパターンは半導体デバイスの一部と半導体デバイスに対するコンタクトホールからなる１つ以上のパターンを含んでいる。複数の選出パターンはその少なくとも第１のパターン内のコンタクトホールの対称性に基づいて選出される。複数のパターンは第１のパターンが被さる第２のパターンを含んでいる。コンタクトホールの対称性は第１のパターンを横切して第１の方向に延びる少なくとも１本の線に関して決定される。コンタクトホールは、さらに、第２のパターン内のホールを含んでいる。コンタクトホールの対称性は第１のパターンを横切して第１の方向に延びる線、および第１の線の方向とは異なる第２の方向に延びる第２の線に関して決定される。
【００１４】
画像処理モジュールはＣＤ−ＳＥＭ画像内の選出パターンに関連するエッジ情報を抽出するように構成される。エッジ情報は各選出パターンに対する輪郭を含んでいる。画像処理モジュールは、さらに、エッジ情報に基づいて各選出パターンのパターン位置重心を計算するように構成される。また、画像処理モジュールは計算されたパターン位置重心に基づいて各半導体デバイス層に対するパターン位置を決定するように構成される。画像処理モジュールは、さらに、決定されたパターン位置に基づいて各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算し、かつ各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を予め定められた基準値と比較するように構成される。相対的パターン位置は２次元位置情報を含んでいる。
【００１５】
出力モジュールは相対的パターン位置と予め定められた基準ベクトルとの間の差が予め定められた許容差を超える場合にディスプレイ装置に通知を出力し、かつ各半導体デバイス層に対するパターン位置をベクトル形式の相対的パターン位置と共にディスプレイ装置に出力するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
（図面の簡単な説明）
【図１Ａ】ボックス・イン・ボックス光オーバレイ・ターゲットの例を示す図である。
【図１Ｂ】ＡＩＭ光オーバレイ・ターゲットの例を示す図である。
【図１Ｃ】ブロッサム・光オバーレイ・ターゲットの例を示す図である。
【図１Ｄ】光波散乱計測オーバレイ・ターゲットの例を示す図である。
【図２】半導体ウェーハ上に形成された半導体チップの平面図である。
【図３】二重露光型ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスにおけるさまざまなステップを例示する立面図および対応する平面図である。図である。
【図４】二重露光、二重エッチ型ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスにおけるさまざまなステップを例示する立面図および対応する平面図である。
【図５】オーバレイを測定する１次元線構造を示す図である。
【図６】１つ以上の実施例に従って、パターン・オーバレイを評価する測定システムを示す図である。
【図７】図６の測定システムで使用する画像処理モジュールを示す図である。
【図８】１つ以上の実施例に従って、ＣＤ−ＳＥＭ画像を取得および解析するためのステップを例示するプロセス・フロー図である。
【図９Ａ】基板上に形成された二重パターンの画像を示す図である。
【図９Ｂ】基板上に形成された典型的なパターンの注釈付きＳＥＭ画像を示す図である。
【図９Ｃ】１つ以上の実施例に従って、相対的パターン位置ベクトルの決定を例示する図９Ａの二重パターンを示す図である。
【図９Ｄ】１つ以上の実施例に従って、基準パターン位置ベクトルの決定を例示する図９Ａの二重パターンに対する設計を示す図である。
【図９Ｅ】図９Ｃの相対的パターン位置ベクトルと図９Ｄの基準パターン位置ベクトルを比較するグラフを示す図である。
【図１０Ａ】基板上に形成された二重パターンを示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの二重パターン内の第１のパターンを形成するためのマスクパターンを示す図である。
【図１０Ｃ】第１のパターンのリソグラフィ中にフォーカスが変化することによる第１のパターンのシフトのシミュレーションを示す図である。
【図１１】Ａは基板上に形成された二重パターンを示す図である。Ｂは対称性を有する第１のパターンのリソグラフィ中にフォーカスが変化することによる第１のパターンのシフトのシミュレーションを示す図である。
【図１２】リソグラフィ・フォーカス変化による対称的パターンを有する位置シフトを例示する、基板上に形成された二重パターンを示す図である。
【図１３Ａ】図１２のパターン１２０２ａの位置シフト対リソグラフィック・フォーカスのグラフである。
【図１３Ｂ】図１２のパターン１２０２ｂの位置シフト対リソグラフィック・フォーカスのグラフである。
【図１３Ｃ】第１のパターン対称性に基づく平均化位置シフト対リソグラフィック・フォーカスのグラフである。
【図１４Ａ】第１の軸に関する対称性に基づくオーバレイ測定に対するパターン選出を例示する図である。
【図１４Ｂ】２軸に関する対称性に基づくオーバレイ測定に対するパターン選出を例示する図である。
【図１４Ｃ】２軸に関する対称性に基づくオーバレイ測定に対するマルチパターン選出を例示する図である。
【図１５】１つ以上の実施例に従って、パターン対称性に基づくＣＤ−ＳＥＭＳ画像を取得および解析するためのステップを例示するプロセス・フロー図である。
【図１６Ａ】基板上に形成された明白な対称性の無い二重パターンの視野を例示する図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの二重パターンの視野に関して１８０°の対称性を有するもう１つの視野を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（詳細な説明）
本発明の前述のおよび他の態様、特徴、および利点は好ましい実施例の下記の詳細な説明を、添付図を参照して、読めばより良く理解される。以後、添付図を参照して本発明の実施例を詳細に説明し、同じ参照番号は同じ要素を表す。添付図は縮尺どおりではない。添付するグラフおよび図面に表示されたいかなるデータも例示することだけが目的であって実際のデータを表すものではない。該当する場合、いくつかの特徴は根拠をなす特徴の説明を支援するように例示されてはいない。
【００１８】
さまざまな実施例では、層間のオーバレイの違いを決定するのに光オーバレイ・ターゲットの代わりに実際のデバイス・パターンが使用される。小さな特徴サイズ（たとえば、１００ｎｍ未満）に対して、実際のデバイス・パターンはそのサイズが光学顕微鏡により採用される波長よりも遥かに小さいため光学顕微鏡により観察することはできない。それ故、実際のデバイス・パターンを見るために、光学顕微鏡の代わりにＣＤ−ＳＥＭが使用される。２次電子は撮像面からしかＣＤ−ＳＥＭにより収集することができないため、ＣＤ−ＳＥＭによるオーバレイ測定では両方の層のパターンが撮像面上に現れる必要がある。解析が行われる時に２つの異なる層のパターン特徴が撮像面上にあるため、ダブル・パターニング半導体製造プロセスはＣＤ−ＳＥＭ解析を受けやすい。
【００１９】
ダブル・パターニング・プロセスの例が図３に示されている。例示されたプロセスは二重露光型ダブル・パターニング・プロセスである。最初に、図３の（Ａ）に示すように、その上に第１のパターンを有するマスク３０２が第１のパターンを基板３０６上のフォトレジスト層３０４へ転写するのに使用される。図３の（Ｂ）に示すように、現像されたフォトレジスト層３０８はこうしてその上に第１のパターンを有する。図３の（Ｃ）に示すように、その上に第２のパターンを有するマスク３１０が第２のパターンをフォトレジスト３０８へ転写するのに使用される。図３の（Ｄ）に示すように、その結果、フォトレジスト３１２は第１のパターンと第２のパターンの両方を有する。次に、フォトレジスト３１２はその後の材料追加または削除ステップに対するテンプレートとして使用することができる。
【００２０】
ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスのもう１つの例が図４に示されている。例示されたプロセスは二重露光、二重エッチ型ダブル・パターニング・プロセスである。最初に、図４の（Ａ）に示すように、その上に第１のパターンを有するマスク４０２が第１のパターンを基板４０６上のハードマスク層４０８上のフォトレジスト層４０４へ転写するのに使用される。図４の（Ｂ）に示すように、現像されたフォトレジスト層４１０はこうしてその上に第１のパターンを有する。図４の（Ｃ）に示すように、第１のパターンはパターン化されたフォトレジスト４１０からハードマスク層４０８へ、たとえば、エッチングにより転写される。図４の（Ｄ）に示すように、次に、新しいフォトレジスト層４１６がパターン化されたハードマスク層４１２上に設けられる。図４の（Ｅ）に示すように、その上に第２のパターンを有するマスク４１４が第２のパターンをフォトレジスト４１６へ転写するのに使用される。図４の（Ｆ）に示すように、第２のパターンはパターン化されたフォトレジスト４１８からハードマスク層４１２へ、たとえば、エッチングにより転写される。図４の（Ｇ）に示すように、その結果、ハードマスク層４２０は第１および第２のパターンの両方を有する。次に、ハードマスク層４２０はその後の材料追加または削除ステップに対するテンプレートとして使用することができる。
【００２１】
一般的に、ダブル・パターニング・プロセスは単一層を形成する複数のリソグラフィック・プロセスを使用して特徴密度（ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｎｓｉｔｙ）を高めるのに使用される。このように、パターン転写プロセスに使用されるマスクは比較的大きい特徴間隔を有しているにもかかわらず、デバイス内のパターン特徴間の間隔は効果的に低減される。低減されたパターン間隔に対処する場合、パターン化ステップ間のたとえ僅かなアライメント・エラーであっても第１および第２のパターンの相互配列に影響を及ぼすことがある。このように、従来の光オーバレイ・ターゲットおよびそれらに付随する測定技術はダブル・パターニング・プロセスに必要な許容差を提供するのに不十分なことがある。
【００２２】
ダブル・パターン化された線構造に対して、オーバレイはピッチ測定技術を使用するＣＤ−ＳＥＭにより測定することができる。たとえば、図５はダブル・パターニング・プロセスを使用して形成された線構造の図５００を示す。線５０２は第１のパターンの一部であり、線５０４は第２のパターンの一部である。第１のパターンおよび第２のパターン間のオーバレイ・エラーεは次式に基づいて決定することができ、
【数１】
ここに、ＰＬは線５０２および５０４の各左端間の距離５０６であり、ＰＲは線５０２および５０４の各右端間の距離５０８であり、ＰＤは線５０２および５０４に対するデザインされたハーフピッチである。このようなピッチ測定方法は、単純なライン・アンド・スペース・パターン等の、一次元構造のオーバレイ測定にしか適用することができない。２次元測定構造に対しては、オーバレイは２次元で特徴付けられる必要がある。それ故、ピッチ測定技術は２次元構造に適用できないことがある。
【００２３】
図６はさまざまな実施例に従ったパターン特徴の劣化を評価するための測定システム６００を示す。この測定システム６００はサンプルの微細な特徴を撮像するための顕微鏡を含んでいる。たとえば、この顕微鏡は限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）６０２である。ＣＤ−ＳＥＭ６０２は電子ビーム発生および検出用のさまざまなコンポーネントを有する顕微鏡カラム６０４を含んでいる。電子銃６０８が電子ビーム６１２を発生し、その方向と幅は第１の電磁レンズ６１０、第２の電磁レンズ６１６、および偏向器６１４を使用して制御される。電子ビーム６１２はサンプル６２０上の特定の場所６２２に電子を照射して２次電子６２４を発生させる。
【００２４】
たとえば、ターゲット６２２は半導体ウェーハ上の個別のチップまたはパターンとすることができる。サンプル６２０は顕微鏡ステージ６１８により支持され、それはサンプル６２０の位置を電子ビーム６１２に関して操作する。場所６２２から発せられる２次電子６２４が２次電子検出器６２６により検出される。２次電子６２４はターゲット６２２におけるサンプル６２０の画像を発生するのに使用される。
【００２５】
測定システム６００は画像取得モジュール６０６も含んでいる。画像取得モジュール６０６はＣＤ−ＳＥＭ６０２と一体化することができ、あるいは、プログラムされたコンピュータまたはプロセッサ等のスタンドアロン・コンポーネントとすることができる。画像取得モジュール６０６は、電子銃６０８、電磁レンズ６１０および６１６、偏向器６１４、およびサンプル６２０を撮像する顕微鏡ステージ６１８を含むＣＤ−ＳＥＭ６０２のさまざまなコンポーネントに有効に接続されてそれらを制御する。画像取得モジュール６０６は２次電子検出器６２６から２次電子データを受信し、次に、それは画像を形成するのに使用される。
【００２６】
画像取得モジュール６０６はサンプル６２０上の解析される各半導体デバイス層に対する１つ以上のパターンを撮像するようＣＤ−ＳＥＭ６０２を指示する。たとえば、ＣＤ−ＳＥＭ６０２は第１の、比較的低倍率でサンプル６２０を撮像する。低倍率画像に基づいて、画像取得モジュール６０６はパターンの位置を確認することができる。画像取得モジュール６０６はユーザからの関心のあるパターンの入力を、たとえば、適切な入出力装置を介して受け取ることができる。次に、画像取得モジュール６０６は選出されたパターンの第２の、比較的高倍率の画像を得るようＣＤ−ＳＥＭ６０２を指示する。第２の倍率は第１の倍率よりも大きくすることができる。画像データは適宜、メモリ６２８内に格納することができる。
【００２７】
測定システムは画像処理モジュール６３０も含んでいる。画像処理モジュール６３０は、選出された１つまたは複数のパターンの高倍率画像を含む、画像データをメモリ６２８から受信する。あるいは、画像処理モジュール６３０は画像取得モジュール６０６から直接画像データを受信する。画像データは画像処理モジュール６３０により解析されて、とりわけ、基板上のパターン間のオーバレイを決定する。解析結果はメモリ６２８またはもう１つのメモリ・デバイス（図示せず）内に格納されるか、あるいは、１つ以上の追加コンポーネントへ送信される。
【００２８】
画像処理モジュール６３０は出力モジュール６３２に有効に接続することができる。画像処理モジュール６３０からのオーバレイ・データおよび画像は出力モジュール６３２に伝達することができる。出力モジュール６３２はディスプレイ装置６３４に有効に接続することができる。出力モジュール６３２はディスプレイ装置６３４にその上に表示するオーバレイ測定値を出力することができる。さらに、ディスプレイ装置６３４は、たとえば、オーバレイ・エラーが予め定められた許容差を超えるという表示、パターンの画像、および／またはパターンに対する対称線を表示することもできる。
【００２９】
図６に例示されたさまざまなコンポーネントは別個のコンポーネントとして実施される必要はないことが指摘される。むしろ、画像取得モジュール６０６、画像処理モジュール６３０、メモリ６２８、出力モジュール６３２、およびディスプレイ装置６３４の１つ以上は単一コンピュータまたはプロセッサ６３６として、あるいは、データ送信またはインターフェイス手段を使用して一緒に接続された独立コンピュータまたはプロセッサ等の、一緒に有効に接続された別個のモジュールとして実施することができる。モジュール６０６、６３０、および６３２は、たとえば、半導体製造ライン内の品質管理プロセッサまたはコントローラの一部として、１つ以上の他のモジュールと組み合わせることもできる。同様に、メモリ６２８は複数のメモリ・デバイスへ分離したり、複数のコンポーネント間で共有することができる。
【００３０】
さらに、１つ以上のモジュール６０６、６３０、および６３２をＳＥＭ６０２と一体化することができる。別個のコンポーネントは前述した関連する機能を有して図６に例示されているが、開示された実施例の精神および範囲を逸脱することなく、コンポーネントを追加、省略、または組み合わせることができ、さらに／または機能を追加、省略、またはコンポーネント間で移すことができる。
【００３１】
さらに、モジュール６０６、６３０、６３２、および６３４、および／またはプロセッサ６３６により実行されると、ここに記載された操作をモジュールに実施させるプログラムされた命令のシーケンスを、メモリ６２８を使用して格納することができる。したがって、メモリ６２８はコンピュータまたはプロセッサ読取可能記憶媒体とすることができる。
【００３２】
次に、図７について、画像処理モジュール６３０はさまざまなサブモジュール、たとえば、パターン・エッジ検出モジュール７０２、パターン位置計算モジュール７０４、代表点計算モジュール７０６、ベクトル計算モジュール７０８、ベクトル平均計算モジュール７１２、および相対的パターン比較モジュール７１０、を含むことができる。パターン・エッジ検出モジュール７０２はサンプル６２０上に形成された関心のある各層に対する選出パターンの１つ以上の画像７００を受信する。
【００３３】
パターン・エッジ検出モジュール７０２は画像７００を受信して画像内の選出パターンに関連するエッジ情報を抽出するように処理する。たとえば、エッジ情報は各パターン・エッジの輪郭を含むことができる。パターン・エッジ検出モジュール７０２はエッジ情報をパターン位置計算モジュール７０４へ伝達し、それはエッジ情報を使用して各選出パターンの位置を決定する。たとえば、パターン位置計算モジュール７０４はエッジ情報に基づいて各選出パターンに対する重心を決定する。このように、重心は各層内のパターンの場所を表すことができる。
【００３４】
代表点計算モジュール７０６はパターン位置計算モジュール７０４から各選出パターンの位置情報を受信する。特定の層に関連づけられた各選出パターンに対する位置情報を使用して、代表点計算モジュール７０６は、ここに詳細に検討されているように、特定の層の位置を決定する。たとえば、代表点計算モジュール７０６は層に関連づけられた個別の選出パターン位置の座標を平均して１つのＣＤ−ＳＥＭ画像内の層に対する代表点を決定する。代表点計算モジュール７０６は解析される各層に対する代表点を決定する。ダブル・パターニング・プロセスの場合、２つの層を同時に撮像することができ、２つの層の各々に対してＣＤ−ＳＥＭ画像内のそれぞれのパターンに基づいて代表点が決定される。
【００３５】
代表点はベクトル計算モジュール７０８へ送られる。ベクトル計算モジュール７０８は層の位置を比較して層の相対的位置を決定するようにデザインされる。たとえば、ベクトル計算モジュール７０８は層に対する代表点間を延びる１つ以上のベクトルを計算する。相対的パターン比較モジュール７１０がベクトル計算モジュール７０８から得られたベクトルをデザインまたはシミュレートされた値と比較して層間のオーバレイおよび理想値からの任意の逸脱を決定する。オーバレイがオーバレイ・エラーバジェットの範囲外へ逸脱する場合、ユーザへエラー表示を出力することができる。層オーバレイおよび／またはエラー・インジケータとは出力モジュール、ディスプレイ装置、または半導体デバイス製造プロセス内の他のモジュール等の出力７１４を介して通信することができる。
【００３６】
次に、図８には１つ以上の実施例に従ってＣＤ−ＳＥＭ画像を取得および解析するためのプロセス・フロー図が示されている。このプロセスは８０２において開始されステップ８０４へ進む。ステップ８０４において、基板上に形成された構造がパターンの位置を確認するために第１の低倍率で撮像される。１つまたは複数の低倍率画像に基づいて、さらに解析するためのパターンのサンプルを選出することができる。この手順は飛ばすことができるが、ステップ８０６においてパターンを選出する際に低倍率を使用してパターンの位置を確認するのが有利なこともある。
【００３７】
次に、プロセスはステップ８０６に進む。ステップ８０６において、各層に対する１つ以上の選出パターンに対して１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像が得られる。たとえば、ダブル・パターニング・プロセスにおいて形成されたパターンの画像９００が図９Ａに示されている。パターン９０２は第１の層内に形成されパターン９０４は第２の層内に形成される。
【００３８】
ＣＤ−ＳＥＭ画像は第２の倍率で得られ、それは第１の倍率よりも大きくすることができる。第２の倍率で関心のある全域の撮像を可能にするには複数のＣＤ−ＳＥＭ画像を必要とすることがある。さらに、いくつかの応用では、第１および第２の倍率は同じとなることがある。
【００３９】
次に、プロセスはステップ８０８へ進む。ステップ８０８において、取得された画像内の選出パターンの全てまたは一部だけのエッジが、たとえば、限界寸法計測（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）に対する従来の画像処理技術を使用して検出される。図９Ｂは半導体デバイス層内のコンタクトホール・パターンのＳＥＭ画像を示す。パターンのエッジ９０８を突き止めるのに画像処理技術が使用される。
【００４０】
再び図８を参照して、プロセスはステップ８１０に進む。ステップ８１０において、検出されたエッジ・データを使用して取得された画像内の個別パターンの位置が計算される。たとえば、パターンのエッジ上にある点の座標を平均して各パターンの位置が決定される。他の例では、パターンに対するエッジ・データに適合される数学関数に基づいてパターンの中心を計算することができる。図９Ｂを参照して、パターンの中心９１０を決定するのにパターン・エッジ９０８が使用される。あるいは、パターン・エッジ９０８を使用せずにパターンの中心９１０を決定するのに他の画像処理技術を利用することができる。
【００４１】
再び図８について、プロセスはステップ８１２に進み、そこで取得された画像内の各パターンの位置に基づいて各層に対する代表点が計算される。取得された画像内の１つの層に属する全てのまたは選出されたパターンの位置は、これらのパターンに基づいてその層に対する代表点を計算することによりその層の位置を定義する。たとえば、層に対する代表点は選出された全てのパターン位置の全ての座標の平均であるか、あるいは、選出パターンに対して決定された中心に対する座標の平均である。
【００４２】
図９Ｃに示すように、ウィンドウ９１６内のパターンの一部が解析のために選出される。第１の層内に形成されたパターン９０２の中心は代表的な層の点９２２を決定するのに使用される。点９２２は、たとえば、全ての選出されたパターン位置の全ての座標を平均して決定することができる。同様に、第２の層内に形成されたパターン９０４の中心は代表的な層の点９２４を決定するのに使用される。点９２４は、たとえば、全ての選出されたパターン位置の全ての座標を平均して決定することができる。
【００４３】
再び図８について、次にプロセスはステップ８１４に進む。ステップ８１４において、層の相対的位置を決定するために相対的位置ベクトルが計算される。たとえば、相対的位置ベクトルはダブル・パターニング・プロセスにおいて各層の層位置を使用して決定される。図９Ｃにおいて、相対的位置ベクトル９１８は第１の層に対する代表点９２２と第２の層に対する代表点９２４との間を延びている。
【００４４】
次に、プロセスはステップ８１６に進む。ステップ８１６において、決定された相対的位置ベクトルは予め定められた基準値と比較される。たとえば、相対的位置ベクトルは計算されたまたはシミュレートされた基準ベクトルと比較される。計算された基準ベクトルは層に対するデザイン・レイアウトに基づくことができる。シミュレートされた基準ベクトルはシミュレートされた輪郭に基づくことができる。図９Ｄは第１および第２の層間の基準ベクトルを計算する例を示している。視野９２６は図９Ｃの選出部９１６に対するデザイン・レイアウトを表す。デザインされた第１の層上のパターン９３２は代表点９４２を生じ、デザインされた第２の層上のパターン９３４は代表点９４４を生じる。基準ベクトル９２８は代表点９４２および代表点９４４間を延びている。こうして、基準ベクトル９２８は第１および第２の層間のデザインされた相対的方位を示す。
【００４５】
ステップ８１６において考えられる比較は、たとえば、ベクトル比較の形をとることができる。このような比較は各ベクトルの方向および大きさに基づくことができる。図９Ｅのグラフを参照して、基準ベクトル９２８および相対的位置ベクトル９１８は並んで示されている。相対的位置ベクトル９１８の大きさは始点９１８ａおよび端点９１８ｂの座標に基づいて決定される。相対的位置ベクトル９１８の方向はｘ−軸に関する角度９１８ｃに基づいて決定される。同様に、基準位置ベクトル９２８の大きさは始点９２８ａおよび端点９２８ｂの座標に基づいて決定される。基準位置ベクトル９２８の方向はｘ−軸に対する角度９２８ｃに基づいて決定される。層間のオーバレイはベクトルの大きさおよび方向の比較に基づいて決定することができる。ベクトルに対する始点および端点は各層に対する各代表点に対応することに注意されたい。他の比較方法も考えられる。たとえば、ベクトルのｘおよびｙ成分のベクトル減算や比較を使用することができる。
【００４６】
図８に戻って、次に、プロセスはステップ８１８に進む。相対的位置ベクトルと基準ベクトル間の差が予め定められた許容差よりも大きいと決定されると、プロセスはステップ８２０に進み、そこで相対的位置ベクトルおよびオーバレイ・エラーが許容範囲外である表示が表示される。相対的位置ベクトルと基準ベクトル間の差が予め定められた許容差よりも小さいと決定されると、プロセスはステップ８２２に進み、そこで相対的位置ベクトルが表示される。こうして、プロセスはステップ８２４で終る。
【００４７】
図１０Ａに、ダブル・パターニング・プロセスにおいて形成されたパターンの画像が示されている。パターン１００２は第１の層内に形成され、パターン１００４は第２の層内に形成される。オーバレイを決定するパターン解析のために視野１００６が選択される。図１０Ｂは選択視野１００６に対する第１のパターン１００８のデザインされた場所を示す。図１０Ｃは異なるリソグラフィック・フォーカスにおいて図１０Ｂの領域１０１０内の形成されたパターンに対するシミュレーション結果を示す。理想的なリソグラフィック・フォーカスにおいて、パターン１０１２が形成される。しかしながら、リソグラフィック・フォーカスが変化すると、パターンの形状はパターン１０１４で示すように変化する。パターン形状のこの変更により、矢符１０１６ａおよび１０１６ｂで示すような、パターン位置シフトが生じ、それは層に対する代表点の正確な決定およびその後のオーバレイ測定に悪影響を及ぼすことがある。
【００４８】
このように、パターンのシフトを生じる、プロセス変動はオーバレイ測定の正確さおよび／または精度に影響を及ぼすことがある。プロセス変動に対応するために、オーバレイ測定検討のためのパターン選出はパターン対称性を利用することができる。１つ以上の軸に関する対称的パターン・サンプリングを適用することにより、これらの体系的な位置シフトの影響を低減することができ、かつ／または無くすことができる。たとえば、ダブル・パターニング・プロセスにおいて形成されるパターンが図１１のＡに示されている。図１１のＢは異なる視野に対するシミュレーション結果を示している。図からお判りのように、視野（ａ）の変動方向はリソグラフィック・フォーカスが変化する視野（ｂ）の変動とは反対方向に進む。オーバレイ解析のために（ａ）および（ｂ）の両方を含むように画像および／またはパターンを選出することにより、リソグラフィック・フォーカスによる変動を最小限に抑えることができる。リソグラフィ近接効果によるデザインされたまたはシミュレートされた値からの位置シフトは、たとえ最善または最適光学フォーカスにおいても、オーバレイ測定の正確さおよび／または精度にやはり影響を及ぼすことがある。この近接効果による変動も開示されたパターン対称性技術を使用して最小限に抑えることができる。
【００４９】
次に、図１２にはダブル・パターニング・プロセスにおいて形成されたパターンの画像が示されている。パターン１２０２は第１の層内に形成され、パターン１２０４は第２の層内に形成される。パターン１２０２は対称性のそれぞれの軸を有する。このように、パターン１２０２ａは軸１２０６に関してパターン１２０２ｂのミラーイメージである。図１３Ａはリソグラフィック・フォーカスに変化のあるパターン１２０２ａの位置変動を示す。図１３Ｂはリソグラフィック・フォーカスに変化のあるパターン１２０２ｂの位置変動を示す。図１３Ａ−１３Ｂに例示されているように、パターン１２０２ａおよび１２０２ｂの位置変動はリソグラフィック・フォーカス変化に関して反対方向である。パターン１２０２ａおよび１２０２ｂ解析の位置を結合することにより、リソグラフィック・フォーカス変化による変動を最小限に抑えることができる。たとえば、パターン１２０２ａおよび１２０２ｂの位置を平均することにより図１３Ｃのグラフが得られる。図からお判りのように、リソグラフィック・フォーカス変化に関して位置の最小シフトが生じる。したがって、層の位置はプロセス変動により影響されない。
【００５０】
図１４Ａ−１４Ｃはパターン対称性を考慮したパターン・サンプルの選出例を示している。パターン１４０４は第１の層内に形成され、パターン１４０６は第２の層内に形成される。図１４Ａのパターン選出１４０２は第１のパターンを横切して延びる単一軸１４０８に関して対称性を有する。これに比べて、図１４Ｂのパターン選出１４１２は第１の軸１４０８および第１の軸１４０８に直交する第２の軸１４１０に対して対称性を有する。２軸対称性を有する視野の選出は２次元のプロセス変動を補償する。
【００５１】
パターン対称性に基づいて複数の画像を選出することもできる。このような方法はパターンの対称性が画像の視野を超えて延びる時に必要となることがある。図１４Ｃに示すように、第１の画像１４１４は単一軸１４０８に関して対称性を有し、第２の画像１４１６も軸１４０８に関して対称性を有する。しかしながら、２つの画像は共に第２の直交軸１４１０に関して対称的である。
【００５２】
次に、図１５に１つ以上の実施例に従って対称性に基づいてＣＤ−ＳＥＭ画像を取得し解析するためのプロセス・フロー図を示す。プロセスは１５０２で開始してステップ１５０４に進む。ステップ１５０４において、基板上に形成された構造がパターンの位置を確認するために第１の低倍率で撮像される。低倍率画像に基づいて、パターンのサンプルをさらなる解析のために選出することができる。この手順は飛ばすことができるが、ステップ１５０６のパターン選出において低倍率を使用してパターン位置を確認するのが有利なことがある。
【００５３】
次に、プロセスはステップ１５０６に進む。ステップ１５０６において、各層に対する１つ以上の選出パターンに対して１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像が得られる。ＣＤ−ＳＥＭ画像は第２の倍率で得られ、それは第１の倍率よりも大きくすることができる。関心のある全体デバイス構造領域を第２の倍率で撮像するには複数のＣＤ−ＳＥＭ画像を必要とすることがある。いくつかの応用では、第１および第２の倍率は同じであることも考えられる。
【００５４】
次に、プロセスはステップ１５０８に進む。ステップ１５０８において、取得された画像内の選出パターンの全てのまたは一部だけのエッジが、たとえば、限界寸法計測に対する従来の画像処理技術を使用して検出される。プロセスはステップ１５１０に進む。ステップ１５１０において、検出されたデータは取得された画像内の個別のパターンの位置を計算するのに使用される。
【００５５】
次に、プロセスはステップ１５１２に進み、そこで取得された画像内の各パターンの位置に基づいて各層に対する代表点が計算される。取得された画像内の１つの層に属する全パターンまたは選出パターンの位置は、これらのパターンに基づいてその層に対する代表位置を計算することによりその層の位置を定義する。
【００５６】
次に、プロセスはステップ１５１４に進む。ステップ１５１４において、代表位置に基づいて相対的位置ベクトルが計算される。次に、プロセスはステップ１５１６に進む。ステップ１５１６において、相対的位置ベクトルは予め定められた基準ベクトルと比較され、相対的位置ベクトルと基準位置ベクトル間の差としてオーバレイ・エラー・ベクトルが計算される。たとえば、相対的位置ベクトルは計算されたまたはシミュレートされた基準ベクトルと比較される。計算された基準ベクトルは層に対するデザイン・レイアウトに基づくことができる。シミュレートされた基準ベクトルはシミュレートされた輪郭に基づくことができる。
【００５７】
プロセスはステップ１５１８に進む。プロセス変動を補償するために、基板上に形成された対称的パターン構造に対するオーバレイ・エラー・ベクトルの平均が計算される。たとえば、画像処理モジュール６３０のベクトル平均計算モジュール７１２がこのような平均を決定することができる。
【００５８】
次に、プロセスはステップ１５２０に進む。オーバレイ・エラーは予め定められた許容差よりも大きいと決定されると、プロセスはステップ１５２２に進み、そこで相対的位置ベクトルおよびオーバレイ・エラーは許容範囲外であるという表示が表示される。オーバレイ・エラーは予め定められた許容差よりも小さいと決定されると、プロセスはステップ１５２４に進み、そこで相対的位置ベクトルが表示される。こうして、プロセスはステップ１５２６で終る。
【００５９】
対称性を考慮するパターン選出のもう１つの例が図１６Ａ−Ｂに示されている。図１６Ａは明らかなパターン対称性の無い画像１６０２の例を示す。パターン１６０６は第１の層内に形成され、パターン１６０８は第２の層内に形成される。画像１６０２内には明らかなパターン対称性は無いが、基板上のもう１つの場所は画像１６０２に関して１８０°対称性を有することができる。たとえば、図１６Ｂの画像１６０４は図１６Ａの画像１６０２に対して１８０°パターン対称性（たとえば、反転されフリップされる）を有する。オーバレイ測定解析において両方の画像を利用することにより、リソグラフィック・フォーカス変化による位置変動を補償することができる。
【００６０】
ここに開示されている技術は任意のパターンまたは特徴に適用することができる。たとえば、パターンはコンタクトホール等の孔とすることができる。また、パターンは活性層、ゲート層、または配線層上の特徴とすることができる。たとえば、オーバレイ測定はゲート層内のパターン特徴と活性層内のパターン特徴間で決定することができる。
【００６１】
ここに記述されたシステムおよび方法は内部に単一パターンを有する層にも適用することができる。たとえば、第１の層は単一コンタクトホール等の単一パターンを含むことができ、第２の層はコンタクトホールのアレイ等の１つ以上のパターンを含むことができる。
【００６２】
ここに記述されたシステムおよび方法は単一層内の相対的位置測定にも適用することができる。たとえば、開示された技術を使用して、リソグラフィ・フォーカス・オフセット等の、プロセス状態変動によって決まる個別の特徴の相対的位置シフトを評価することができる。
【００６３】
さらに、ここに記述されたシステムおよび方法はダブル・パターニング・プロセスに限定されるものではない。二重、三重、および四重のプロセスを含むマルチ・パターニング・プロセスも開示された技術の恩恵を受ける。さらに、ここに記述されたシステムおよび方法はマルチ・パターニング・プロセス以外のプロセスを介して形成された層間の相対的位置測定にも適用することができる。両方の層のパターンが撮像面上に現れる限り、開示された技術および実施例は適用することができる。
【００６４】
ここに記述された実施例は本発明の原理とその実際的な応用を最も良く例示して、当業者ならば本発明を利用できるようにするために選択されている。特定の用途に応じたさまざまな修正を有するさまざまな実施例が考えられる。したがって、本発明の範囲は添付特許請求の範囲およびそれに相当するものによって規定される。
【符号の説明】
【００６５】
２００ ウェーハのセクション
２０２ 半導体チップ
２０４ 回路ブロック
２０６ 光オーバレイ・ターゲット
２０８ ダイシング・レーン
３０２、３１０、４０２、４１４ マスク
３０４、４０４ フォトレジスト層
３０６、４０６ 基板
３０８、４１０ 現像されたフォトレジスト層
３１２ フォトレジスト
４０８、４１２、４２０ ハードマスク層
４１０、４１８ パターン化されたフォトレジスト
４１６ 新しいフォトレジスト層
５００ 線構造
５０２、５０４ 線
５０６、５０８ 距離
６００ 測定システム
６０２ 限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）
６０４ 顕微鏡カラム
６０６ 画像取得モジュール
６０８ 電子銃
６１０、６１６ 電磁レンズ
６１２ 電子ビーム
６１４ 偏向器
６１８ 顕微鏡ステージ
６２０ サンプル
６２２ ターゲット
６２４ ２次電子
６２６ ２次電子検出器
６２８ メモリ
６３０ 画像処理モジュール
６３２ 出力モジュール
６３４ ディスプレイ装置
６３６ プロセッサ
９００、１６０２、１６０４ 画像
９０２、９０４、９３２、９３４、１００２、１００４、１００８、１０１２、１０１４、１２０２、１２０４、１２０２ａ、１２０２ｂ、１４０４、１４０６、１６０６、１６０８ パターン
９０８ エッジ
９１０ パターン中心
９１６ ウィンドウ
９１８ 相対的位置ベクトル
９１８ａ、９２８ａ 始点
９１８ｂ、９２８ｂ 端点
９１８ｃ、９２８ｃ 角度
９２２、９２４、９４２、９４４ 代表点
９２６、１００６ 視野
９２８ 基準位置ベクトル
１０１０ 領域
１０１６ａ、１０１６ｂ パターン位置シフト
１２０６ 対称軸
１４０２、１４１２ パターン選出
１４０８ 第１の一軸
１４１０ 第２の軸
１４１４ 第１の画像
１４１６ 第２の画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定する方法であって、
各半導体デバイス層に対する１つ以上のパターンを選出するステップと、
前記選出パターンの１つ以上の限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）画像を取得するステップと、
前記取得したＣＤ−ＳＥＭ画像に基づいて前記各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算するステップと、を含み、
前記各半導体デバイス層は１つ以上のパターンを含み、
前記１つ以上の選出パターンは少なくとも１つの前記各半導体デバイス層内の前記パターンの線対称性または点対称性に基づいて選出される方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記選出ステップは、さらに、
仮想ｘ軸および仮想ｙ軸を選出するステップを含み、各半導体デバイス層に対する前記選出パターンは前記仮想ｘ軸およびｙ軸に関して線対称とされる方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記計算ステップは、さらに、
前記ＣＤ−ＳＥＭ画像内の前記選出パターンに関連するエッジ情報を抽出するステップと、
前記エッジ情報に基づいて、前記複数の半導体デバイス層の各々のパターン位置を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記パターン位置決定ステップは、さらに、
前記エッジ情報に基づいて、前記各選出パターンに対するパターン位置重心を計算するステップを含む方法。
【請求項５】
請求項３記載の方法であって、前記エッジ情報は前記選出パターンの少なくとも１つの輪郭を表わす方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記相対的パターン位置をベクトル形式で出力ディスプレイ装置上に表示するステップを含む方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、さらに、
前記各半導体デバイス層のパターン位置を前記相対的パターン位置と共に出力ディスプレイ装置上に表示するステップを含む方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、前記各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成される方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、前記相対的パターン位置は２次元位置情報を含む方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、前記１つ以上のパターンは半導体デバイスの一部を含む方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、前記１つ以上のパターンは半導体デバイスに対するコンタクトホールを含む方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、前記１つ以上のパターンは半導体デバイスのゲートを含む方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記相対的パターン位置を予め定められた基準位置と比較するステップと、
前記相対的パターン位置と前記予め定められた基準位置との間の差が予め定められた許容差を超える場合に通知を出力するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法であって、前記パターンの前記位置を確認するのに使用される倍率は前記１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るために使用されるものよりも低い方法。
【請求項１５】
ダブル・パターニング半導体製造プロセスにおいて複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定する方法であって、
各半導体デバイス層に対する複数のパターンを選出するステップと、
前記選出パターンの１つ以上の限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）画像を得るステップと、
前記ＣＤ−ＳＥＭ画像内の前記パターンに関連するエッジ情報を抽出するステップであって、前記エッジ情報は前記選出パターンの少なくとも１つの輪郭を含むステップと、
前記エッジ情報に基づいて前記各選出パターンのパターン位置重心を計算することにより、前記各半導体デバイス層に対するパターン位置を決定するステップと、
前記決定されたパターン位置に基づいて前記各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算するステップと、
出力ディスプレイ装置上に各半導体デバイス層の前記相対的パターン位置をベクトル形式で表示するステップと、
前記出力ディスプレイ装置上に前記各半導体デバイス層の前記パターン位置を各半導体デバイス層間の前記相対的パターン位置と共に表示するステップと、
前記各半導体デバイス層間の前記相対的パターン位置を予め定められた基準値と比較するステップと、
前記相対的パターン位置と前記予め定められた基準値との間の差が予め定められた許容差を超える場合は通知を出力するステップと、を含み、
前記複数のパターンは半導体デバイスに対するコンタクトホールを含み、
前記各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成され、
前記パターンの前記位置を確認するのに使用される倍率は前記１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るために使用されるものよりも低く、
前記相対的パターン位置は２次元の位置情報を含み、かつ、
前記複数の選出パターンはその少なくとも第１のパターン内の前記コンタクトホールの対称性に基づいており、コンタクトホールの前記対称性は前記第１のパターンを横切する第１の方向に延びる少なくとも１本の線に関して決定される方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
前記複数のパターンは前記半導体デバイスの一部からなる１つ以上のパターンを含み、
前記複数のパターンは前記第１のパターンを被せた第２のパターンを含み、
前記コンタクトホールは、さらに、前記第２のパターン内の孔を含む方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、
コンタクトホールの前記対称性は前記第１のパターンを横切する前記第１の方向に延びる前記線、および前記第１の線の方向とは異なる第２の方向に延びる第２の線に関して決定される方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、
前記第２の線は少なくとも前記第１のパターンおよび前記第２のパターンを横切する前記第２の方向に延びる方法。
【請求項１９】
ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスにおいて複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定するシステムであって、
各半導体デバイス層に対する複数のパターンを選出し、かつ前記選出パターンの１つ以上の限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）画像を得るように構成された画像取得モジュールと、
画像処理モジュールであって、
前記ＣＤ−ＳＥＭ画像内の前記選出パターンに関連するエッジ情報
であって、前記各選出パターンに対する輪郭からなるエッジ情報を抽出し、
前記エッジ情報に基づいて前記選出パターンのパターン位置重心を計算し、
前記計算されたパターン位置重心に基づいて、前記各半導体デバイス層に対するパターン位置を決定し、
前記決定されたパターン位置に基づいて、前記各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算し、
前記各半導体デバイス層間の前記相対的パターン位置を予め定められた基準値と比較するように構成された画像処理モジュールと、
ディスプレイ装置と、
出力モジュールであって、
前記相対的パターン位置と前記予め定められた基準値との間の差が予め定められた許容差を超える場合に前記ディスプレイ装置に通知を出力し、かつ、
前記各半導体デバイス層に対する前記パターン位置をベクトル形式の前記相対的パターン位置と共に前記ディスプレイ装置に出力するように構成された出力モジュールと、を含み、
前記複数のパターンは半導体デバイスに対するコンタクトホールを含み、
前記各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成され、
前記複数のパターンの前記位置を確認するのに使用された倍率は前記１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るのに使用された倍率よりも低く、
前記相対的パターン位置は２次元位置情報を含み、
前記複数の選出パターンはその少なくとも第１のパターン内の前記コンタクトホールの対称性に基づいて選出され、コンタクトホールの前記対称性は前記第１のパターンを横切する第１の方向に延びる少なくとも１本の線に関して決定され、
前記複数のパターンは前記半導体デバイスの一部からなる１つ以上のパターンを含み、
前記複数のパターンは前記第１のパターンを被せた第２のパターンを含み、
前記コンタクトホールは、さらに、前記第２のパターン内の孔を含み、
コンタクトホールの前記対称性は前記第１のパターンを横切する前記第１の方向に延びる前記線、および前記第１の線の方向とは異なる第２の方向に延びる第２の線に関して決定されるシステム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムであって、前記画像取得モジュールおよび前記画像処理モジュールの少なくとも１つはＣＤ−ＳＥＭシステムの一部であるシステム。
【請求項１】
複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定する方法であって、
各半導体デバイス層に対する１つ以上のパターンを選出するステップと、
前記選出パターンの１つ以上の限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）画像を取得するステップと、
前記取得したＣＤ−ＳＥＭ画像に基づいて前記各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算するステップと、を含み、
前記各半導体デバイス層は１つ以上のパターンを含み、
前記１つ以上の選出パターンは少なくとも１つの前記各半導体デバイス層内の前記パターンの線対称性または点対称性に基づいて選出される方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記選出ステップは、さらに、
仮想ｘ軸および仮想ｙ軸を選出するステップを含み、各半導体デバイス層に対する前記選出パターンは前記仮想ｘ軸およびｙ軸に関して線対称とされる方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記計算ステップは、さらに、
前記ＣＤ−ＳＥＭ画像内の前記選出パターンに関連するエッジ情報を抽出するステップと、
前記エッジ情報に基づいて、前記複数の半導体デバイス層の各々のパターン位置を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記パターン位置決定ステップは、さらに、
前記エッジ情報に基づいて、前記各選出パターンに対するパターン位置重心を計算するステップを含む方法。
【請求項５】
請求項３記載の方法であって、前記エッジ情報は前記選出パターンの少なくとも１つの輪郭を表わす方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記相対的パターン位置をベクトル形式で出力ディスプレイ装置上に表示するステップを含む方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、さらに、
前記各半導体デバイス層のパターン位置を前記相対的パターン位置と共に出力ディスプレイ装置上に表示するステップを含む方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、前記各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成される方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、前記相対的パターン位置は２次元位置情報を含む方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、前記１つ以上のパターンは半導体デバイスの一部を含む方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、前記１つ以上のパターンは半導体デバイスに対するコンタクトホールを含む方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、前記１つ以上のパターンは半導体デバイスのゲートを含む方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記相対的パターン位置を予め定められた基準位置と比較するステップと、
前記相対的パターン位置と前記予め定められた基準位置との間の差が予め定められた許容差を超える場合に通知を出力するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法であって、前記パターンの前記位置を確認するのに使用される倍率は前記１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るために使用されるものよりも低い方法。
【請求項１５】
ダブル・パターニング半導体製造プロセスにおいて複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定する方法であって、
各半導体デバイス層に対する複数のパターンを選出するステップと、
前記選出パターンの１つ以上の限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）画像を得るステップと、
前記ＣＤ−ＳＥＭ画像内の前記パターンに関連するエッジ情報を抽出するステップであって、前記エッジ情報は前記選出パターンの少なくとも１つの輪郭を含むステップと、
前記エッジ情報に基づいて前記各選出パターンのパターン位置重心を計算することにより、前記各半導体デバイス層に対するパターン位置を決定するステップと、
前記決定されたパターン位置に基づいて前記各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算するステップと、
出力ディスプレイ装置上に各半導体デバイス層の前記相対的パターン位置をベクトル形式で表示するステップと、
前記出力ディスプレイ装置上に前記各半導体デバイス層の前記パターン位置を各半導体デバイス層間の前記相対的パターン位置と共に表示するステップと、
前記各半導体デバイス層間の前記相対的パターン位置を予め定められた基準値と比較するステップと、
前記相対的パターン位置と前記予め定められた基準値との間の差が予め定められた許容差を超える場合は通知を出力するステップと、を含み、
前記複数のパターンは半導体デバイスに対するコンタクトホールを含み、
前記各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成され、
前記パターンの前記位置を確認するのに使用される倍率は前記１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るために使用されるものよりも低く、
前記相対的パターン位置は２次元の位置情報を含み、かつ、
前記複数の選出パターンはその少なくとも第１のパターン内の前記コンタクトホールの対称性に基づいており、コンタクトホールの前記対称性は前記第１のパターンを横切する第１の方向に延びる少なくとも１本の線に関して決定される方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
前記複数のパターンは前記半導体デバイスの一部からなる１つ以上のパターンを含み、
前記複数のパターンは前記第１のパターンを被せた第２のパターンを含み、
前記コンタクトホールは、さらに、前記第２のパターン内の孔を含む方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、
コンタクトホールの前記対称性は前記第１のパターンを横切する前記第１の方向に延びる前記線、および前記第１の線の方向とは異なる第２の方向に延びる第２の線に関して決定される方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、
前記第２の線は少なくとも前記第１のパターンおよび前記第２のパターンを横切する前記第２の方向に延びる方法。
【請求項１９】
ダブル・パターニング半導体デバイス製造プロセスにおいて複数の半導体デバイス層の相対的位置を測定するシステムであって、
各半導体デバイス層に対する複数のパターンを選出し、かつ前記選出パターンの１つ以上の限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）画像を得るように構成された画像取得モジュールと、
画像処理モジュールであって、
前記ＣＤ−ＳＥＭ画像内の前記選出パターンに関連するエッジ情報
であって、前記各選出パターンに対する輪郭からなるエッジ情報を抽出し、
前記エッジ情報に基づいて前記選出パターンのパターン位置重心を計算し、
前記計算されたパターン位置重心に基づいて、前記各半導体デバイス層に対するパターン位置を決定し、
前記決定されたパターン位置に基づいて、前記各半導体デバイス層間の相対的パターン位置を計算し、
前記各半導体デバイス層間の前記相対的パターン位置を予め定められた基準値と比較するように構成された画像処理モジュールと、
ディスプレイ装置と、
出力モジュールであって、
前記相対的パターン位置と前記予め定められた基準値との間の差が予め定められた許容差を超える場合に前記ディスプレイ装置に通知を出力し、かつ、
前記各半導体デバイス層に対する前記パターン位置をベクトル形式の前記相対的パターン位置と共に前記ディスプレイ装置に出力するように構成された出力モジュールと、を含み、
前記複数のパターンは半導体デバイスに対するコンタクトホールを含み、
前記各半導体デバイス層は異なるマスクを使用して形成され、
前記複数のパターンの前記位置を確認するのに使用された倍率は前記１つ以上のＣＤ−ＳＥＭ画像を得るのに使用された倍率よりも低く、
前記相対的パターン位置は２次元位置情報を含み、
前記複数の選出パターンはその少なくとも第１のパターン内の前記コンタクトホールの対称性に基づいて選出され、コンタクトホールの前記対称性は前記第１のパターンを横切する第１の方向に延びる少なくとも１本の線に関して決定され、
前記複数のパターンは前記半導体デバイスの一部からなる１つ以上のパターンを含み、
前記複数のパターンは前記第１のパターンを被せた第２のパターンを含み、
前記コンタクトホールは、さらに、前記第２のパターン内の孔を含み、
コンタクトホールの前記対称性は前記第１のパターンを横切する前記第１の方向に延びる前記線、および前記第１の線の方向とは異なる第２の方向に延びる第２の線に関して決定されるシステム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムであって、前記画像取得モジュールおよび前記画像処理モジュールの少なくとも１つはＣＤ−ＳＥＭシステムの一部であるシステム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−１４２３２１（Ｐ２０１１−１４２３２１Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−２９０４１３（Ｐ２０１０−２９０４１３）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０４１３（Ｐ２０１０−２９０４１３）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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