JP2012021832A - Image data analysis device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image data analysis device with which image processing conditions (threshold value or the like) enabling desired pattern edges with good reproductivity can be easily obtained by using image data obtained by using a scanning type microscope (CD-SEM) even if the patterns change structures in a height direction.SOLUTION: In an image data analysis device having a recording device 504, a processing part 503 and a display part 502, the processing part 503 displays a graph showing a relationship between noise and an edge roughness after removal of the noise, and a threshold value by using image data recorded in the recording device 504, and a threshold value for determining an edge obtained from the graph on the display part 502.

Description

本発明は走査型顕微鏡を用いて取得したデータを解析する画像データ解析装置に関する。   The present invention relates to an image data analysis apparatus that analyzes data acquired using a scanning microscope.

半導体や記録媒体などの産業では、パターンの形状計測に、主として測長機能を有する走査型電子顕微鏡、即ちCD−SEM(Critical Dimension Scanning Electron Microscope)が用いられている。CD−SEMでは基板上のパターンを上面から観察し、二次元的な画像を得ることができる(例えば、特許文献1、2や非特許文献1、2等)。   In industries such as semiconductors and recording media, a scanning electron microscope having a length measuring function, that is, a CD-SEM (Critical Dimension Scanning Electron Microscope) is mainly used for pattern shape measurement. In the CD-SEM, a pattern on a substrate can be observed from the upper surface, and a two-dimensional image can be obtained (for example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2).

パターン加工寸法の微細化に伴って、CD−SEM画像から、パターン形状を正確に把握する必要が高まっている。パターン形状の評価は、ラインパターンであればライン幅、真円パターンであれば円の半径ないし直径、楕円パターンであれば長径と短径など、パターンの代表寸法の計測が主流であるが、近年これらの計測への要求精度(再現性)は非常に高くなってきた。さらにパターン輪郭即ち局所的なエッジ点の集合そのものも、直接解析されるようになりつつあるが、これらをCD−SEM画像から取り出す際にも、再現性の高さが要求される。なぜならば、これらのパターン検査において再現性が低いと、検査の信頼性が低くなり、結果的に半導体(ないし記録媒体などの)製造ラインの歩留まりが悪化するからである。   With the miniaturization of pattern processing dimensions, the need to accurately grasp the pattern shape from the CD-SEM image is increasing. For pattern shape evaluation, measurement of typical dimensions of the pattern, such as line width for line patterns, radius or diameter of circles for perfect circle patterns, major axis and minor axis for ellipse patterns, etc. has been the mainstream, but in recent years The required accuracy (reproducibility) for these measurements has become very high. Furthermore, pattern contours, that is, a set of local edge points themselves are being directly analyzed, but high reproducibility is also required when these are extracted from a CD-SEM image. This is because if the reproducibility is low in these pattern inspections, the reliability of the inspection is low, and as a result, the yield of a semiconductor (or recording medium) production line deteriorates.

一方、パターンのエッジ位置やその集合から得られるパターン寸法は、エッジをどう定義したか、に大きく依存する。例えば、CD−SEM信号強度があるレベルに等しくある点をパターンエッジと定義する、閾値法というエッジ定義方法があるが、そのレベル(閾値)をどう設定するかによって、測定値は大きく変化することが経験的に知られている。これまでは閾値を50%にすることが多かった。これは、ある領域内の信号強度の最小値と最大値の丁度中央の値を、閾値強度とし、SEM信号強度がこの値と等しくなる点を、パターンのエッジと定義するということである。また、パターンの上部に対応するエッジを出したいというニーズもあり、閾値を100%とすることもあった。これらの値は、CD−SEM画像の上に、これらの閾値を用いて抽出されるエッジの位置を重ねて表示させ、操作者が目視で妥当であると判断した結果、使われるようになった値である。   On the other hand, the pattern edge position and the pattern size obtained from the set depend largely on how the edge is defined. For example, there is an edge definition method called a threshold method in which a point at which the CD-SEM signal intensity is equal to a certain level is defined as a pattern edge, but the measured value varies greatly depending on how the level (threshold) is set. Is known empirically. In the past, the threshold was often set to 50%. This means that the value at the center of the minimum value and the maximum value of the signal intensity in a certain area is set as the threshold intensity, and the point at which the SEM signal intensity becomes equal to this value is defined as the edge of the pattern. In addition, there is a need for an edge corresponding to the upper part of the pattern, and the threshold value may be set to 100%. These values are used as a result of displaying the position of the edge extracted by using these threshold values superimposed on the CD-SEM image, and judging that the operator is appropriate visually. Value.

特開2006−215020号公報JP 2006-2105020 A 特開2009−257937号公報JP 2009-257937 A

J.S.Villarrubia, et al., “A simulation study of repeatability and bias in the CD-SEM”, Proceedings of SPIE vol.5038, pp 138-149 (2003).J.S. Villarrubia, et al., “A simulation study of repeatability and bias in the CD-SEM”, Proceedings of SPIE vol. 5038, pp 138-149 (2003). B.D.Bunday, et al., “Determination of optimal parameters for CD-SEM measurement of line edge roughness”, Proceedings of SPIE vol.5375, pp 515-533 (2004).B.D.Bunday, et al., “Determination of optimal parameters for CD-SEM measurement of line edge roughness”, Proceedings of SPIE vol.5375, pp 515-533 (2004).

近年微細化が進み、パターン側壁がまっすぐでなくなってきた。側壁の上に段差があるもの、複雑な傾斜があるもの、パターン上部が丸くなりかつあれているもの、などである。これらのラインパターンの断面形状例を図11(a)(b)に示した。このようなパターンのCD−SEM画像からパターンエッジを抽出しようとすると、閾値50%、100%といった従来のやり方をそのまま実施すると、非常に再現性が悪くなってしまう。   In recent years, miniaturization has progressed and the pattern side walls have become non-straight. These include a step on the side wall, a complicated slope, and a pattern with a rounded top. Examples of cross-sectional shapes of these line patterns are shown in FIGS. If a pattern edge is to be extracted from a CD-SEM image having such a pattern, the reproducibility will be very poor if the conventional methods such as the threshold values of 50% and 100% are carried out as they are.

再現性のよいエッジ定義を決定するためには、閾値を変えては測定再現性をチェックするという実験を繰り返さねばならず、大変な手間がかかる。特に図11に示したようなパターンでは、閾値を少し変えただけで再現性も大きく変わるため、細かい刻みで閾値を変えて実験を行う必要がある。また、再現性を測るために同じスポットを何度もCD−SEM観察するとパターン形状が変化することがある。異なるスポットを観察すると、元々のパターン形状のばらつきが結果に影響する。これら二つのことが原因となって、正しい結果が得られない可能性がある。にも関わらず、このような実験を、パターンの側壁形状が変わるたびに実施しなくてはならない。   In order to determine an edge definition with good reproducibility, it is necessary to repeat the experiment of checking the measurement reproducibility by changing the threshold value, which takes a lot of labor. In particular, in the pattern as shown in FIG. 11, since the reproducibility changes greatly only by slightly changing the threshold value, it is necessary to perform an experiment by changing the threshold value in fine steps. Further, when the same spot is observed many times by CD-SEM in order to measure reproducibility, the pattern shape may change. When different spots are observed, variations in the original pattern shape affect the results. Due to these two reasons, the correct result may not be obtained. Nevertheless, such an experiment must be performed every time the sidewall shape of the pattern changes.

そのため、今後高さ方向で構造が変化するようなパターンに対してでも、適切な画像処理条件(閾値等)を簡便に得られるような方法が必要になると考えられる。なお、ここで言う「適切」とは、高さ方向で構造が変化するパターンの測定において再現性が高いだけではなく、高さ方向のどこを測っているかを認識している、という意味を含んでいる。例えば、二段構造になっている(図11(a)のような)パターンの場合、下段のエッジを検出したい場合もあれば、上段のエッジを検出したい場合もある。これは例えば、レイヤーやパターンによっては、パターンのうちデバイスの性能に影響する部分が、トップであったりボトムであったりするためである。   Therefore, it is considered that a method for easily obtaining appropriate image processing conditions (threshold value, etc.) is required even for a pattern whose structure changes in the height direction in the future. Note that “appropriate” as used herein includes not only high reproducibility in measuring a pattern whose structure changes in the height direction, but also that it recognizes where the measurement is in the height direction. It is out. For example, in the case of a pattern having a two-stage structure (as shown in FIG. 11A), the lower edge may be detected or the upper edge may be detected. This is because, for example, depending on the layer or pattern, the portion of the pattern that affects the performance of the device is the top or the bottom.

特許文献2には、画像処理条件の代表的なパラメータ(以下画像処理パラメータと記す)を変えてラインエッジラフネスや真のラインエッジラフネスを測定し、そのグラフから、操作者が指定した高さのエッジを出すための画像処理パラメータの値を得る方法が開示されている。しかしこの方法を高さ方向で構造が変化するようなパターンに対して単純に適用した場合、ノイズが大きい場合に正しい結果が得られないことが予想される、通常半導体検査で使われる程度のノイズレベルの画像でも、正しい結果が得られない恐れがある。また、真のラインエッジラフネスを用いた場合は、別途AFM(原子間力顕微鏡)で求めた高さデータとの照合により高さの指定はできるものの、エッジ位置や測長の再現性が得られない恐れがある。さらに、段差の検出には感度が足りない(即ち、側壁で構造に変化があることが十分認識できない)恐れがある。   In Patent Document 2, line edge roughness and true line edge roughness are measured by changing representative parameters of image processing conditions (hereinafter referred to as image processing parameters), and the height specified by the operator is measured from the graph. A method for obtaining the value of an image processing parameter for producing an edge is disclosed. However, when this method is simply applied to a pattern whose structure changes in the height direction, it is expected that correct results will not be obtained if the noise is large. There is a risk that correct results may not be obtained even with level images. In addition, when true line edge roughness is used, height can be specified by collating with height data obtained separately by AFM (Atomic Force Microscope), but reproducibility of edge position and length measurement is obtained. There is no fear. Furthermore, there is a risk that the detection of the level difference is insufficient in sensitivity (that is, it cannot be sufficiently recognized that there is a change in the structure on the side wall).

なお、ノイズの影響については特許文献1、非特許文献1、2に開示されている。非特許文献1には、CD−SEMからパターンパターンのエッジ位置を算出する際、画像に信号強度の平均化などの処理を行なわなかった場合、画像ノイズの影響でエッジ点の位置は真の位置の周りに確率的に1nm以上ばらつくことが記載されている。特許文献1や非特許文献2には、ラインエッジラフネスの大きさについて、このばらつきの影響を除いた真の値を算出する方法が開示されている。しかしながら、これらの文献ではノイズの影響を除いた真のCD値や真のエッジ位置そのものは決定できない。   The influence of noise is disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2. In Non-Patent Document 1, when calculating the edge position of a pattern pattern from a CD-SEM, if the signal intensity is not averaged on the image, the position of the edge point is the true position due to the influence of image noise. It is described that there is a probability variation of 1 nm or more around. Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose a method for calculating a true value of line edge roughness excluding the influence of this variation. However, in these documents, the true CD value excluding the influence of noise and the true edge position itself cannot be determined.

さらに、開発時間の短縮やスループットの向上のためには、三次元形状情報を取得する際に常に必要となるAFMや光学計測などの追加実験や、それらのデータとCD−SEMデータとの照合などの時間のかかる解析を導入することは適切でない。即ち、上記のように、高さ方向のおおよその位置(高さ)の指定と高い再現性が実現したとしても、さらに、簡便さが必要である。   Furthermore, in order to shorten development time and improve throughput, additional experiments such as AFM and optical measurement, which are always required when acquiring 3D shape information, and collating these data with CD-SEM data, etc. It is not appropriate to introduce time-consuming analysis. That is, as described above, even if the designation of the approximate position (height) in the height direction and high reproducibility are realized, further simplicity is required.

即ち、上記従来技術を用いたのでは、高さ方向で構造が変化する場合、簡便な方法でパターンエッジを決定するための画像処理条件(閾値等)を決めることが困難である。   In other words, when the structure changes in the height direction, it is difficult to determine an image processing condition (threshold value or the like) for determining a pattern edge by a simple method when the structure changes in the height direction.

本発明の目的は、高さ方向で構造が変化するようなパターンであっても、走査型顕微鏡(CD−SEM)を用いて取得した画像データを用いて所望のパターンエッジが再現性よく決定できる画像処理条件(閾値等)を、簡便に得ることのできる画像データ解析装置を提供することにある。   An object of the present invention is to determine a desired pattern edge with good reproducibility using image data obtained using a scanning microscope (CD-SEM) even in a pattern whose structure changes in the height direction. An object of the present invention is to provide an image data analysis apparatus capable of easily obtaining image processing conditions (threshold value, etc.).

上記目的を達成するには、第一に、パターンエッジの位置ないしはパターン寸法の、画像処理パラメータ(画像処理条件の一部)に対する依存性を把握し、これらの測定値の依存性が小さくなるような画像処理パラメータの値を選択することが効果的である。   In order to achieve the above object, first, the dependency of the pattern edge position or pattern dimension on the image processing parameters (part of the image processing conditions) is grasped, and the dependency of these measured values is reduced. It is effective to select a value of a proper image processing parameter.

図12は図11(a)に示した断面形状を持つラインパターンの片側のエッジの位置を、閾値法の閾値を変えて検出した結果である。閾値の大きさは、抽出されるエッジ点の高さと強い相関があり、図中左に行くほど、ボトムに近いエッジを検出していることになる。閾値60%くらいのところに段差があることがわかるので、側壁がボトム領域とトップ領域に分かれていること、また、段差部分に相当するのが閾値60%くらいであることが分かる。この場合、今後ボトム領域のライン幅やラインエッジラフネスの計測をしたければ、閾値を60%より小さくすればよい。逆に、トップ領域の計測をしたければ、閾値を60%より大きくすればよい。   FIG. 12 shows the result of detecting the position of one edge of the line pattern having the cross-sectional shape shown in FIG. 11A by changing the threshold value of the threshold method. The magnitude of the threshold has a strong correlation with the height of the extracted edge point, and the closer to the left in the figure, the closer to the bottom the edge is detected. Since it can be seen that there is a step at a threshold value of about 60%, it can be seen that the side wall is divided into a bottom region and a top region, and that the step portion corresponds to a threshold value of about 60%. In this case, if it is desired to measure the line width and line edge roughness of the bottom region in the future, the threshold value may be made smaller than 60%. Conversely, if it is desired to measure the top region, the threshold value may be made larger than 60%.

図13は図11(b)に示した断面形状を持つラインパターンのライン幅を前述の例と同様に閾値を変えて計測した例である。閾値が80%以上になるとライン幅の変化が急激になり、かつ、不安定になっていることがわかる。このことから、側壁の状態はボトム領域とトップ領域に分かれており、その境界に相当するのが閾値80%くらいであること、また、トップ領域はライン幅が安定に測れないことが分かる。この場合、今後はトップ領域の計測は行わないか、参考程度に留めておき、80%未満の閾値を用いてライン幅やラインエッジラフネス計測をすべきであると分かる。また、そうして得られる計測値は、パターンのボトム領域のデータであることも分かる。   FIG. 13 shows an example in which the line width of the line pattern having the cross-sectional shape shown in FIG. It can be seen that when the threshold value is 80% or more, the line width changes rapidly and becomes unstable. From this, it can be seen that the state of the side wall is divided into a bottom region and a top region, and the boundary corresponds to the threshold value of about 80%, and the line width of the top region cannot be measured stably. In this case, it will be understood that the measurement of the top region should not be performed in the future, or should be limited to a reference level, and the line width and line edge roughness should be measured using a threshold value of less than 80%. It can also be seen that the measurement value obtained in this way is data in the bottom area of the pattern.

第二に、画像自身にある再現性劣化の原因である、画像ノイズの影響を把握し、最小化するように画像処理条件を選択することが必要である。再現性劣化の原因は様々なものがあるが、近年の複雑な微細パターンの観察においては、この影響が一番大きく、また、画像処理パラメータの最適化だけで改善されるものがこれである。この場合には、第一の場合同様に画像処理パラメータに対する画像ノイズインパクトの量の依存性を把握し、画像ノイズインパクトを最小にする値を選択すればよい。この際、パターンエッジラフネスの値の画像処理パラメータに対する依存性もプロットし、この依存性が小さい領域で、画像ノイズの影響が最も小さくなるように、画像処理パラメータ値を選択するとなおよい。   Second, it is necessary to grasp the influence of image noise, which is the cause of reproducibility degradation in the image itself, and to select an image processing condition so as to minimize it. There are various causes of deterioration of reproducibility, but in recent observations of complicated fine patterns, this influence is the greatest, and this is improved by only optimization of image processing parameters. In this case, as in the first case, the dependency of the amount of image noise impact on the image processing parameter is grasped, and a value that minimizes the image noise impact may be selected. At this time, the dependence of the value of the pattern edge roughness on the image processing parameter is also plotted, and it is more preferable to select the image processing parameter value so that the influence of the image noise is minimized in an area where the dependence is small.

第二の方法を第一の方法と比較した場合のメリットは、段差に対する感度が高いことである。段差のある部分ではわずかなノイズでエッジの位置が大きくゆらぐため、画像のノイズそのものがたとえ小さくても、ノイズインパクトは大きくなる。このため段差が強調される。図11(a)に断面形状が示してあるラインパターンについて、第二の方法を実施すると、図14に示されたグラフが得られる。なおおこでは、ノイズインパクトの量は最大値を1とした。   The merit of comparing the second method with the first method is that the sensitivity to the step is high. Since the position of the edge fluctuates greatly with slight noise in the stepped portion, the noise impact increases even if the noise of the image itself is small. For this reason, a level | step difference is emphasized. When the second method is performed on the line pattern whose cross-sectional shape is shown in FIG. 11A, the graph shown in FIG. 14 is obtained. Note that the maximum value of the noise impact is 1.

第一の方法と第二の方法の両方を行うと、計算時間が多少長くなるが、検査の信頼性はさらに向上する。   When both the first method and the second method are performed, the calculation time is somewhat longer, but the reliability of the inspection is further improved.

従来の方法では、CD−SEM画像からパターンのエッジ位置を求めるために画像処理条件を決定する際、パターンの上部、下部、などのおおよその高さ方向の位置を指定した上で、さらに画像ノイズ起因のばらつきが小さい画像処理条件を得るには、複雑で時間のかかる解析が必要であった。また、CD−SEM以外の装置による観察も必要であった。本発明を用いれば、パターンのおおよその高さ方向の位置を指定した上で、ノイズ起因のばらつきが小さい画像処理条件を、1回のCD−SEM観察だけから得ることができる。これにより、正確なパターン形状検査、寸法計測が簡単に行えるようになり、検査精度が向上するとともに検査にかかるコストが削減できる。   In the conventional method, when determining the image processing conditions for obtaining the edge position of the pattern from the CD-SEM image, the approximate position in the height direction such as the upper part and the lower part of the pattern is specified, and further the image noise is determined. In order to obtain an image processing condition with a small variation in the cause, a complicated and time-consuming analysis is required. In addition, observation with an apparatus other than CD-SEM was also necessary. According to the present invention, it is possible to obtain an image processing condition with a small variation due to noise after designating a position in the approximate height direction of a pattern from only one CD-SEM observation. As a result, accurate pattern shape inspection and dimension measurement can be easily performed, so that inspection accuracy can be improved and inspection costs can be reduced.

第1の実施例に係る画像データ解析装置を用いて画像データ解析を行うときの処理フロー図である。It is a processing flow figure when performing image data analysis using the image data analysis apparatus which concerns on a 1st Example. 第1の実施例で用いられた、観察サンプルの概略鳥瞰図である。It is a schematic bird's-eye view of the observation sample used in the 1st example. 図2で示した観察サンプルのCD−SEM観察画像の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the CD-SEM observation image of the observation sample shown in FIG. (a)は図2で示した観察サンプルのCD−SEM観察画像の信号プロファイルであり、(b)は信号プロファイル上でエッジ点を定義する方法を説明するための概念図である。(A) is a signal profile of the CD-SEM observation image of the observation sample shown in FIG. 2, and (b) is a conceptual diagram for explaining a method of defining an edge point on the signal profile. 第1の実施例に係る画像データ解析装置の構成を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the structure of the image data analyzer which concerns on a 1st Example. 第1の実施例で得られたラフネス計測の出力値(ラフネス値とそのノイズ)と閾値の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the output value (roughness value and its noise) of the roughness measurement obtained in 1st Example, and a threshold value. 第1の実施例で最適な閾値を算出する際のGUI画面の模式図である。It is a schematic diagram of a GUI screen when calculating an optimum threshold value in the first embodiment. 第2の実施例で用いられた観察サンプルに形成された複雑なパターンのCD−SEM観察画像の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the CD-SEM observation image of the complicated pattern formed in the observation sample used in the 2nd example. 第2の実施例で用いられた他の観察サンプルに形成されたラインパターンのCD−SEM観察画像の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the CD-SEM observation image of the line pattern formed in the other observation sample used in the 2nd example. 第2の実施例で得られたラフネス計測の出力値(ラフネス値とそのノイズ)と閾値の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the output value (roughness value and its noise) of the roughness measurement obtained in 2nd Example, and a threshold value. 側壁に構造のあるパターンの断面図の例であり、(a)は上部と下部で幅が異なる場合、(b)は上部表面が荒れている場合を示す。It is an example of a cross-sectional view of a pattern having a structure on a side wall, (a) shows a case where the width is different between the upper part and the lower part, and (b) shows a case where the upper surface is rough. 側壁に構造のあるパターンのCD−SEM観察画像から抽出したパターンエッジ位置と、エッジを定義する際に用いた閾値パラメータの値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pattern edge position extracted from the CD-SEM observation image of the pattern which has a structure in a side wall, and the value of the threshold parameter used when defining an edge. 側壁に構造のあるパターンのCD−SEM観察画像から抽出したパターンの寸法と、エッジを定義する際に用いた閾値パラメータの値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the dimension of the pattern extracted from the CD-SEM observation image of the pattern which has a structure in a side wall, and the value of the threshold parameter used when defining an edge. 側壁に構造のあるパターンのCD−SEM観察画像からパターンエッジを抽出する際のノイズのインパクト及びエッジラフネスと、エッジを定義する際に用いた閾値パラメータの値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the noise impact and edge roughness at the time of extracting a pattern edge from the CD-SEM observation image of the pattern which has a structure in a side wall, and the value of the threshold value parameter used when defining an edge.

以下、実施例により説明する。   Hereinafter, an example explains.

以下、本発明の第一の実施例を図1〜図7を用いて説明する。図1は本実施例に係る画像データ解析装置を用いて画像処理条件を最適化する等、画像データ解析のために操作者及び装置が行う処理を順次に表しているフロー図、図2は本実施例で観察に用いたラインパターンの鳥瞰図を簡単に表したもの、図3は図2で示した観察サンプルのラインパターンをCD−SEMで観察して得られた画像の平面模式図であり、本実施例で解析した対象パターンである。図4は図3に示した画像データを構成するCD−SEMの二次電子信号の一部及びエッジ点抽出法を説明するための模式図、図5は本実施例で用いられた画像データ解析装置の構成を表す概念図、図6は本実施例で得られたラフネス計測の出力値(ラフネス値とそのノイズ)と閾値の関係を表すグラフ、図7は本実施例実施時に表示装置に現れる入力画面の模式図である。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a flow diagram sequentially showing processing performed by an operator and apparatus for image data analysis, such as optimization of image processing conditions using the image data analysis apparatus according to the present embodiment, and FIG. FIG. 3 is a schematic plan view of an image obtained by observing the line pattern of the observation sample shown in FIG. 2 with a CD-SEM. This is a target pattern analyzed in this example. 4 is a schematic diagram for explaining a part of the secondary electron signal and edge point extraction method of the CD-SEM constituting the image data shown in FIG. 3, and FIG. 5 is an image data analysis used in this embodiment. FIG. 6 is a conceptual diagram showing the configuration of the apparatus, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the roughness measurement output value (roughness value and its noise) and the threshold value obtained in this embodiment, and FIG. 7 appears on the display device when this embodiment is implemented. It is a schematic diagram of an input screen.

まず、操作者は工程101を実施し、画像データ解析装置解析のインターフェイス505を用いて、解析を行うCD−SEM画像のファイルを指定した。するとそのファイルのデータは記録装置504から処理部503にロードされ(工程102)、記憶領域501に一時記録されると共に、その画像が表示部502に表示された。この画像は図3に示されている。これは図2に示されたラインパターンを鉛直上方からCD−SEMで観察したものである。パターンはシリコン基板上のレジストパターンであった。画像の各画素の濃淡はパターンから発せられてCD−SEMの検出器で検出された二次電子の信号の強度を、グレイスケールで表したものである。符合301はラインパターンの下地層に対応する領域、符号302はラインパターンの左エッジ近傍に対応する信号強度の大きい領域、符号303はラインパターン上部の平らな部分に対応する信号強度の小さい領域、符号304はラインパターンの右エッジ近傍に対応する信号強度の大きい領域、符号305は検査領域を示す枠、符号306は画像を上下に二分する直線を示す。   First, the operator performed step 101 and specified a CD-SEM image file to be analyzed using the interface 505 for image data analysis apparatus analysis. Then, the file data is loaded from the recording device 504 to the processing unit 503 (step 102), temporarily recorded in the storage area 501, and the image is displayed on the display unit 502. This image is shown in FIG. This is a CD-SEM observation of the line pattern shown in FIG. 2 from vertically above. The pattern was a resist pattern on a silicon substrate. The gray level of each pixel of the image represents the intensity of the secondary electron signal emitted from the pattern and detected by the CD-SEM detector in gray scale. Reference numeral 301 is an area corresponding to the underlying layer of the line pattern, reference numeral 302 is an area having a high signal intensity corresponding to the vicinity of the left edge of the line pattern, reference numeral 303 is an area having a low signal intensity corresponding to a flat portion above the line pattern, Reference numeral 304 denotes an area having a high signal intensity corresponding to the vicinity of the right edge of the line pattern, reference numeral 305 denotes a frame indicating the inspection area, and reference numeral 306 denotes a straight line that divides the image vertically.

次に工程103に進み、操作者はインターフェイス505を用いて、画像内においてエッジを抽出すべき領域、即ち検査領域を入力した。これが図3中の枠305である。この枠で囲まれた検査領域内で、ラインパターンのエッジを定義する。この領域はy方向に400ピクセル、x方向に50ピクセルであり、長さに換算するとy方向に2000nm、x方向に66nmの長さであった。   Next, proceeding to step 103, the operator uses the interface 505 to input a region in which an edge is to be extracted from the image, that is, an inspection region. This is a frame 305 in FIG. The edge of the line pattern is defined within the inspection area surrounded by the frame. This region was 400 pixels in the y direction and 50 pixels in the x direction, and when converted into a length, it was 2000 nm in the y direction and 66 nm in the x direction.

次に工程104に進み、操作者はエッジを抽出する際の画像処理条件を入力した。この際、パターンエッジは閾値法で定義することとした。この閾値法を以下に詳しく説明する。図4(a)に、図3の線306に沿って二次電子の信号強度を表したもの、即ち二次電子信号強度のx依存性を示した。このような二次電子信号強度のx依存性は、二次電子信号プロファイルと呼ばれる。二つのピークがあるが、左側のピークがパターン左エッジ、右側のピークがパターン右エッジから出た信号である。左エッジに対応するピーク付近の信号強度を拡大して示したものが図4(b)である。このグラフ上で、枠305内に入るxの値の領域は、aからbまでの領域である。閾値法ではまず、a<x<bとなる領域で、信号強度I(x)の最大値と最小値を探す。得られたそれぞれの値をI_max、I_min、またそのときのxの値をx_max、x_minとする。閾値法では、百分率で表された閾値Tに対して   Next, proceeding to step 104, the operator inputs an image processing condition for extracting an edge. At this time, the pattern edge is defined by the threshold method. This threshold method will be described in detail below. FIG. 4A shows the signal intensity of the secondary electrons along the line 306 in FIG. 3, that is, the x dependence of the secondary electron signal intensity. Such x-dependence of the secondary electron signal intensity is called a secondary electron signal profile. There are two peaks, the left peak is the signal from the pattern left edge, and the right peak is the signal from the pattern right edge. FIG. 4B shows an enlarged view of the signal intensity near the peak corresponding to the left edge. On this graph, the region of x value that falls within the frame 305 is the region from a to b. In the threshold method, first, the maximum value and the minimum value of the signal intensity I (x) are searched in a region where a <x <b. The obtained values are I_max and I_min, and the values of x at that time are x_max and x_min. In the threshold method, for the threshold T expressed as a percentage

Figure 2012021832
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となるx(T)を、エッジの位置とする。ただしx(T)の値はx_minとx_maxとの間になければならない。 Let x (T) be the edge position. However, the value of x (T) must be between x_min and x_max.

今、検査領域はライン302に沿って400ピクセルであるから、含まれる二次電子信号プロファイルも400ある。これらのプロファイル上でTに対して得られたエッジの位置をx_1(T), x_2(T),....x_400(T)と置く。   Since the inspection area is now 400 pixels along line 302, there are also 400 secondary electron signal profiles included. The edge positions obtained for T on these profiles are denoted by x_1 (T), x_2 (T),. . . . Let x_400 (T).

次に工程105に進み、抽出したエッジ点位置から計算する指標を指定した。本例では、通常のラフネス計測で出力値を増大させるノイズ(3sigma_error)と、ノイズの影響を除去したラフネスの値(3sigma_0)とを選択した。   Next, in step 105, an index to be calculated from the extracted edge point position is designated. In this example, the noise (3sigma_error) that increases the output value in normal roughness measurement and the roughness value (3sigma_0) from which the influence of noise has been removed are selected.

ここで、これら二つの量について説明をする。これらはTの関数となっている。上記のエッジの位置(400個ある)の分布の標準偏差をsigma(T)と置く。この値がいわゆるラインエッジラフネスであるが、この値は前述のようにランダムな画像ノイズを含んでいる。即ち、   Here, these two quantities will be described. These are functions of T. The standard deviation of the distribution of the edge positions (400) is set as sigma (T). This value is so-called line edge roughness, and this value includes random image noise as described above. That is,

Figure 2012021832
Figure 2012021832

ノイズを除去し、3sigma_0(T)を求める方法自体は周知であり、ここでは省略する。   The method of removing noise and obtaining 3sigma_0 (T) is well known, and is omitted here.

次に、工程106に進み、操作者は解析装置により上述の計算を実施させ、モニタに表示させた。これにより、Tの値に対して、画像ノイズの影響を含まないラインエッジラフネス、3sigma_0(T)と、画像ノイズによるバイアス量3sigma_error(T)が得られ、モニタ上に図6に示すグラフが表示された。なおこのときの表示部502の様子を図7に示す。帯状の表示領域701に、画像ファイル名が、表示領域702にグラフが示される。   Next, proceeding to step 106, the operator performed the above-described calculation by the analyzer and displayed on the monitor. As a result, the line edge roughness, 3 sigma_0 (T) and the bias amount 3 sigma_error (T) due to image noise are obtained with respect to the value of T, and the graph shown in FIG. 6 is displayed on the monitor. It was done. The state of the display unit 502 at this time is shown in FIG. An image file name is displayed in the band-shaped display area 701, and a graph is displayed in the display area 702.

次にこのグラフから操作者は、T=50%近辺を境にラフネスの様子が異なることを見て取り、Tが50以下の下部とそれ以上の上部とに分かれると判断し、まずTが5から50の間すなわち下部でノイズの影響を最も受けにくいTを算出すると決定し、最適なTを探索するための条件を入力した(工程107)。本工程107において、3次元計測位置が決められる。本工程において、まず、図7に示すように、表示領域703にカーソルを移動させ、最適なTを探したい領域を5から50までと入力した(操作者による入力可)。また、3sigma_0と3sigma_errorのグラフを元にTを決定すべく表示領域704のこれらの項目の前にチェック印をつけた(操作者による入力可)。また、3sigma_0は安定しているところを、3sigma_errorは最小になるところを求めるため、それぞれ表示部分をプルダウンしてこれらの項目を表示させた。なお、表示領域704のプルダウン項目として、「安定」「最小」の他「最大」等を登録しておくことができる。その後、工程108に進み、Calculateと表示された表示領域705の実行ボタンをクリックし、解析装置により閾値の最適化を実施した。   Next, from this graph, the operator sees that the roughness is different around T = 50%, and determines that T is divided into a lower part of 50 or less and an upper part of 50 or more. First, T is 5 From 50 to 50, that is, at the bottom, it is determined to calculate T that is least affected by noise, and a condition for searching for the optimum T is input (step 107). In this step 107, a three-dimensional measurement position is determined. In this step, first, as shown in FIG. 7, the cursor is moved to the display area 703, and the area where the optimum T is to be searched for is input from 5 to 50 (input by the operator is possible). In addition, a check mark is placed in front of these items in the display area 704 to determine T based on the graphs of 3sigma_0 and 3sigma_error (input by the operator is possible). In addition, in order to obtain a place where 3 sigma — 0 is stable and a place where 3 sigma — error is minimized, the display portion is pulled down to display these items. As a pull-down item of the display area 704, “maximum” or the like can be registered in addition to “stable” and “minimum”. Thereafter, the process proceeds to step 108, and the execution button of the display area 705 displayed as “Calculate” is clicked, and the threshold value is optimized by the analysis device.

処理部503は3sigma_0が安定している領域を判定した。この結果、T=20%から40%の領域で3sigma_0が安定していると判断された。次に処理部503は前述の各領域で3sigma_errorが最小になるTの値を見つけた。本例の場合、T=30%であった。そこで、図7のように、T=30の位置に線が表示され、30という値が表示部502のグラフ上に表示された。基本的にはこれで操作は終了である。   The processing unit 503 determines a region where 3 sigma — 0 is stable. As a result, it was determined that 3sigma_0 was stable in the region of T = 20% to 40%. Next, the processing unit 503 finds a value of T that minimizes 3 sigma_error in each of the above-described regions. In this example, T = 30%. Therefore, as shown in FIG. 7, a line is displayed at the position of T = 30, and a value of 30 is displayed on the graph of the display unit 502. Basically, this is the end of the operation.

ここでライン幅を参考にTを決めたい場合は図7の表示領域704においてCDという表示の左にあるチェックボックスにチェック印をつける。ただしその場合には、工程105で、CDも同時にプロットするように選択しておく必要がある。CDを選択することにより、本実施例ではライン302のライン幅が出力される。また、安定性を元に決定する場合はstabilityを表示させるが、最小値を選択する場合はminimumを表示させる。   If it is desired to determine T with reference to the line width, a check mark is put in the check box on the left side of the display of CD in the display area 704 in FIG. However, in that case, it is necessary to select to plot the CD at the same time in Step 105. By selecting CD, the line width of the line 302 is output in this embodiment. In addition, when determining based on stability, stability is displayed, but when selecting the minimum value, minimum is displayed.

ここでは、パターン上部でも同様のことを実施するには、工程107と工程108を繰り返した。まずパターン上部の最適なTを得るため、領域入力部分に50と100を入力し(工程107の繰り返し)、表示領域705のCalculateと表示された実行ボタンをクリックした(工程108の繰り返し)ところ、処理部503は3sigma_0がT=75から95で安定していると判断、さらに3sigma_errorがT=85で最小となっていると判断し、85という値をグラフ上に表示させた。   Here, Step 107 and Step 108 were repeated in order to perform the same thing on the upper part of the pattern. First, in order to obtain the optimum T at the top of the pattern, 50 and 100 were input in the area input part (repeating step 107), and the execution button displayed as Calculate in the display area 705 was clicked (repeating step 108). The processing unit 503 determines that 3sigma_0 is stable from T = 75 to 95, further determines that 3sigma_error is minimum at T = 85, and displays a value of 85 on the graph.

このようにして、この観察サンプル(ウエハ)のパターンの下部を計測する際には、閾値として30%を、上部を計測する際には85%を用いると、ノイズの影響が小さいエッジ検出を行えることがわかった。   As described above, when 30% is used as a threshold when measuring the lower part of the pattern of the observation sample (wafer) and 85% is used when measuring the upper part, edge detection with a small influence of noise can be performed. I understood it.

そこで、上記の結果を用いて量産工程における検査を実施した。この観察サンプル(ウエハ)と同じリソグラフィプロセスでパターン形成するウエハに対して、従来のライン幅測定のほかに閾値30%で求めたラインエッジラフネスの大きさ(以下3sigma_bottomと記す)を算出することとした。この指標の値は、パターンボトムのラフネスを表すものである。ウエハの検査では、これらの指標を1チップあたり1箇所測定し、ライン幅がターゲット値±2nmであり、かつ3sigma_bottom<3nm、を満たすチップを良品チップとし、その数を数えた。ウエハ1枚につき、前述のチップの数が検査したチップの数の70%を超えた場合はウエハを次工程に送り、70%以下であった場合は、リソグラフィをやり直した。   Therefore, an inspection in the mass production process was performed using the above results. In addition to the conventional line width measurement, the size of the line edge roughness obtained with a threshold of 30% (hereinafter referred to as 3 sigma_bottom) is calculated for a wafer whose pattern is formed by the same lithography process as the observation sample (wafer). did. The value of this index represents the roughness of the pattern bottom. In the wafer inspection, these indexes were measured at one location per chip, and chips satisfying 3 sigma_bottom <3 nm with a line width of the target value ± 2 nm were determined as non-defective chips. When the number of chips described above exceeded 70% of the number of chips inspected per wafer, the wafer was sent to the next process, and when it was 70% or less, lithography was repeated.

従来はパターンの検査を単純なライン幅計測と、閾値を最適化せずに測定したラインエッジラフネスを用いて行っていたが、検査を上記のものに変えたところ、検査時間は最初の最適なTを得る工程の分が増加しただけで、最終的な製品の良品率が88%から91%に向上した。   Previously, pattern inspection was performed using simple line width measurement and line edge roughness measured without optimizing the threshold, but when the inspection was changed to the above, the inspection time was the first optimum. Only by increasing the number of steps for obtaining T, the yield rate of the final product was improved from 88% to 91%.

さらに、上記のライン幅及び3sigma_bottomの測定に加えて、閾値85%でラインエッジラフネスの大きさ(以下3sigma_top)も測定した。このとき、良品チップの条件に3sigma_top<5nmを加えた。すると、検査時間はウエハ1枚あたり1分30秒増加しただけで、良品率は92%になった。   Further, in addition to the measurement of the line width and 3 sigma_bottom described above, the size of the line edge roughness (hereinafter, 3 sigma_top) was also measured at a threshold of 85%. At this time, 3 sigma_top <5 nm was added to the condition of the good chip. Then, the inspection time was increased by 1 minute and 30 seconds per wafer, and the yield rate was 92%.

さらに、閾値30%と85%とで計測したライン幅の値の差(以下ΔCDと記す)を算出することとした。この指標はパターン側壁の傾斜を表すものとみなされる。ウエハの検査では、上記の条件に加えてΔCD<3nmとなるチップを良品とした。これにより、ウエハあたりの検査時間はさらに1分増加したものの、良品率は94%にまで向上した。   Furthermore, the difference (hereinafter referred to as ΔCD) between the line width values measured between the threshold values of 30% and 85% was calculated. This index is considered to represent the inclination of the pattern sidewall. In the wafer inspection, in addition to the above conditions, a chip satisfying ΔCD <3 nm was regarded as a good product. As a result, the inspection time per wafer further increased by 1 minute, but the yield rate improved to 94%.

なお、上記の例では3sigma_0と3sigma_error両方を閾値Tに対してプロットしたが、時間を短縮するには、3sigma_errorのみから閾値の最適化を行うことも可能である。ただしこの場合にはパターン側壁のラフネスが高さ方向にどう変化しているかが正確に把握できないため、求めた閾値でエッジの検出を行う際、エラー(エッジ検出の失敗)が生じることがある。   In the above example, both 3 sigma_0 and 3 sigma_error are plotted against the threshold T. However, in order to shorten the time, it is also possible to optimize the threshold only from 3 sigma_error. However, in this case, it is impossible to accurately grasp how the roughness of the pattern side wall changes in the height direction, and an error (edge detection failure) may occur when detecting an edge with the obtained threshold value.

パターン側壁のラフネスの高さ方向の変化を検知するには、3sigma_0の代わりにラフネスデータから得られるエッジ位置分布の歪度γや自己相関長ξといったラフネス指標を用いることもできる。これら歪度は、分布の非対称性を表す指標で、エッジラフネス計測に応用することで、エッジがラインの内側に食い込むラフネス、あるいは外側に張り出すラフネスの存在を検知する。また自己相関長は局所的なゆらぎが減衰するまでの距離であり、エッジラフネス計測に応用することで、エッジに沿って計測するラフネスの特徴的なサイズを評価できる。いずれも、ラフネスの程度ではなく、エッジに沿った方向の特性を表す量である。これらの指標を解析に使うには、図7に示した画面で、SkewnessやACL(Auto−correlation length の略)という表示の左側にあるチェックボックスをクリックすればよい。なお、γは以下のように計算される。   In order to detect a change in the roughness height direction of the pattern side wall, a roughness index such as the skewness γ of the edge position distribution obtained from the roughness data and the autocorrelation length ξ can be used instead of 3 sigma_0. The skewness is an index representing the asymmetry of the distribution, and is applied to edge roughness measurement to detect the roughness that the edge bites into the line or the roughness that protrudes outside the line. The autocorrelation length is a distance until the local fluctuation is attenuated, and the characteristic size of the roughness measured along the edge can be evaluated by applying to the edge roughness measurement. In any case, this is not a degree of roughness but an amount representing a characteristic in a direction along the edge. In order to use these indexes for analysis, a check box on the left side of a display such as Skewness or ACL (abbreviation of Auto-correlation length) may be clicked on the screen shown in FIG. Γ is calculated as follows.

Figure 2012021832
Figure 2012021832

ここでNはエッジ点の数、x_i(T)は閾値Tを用いて得られた、i番目のパターンエッジ位置(x座標)であり、μ(T)はそれらの算術平均である。   Here, N is the number of edge points, x_i (T) is the i-th pattern edge position (x coordinate) obtained using the threshold T, and μ (T) is the arithmetic average thereof.

また、自己相関長ξは以下の式を解いて得られる。   The autocorrelation length ξ is obtained by solving the following equation.

Figure 2012021832
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Figure 2012021832
Figure 2012021832

Figure 2012021832
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ここでx_i(T)は周期的であり、x_(i+N)(T)の値はx_i(T)と同じである。また、Δyはエッジ点のy方向の間隔である。   Here, x_i (T) is periodic, and the value of x_ (i + N) (T) is the same as x_i (T). Δy is the interval between the edge points in the y direction.

一般には、3sigma_0(画像ノイズが抑制されている場合は3sigma)をプロットすることで精度よく閾値Tを最適化できるが、他の指標が望ましい場合もある。例えばパターンの上部と下部とでラインエッジラフネスの形成過程が大きく違う場合は、γやξのT依存性が明確である。これには、ドライエッチングでパターンのトップのみが荒れた場合などが相当する。特に、ラインに食い込むような形のラフネスが現れる場合はγを用いるとよい。また、多結晶シリコンや凝集しやすい高分子などを加工する際には、プロセスの変動によって粒径が変化しその結果自己相関長ξが変化するので、ξを用いるとよい。   In general, the threshold T can be optimized with high accuracy by plotting 3 sigma — 0 (3 sigma if image noise is suppressed), but other indices may be desirable. For example, when the formation process of line edge roughness differs greatly between the upper part and the lower part of the pattern, the T dependence of γ and ξ is clear. This corresponds to a case where only the top of the pattern is roughened by dry etching. In particular, γ should be used when roughness that bites into the line appears. Further, when processing polycrystalline silicon, a polymer that easily aggregates, etc., the particle size changes due to process variations, and as a result, the autocorrelation length ξ changes. Therefore, ξ is preferably used.

尚、ここでは画像処理条件のパラメータを閾値としたが、周知の他の方法でエッジを定義する場合にも上述の手順でパラメータを最適化できる。それにはまず画像処理の主たるパラメータを決める。次にその値を一定の範囲内で変化させてはエッジを抽出し、図6に示したものと同様のグラフ(横軸が閾値ではなく、操作者が選択したパラメータ、縦軸は3sigma_0、3sigma_error、あるいは上で述べたラフネス指標やライン幅、となる)を得る。その後は本実施例で述べたように、3sigma_0が安定で3sigma_errorが小さいパラメータの値を選択すればよい。   Here, the parameter of the image processing condition is the threshold value, but the parameter can be optimized by the above-described procedure even when the edge is defined by another known method. To do this, first determine the main parameters for image processing. Next, an edge is extracted by changing its value within a certain range, and a graph similar to that shown in FIG. 6 (the horizontal axis is not a threshold value but a parameter selected by the operator, the vertical axis is 3 sigma_0, 3 sigma_error Or the roughness index and line width described above). Thereafter, as described in the present embodiment, a parameter value in which 3 sigma_0 is stable and 3 sigma_error is small may be selected.

以上説明したように、本実施例に係る画像データ解析装置を用いることにより、量産工程のスループットには影響を及ぼすことなく半導体パターン形状の検査精度が高まり、歩留まりが向上した。   As described above, by using the image data analysis apparatus according to the present embodiment, the inspection accuracy of the semiconductor pattern shape is increased without affecting the throughput of the mass production process, and the yield is improved.

本実施例によれば、高さ方向で構造が変化するようなパターンであっても、走査型顕微鏡(CD−SEM)を用いて取得した画像データを用いて所望のパターンエッジが再現性よく決定できる画像処理条件(閾値等)を、簡便に得ることのできる画像データ解析装置を提供することができた。また、製品の製造歩留まり向上を図ることができた。   According to the present embodiment, a desired pattern edge can be determined with good reproducibility using image data obtained using a scanning microscope (CD-SEM) even in a pattern whose structure changes in the height direction. It was possible to provide an image data analysis apparatus that can easily obtain possible image processing conditions (threshold value, etc.). In addition, the production yield of the product could be improved.

以下、本発明の第二の実施例について図8〜図10を用いて説明する。なお、実施例1に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。図8は解析対象となったパターンのCD−SEMによる観察画像、図9はラインパターンのCD−SEMによる観察画像を表す。図10に、解析で得られ表示されたラフネス計測の出力値(ラフネス値とそのノイズ)と閾値の関係を表すグラフを示す。本実施例2では、複雑な二次元形状のパターンの輪郭線を求める例について説明する。   Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the matters described in the first embodiment but not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there is no particular circumstance. FIG. 8 shows an observation image of the pattern to be analyzed by CD-SEM, and FIG. 9 shows an observation image of the line pattern by CD-SEM. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the output value of roughness measurement (roughness value and its noise) obtained by analysis and the threshold value. In the second embodiment, an example in which a contour line of a complicated two-dimensional pattern is obtained will be described.

まず、操作者は解析対象となる二次元パターンをCD−SEMで観察し、図8に示す画像を得た。次に、前述の観察対象となったパターンと同じ材料を用いて、同じ条件で作成したラインパターンのサンプルを、CD−SEMで観察した。観察条件は全て、図8に示す画像を得たときと同じであった。その結果、図9に示す観察画像が得られた。   First, the operator observed a two-dimensional pattern to be analyzed with a CD-SEM, and obtained an image shown in FIG. Next, a sample of a line pattern created under the same conditions using the same material as the pattern to be observed was observed with a CD-SEM. The observation conditions were all the same as when the image shown in FIG. 8 was obtained. As a result, an observation image shown in FIG. 9 was obtained.

次に、操作者は図9に示した画像を用いて、実施例1と同じ解析を行った。その結果、図10に示すグラフが得られ、側壁に構造はないこと、閾値を80%とすることでノイズ起因の誤差を最小化できることがわかった。そこで閾値80%で図8の画像からパターンのエッジを取り出した。   Next, the operator performed the same analysis as in Example 1 using the image shown in FIG. As a result, the graph shown in FIG. 10 was obtained, and it was found that there was no structure on the sidewall and that the error due to noise could be minimized by setting the threshold value to 80%. Therefore, the edge of the pattern was extracted from the image of FIG. 8 with a threshold of 80%.

図8に示したものと同じレイアウトのパターンは、製造している素子にとって最も重要な部分のひとつであったため、この部分が設計どおりにパターニングされているかどうかは重要な検査項目であった。この製造工程において以前は閾値50%で図8の画像と同じ形状のパターン輪郭を抽出し、形状のよしあしを判定していたが、閾値80%で検査を行うよう変更したところ、完成した製品の不良率が3%から1.5%に減少した。   Since the pattern having the same layout as that shown in FIG. 8 is one of the most important parts for the device being manufactured, whether or not this part is patterned as designed is an important inspection item. In this manufacturing process, a pattern contour having the same shape as the image of FIG. 8 was previously extracted with a threshold of 50%, and whether the shape was good or not was determined. The defective rate decreased from 3% to 1.5%.

高さ方向で構造が変化するようなパターンであっても、走査型顕微鏡(CD−SEM)を用いて取得したパターンの画像データを用いて所望のパターンエッジが再現性よく決定できる画像処理条件(閾値等)を、簡便に得ることのできる画像データ解析装置を提供することができた。   Image processing conditions that allow a desired pattern edge to be determined with good reproducibility using image data of a pattern obtained using a scanning microscope (CD-SEM) even if the pattern has a structure that changes in the height direction (CD-SEM) It was possible to provide an image data analysis apparatus that can easily obtain a threshold value and the like.

本実施例によれば、走査型顕微鏡(CD−SEM)を用いて取得した画像データを用いて所望のパターンエッジが再現性よく決定できる画像処理条件(閾値等)を、簡便に得ることのできる画像データ解析装置を提供することができた。また、複雑な2次元パターンを有するパターン輪郭を容易に求めることができ、製品の不良率を低減することができた。   According to the present embodiment, it is possible to easily obtain image processing conditions (threshold value, etc.) by which a desired pattern edge can be determined with good reproducibility using image data acquired using a scanning microscope (CD-SEM). An image data analysis device could be provided. In addition, a pattern contour having a complicated two-dimensional pattern can be easily obtained, and the defect rate of the product can be reduced.

以上、本願発明を詳細に説明したが、以下に主な発明の形態を列挙する。
(1)走査型電子顕微鏡により得られた、基板上に形成されたパターンの画像データを記録する記録部と、前記記録部に記録された前記画像データを処理する処理部と、前記処理部で処理された結果を表示する表示部とを有する画像データ解析装置であって、
前記処理部は、
前記画像データから、複数の画像処理条件を用いて前記パターンのエッジのラフネスの特徴を表すラフネスパラメータの値と、画像のノイズの程度ないしは前記エッジの位置に対するノイズの影響の程度を表すノイズパラメータの値とを求め、
前記ラフネスパラメータ及び前記ノイズパラメータの値を一方とし、前記画像処理条件を表す値をもう一方としたグラフを前記述表示部に表示することを特徴とする画像データ解析装置。
(2)前項(1)に記載の画像データ解析装置であって、
前記処理部は、
前記ノイズパラメータの値を画像処理条件の中の画像処理パラメータの関数として表し、前記ノイズパラメータの値が前記画像処理パラメータに対して極小値をとるときの画像処理パラメータを得ることを特徴とする画像データ解析装置。
(3)前項(1)に記載の画像データ解析装置であって、
前記ラフネスパラメータの値を画像処理条件の中の画像処理パラメータの関数として表し、前記ラフネスパラメータの値の前記画像処理パラメータに対する依存性が、あらかじめ定めた値よりも小さくなる前記画像処理パラメータの値を得ることを特徴とする画像データ解析装置。
(4)前項(1)に記載の画像データ解析装置であって、
前記ラフネスパラメータとして、
前記パターンのエッジに垂直な方向にx座標を定めた場合の、前記パターンのエッジ点のx座標の分布の標準偏差を表す値、ないしは、前記パターンのエッジ点のx座標の分布の歪度γ、ないしは、
前記パターンがラインパターンである場合にはx座標に垂直にy座標を定め、
前記パターンが閉じたパターンである場合にはエッジに沿った方向にパターンエッジ上の一点からの距離を計りそれをy座標と定め、
前記ラインパターンのエッジ点のx座標の平均値ないし設計値からのずれをyの関数として表したΔx(y)の数列を算出し、そこから求められる自己相関長ξを用いることを特徴とする画像データ解析装置。
(5)前項(2)または(3)に記載の画像データ解析装置であって、
前記処理部は、
前記走査型電子顕微鏡により得られた前記画像データ、画像処理に用いた複数の前記画像処理条件処理、複数の前記画像処理条件における前記ラフネスパラメータの値、及び得られた前記画像処理パラメータの値、のうち少なくとも二つ以上を一組のデータとして前記記録部に記録する機能を備えていることを特徴とする画像データ解析装置。
Although the present invention has been described in detail above, the main invention modes are listed below.
(1) A recording unit that records image data of a pattern formed on a substrate obtained by a scanning electron microscope, a processing unit that processes the image data recorded in the recording unit, and the processing unit An image data analysis apparatus having a display unit for displaying the processed results,
The processor is
From the image data, a roughness parameter value representing the roughness characteristics of the edge of the pattern using a plurality of image processing conditions, and a noise parameter representing the degree of noise of the image or the influence of noise on the position of the edge Find the value and
An image data analyzing apparatus, wherein a graph having one value of the roughness parameter and the noise parameter and the other value representing the image processing condition is displayed on a pre-description display unit.
(2) The image data analysis device described in (1) above,
The processor is
An image characterized in that the noise parameter value is expressed as a function of an image processing parameter in an image processing condition, and an image processing parameter is obtained when the noise parameter value takes a minimum value with respect to the image processing parameter. Data analysis device.
(3) The image data analysis device described in (1) above,
The value of the roughness parameter is expressed as a function of the image processing parameter in the image processing condition, and the value of the image processing parameter in which the dependency of the value of the roughness parameter on the image processing parameter is smaller than a predetermined value. An image data analysis apparatus characterized by being obtained.
(4) The image data analysis device described in (1) above,
As the roughness parameter,
A value representing the standard deviation of the distribution of the x coordinate of the edge point of the pattern or the skewness γ of the distribution of the x coordinate of the edge point of the pattern when the x coordinate is determined in a direction perpendicular to the edge of the pattern Or
If the pattern is a line pattern, the y coordinate is set perpendicular to the x coordinate,
If the pattern is a closed pattern, measure the distance from one point on the pattern edge in the direction along the edge and define it as the y coordinate;
A sequence of Δx (y) expressing a deviation from an average value or a design value of the x coordinate of the edge point of the line pattern as a function of y is calculated, and an autocorrelation length ξ obtained from the sequence is used. Image data analysis device.
(5) The image data analysis device according to (2) or (3) above,
The processor is
The image data obtained by the scanning electron microscope, the plurality of image processing condition processes used for image processing, the value of the roughness parameter in the plurality of image processing conditions, and the value of the obtained image processing parameter, An image data analyzing apparatus comprising a function of recording at least two of the data as a set of data in the recording unit.

101…解析したい画像ファイルを指定する工程、
102…指定されたファイルを解析装置が記録領域から処理部へロードする工程、
103…画像上の検査領域を設定する工程、
104…エッジ抽出時の画像処理条件を設定する工程、
105…エッジ位置データから算出する指標を指定する工程、
106…指標の閾値依存性を算出し表示する工程、
107…閾値最適化のための解析条件を設定する工程、
108…閾値の最適化を実施する工程、
301…ラインパターンの下地層に対応する領域、
302…ラインパターンの左エッジ近傍に対応する信号強度の大きい領域、
303…ラインパターンの上の平らな部分に対応する信号強度の小さい領域、
304…ラインパターンの右エッジ近傍に対応する信号強度の大きい領域、
305…検査領域を示す枠、
306…画像を上下に二分する直線、
501…CD−SEMシステムないしはCD−SEMデータを保存する記録領域、
502…表示部、
503…処理部、
504…記録装置、
505…処理装置を制御するためのインターフェイス、
701…解析している画像ファイル名の表示領域、
702…グラフの表示領域、
703…最適なTを探すTの範囲の表示領域(操作者入力可)、
704…閾値最適化を行う条件を設定するための表示領域(操作者入力可)。
101 ... Specifying the image file to be analyzed,
102... The process in which the analysis device loads the designated file from the recording area to the processing unit;
103 ... setting the inspection area on the image,
104: a step of setting image processing conditions at the time of edge extraction;
105 ... a step of designating an index calculated from the edge position data;
106 ... calculating and displaying the threshold dependence of the index,
107 ... a step of setting analysis conditions for threshold optimization,
108... Performing threshold optimization,
301... Region corresponding to the underlying layer of the line pattern,
302 ... a region having a high signal intensity corresponding to the vicinity of the left edge of the line pattern,
303 ... a region having a low signal intensity corresponding to a flat portion on the line pattern,
304... A region having a large signal intensity corresponding to the vicinity of the right edge of the line pattern;
305 ... A frame indicating the inspection area,
306 ... a straight line that bisects the image up and down,
501 ... CD-SEM system or recording area for storing CD-SEM data,
502 ... display section,
503: Processing unit,
504 ... Recording device,
505 ... an interface for controlling the processing device,
701 ... Display area of the name of the image file being analyzed,
702 ... graph display area,
703 ... A display area of T range for searching for the optimum T (operator input is possible),
704 ... Display area for setting conditions for threshold optimization (operator input allowed).

Claims (6)

走査型電子顕微鏡により得られた、基板上に形成されたパターンの画像データを記録する記録部と、前記記録部に記録された前記画像データを処理する処理部と、前記処理部で処理された結果を表示する表示部とを有する画像データ解析装置であって、
前記処理部は、
前記画像データから、複数の画像処理条件を用いて前記パターンのエッジのラフネスの特徴を表すラフネスパラメータの値と、画像のノイズの程度ないしは前記エッジの位置に対するノイズの影響の程度を表すノイズパラメータの値とを求め、
前記ラフネスパラメータ及び前記ノイズパラメータの値を一方とし、前記画像処理条件を表す値をもう一方としたグラフを前記述表示部に表示することを特徴とする画像データ解析装置。
A recording unit that records image data of a pattern formed on a substrate obtained by a scanning electron microscope, a processing unit that processes the image data recorded in the recording unit, and a processing unit that processes the image data. An image data analysis apparatus having a display unit for displaying results,
The processor is
From the image data, a roughness parameter value representing the roughness characteristics of the edge of the pattern using a plurality of image processing conditions, and a noise parameter representing the degree of noise of the image or the influence of noise on the position of the edge Value and
An image data analyzing apparatus, wherein a graph having one value of the roughness parameter and the noise parameter and the other value representing the image processing condition is displayed on a pre-description display unit.
請求項1に記載の画像データ解析装置であって、
前記処理部は、
前記ノイズパラメータの値を画像処理条件の中の画像処理パラメータの関数として表し、前記ノイズパラメータの値が前記画像処理パラメータに対して極小値をとるときの画像処理パラメータを得ることを特徴とする画像データ解析装置。
The image data analysis device according to claim 1,
The processor is
An image characterized in that the noise parameter value is expressed as a function of an image processing parameter in an image processing condition, and an image processing parameter is obtained when the noise parameter value takes a minimum value with respect to the image processing parameter. Data analysis device.
請求項1に記載の画像データ解析装置であって、
前記ラフネスパラメータの値を画像処理条件の中の画像処理パラメータの関数として表し、前記ラフネスパラメータの値の前記画像処理パラメータに対する依存性が、あらかじめ定めた値よりも小さくなる前記画像処理パラメータの値を得ることを特徴とする画像データ解析装置。
The image data analysis device according to claim 1,
The value of the roughness parameter is expressed as a function of the image processing parameter in the image processing condition, and the value of the image processing parameter in which the dependency of the value of the roughness parameter on the image processing parameter is smaller than a predetermined value. An image data analysis apparatus characterized by being obtained.
請求項1に記載の画像データ解析装置であって、
前記ラフネスパラメータとして、
前記パターンのエッジに垂直な方向にx座標を定めた場合の、前記パターンのエッジ点のx座標の分布の標準偏差を表す値、ないしは、前記パターンのエッジ点のx座標の分布の歪度γ、ないしは、
前記パターンがラインパターンである場合にはx座標に垂直にy座標を定め、
前記パターンが閉じたパターンである場合にはエッジに沿った方向にパターンエッジ上の一点からの距離を計りそれをy座標と定め、
前記ラインパターンのエッジ点のx座標の平均値ないし設計値からのずれをyの関数として表したΔx(y)の数列を算出し、そこから求められる自己相関長ξを用いることを特徴とする画像データ解析装置。
The image data analysis device according to claim 1,
As the roughness parameter,
A value representing the standard deviation of the distribution of the x coordinate of the edge point of the pattern or the skewness γ of the distribution of the x coordinate of the edge point of the pattern when the x coordinate is determined in a direction perpendicular to the edge of the pattern Or
If the pattern is a line pattern, the y coordinate is set perpendicular to the x coordinate,
If the pattern is a closed pattern, measure the distance from one point on the pattern edge in the direction along the edge and define it as the y coordinate;
A sequence of Δx (y) expressing a deviation from an average value or a design value of the x coordinate of the edge point of the line pattern as a function of y is calculated, and an autocorrelation length ξ obtained from the sequence is used. Image data analysis device.
請求項2に記載の画像データ解析装置であって、
前記処理部は、
前記走査型電子顕微鏡により得られた前記画像データ、画像処理に用いた複数の前記画像処理条件処理、複数の前記画像処理条件における前記ラフネスパラメータの値、及び得られた前記画像処理パラメータの値、のうち少なくとも二つ以上を一組のデータとして前記記録部に記録する機能を備えていることを特徴とする画像データ解析装置。
The image data analysis device according to claim 2,
The processor is
The image data obtained by the scanning electron microscope, the plurality of image processing condition processes used for image processing, the value of the roughness parameter in the plurality of image processing conditions, and the value of the obtained image processing parameter, An image data analyzing apparatus comprising a function of recording at least two of the data as a set of data in the recording unit.
請求項請求項3に記載の画像データ解析装置であって、
前記処理部は、
前記走査型電子顕微鏡により得られた前記画像データ、画像処理に用いた複数の前記画像処理条件処理、複数の前記画像処理条件における前記ラフネスパラメータの値、及び得られた前記画像処理パラメータの値、のうち少なくとも二つ以上を一組のデータとして前記記録部に記録する機能を備えていることを特徴とする画像データ解析装置。
The image data analysis device according to claim 3,
The processor is
The image data obtained by the scanning electron microscope, the plurality of image processing condition processes used for image processing, the value of the roughness parameter in the plurality of image processing conditions, and the value of the obtained image processing parameter, An image data analyzing apparatus comprising a function of recording at least two of the data as a set of data in the recording unit.
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