JP2012519391A - 類似構造要素を分類するｃｄ計測システム及び方法 - Google Patents

Abstract

類似構造要素を分類するＣＤ計測のシステム及び方法を提供する。本方法は、半導体構造の画像を取得する段階と、ｂ）各群が異なる製造ステージから生じる類似構造要素の第１の群に属する構造要素（２０４）の十分な量及び第２の群に属する構造要素（２０５）の十分な量を識別する段階と、ｃ）第１の群及び第２の群内の要素の十分な量のうちの各所定の構造要素に対してそれぞれの製造ステージを示す１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、それぞれの特徴の値が取得画像から導出される段階と、評定の結果を製造ステージと類似構造要素の第１の群内及び第２の群内のそれぞれそれから生じる構造要素とに関連する分類判断に使用する段階とを含む。
【選択図】図２Ｃ

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２００９年３月２日に出願され、全体として本明細書において引用により組み込まれている米国特許仮出願第６１／１５６，８０２号明細書に関連し、かつそれからの優先権を請求する。

本発明は、一般的に、半導体製造工程の制御を可能にする方法及びシステムに関し、より詳細には、多層パターニング製造工程における限界寸法（ＣＤ）計測の方法及びシステムに関する。

新たな多重パターニング高密度技術は、ウェーハ上に形成された多層パターンを評価するのに増大した精度を要求する。非制限的な例として、そのような技術には、例えば、３２ｎｍ及び２２ｎｍフラッシュメモリ構造として平行線の高密度アレイを製造するのに使用される自己整列ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）及び二重露光ダブルパターニングなどが含まれる。

パターンの評価は、限界寸法（ＣＤ）計測によって提供することができ、この計測は、パターン及びその構造要素の寸法、側壁形状、ラインエッジ粗度、及び／又は他の特性を評定するための構造要素の認識、測定、較正、検査、解析、報告、及び／又は他の手順を含む場合がある。取得結果は、製造工程のそれぞれの段階のパラメータ及び／又は条件を評価し、必要なフィードバックを提供するために使用することができる。

ＣＤ計測は、非制限的な例として、走査型顕微鏡、原子間力顕微鏡、光学検査ツールのような非破壊検査に基づく様々なツールを用いて提供することができる。

高密度製造工程のためのＣＤ計測の問題は、従来技術において認識されており、解決法を提供するために、例えば、以下のような様々なシステムが開発されている。

米国特許出願第２０１０／００９４７０号明細書（Ｄａｖｉｓ他）は、適応自己整列ダブルパターニングのための装置及びその方法を開示している。この方法は、エッチング処理及び堆積処理を実施するように構成された加工プラットホームと真空内限界寸法（ＣＤ）測定に対して構成された計測ユニットとに基板を提供する段階を含む。真空内ＣＤ測定は、処理シーケンス処理プラットホームのフィードフォワード適応制御に、又はチャンバ処理パラメータのフィードフォワード又はフィードバック適応制御に利用することができる。１つの態様において、多重層マスキングスタックの第１の層がエッチングされてテンプレートマスクが形成され、テンプレートマスクの真空内ＣＤ測定が行われ、かつスペーサがテンプレートマスクのＣＤ測定に依存する幅までテンプレートマスクに隣接して形成される。

米国特許出願第２００９／１４２９２６号明細書（Ｄａｖｉｓ他）は、リソフラフィ処理に関してライン及び／又はトレンチに対してラインエッジ粗度（ＬＥＲ）を改良するためにかつ縮小限界寸法（ＣＤ）のために使用される一部の実施形態を開示している。実施形態は、偏光リソフラフィ、収縮コーティング処理、及び二重露光処理の組合せを使用し、パターニングされた相互接続構造のライン及び／又はトレンチにおいて良好な分解能、縮小ＣＤ、縮小ピッチ、及び低減ＬＥＲを有するトレンチの形成での相乗効果を引き起こす。この実施形態は、収縮コーティングの第２の適用に先立つ限界寸法及び／又はラインエッジ粗度の測定を更に含むことができる。

米国特許出願第２００８／１６９８６２Ａ号明細書（Ｐａｒｋ他）は、パターンの限界寸法（ＣＤ）に応答して制御された特性の制御を含むダブルパターニング処理によって形成されるパターンを制御する方法を開示している。この方法は、異なるＣＤを有する２つ又はそれよりも多くのパターンを制御してこのパターンを最適に操作する段階を含む。これらのパターンは、パターンのＣＤに基づいてパターンに提供される信号によって個別に制御することができる。この信号は、それぞれのパターンに提供される信号のマグニチュード又は印加時間を制御することによって制御することができる。

米国特許出願第２００７／１０５２４３号明細書（Ｎａｇａｔｏｍｏ他）は、パターンの断面形状の推定の方法及び装置を開示している。露光処理又はエッチング処理において、目標評価パターンの断面形状、パターンのための処理条件、又はパターンのデバイス特性を推定するために有用な画像特徴量が、ＳＥＭ画像から計算される。画像特徴量は、パターンの断面形状、パターンのための処理条件、又はパターンのデバイス特性を含むデータベースに予め格納されたデータをＳＥＭ画像から計算された画像特徴量に相関させる学習データと比較される。それによって目標評価パターンの断面形状、パターンの処理条件、又はパターンのデバイス特性が非破壊的に計算される。

米国特許出願第２００４／０４０９３０号明細書（Ｔａｎａｋａ他）は、エッチングされたパターンの３次元形状を定量的に評価する方法を開示している。ＳＥＭ画像の信号量の変動が、エッチング処理段階に関連するパターン上の３次元形状データを計算するために利用される。得られた３次元形状データに基づいて、エッチング処理条件及び処理制御の判断が更に提供される。

米国特許出願第２０１０／００９４７０号明細書 米国特許出願第２００９／１４２９２６号明細書 米国特許出願第２００８／１６９８６２Ａ号明細書 米国特許出願第２００７／１０５２４３号明細書 米国特許出願第２００４／０４０９３０号明細書 米国特許出願第２００９／２４６７０６号明細書

多重層パターニング技術において、一部の類似構造要素は、製造工程の異なるステージから生じる場合がある。非制限的な例として、そのような構造要素は、ダブルパターニング製造工程における所定のライン及び／又は奇数及び偶数ラインのコア／ギャップ空間及び／又は対向エッジなどである場合がある。そのような構造要素の寸法及び／又は形状は、それぞれの製造ステージでの異なる製造パラメータによって調節されるので、異なる起源に起因する構造要素を区別することができる計測を用いた製造パラメータの適切な調整を提供する必要がある。

本発明のある一定の態様により、コア空間とギャップ空間とを認識するコンピュータ化された方法を提供し、本方法は、複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含み、この複数の空間がコア空間とギャップ空間とを含む半導体構造のダブルパターニング製造と共に使用するものである。本方法は、ａ）半導体構造の画像を取得する段階と、ｂ）奇数空間及び偶数空間の十分な量を識別する段階と、ｃ）空間のこの十分な量のうちの各所定の空間に対して１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、この特徴の値が、取得画像から導出され、かつそれぞれの製造ステージに関連する空間の１つ又はそれよりも多くの特性を示す段階と、ｄ）この評定結果を奇数空間をコア空間又はギャップ空間として、かつ偶数空間をギャップ空間又はコア空間としてそれぞれ認識するために使用する段階とを含む。

本発明の他の態様により、類似構造要素を分類するコンピュータ化された方法を提供し、本方法は、複数の類似構造要素を含み、この複数の類似構造要素が類似構造要素の少なくとも第１の群と第２の群とを含み、各群が異なる製造ステージからもたらされる半導体構造の限界寸法計測と共に使用するためのものである。本方法は、ａ）半導体構造の画像を取得する段階と、ｂ）第１の群に属する構造要素及び第２の群に属する構造要素の十分な量を識別する段階と、ｃ）第１の群内及び第２の群内の構造要素のこの十分な量のうちの各所定の構造要素に対してそれぞれの製造ステージを示す１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、それぞれの特徴の値が取得画像から得られ、従って、評定結果を生じる段階と、ｄ）この評定結果を製造ステージと類似構造要素の第１の群内及び第２の群内のそれぞれそれから生じる構造要素とに関連する分類判断のために使用する段階とを含む。

本発明の他の態様により、処理ユニットと作動的に連結された撮像ユニットを含むＣＤ計測システムを提供する。撮像ユニットは、複数の類似の構造要素を含む半導体構造の画像を取得するように構成され、この複数の類似の構造要素は、類似の構造要素の少なくとも第１の群及び第２の群を含み、各群は、異なる製造ステージから生じる。処理ユニットは、ｉ）第１の群に属する構造要素の十分な量及び第２の群に属する構造要素の十分な量を識別し、ｉｉ）第１の群及び第２の群内の要素のこの十分な量のうちの各所定の構造要素に対してそれぞれの製造ステージを示す１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、それぞれの特徴の値が取得画像から導出され、かつｉｉｉ）この評定結果を製造ステージと類似構造要素の第１の群内及び第２の群内のそれぞれそれから生じる構造要素とに関連する分類判断のために使用するように構成される。

本発明の更に別の態様により、類似構造要素のこの第１の群は、ラインパターニング構造内の周期的ラインの間に形成された奇数空間とすることができ、類似構造要素の第２の群は、偶数空間とすることができ、奇数空間及び偶数空間は、異なる製造ステージから生じる。奇数空間及び偶数空間は、ダブルパターニング製造工程内での異なる材料のエッチングから生じる場合がある。追加的に又は代替的に、類似構造要素は、ラインパターニング構造内の複数の周期的ラインのうちの１つ又はそれよりも多くの所定のラインのエッジとすることができ、いずれの所定のラインのエッジも、異なる製造ステージから生じる。いずれかの所定のラインの対向エッジは、ダブルパターニング製造工程内で得られる異なる構造インタフェースから生じる場合がある。追加的に又は代替的に、類似構造要素の第１の群は、ラインパターニング構造内の奇数ラインとすることができ、類似構造要素の第２の群は、偶数ラインとすることができ、奇数ライン及び偶数ラインは、二重露光ダブルパターニング製造工程内の異なる製造ステージから生じる。

本発明の更に別の態様により、複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含むラインパターニング構造に対して、それぞれの製造ステージを示す特徴は、平均空間輝度、空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの絶対輝度、空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの相対輝度、空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの平均輝度、空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの幅、輝度と幅との比、エッジ記述子の形状、エッジプロフィール粗度、及びその組合せから構成される群から選択された１つ又はそれよりも多くのパラメータによって特徴付けられる。

本発明の更に別の態様により、ＣＤ計測システムは、学習製造モード及び実行製造モードで作動させることができる。学習製造モードは、ある一定の製造ステージに対応するサンプル画像を取得する段階と、実行製造モード内の対応する製造ステージでの類似構造要素に対する評定に使用される上述の特徴のうちの最高の弁別性を可能にする特徴を選択する段階とを含むことができる。

本発明の更に別の態様により、１つ又はそれよりも多くの評定特徴は、取得画像に対応する製造ステージに従って選択することができる。

本発明の更に別の態様により、それぞれの製造ステージを示す１つ又はそれよりも多くの特徴を評定するための値は、半導体構造の１つ又はそれよりも多くのパラメータを示し、かつ取得画像から導出された１次元プロフィールから導出することができる。

本発明の更に別の態様により、複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含むラインパターニング構造に対して、所定の空間に対する１つ又はそれよりも多くの特徴を評定する段階は、それぞれ、値の１つ又はそれよりも多くの対を計算する段階を含むことができ、この対における第１の値は、所定の空間の左側のラインを特徴付け、この対における第２の値は、所定の空間の右側のラインを特徴付ける。

本発明の他の態様により、処理ユニットと作動的に連結された撮像ユニットを含むＣＤ計測システムを提供する。撮像ユニットは、複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含む半導体構造の画像を取得するように構成され、複数の空間は、コア空間及びギャップ空間を含む。処理ユニットは、ｉ）奇数空間及び偶数空間の十分な量を識別し、ｉｉ）空間の十分な量のうちの各所定の空間に対して１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、この特徴の値が、取得画像から導出され、かつそれぞれの製造ステージに関する空間の１つ又はそれよりも多くの特性を示し、かつこの評定結果を奇数空間をコア空間又はギャップ空間であると認識し、偶数空間をギャップ空間又はコア空間であるとそれぞれ認識するために使用するように構成される。

本発明を理解して実施することができる方法を知るために、ここで、添付図面を参照して実施形態を単に非制限的に以下に説明する。

当業技術で公知であるＣＤ計測システムの概略機能図である。 ＳＥＭを用いて得られたラインパターニング構造の例示的画像を示す図である。 この例示的画像におけるコア及びギャップ空間を示す図である。 当業技術で公知のスペーサ自己整列ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）処理の概略流れ図である。 本発明のある一定の実施形態による類似構造要素を分類する概略流れ図である。 本発明のある一定の実施形態に従い、かつ図２ａで示された例示的画像に対応して生成された１次元プロフィールを示す図である。 本発明のある一定の実施形態によるステージ指示特徴を評定する概略流れ図である。 本発明のある一定の実施形態による１次元プロフィールから導出された例示的ステージ指示特徴の説明図である。 例示的画像に対して本発明のある一定の実施形態に従って計算されたＦ１及びＦ２値を示す図である。 １組の例示的画像に対して本発明のある一定の実施形態に従って計算されたＦ１及びＦ２値を示す図である。 更に別の分類判断のために特徴を選択する概略流れ図である。

以下の詳細説明において、本発明の完全な理解を提供するために多くの具体的細部を示す。しかし、本発明がこれらの具体的細部なしに実施することができることは当業者によって理解されると考えられる。他の例では、公知の方法、手順、構成要素、及び回路は、本発明を不明確にしないために詳細には説明しない。図面及び説明において、同一の参照番号は、異なる実施形態又は構成に共通なそれらの構成要素を示している。

別途具体的に示されない限り、以下の説明から明白なように、明細書全体を通じて「処理」、「演算」、「計算」、「識別」、「生成」、「評価」、「分類」、「選択」、又は「評定」などのような用語を用いる説明は、データを操作し及び／又はデータを他のデータに変換するコンピュータの作動及び／又は処理に言及することが理解され、このデータは、電子などの物理的量として表され及び／又はこのデータは、物理物体を示している。用語「コンピュータ」は、データ処理機能を有するあらゆる種類の電子システムを網羅すると拡大解釈すべきであり、それらには、非制限的な例として、パーソナルコンピュータ、サーバ、コンピュータシステム、通信デバイス、格納デバイス、プロセッサ（例えば、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など）、及び他の電子計算システムが含まれる。

本明細書での教示に従った操作は、望ましい目的のために特に構築されたコンピュータによって行うことができ、又はコンピュータ可読格納媒体内に格納されたコンピュータプログラムによって望ましい目的のために特に構成された汎用コンピュータによって達成することができる。

本発明の実施形態は、いずれの特定のプログラム言語に関しても説明されない。様々なプログラム言語が本明細書に説明した本発明の教示を実施することができることが理解されると考えられる。

背景技術において引用された文献は、本発明に適用することができるＣＤ計測の多くの原理を教示している。従って、これらの文献の全内容は、追加又は代替的な細部、特徴、及び／又は技術背景の適切な教示に対して本明細書に引用によって組み込まれている。

以上を考慮して、当業技術で公知の例示的ＣＤ計測システムの機能ブロック図を示す図１に注意されたい。図１で示された計測システムは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）１０１及び処理ユニット１０２を含む。ＳＥＭは、電子コラム１０４内の磁気及び静電「レンズ」（図示せず）によって成形され集束された電子のビーム１０３を使用する。レンズシステムは、真空試料チャンバ１０６内部に置かれた半導体構造に電子ビームが集束するようにビーム１０３の軌道及び焦点距離を制御するように設計される。真空試料チャンバ１０６は、Ｘ−Ｙステージ１０７及び２次電子検出器１０８を更に含む。Ｘ−Ｙステージ１０６は、制御ユニット１０９から受信した制御信号に応答して、Ｘ−Ｙ平面上の任意的方向に移動するようになっている。２次電子検出器１０８は、電子ビーム１０８で照射された構造１０５の表面から放出された２次電子、反射電子、及び／又は後方散乱電子を検出し、検出結果を画像処理ユニット１１０に提供するようになっている。画像処理ユニットは、２次電子検出器の検出結果を受信し、受信データを処理してそれに従ってＳＥＭ画像を提供するように構成される。得られたＳＥＭ画像は、更に別の解析のために処理ユニット１０２に送られ、計測データが導出され、ＳＥＭ画像及び／又はその導出物が格納される。任意的に、制御ユニット１０９は、２次電子検出器１０８及び処理ユニット１０２に更に機能的に連結することができる。処理ユニットは、ＳＥＭ操作に関連する位置決め及び／又は他のパラメータに関して制御ユニット１０９に命令を提供するように更に構成することができ、この命令は、受信され及び／又は格納された画像の解析からもたらされる。

本発明のある一定の実施形態は、図１を参照して説明したＣＤ計測システムに適用可能である。しかし、本発明は、この特定のシステムに束縛されず、同等及び／又は修正した機能は、別の方式で統合又は分割することができ、かつソフトウエア、ファームウエア、及びハードウエアのあらゆる適切な組合せで実施することができる。説明のみのために、ＳＥＭ画像に関して以下の説明を提供する。本発明の教示がＳＥＭ画像に束縛されず、それぞれ実施された電子顕微鏡、光学検査、原子間力顕微鏡の技術又は他の適切な技術の使用によって得られた構造又はその部分のトップ−ボトム画像に対して類似の方式で適用することができることは、当業者が容易に理解するであろう。同様に、半導体構造及び／又はその部分の計測に関連して使用される独立型ツールを用いて実施することができる。

図２ａを参照すると、ラインパターニング構造２００の例示的なトップ−ボトムＳＥＭ画像が示されている。別途具体的に示されない限り、以下の特許明細書に使用される用語「画像」は、単一検出器から受信した単一フレーム画像、並びに１つ又はそれよりも多く検出器から受信したいくつかのフレームの処理によって導出された画像を網羅するように拡大解釈すべきである。非制限的な例として、この処理は、ＳＮＲの改善、ある一定の構造要素の強調などのために提供することができる。

図示の構造２００は、自己整列ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）処理中に得られる。ＳＡＤＰ技術のある一定の実施形態の非制限な例は、米国特許出願第２００９／２４６７０６号明細書に開示され、ＳＡＤＰ処理のためのＣＤ計測のある一定の実施形態の非制限的な例は、米国特許出願第２０１０／００９４７０号明細書に開示されており、両方の出願は、本出願の出願人に譲渡され、全体として本明細書において引用により組み込まれている。

構造２００は、複数の反復類似構造要素（例えば、複数の周期的ライン２０１、それらの間の複数の周期的空間（トレンチ）２０２、複数の周期的ラインエッジ２０３）を含む。本特許明細書で使用される用語「類似構造要素」は、互いに誤認される可能性を有する相互に酷似した構造要素を網羅すると拡大解釈すべきである。

説明のみの目的のために、以下の説明は、ラインの垂直方向に関して提供される。

図２ｃは、当業技術で公知であるスペーサベースの自己整列ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）処理の概略流れ図を示している。側壁スペーサを用いてラインを生成する図示の例示的な処理は、リソフラフィ・レジスト・トリム（２１１）、コア材料エッチング（２１２）、スペーサ形成（堆積２１３及びエッチング２１４）、及びコア材料除去（２１５）を含む。

製造工程に起因して、奇数及び偶数空間（すなわち、あらゆる所定のラインの２つの側の２つの空間）が、製造工程の異なる段階から生じる。一時的材料（スペーサ）の除去から生じる空間は、以下でギャップ空間（２０４）と称され、コア材料の除去から生じる空間は、以下でコア空間（２０５）と呼ばれる。あらゆる所定のラインの対向エッジは、異なる構造インタフェースから生じ、すなわち、ラインの１つのエッジは、スペーサとテンプレートとのインタフェースによって形成され、一方でその反対側のエッジは、スペーサと空気とのインタフェースによって形成される。従って、ラインの対向エッジは、異なる程度の粗度を有する場合がある。

図２ｂで更に略示するように、各ラインは、コア材料エッチングに起因する１つの鋭いエッジ及びスペーサエッチングに起因する１つの鈍いエッジを有し、左傾斜ラインと右傾斜ラインとは、パターン内で周期的に反復される。コア空間２０５は、２つの鋭いエッジの間に位置し、ギャップ空間２０４は、２つのラインの傾斜エッジの間に位置する。図２ａに示すように、コアトレンチとギャップトレンチとは交互配置され、すなわち、全ての奇数空間は、１つの種類のものであり、全ての偶数空間は、別の種類のものである。

非制限的な例として、ＣＤトリム段階（２１２）は、テンプレートエッチング中に行われ、印刷ピッチの１／４であるテンプレートＣＤが得られる。同じく１／４ピッチをターゲットとする側壁を各々有するスペーサを形成し、テンプレートをストリッピングした後に、２つの異なる空間（あらゆる所定のラインの各側で）が２つの異なる起源から生じる。コア空間は、テンプレートのＣＤから生じ、ギャップ空間は、ピッチからコア空間と２つのスペーサとを差し引いた残りである。従って、テンプレートエッチング中に行われるトリムが、設計ターゲットを外れる時に、コア空間とギャップ空間とはＣＤが異なる場合がある。非制限的な例として、フォトレジスト・トリミングの不足は、コア空間をギャップ空間より大きくし、一方で過剰のフォトレジスト・トリミングの後では、ギャップは、コアより大きいことになる。

異なる起源に起因する類似構造要素の寸法及び／又は形状における見込まれる差異は、ＳＡＤＰ処理の異なるステージから生じる所定のラインのコア／ギャップ空間及び対向エッジの間の示された差異によって束縛されないことを当業者は容易に理解するであろう。同様に、類似の構造要素は、他の多層パターニング技術における異なる起源に起因すると考えられる。例えば、異なる製造ステージから生じる二重露光ダブルパターニングにおける奇数及び偶数ラインは、ライン（リソフラフィで印刷された）の第２のセットがラインの第１のセットと完全には整列（心出し）されない時に、ラインの幅及び間隔において異なる場合がある。

異なる製造ステージで得られる類似構造要素の区別は、それぞれのステージ及び全製造工程の適切な制御及び／又は計測ベースの調整を可能にする。

図３を参照すると、本発明のある一定の実施形態に従って類似の構造要素を分類する概略流れ図が示されている。この分類は、測定処理の予備段階として又はその一部としてのＣＤ計測に関連して提供される。得られた（３０１）２次元画像に対応する半導体構造は、各群が異なる製造ステージから生じる類似構造要素の少なくとも第１の群及び第２の群を含む複数の類似構造要素を含む。取得画像は、異なる起源に起因する１つ又はそれよりも多くの類似構造要素及びそれらのそれぞれの群を識別（３０２）するために処理される。非制限的な例として、ラインパターニング構造の２次元画像が、コア空間の群及びギャップ空間の群を含む複数の空間を識別するために処理される。空間とラインは、取得画像の１次元プロフィールを解析することによって区別することができる。１次元プロフィールは、水平軸上の各座標に得られた２次元画像から導出された値を割り当て、それぞれの座標でコラムを特徴付けることによって生成される。非制限的な例として、図４は、図２ａに示す例示的画像に対応する１次元プロフィールを示している。説明目的のために、画像のフラグメント４０１が１次元プロフィール４０２と重ねられている。図示のプロフィール内の値は、垂直方向に沿ったそれぞれの輝度の合計によって得られる。代替的に、この値は、コラムに沿った平均輝度、又はラインと空間の間の差異を示す別の特性値を特徴付けることができる。ライン（２０１）及び空間（２０２）は、それぞれの輝度の差異によって区別することができる。例えば、１次元プロフィールを特徴付ける平均値４０３は、ラインと空間とを分けるための閾値として使用することができ、平均値よりも大きい値を有する座標は、ラインに対応し、平均値より小さい値を有する座標は、空間に対応する。

図３を再び参照すると、この処理は、各群内の類似構造要素の十分な量に対するそれぞれの製造ステージを示す１つ又はそれよりも多くの特徴の評定（３０３）を更に含み、この特徴の値は取得画像から導出される。例えば、ラインパターニング構造において、ステージ指示特徴が奇数及び偶数空間の十分な量に対して評定される。そのようなステージ指示特徴としては、平均空間輝度、空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くエッジの絶対、平均、又は相対輝度、空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの幅、輝度と幅の間の比率、エッジ記述子の形状（例えば、勾配の最大、最小、及び平均）、エッジプロフィール粗度、その組合せなどが挙げられる。図５−図６を参照して更に詳述されるように、所定の空間の特徴の値は、取得画像から、例えば、１次元プロフィールの解析によって導出される。空間の２つの群が異なる製造ステージから生じる時に、少なくとも一部のステージ指示特徴の値は異なることになる。

合成画像の場合、２つの類似構造画像のステージ指示特徴の比較は、分類処理のために十分とすることができる（例えば、所定のラインの両側の１対の空間の比較は、コア空間とギャップ空間とを区別するのに十分とすることができる）。しかし、ノイズ、ウェーハ上の操作パラメータの不均等分布、及び他のファクタの理由で、実画像は、正確な（問題のない）判断のために類似構造要素の十分な量に関する特徴値の解析を必要とし、そのような量は、以下で「十分な量」と呼ばれる。例えば、コア及びギャップ空間に対して、問題のない判断は、奇数及び偶数空間にわたる特徴値の統計的分布の解析によって提供することができる。そのような解析は、平均値又は中央値の間の差をそれらの標準偏差と比較することによって提供することができる。更に、そのような解析は、奇数空間と偶数空間との区別の確実性の評価も可能にする。

類似構造要素に関する異なるステージ指示特徴の弁別性は、例えば、ある一定の製造ステージ、現在検査中の製造構造の層、及び／又は他の計測パラメータに基づいて変化する場合がある。従って、図９を参照して更に詳述するように、類似構造要素の異なる群の分離の有効性が、分類判断を取り込む（３０５）前に評価される（例えば、製造ステージ及びそれらに由来するそれぞれの偶数及び奇数空間に関して）。

本発明のある一定の実施形態では、群内での類似構造要素の十分な量は、所定の閾値パラメータによって特徴付けることができる（例えば、３つの奇数空間及び３つの偶数空間よりも少なくない）。代替的に又は追加的に、十分な量のための閾値パラメータは、異なる群に対する異なる起源の類似構造要素の分離の有効性に依存する適応パラメータとして設定することができる。任意的に、この十分な量は、測定フィールド又はその所定の部分の中の「全ての類似構造要素」又は取得画像での「全ての類似構造要素」として設定することができる。

図５を参照すると、本発明のある一定の実施形態によるラインパターニング構造のためのステージ指示特徴を評定する概略流れ図が示されている。１次元プロフィールが取得（５０１）されると、ラインと空間の間の区別（５０２）は、計算された平均値に従って提供される。１次元プロフィールと平均値ラインとの交点は、それぞれのラインに対して終点を識別する（５０３）。図４及び図６に示すように、各所定のラインは、ラインの平坦部に対応する中央に比較的暗い部分、その鋭いエッジに対応する狭く明るい部分、及びその鈍いエッジに対応する比較的広く明るい部分を有する。この処理は、上記十分な量の空間を構成する空間に対応するラインに対して、１次元プロフィール内の中央最小点（５０４）と左への及び右への最大点（５０５）との検出とを更に含む。例示的ステージ指示特徴の計算（５０６）は、図６を参照して更に詳述される。

平均値ラインは、図６で６０１として表示され、中央最小点は、６０２として表示され、エッジに関する最大点は、左エッジに対して６０３として、かつ右エッジに対して６０４として表示されている。

図６は、所定の空間（空間Ａとして表示される）の２つの側でのラインの相対エッジ輝度を表す特徴の１対の値（Ｆ１及びＦ２）の計算を説明する。値Ｆ１は、所定の空間の左側のラインの近いエッジと遠くのエッジの間の最大輝度の差異として計算される。同様に、値Ｆ２は、所定の空間の右側のラインに対して計算される。特定の空間の１つの側にラインがない時に、それぞれの空間は、分類判断において考慮されない。
Ｆ１＝ＭａｘＬｅｆｔＮｅａｒ−ＭａｘＬｅｆｔＦａｒ
Ｆ２＝ＭａｘＲｉｇｈｔＮｅａｒ−ＭａｘＲｉｇｈｔＦａｒ

図６は、所定の空間（空間Ｂとして示される）に隣接するラインエッジの幅を示す特徴の１対の値（Ｄ１及びＤ２）の計算も説明する。値Ｄ１は、所定の空間の左側のラインの中央最小点と右側最大点の間の幅として計算される。同様に、値Ｄ２は、所定の空間の右側のラインに対して計算される。特定の空間の１つの側にラインがない時に、該当する空間は分類判断において考慮されない。

図７は、例示的画像に対して本発明のある一定の実施形態に従って計算されたＦ１及びＦ２値を示している。図示の正方形は、奇数空間に対して計算された値に対応し、円形は、偶数空間に対して計算された値に対応する。各正方形及び円形は、それぞれのＦ１値（Ｙ軸）及びＦ２値（Ｘ軸）によって特徴付けられる。負のＦ１及びＦ２は、コア空間を表し、正のＦ１及びＦ２は、ギャップ空間を表している。従って、コア空間に隣接するラインエッジは、コア材料除去（２１５）に起因し、一方でギャップ空間に隣接するラインエッジは、スペーサエッチング（２１４）に起因する。図７に示すように、得られた結果は、問題なく分離されて分類判断が可能とされ、すなわち、この例示的画像での偶数空間は、コア空間であり、奇数空間は、ギャップ空間である。

図８は、１組の例示的画像に対して本発明のある一定の実施形態に従って計算されたＦ１及びＦ２値を示している。図示の正方形は、奇数空間に対して計算された値に対応し、円形は、偶数空間に対して計算された値に対応する。各正方形及び円形は、それぞれのＦ１＋Ｆ２値（Ｙ軸）及びそれぞれの画像の連続番号（Ｘ軸）によって特徴付けられる。図示のように、取得結果は、問題なく分離され、異なる起源に起因する類似構造要素の間の分類判断が可能とされる。

図９を参照すると、更に別の分類判断のための特徴を選択する概略流れ図が示されている。本発明のある一定の実施形態では、特性の選択は、計測処理の学習モード中に提供することができ、この特徴は、製造工程の実行モード中で更に使用される。サンプル画像が得られると（９０１）、十分な量を構成する全ての空間が異なるステージ指示特性（例えば、Ｆ１及びＦ２、Ｄ１及びＤ２、平均空間輝度Ｂなど）に関して評定（９０２）される。得られた値は、異なる起源（例えば、奇数及び偶数空間の群）に起因する類似構造要素の群に対応するように分離（９０３）され、各特性に関する分離基準の計算（９０４）に使用される。非制限的な例として、分離基準は、フィッシャー基準Ｆｃとして計算することができる。特性Ｆ１及びＦ２、Ｄ１及び4Ｄ２、及び平均空間輝度Ｂに関するフィッシャー基準は、それぞれ以下のように計算される。

この特徴は、それぞれの分離基準が所定の閾値よりも大きい時に（例えば、Ｆｃ＞２）、異なる群に対する異なる起源の類似構造要素の問題のない分離を可能にすると見なされる。

代替的に又は追加的に、分離基準は、不等分散での不等サイズのサンプルに関するＳｔｕｄｅｎｔのＴ検定又は他の方法として計算することができる。

任意的に、分離基準は、分類判断の精度を推定するために使用することもできる。

本発明のある一定の実施形態により、異なるステージ指示特徴によって提供された分離は、異なる特徴に関する分離基準が製造工程の異なるステージに基づいて変化する場合があるので、各所定の特徴に対して個別に検定される。任意的に、分離基準は、いくつかのステージ指示特徴によって特徴付けられたベクトルに対して計算することができる。

分離基準が計算され、サンプル画像に関する特徴の弁別性の評価が提供されると、最も高い分離基準を有するステージ指示特徴が選択される（９０５）。この特徴は、実行モードでの対応する製造ステージでの類似構造要素の更に別の分類（９０６）に使用されるステージ指示特徴として選択される。

実行製造モードで得られた画像に対して弁別性の評価が提供された場合に、分離基準に適合するあらゆる特徴を分類判断に使用することができる。任意的に、分類判断（及び／又はその精度の推定）は、分離基準に適合するいくつかの特徴に対して得られた評定結果の比較に基づいて行うことができる。

本発明のある一定の実施形態の利点の中には、異なる製造ステージに由来するある一定の類似構造要素を認識したＣＤ測定及びそれぞれに関わるパラメータの適切な調整を可能にすることがある。

本発明が本明細書に含む説明に示されかつ図面に説明した細部へのその適用に制限されないことは理解されるものとする。本発明は、他の実施形態が可能であり、かつ様々な方法で実施されかつ達成することができる。従って、本明細書で用いられた表現及び術語は、説明の目的のためであって制限と見なしてはならないことは理解されるものとする。従って、本発明の開示か基づく概念は、本発明のいくつかの目的を達成するために他の構造、方法、及びシステムの設計の基礎として容易に利用することができることを当業者は認めるであろう。

本発明によるシステムは、適切にプログラムされたコンピュータとすることができることも理解されるであろう。同様に、本発明は、本発明の方法を実行するためにコンピュータにより可読であるコンピュータプログラムを考えている。本発明は、本発明の方法を実行するために機械によって実行可能な命令のプログラムを有形に具現化する機械可読メモリを更に考えている。

当業者は、特許請求の範囲に及びそれによって定められた範囲から逸脱することなく様々な修正及び変形を上述の本発明の実施形態に適用することができることを容易に認めるであろう。

２１２ 露光／現像
２１３ コア材料エッチング
２１４ スペーサ材料堆積
２１５ スペーサエッチング

Claims (37)

1. 複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含み、該複数の空間がコア空間及びギャップ空間を含む半導体構造のダブルパターニング製造と共に使用するためのコア空間とギャップ空間とを認識するコンピュータ化された方法であって、
   （ａ）半導体構造の画像を取得する段階と、
   （ｂ）十分な量の奇数空間及び偶数空間を識別する段階と、
   （ｃ）前記十分な量の空間の中の各所定の空間に対して１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、該特徴の値が、前記取得画像から導出され、かつそれぞれの製造ステージに関連する空間の１つ又はそれよりも多くの特性を示す段階と、
   （ｄ）奇数空間をコア空間又はギャップ空間として認識し、かつ偶数空間をギャップ空間又はコア空間としてそれぞれ認識するために前記評定結果を使用する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 複数の類似構造要素を含み、該複数の類似構造要素が類似構造要素の少なくとも第１の群及び第２の群を含み、各群か異なる製造ステージから生じる半導体構造の限界寸法計測に関連して使用するための該類似の構造要素を分類するコンピュータ化された方法であって、
   （ａ）半導体構造の画像を取得する段階と、
   （ｂ）第１の群に属する十分な量の構造要素と第２のグループに属する十分な量の構造要素とを識別する段階と、
   （ｃ）前記第１の群内及び前記第２の群内の前記十分な量の要素内の各所定の構造要素に対してそれぞれの製造ステージを示す１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、該それぞれの特徴の値が、前記取得画像から導出され、従って、評定結果を生じる段階と、
   （ｄ）製造ステージと類似構造要素の前記第１の群内及び前記第２の群内のそれぞれそれから生じる構造要素とに関連する分類判断のために前記評定結果を使用する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
3. 類似構造要素の前記第１の群は、奇数空間であり、類似構造要素の前記第２の群は、偶数空間であり、それらは、ラインパターニング構造内の周期的ラインの間に形成され、
   奇数空間及び偶数空間は、異なる製造ステージから生じる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記奇数空間及び前記偶数空間は、ダブルパターニング製造工程における異なる材料のエッチングから生じることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記類似構造要素は、ラインパターニング構造内の複数の周期的ラインのうちの１つ又はそれよりも多くの所定のラインのエッジであり、
   いずれの前記所定のラインのエッジも、異なる製造ステージから生じる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. いずれの前記所定のラインの対向エッジも、ダブルパターニング製造工程において得られる異なる構造インタフェースから生じることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 類似構造要素の前記第１の群は、ラインパターニング構造における奇数ラインであり、類似構造要素の前記第２の群は、偶数ラインであり、
   奇数ライン及び偶数ラインが、二重露光ダブルパターニング製造工程における異なる製造ステージから生じる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
8. 前記十分な量の類似構造要素は、所定の閾値基準に従って定められることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含むラインパターニング構造に対して、それぞれの製造ステージを示す前記特徴は、平均空間輝度、該空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの絶対輝度、該空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの相対輝度、該空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの平均輝度、該空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの幅、輝度と幅の間の比、エッジ記述子の形状、エッジプロフィール粗度、及びその組合せを含む群から選択された１つ又はそれよりも多くのパラメータによって特徴付けられることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 分類判断のための前記１つ又はそれよりも多くの特徴の弁別性を評価する段階を更に含むことを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記評価は、分離基準に従って提供されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 学習製造モード及び実行製造モードを更に含み、
    前記学習モードは、
    （ａ）ある一定の製造ステージに対応するサンプル画像を取得する段階と、
    （ｂ）前記実行製造モードにおける対応する製造ステージでの類似構造要素に対する評定のために使用されることになる前記特徴のうちで最も高い弁別性を可能にする特徴を選択する段階と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項２から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. １つ又はそれよりも多くの評定特徴が、前記取得画像に対応する製造ステージに従って選択されることを特徴とする請求項２から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
14. それぞれの製造ステージを示す前記１つ又はそれよりも多くの特徴を評定するための値が、前記半導体構造の１つ又はそれよりも多くのパラメータを示して前記取得画像から導出される１次元プロフィールから導出されることを特徴とする請求項２から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含むラインパターニング構造に対して、所定の空間に対する前記１つ又はそれよりも多くの特徴を評定する段階は、値の１つ又はそれよりも多くの対をそれぞれ計算し、該対の第１の値が、該所定の空間の左側のラインを特徴付け、該対の第２の値が、該所定の空間の右側のラインを特徴付ける段階を含むことを特徴とする請求項２から請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 所定の空間の前記１つ又はそれよりも多くの特徴を評定する段階は、所定の空間の２つの側でのラインの相対エッジ輝度を表す特徴の１対の値Ｆ１及びＦ２を計算する段階を含み、
    値Ｆ１は、前記所定の空間の前記左側のラインの近いエッジと遠いエッジの間の最大輝度の差として計算され、値Ｆ２は、該所定の空間の前記右側のラインの近いエッジと遠いエッジの間の最大輝度の差として計算される、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 所定の空間に対して前記１つ又はそれよりも多くの特徴を評定する段階は、所定の空間に隣接するラインエッジの幅を示す特徴の１対の値Ｄ１及びＤ２を計算する段階を含み、
    値Ｄ１は、前記所定の空間の前記左側のラインの中央最小点と右側最大点の間の幅として計算され、値Ｄ２は、該所定の空間の前記右側のラインに対する中央最小点と右側最大点の間の幅として計算され、該各点は、前記半導体構造の１つ又はそれよりも多くのパラメータを示して前記取得画像から導出される１次元プロフィール上に位置決めされる、
    ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
18. 処理ユニットと作動的に連結された撮像ユニットを含むＣＤ計測システムであって、
    （ａ）撮像ユニットが、複数の類似構造要素を含む半導体構造の画像を取得するように構成され、該複数の類似構造要素は、類似構造要素の少なくとも第１の群及び第２の群を含み、各群は、異なる製造ステージから生じ、
    （ｂ）処理ユニットが、
    ｉ）前記第１の群に属する十分な量の構造要素と前記第２の群に属する十分な量の構造要素とを識別し、
    ｉｉ）前記第１の群内及び前記第２の群内の前記十分な量の要素のうちの各所定の構造要素に対してそれぞれの製造ステージを示す１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、該それぞれの特徴の値が、前記取得画像から導出され、かつ
    ｉｉｉ）製造ステージと類似構造要素の前記第１の群内及び前記第２の群内のそれぞれそれらから生じる構造要素とに関連する分類判断のために前記評定の結果を使用する、
    ように構成される、
    ことを特徴とするシステム。
19. 類似構造要素の前記第１の群は、奇数空間であり、類似構造要素の前記第２の群は、偶数空間であり、それらは、ラインパターニング構造内の周期的ラインの間に形成され、
    奇数空間及び偶数空間は、異なる製造ステージから生じる、
    ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
20. 前記奇数空間及び前記偶数空間は、ダブルパターニング製造工程における異なる材料のエッチングから生じることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
21. 前記類似構造要素は、ラインパターニング構造内の複数の周期的ラインのうちの１つ又はそれよりも多くの所定のラインのエッジであり、
    いずれの前記所定のラインのエッジも、異なる製造ステージから生じる、
    ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
22. いずれの前記所定のラインの対向エッジも、ダブルパターニング製造工程において得られる異なる構造インタフェースから生じることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
23. 類似構造要素の前記第１の群は、ラインパターニング構造における奇数ラインであり、類似構造要素の前記第２の群は、偶数ラインであり、
    奇数ライン及び偶数ラインが、二重露光ダブルパターニング製造工程における異なる製造ステージから生じる、
    ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
24. 前記十分な量の類似構造要素は、所定の閾値基準に従って定められることを特徴とする請求項１８から請求項２３のいずれか１項に記載のシステム。
25. 複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含むラインパターニング構造に対して、それぞれの製造ステージを示す前記特徴は、平均空間輝度、該空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの絶対輝度、該空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの相対輝度、該空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの平均輝度、該空間に隣接するラインの１つ又はそれよりも多くのエッジの幅、輝度と幅の間の比、エッジ記述子の形状、エッジプロフィール粗度、及びその組合せを含む群から選択された１つ又はそれよりも多くのパラメータによって特徴付けられることを特徴とする請求項１８から請求項２５のいずれか１項に記載のシステム。
26. 前記処理ユニットは、分類判断のための前記１つ又はそれよりも多くの特徴の弁別性を評価するように更に構成されることを特徴とする請求項１８から請求項２５のいずれか１項に記載のシステム。
27. 前記評価は、分離基準に従って提供されることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
28. 学習製造モード及び実行製造モードで作動するように更に構成され、
    前記撮像ユニットは、前記学習製造モードが、ある一定の製造ステージに対応するサンプル画像を取得するように更に構成され、該処理ユニットは、該学習製造モードが、前記実行製造モードにおける対応する製造ステージでの類似構造要素に対する評定のために使用されることになる前記特徴の中で最も高い弁別性を可能にする特徴を選択するように更に構成される、
    ことを特徴とする請求項１８から請求項２７のいずれか１項に記載のシステム。
29. １つ又はそれよりも多くの評定特徴が、前記取得画像に対応する製造ステージに従って選択されることを特徴とする請求項１８から請求項２８のいずれか１項に記載のシステム。
30. それぞれの製造ステージを示す前記１つ又はそれよりも多くの特徴を評定するための値が、前記半導体構造の１つ又はそれよりも多くのパラメータを示して前記取得画像から導出される１次元プロフィールから導出されることを特徴とする請求項１８から請求項２９のいずれか１項に記載のシステム。
31. 複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含むラインパターニング構造に対して、所定の空間に対する前記１つ又はそれよりも多くの特徴を評定することは、値の１つ又はそれよりも多くの対をそれぞれ計算し、該対の第１の値が、該所定の空間の左側のラインを特徴付け、該対の第２の値が、該所定の空間の右側のラインを特徴付けることを含むことを特徴とする請求項１８から請求項３０のいずれか１項に記載のシステム。
32. 所定の空間の前記１つ又はそれよりも多くの特徴を評定することは、所定の空間の２つの側でのラインの相対エッジ輝度を表す特徴の１対の値Ｆ１及びＦ２を計算することを含み、
    値Ｆ１は、前記所定の空間の前記左側のラインの近いエッジと遠いエッジの間の最大輝度の差として計算され、値Ｆ２は、該所定の空間の前記右側のラインの近いエッジと遠いエッジの間の最大輝度の差として計算される、
    ことを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
33. 所定の空間に対して前記１つ又はそれよりも多くの特徴を評定することは、所定の空間に隣接するラインエッジの幅を示す特徴の１対の値Ｄ１及びＤ２を計算することを含み、
    値Ｄ１は、前記所定の空間の前記左側のラインの中央最小点と右側最大点の間の幅として計算され、値Ｄ２は、該所定の空間の前記右側のラインに対する中央最小点と右側最大点の間の幅として計算され、該各点は、前記半導体構造の１つ又はそれよりも多くのパラメータを示して前記取得画像から導出される１次元プロフィール上に位置決めされる、
    ことを特徴とする請求項３１又は請求項３２に記載のシステム。
34. 処理ユニットに作動的に連結された撮像ユニットを含むダブルパターニング製造と共に使用するためのＣＤ計測システムであって、
    （ａ）撮像ユニットが、複数の周期的ライン及びそれらの間の複数の周期的空間を含む半導体構造の画像を取得するように構成され、該複数の空間は、コア空間及びギャップ空間を含み、
    （ｂ）処理ユニットが、
    ｉ）十分な量の奇数空間及び偶数空間を識別し、
    ｉｉ）前記十分な量の空間のうちの各所定の空間に対して１つ又はそれよりも多くの特徴を評定し、該特徴の値が、前記取得画像から導出され、かつそれぞれの製造ステージに関連する空間の１つ又はそれよりも多くの特性を示し、かつ
    ｉｉｉ）奇数空間をコア空間又はギャップ空間として認識し、かつ偶数空間をギャップ空間又はコア空間としてそれぞれ認識するために前記評定結果を使用する、
    ように構成される、
    ことを特徴とするシステム。
35. 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の全ての段階を行うように構成された画像処理ツール。
36. コンピュータプログラムであって、
    コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行された時に請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の全ての段階を行うためのコンピュータプログラムコード手段、
    を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
37. コンピュータ可読媒体上に具現化されたことを特徴とする請求項３６に記載のコンピュータプログラム。