JP2019060806A - Pattern measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、パターン計測装置に係り、特に、半導体製造工程における円形パターンの上下ずれを計測するパターン計測に関する。 The present disclosure relates to a pattern measurement apparatus, and more particularly to pattern measurement for measuring vertical deviation of a circular pattern in a semiconductor manufacturing process.
半導体パターンの寸法計測では、走査型電子顕微鏡により撮像された高解像度画像を基に、画像上のパターンエッジを検出し、そのエッジ座標から寸法計測を行う。計測対象パターンの形状は主にラインパターンやホールパターンであり、ラインパターンであれば、線幅やピッチ、ホールパターンであれば、その直径等が主な測定対象となる。 In dimension measurement of a semiconductor pattern, a pattern edge on an image is detected based on a high resolution image captured by a scanning electron microscope, and dimension measurement is performed from the edge coordinates. The shape of the measurement target pattern is mainly a line pattern or a hole pattern, and in the case of the line pattern, the line width, the pitch, and the diameter etc. are the main measurement targets in the case of the hole pattern.
特許文献１には、走査電子顕微鏡によって得られた画像に基づいて、ホールパターンの上層パターンと下層パターンの重心をもとめ、ベクトルで位置ずれを計測する手法が説明されている。
昨今、半導体メモリ等の半導体デバイスの三次元構造化が進み、３Ｄ-ＮＡＮＤと言った深い穴を持つ構造のデバイスがある。これらのデバイスには、穴を垂直に従来よりも深い穴を形成する。穴を形成する際に、ウェーハの周辺等では、エッチングが垂直ではなく斜めにエッチングされてしまうことがあり、この穴の上層部の円形パターンと下層部の円形パターンでずれが生じる。特に大きく外れたものは、月の満ち欠けのように、欠けて見える。 Recently, three-dimensional structuring of semiconductor devices such as semiconductor memories has progressed, and there is a device having a deep hole called 3D-NAND. In these devices, the holes are vertically formed to be deeper than conventional ones. When forming a hole, etching may be obliquely performed instead of vertical etching at the periphery of the wafer, etc., and a shift occurs between the circular pattern of the upper layer portion of this hole and the circular pattern of the lower layer portion. Particularly large ones appear lacking, like moon phases.
一方、下層パッドパターンに向けて、穴パターン接続する場合、下層パッドから外れて接続することがあるため、上記と同様に、欠けて見える。 On the other hand, when the hole pattern is connected to the lower layer pad pattern, it may be disconnected from the lower layer pad, so it may appear missing as described above.
このようなホールパターンの走査電子顕微鏡画像を撮像すると、下層パターンのエッジの一部が試料表面に隠れたような画像となるため、特許文献１に説明されているように単に下層パターンの重心を求めようとすると、エッジが部分的に見えないパターンから重心を求めることになり、下層パターン本来の重心位置からずれた点を重心位置として認識してしまうことなる。その結果、上層パターンと下層パターンとのずれを正確に特定することが困難となる。
When a scanning electron microscope image of such a hole pattern is taken, it becomes an image in which a part of the edge of the lower layer pattern is hidden on the sample surface, so as described in
以下に、下層パターンの一部が上層に隠れているような場合であっても、正確に上層パターンと下層パターンのずれを求めることを目的とするパターン計測装置、及びコンピュータープログラムを提案する。 In the following, a pattern measurement apparatus and a computer program will be proposed for the purpose of accurately obtaining the deviation between the upper layer pattern and the lower layer pattern even when part of the lower layer pattern is hidden in the upper layer.
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子線装置によって得られた検出信号に基づいて、ビーム走査領域に含まれる円形パターンの内円と外円の２つの接点である第１の点と第２の点の位置を特定し、当該第１の点と第２の点を結ぶ第１の直線の中点である第３の点から当該第１の直線に対し垂直な方向の輝度分布波形を形成し、当該形成した輝度分布波形から内円のエッジである第４の点の位置と、当該第４の点に対し前記第３の点を挟んで反対側の外円のエッジである第５の点の位置を特定し、第１の点と前記第３の点との間の第１の距離と、第３の点と前記第４の点との間の第２の距離を演算し、当該第１の距離の自乗と第２の距離の自乗の加算値を、第２の距離で除算することによって、第１の直線に対して垂直な方向の内円の径を求め、当該内円の径の中点と、外円のエッジ抽出に基づいて求められる外円の中点との距離を算出するパターン計測装置を提案する。 As one mode for achieving the above object, according to a detection signal obtained by the charged particle beam device, a first point which is two contact points of an inner circle and an outer circle of a circular pattern included in a beam scanning region The position of the second point is specified, and the luminance distribution waveform in the direction perpendicular to the first straight line from the third point which is the middle point of the first straight line connecting the first point and the second point A fourth point which is an edge of the inner circle from the formed luminance distribution waveform and a second edge which is the edge of the outer circle on the opposite side of the fourth point with respect to the fourth point. 5 positions of points are determined, and a first distance between the first point and the third point, and a second distance between the third point and the fourth point are calculated , By dividing the sum of the square of the first distance and the square of the second distance by the second distance, in a direction perpendicular to the first straight line Seek diameter proposes the midpoint of the diameter of the inner circle, a pattern measuring apparatus for calculating the distance between the midpoint of the outer circle is determined based on the outer circle edge extraction.
上記構成によれば、穴構造における上層円形パターンから大きく外れた下層円形パターンの重心点及びずれ量（オーバーレイ誤差）を適切に評価することが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to appropriately evaluate the barycentric point and the shift amount (overlay error) of the lower layer circular pattern largely deviated from the upper layer circular pattern in the hole structure.
以下に説明する実施例では、高精度にパターンの計測を実行する演算処理装置を備えた荷電粒子線装置を説明する。また、以下に説明する荷電粒子線装置は、コンピュータプロセッサと、非一時的なコンピューター可読媒体とを備えた制御装置によって制御される。非一時的なコンピューター可読媒体は、コンピュータプロセッサによって実行されると、システムコントローラに所定の処理を実行させるコンピューター命令で符号化され、後述するような処理工程に沿って、荷電粒子線装置を制御する。 In the embodiments to be described below, a charged particle beam apparatus provided with an arithmetic processing unit for performing pattern measurement with high accuracy will be described. In addition, the charged particle beam device described below is controlled by a controller comprising a computer processor and a non-transitory computer readable medium. The non-transitory computer readable medium is encoded with computer instructions that, when executed by the computer processor, cause the system controller to perform a predetermined process, and controls the charged particle beam device along processing steps as described later. .
半導体メモリであるＤＲＡＭや、３Ｄ−ＮＡＮＤ（ＦＬＡＳＨメモリ）は、穴パターンの形成が多く、特に３Ｄ−ＮＡＮＤのチャネルホールでは、２μｍ以上の深さを持つ深穴パターンを形成する工程があり、ウェーハの周辺等では、エッチングが垂直ではなく斜めにエッチングされてしまうことがあり、この穴の上層部の円形パターンと下層部の円形パターンでずれが生じる。 Semiconductor memory DRAMs and 3D-NANDs (FLASH memories) have many hole patterns, and in particular, 3D-NAND channel holes have a process for forming deep hole patterns with a depth of 2 μm or more. In the periphery of the hole, the etching may be etched not diagonally but vertically, and the circular pattern of the upper layer portion of the hole and the circular pattern of the lower layer portion may be deviated.
一方、ＤＲＡＭは、ホールパターン（上部）の中心と下層に位置するＰＡＤパターンの中心をずらす場合があり、また、上層円形パターンの大きさや合わせの関係で、電子顕微鏡画像内に下層パッドのエッジが見えることがある。 On the other hand, the DRAM sometimes shifts the center of the hole pattern (upper part) and the center of the PAD pattern located in the lower layer, and the edge of the lower layer pad in the electron microscope image due to the size and alignment of the upper layer circular pattern. I can see it.
この上層円形パターンと下層円形パターンのずれを計測する場合、上層円形パターンのエッジ点の位置検出に基づいて上層の中心点を求め、下層円形パターンのエッジ点の位置検出に基づいて下層の中心点を求め、当該２つの中心点間の距離を求める手法を採用することが考えられる。この手法において、上層円形パターンと下層円形パターンのずれ量が大きく、内円（下層円形パターン）のエッジと外円（上層円形パターン）のエッジが接している場合、内円のエッジが部分的に上層周囲の試料表面に隠れている場合がある。つまり、内円については隠れている部分と見えている部分の境界をエッジと捉えてしまうことになるため、本来の中心とは異なる位置を中心として認識してしまうことになる。このような中心位置の誤認識は、上層円形パターンと下層円形パターンのずれを評価する際の誤差要因となる。 When measuring the displacement between the upper layer circular pattern and the lower layer circular pattern, the center point of the upper layer is determined based on the position detection of the edge point of the upper layer circular pattern, and the center point of the lower layer is detected based on the position detection of the edge point of the lower layer circular pattern. It is conceivable to adopt a method of determining the distance between the two center points. In this method, when the deviation between the upper circular pattern and the lower circular pattern is large and the edge of the inner circle (lower circular pattern) is in contact with the edge of the outer circle (upper circular pattern), the inner circular edge is partially It may be hidden by the sample surface around the upper layer. That is, since the boundary of the part which is visible as a hidden part is regarded as an edge about an inner circle, it will be recognized centering on a position different from the original center. Such erroneous recognition of the center position is an error factor when evaluating the deviation between the upper circular pattern and the lower circular pattern.
以下に説明する実施例では、下層のパターンが部分的に見えない場合であっても、適切に中心位置を特定することによって、正確な上下ずれ測定を行うことが可能なパターン計測方法、及び計測装置について説明する。 In the embodiment described below, even if the pattern in the lower layer is not partially visible, a pattern measurement method capable of performing accurate vertical deviation measurement by appropriately specifying the center position, and measurement The apparatus will be described.
以下に説明する実施例では、主に下層の重なってしまっているパターンの中心点を推定するために、一部が隠れて見えない円の直径を求める。本実施例では円形パターン中、１の線分が２つに分岐している部分（内円のエッジと外円のエッジの接点）を例えばａ点、ｂ点と定義し、更にａ点とｂ点を結ぶ直線を定義する。そして直線上に中間点ｏ（線分ａｏ＝線分ｂｏ）を定義し、当該中間点ｏから内円のエッジが見えている側に垂線を延ばし、当該垂線と内円のエッジとの交点ｃを定義する。ここで、距離ａｏ（第１の距離）と距離ｃｏ（第２の距離）を求め、以下の演算式［数１］を用いて、内円の直径Ｄを算出する。 In the embodiment to be described below, the diameter of a partially invisible circle is determined in order to estimate mainly the center point of the overlapping pattern of the lower layer. In the present embodiment, in the circular pattern, portions where one line segment branches into two (contact points of the edge of the inner circle and the edge of the outer circle) are defined as, for example, a point and b point. Define a straight line connecting the points. Then, an intermediate point o (line segment ao = line segment bo) is defined on the straight line, and a perpendicular is extended from the intermediate point o to the side where the edge of the inner circle is visible, and the intersection c between the perpendicular and the edge of the inner circle Define Here, the distance ao (first distance) and the distance co (second distance) are obtained, and the diameter D of the inner circle is calculated using the following equation [Equation 1].
［数１］
直径Ｄ＝（ａｏ２＋ｃｏ２）／ｃｏ
更に、直径Ｄからｃｏを引くことで、ｃｏ方向上に推定円の中心位置が特定できる。
[Equation 1]
Diameter D = (ao 2 + co 2 ) / co
Furthermore, by subtracting co from the diameter D, the center position of the estimated circle can be identified on the co direction.
以下に説明する実施例では、以下のような信号処理を行うことによって、上層円形パターンと下層円形パターンとの間のずれを計測する。まず、上層円形パターンと下層円形パターンの接点（１つの線分が２つに分岐している部分）を判定する。接点の判定は、上層円形パターンのエッジ点と下層円形パターンのエッジ点の差分から判定したり、プロファイルの違いから、エッジ点を判定したりする。 In the embodiment described below, the deviation between the upper circular pattern and the lower circular pattern is measured by performing the following signal processing. First, the contact point of the upper layer circular pattern and the lower layer circular pattern (a portion where one line segment is divided into two) is determined. The determination of the contact point is made from the difference between the edge point of the upper layer circular pattern and the edge point of the lower layer circular pattern, or the edge point is determined from the difference of the profile.
これらによって求められた接点ａ点、ｂ点間を線に見立て、線ａｂの中間点から垂直方向に伸ばした方向を再度計測する。この時、計測方向は２方向考えられるが、輝度プロファイルを作成すると、一方向側には、１のシンプルなピークが現れるのに対し、もう一方側には段差のあるピーク、或いは２つのピークが現れる。この現象を利用して、輝度プロファイルを用いて計測すべき方向を決定する。この計測の場合、ｃ点はピークが２段となっている側の信号波形であって、段差部分、或いは線分ａｂに近い側のピーク位置の検出に基づいて、下層円形パターンのエッジ位置と上層円形パターンのエッジ位置を特定する。この場合、例えば閾値法を用いて、プロファイル波形の下側ピーク（或いは段差）に対応する位置を下層円形パターンのエッジｃ点、上側ピークを上層円形パターンのエッジｃ´点と判定する。ｃ点とｃ´点の垂線方向の間隔を、上層円形パターンと下層円形パターンとの間のずれ量とし、その他、ずれの方向も算出する。 The points between the contact points a and b determined by these are regarded as lines, and the direction which is extended in the vertical direction from the middle point of the lines ab is measured again. At this time, although two measurement directions can be considered, when a luminance profile is created, a simple peak of 1 appears on one side while a peak with a step or two peaks on the other side. appear. Using this phenomenon, the direction to be measured is determined using the luminance profile. In the case of this measurement, point c is the signal waveform on the side where the peaks are in two stages, and the edge position of the lower layer circular pattern and the peak position on the side closer to the step portion or line segment ab Identify the edge position of the upper circular pattern. In this case, the position corresponding to the lower peak (or step) of the profile waveform is determined to be the edge c of the lower layer circular pattern and the upper peak to be the edge c 'of the upper layer circular pattern using, for example, the threshold method. The distance between the point c and the point c 'in the perpendicular direction is taken as the amount of deviation between the upper layer circular pattern and the lower layer circular pattern, and the direction of the deviation is also calculated.
上述のように本実施例は、上層円形パターンと下層円形パターンの接点（１の線分が２つに分岐する分岐点）、又は、最近接点を決定し、２点の基準点を抽出する判定ステップと、２点の基準点の中間点から２点の基準点を通過する直線に対し、垂直な方向に伸ばした直線と、交差する下層円形パターンのエッジ点と、上層円形パターンのエッジ点を検出するステップを含む計測方法、及び上記ステップで計測を実行する計測装置に関するものである。このような計測法によれば、上層円形パターンと下層円形パターンの円形パターンが大きくずれた場合でも、下層円の重心点及び上下層のずれを計測することが可能となる。 As described above, in the present embodiment, determination is made to determine the contact points of upper layer circular patterns and lower layer circular patterns (branch points at which one line segment branches into two) or nearest points and extract two reference points. A step, a straight line extending in the perpendicular direction from a straight line passing two reference points from the middle point of the two reference points, an edge point of the lower circular pattern that intersects, and an edge point of the upper circular pattern The present invention relates to a measurement method including a step of detecting, and a measurement device that executes measurement in the above step. According to such a measurement method, even when the circular patterns of the upper layer circular pattern and the lower layer circular pattern largely deviate, it is possible to measure the deviation of the center of gravity of the lower layer circle and the upper and lower layers.
本実施例に係る半導体パターン評価装置の構成例について、図１を用いて説明する。本実施例に係る半導体パターン評価装置における測長ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）１０１は、電子ビーム１０２を制御する照射光学系１０３と、試料から放出される２次電子１０４を検出する検出系、試料である計測用ウェーハ１００を搬送するステージ１０５、及びロードロック室１０６で構成される。 A configuration example of the semiconductor pattern evaluation apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The length measuring SEM (Scanning Electron Microscope) 101 in the semiconductor pattern evaluation apparatus according to the present embodiment includes an irradiation optical system 103 for controlling the electron beam 102, a detection system for detecting secondary electrons 104 emitted from the sample, and a sample. It comprises a stage 105 for transferring a measuring wafer 100 and a load lock chamber 106.
電子ビーム１０２は、電子銃１０７から放出され、電子ビーム１０２の経路上にある照射光学系１０３（コンデンサレンズ、対物可動絞り、アライメントコイル、スティグマコイル、偏向コイル、対物レンズ等で構成される。）を通り、照射位置ずれ、非点収差を補正、照射位置を制御し、集束されてステージ１０２上の計測用ウェーハ１００に照射される。 The electron beam 102 is emitted from the electron gun 107 and is on the path of the electron beam 102 (including a condenser lens, a movable objective diaphragm, an alignment coil, a stigma coil, a deflection coil, an objective lens, etc.). The irradiation position shift and astigmatism are corrected, the irradiation position is controlled, and the measurement wafer 100 on the stage 102 is irradiated and focused.
照射された計測用ウェーハ１００は、２次電子１０４を放出し、検出系を構成するＥ×Ｂ偏向器１０８より、２次電子１０４は検出系を構成する検出器１０９の方向に偏向される。曲げられた２次電子１０４は検出器１０９により検出する。検出された２次電子１０４はＡ／Ｄコンバータ１１１によりデジタル信号に変換され、メモリ１１３に画像として格納される。 The irradiated measurement wafer 100 emits secondary electrons 104, and the secondary electrons 104 are deflected in the direction of a detector 109 constituting a detection system by the E × B deflector 108 constituting a detection system. The bent secondary electrons 104 are detected by the detector 109. The detected secondary electrons 104 are converted into digital signals by the A / D converter 111 and stored in the memory 113 as an image.
画像処理部１１５では、メモリ１１２内に格納された画像及び制御端末１１６より入力された情報を用いてデータ記憶装置１１４に記憶されている計測手法ライブラリ（レシピ）から計測手法データを取出し、パターン寸法計測等を行う。
制御端末１１６（演算装置）はマウスやキーボード等の入力装置やモニタ等の表示装置を有する装置全体の制御端末であり、測長ＳＥＭ１０１全体を制御し、電子ビーム１０２の照射条件の調整やステージコントローラ１１６を制御しウェーハ上への照射位置等を統括し、かつ画像処理部１１５の処理方法の制御および処理画像の出力を行うことができる。
The image processing unit 115 extracts measurement method data from the measurement method library (recipe) stored in the data storage device 114 using the image stored in the memory 112 and the information input from the control terminal 116, and Perform measurement etc.
The control terminal 116 (arithmetic unit) is a control terminal of the entire apparatus having an input device such as a mouse and a keyboard and a display device such as a monitor, controls the entire length measuring SEM 101, adjusts the irradiation conditions of the electron beam 102, and adjusts the stage controller. It is possible to control 116 to control the irradiation position and the like on the wafer, and to control the processing method of the image processing unit 115 and to output the processed image.
なお、画像処理部１１５での処理は、予め記録媒体１１７に記録されている画像処理プログラムに従って制御される。また、記憶媒体には後述する計測を自動的に測長ＳＥＭに実行させる動作プログラム（レシピ）も記憶されており、制御端末１１６は、この動作プログラムによって測長ＳＥＭを制御する。 The processing in the image processing unit 115 is controlled in accordance with an image processing program recorded in advance on the recording medium 117. The storage medium also stores an operation program (recipe) that causes the CD-SEM to automatically execute the measurement described later, and the control terminal 116 controls the CD-SEM with this operation program.
図２は、計測工程を示すフローチャートである。測長ＳＥＭ１０１で、画像の中に一個乃至複数個のホールパターンが含まれるように、ビーム走査することによって画像を取得する（ステップ２０１）。 FIG. 2 is a flowchart showing the measurement process. In the length measurement SEM 101, an image is acquired by beam scanning so that one or more hole patterns are included in the image (step 201).
次に、計測対象となるパターンを選択し、計測領域を設定する（ステップ２０２）。パターンの選択と計測領域の設定は、操作者が画像を見ながらポインティングデバイス等で行っても良いし、画像認識アルゴリズムを予め記憶媒体に記憶させておき、ホールパターンの自動抽出を行うと共に、ホールパターンを含む領域に自動的に計測領域を設定するようにしても良い。更にステップ２０２にて、上層パターンの中心付近にカーソルを配置し、これを仮の中心とする。この設定は、測長パターン等で用いられているホールパターンの計測と同じように設定する。次に、計測開始し、仮の中心から放射状に、複数方向に輝度プロファイルを取得する（ステップ２０３、２０４）。複数の方向について取得された輝度プロファイルの解析を行う（ステップ２０５）。
Next, a pattern to be measured is selected, and a measurement area is set (step 202). The selection of the pattern and the setting of the measurement area may be performed by the pointing device or the like while the operator looks at the image, or the image recognition algorithm is stored in advance in a storage medium to perform automatic extraction of the hole pattern. The measurement area may be automatically set in the area including the pattern. Further, in
また、ステップ２０６では、下層パターンが試料表面と重なっているか否かの判定を行う。当該判定法については後述する。プロファイルを解析した結果、下層パターンが上層パターン周囲の試料表面と重なっていないと判定された場合、上層パターンのエッジ抽出と下層パターンのエッジ抽出を行い、それぞれの中心点の位置を求め、中心点間の距離と方向を算出することによって、上下パターンのずれを計測する（ステップ２０７）。下層パターンが上層パターン周囲の試料表面と重なっている場合は、上層パターン（外円）と下層パターン（内円）の接点及び、エッジ点の抽出を行い（ステップ２０８）、各点から演算を実施し（ステップ２０９）、上層パターンと下層パターンのずれ量を求め、計測結果を表示する（ステップ２１０）。
In
図３を用いて、図２のステップ２０２にて行われる計測対象となるパターンの選択と、計測領域の設定の具体的な処理内容について説明する。ステップ２０２では、計測領域３０１の設定と、中心点カーソル３０２の設定を行う。計測領域の設定は、例えばホールパターンを特定するような画像認識アルゴリズムや、予め記憶されたテンプレートを用いたマッチング処理によってホールパターン領域を特定し、当該ホールパターン領域を包囲するような領域設定によって実現する。中心点カーソル３０２の設定は、例えば計測領域３０１の中心に設定するようにしても良いし、画像認識によって特定されたホールパターンの中心に設定するようにしても良い。
The specific processing contents of the selection of the pattern to be measured and the setting of the measurement area performed in
この際、計測領域３０１に含まれる画素の輝度分布を示すヒストグラムを生成し、輝度値に応じた分離処理を行う。具体的には、ホールパターンの場合、試料表面は高輝度であり、ホール底部は試料表面と比較すると相対的に低輝度であるため、特定の輝度に閾値を設定することで高輝度領域（上層パターンの領域３０３）と低輝度領域（ホール底部）を分離する。また、低輝度領域についても、下層パターン領域３０５と、下層パターン以外の下層領域３０４とでは輝度に違いがあるため、やはり閾値の設定等に基づいて、２つの領域を分離する。
At this time, a histogram indicating the luminance distribution of the pixels included in the
図４に輝度ヒストグラムの一例を示す。上層パターンの領域３０３はピーク４０３、下層パターン以外の下層領域３０４はピーク４０２、下層パターン領域３０５はピーク４０１にそれぞれ対応している。上層パターンと下層パターンのずれが少なく、下層パターン以外の下層領域３０４の輝度の画素数が少ない（ピークの検出が困難）である場合は、ピーク４０１とピーク４０３の中間点を、下層パターン以外の下層領域３０４のピーク位置とする。
FIG. 4 shows an example of the luminance histogram. The upper
次に、図５、図６を用いて、ステップ２０４、ステップ２０５における処理の具体例を説明する。図５に例示するように、ステップ２０２で設定した中心点カーソル３０２を起点として、放射状に輝度プロファイルを取得する。計測するポイント数は任意である。輝度プロファイルは、図６のようになっており、プロファイル５０１と５０２は、上層パターンに下層パターンが隠れた部分のエッジに交差する方向の輝度分布である。下層パターンのエッジが見えず、恰も上層パターンのエッジと下層パターンのエッジが一致しているように見えるので、高輝度部から低輝度部に亘ってなめらかなスロープとなっている。一方、プロファイル５０４は、高輝度部と低輝度部との間に中間輝度領域があるため、段差がついている。プロファイル５０３はプロファイル５０２とプロファイル５０４の中間の輝度分布となる。
Next, specific examples of the processes in
各プロファイル波形は、ピーク値６０１を基準として例えば±３Ｐｉｘｅｌ領域で、フィッティングをして、位置合わせする。次に、下層パターンの閾値６０３を設定するために、図４にて説明したピーク４０２の輝度値を１００％、ベースラインの輝度値を０％としたときに、例えば４０％の輝度値に当たる輝度値を、下層パターンの閾値６０３と設定する。次にプロファイル５０４の下層パターンの閾値６０３に対応する画像上の位置６０４、プロファイル５０３の下層パターンの閾値６０３に対応する画像上の位置６０５、及びプロファイル５０２の下層パターンの閾値６０３に対応する画像上の位置６０６を決める。
Each profile waveform is fitted and aligned in, for example, a ± 3 Pixel area with reference to the
図５のプロファイル取得方向５０１を１本目として、プロファイル取得方向を順次に変えることによって得られる各プロファイル波形について、閾値６０３に対応する位置を、プロファイルの取得順にプロットしていくと図７にようになる。Ｐｉｘｅｌ位置６０４、Ｐｉｘｅｌ位置６０５、Ｐｉｘｅｌ位置６０６及び他のプロファイル取得方向のＰｉｘｅｌ位置をプロットしていくと図７に例示するような波形を形成することができる。
For each profile waveform obtained by sequentially changing the profile acquisition direction with the
この時に、Ｐｉｘｅｌ位置の最大値と最小値の差や図４のヒストグラムのピーク値の個数等を利用し、下層パターンの一部が試料表面に覆われ、見えなくなっているか否かの判定（ステップ２０６）を行う。例えば、Ｐｉｘｅｌ位置の最大値と最小値の差が３０Ｐｉｘｅｌ以下で図４のヒストグラムのピークの個数が２つの場合は、通常のホール測定（ステップ２０７）に移行する。このような判定を行う理由として、ピクセル位置の最大値と最小値の差が所定値以下であるということは、プロファイルの取得方向によらず、下層パターンのエッジと中心点との距離差が少ないことを意味し、その結果、下層パターンが真円に近いと考えられるからである。真円に近いということは、下層パターンの一部が試料表面に隠れ、アスペクト比の大きな楕円になっていない状態であり、下層パターンの全輪郭が見えている状態であると推定することができる。 At this time, using the difference between the maximum value and the minimum value of the Pixel position, the number of peak values in the histogram of FIG. 4, etc., it is determined whether or not the lower layer pattern is partially covered by the sample surface (step Do 206). For example, when the difference between the maximum value and the minimum value of the Pixel position is 30 pixels or less and the number of peaks in the histogram of FIG. 4 is two, the process proceeds to normal hole measurement (step 207). The reason for making such a determination is that the difference between the maximum value and the minimum value of the pixel position is less than a predetermined value means that the distance difference between the edge of the lower layer pattern and the center point is small regardless of the acquisition direction of the profile. This means that the lower layer pattern is considered to be close to a perfect circle as a result. The fact that it is close to a true circle means that a part of the lower layer pattern is hidden on the sample surface and it is in a state where it is not an ellipse with a large aspect ratio, and it can be estimated that the entire contour of the lower layer pattern is visible. .
また、図４に例示したヒストグラムのピークが３つではなく、２つである場合、目的とする下層パターン以外の下層パターンが、ホール内に写り込んでいない状態（他のパターンが写り込むことによる中間輝度のピークがない）であると推定できるため、この判定によっても下層パターンの全輪郭が見えている状態であると推定することができる。 Also, when the histogram illustrated in FIG. 4 has two peaks instead of three peaks, the lower layer patterns other than the target lower layer pattern are not reflected in the hole (because other patterns are reflected) Since it can be estimated that there is no peak of intermediate luminance, this determination can also be estimated that the entire contour of the lower layer pattern is visible.
以上のような処理に基づいて、下層パターンと試料表面が重なっているか否かの判定を行う。なお、上述のような複数の判定法のアンド条件で重なりの有無を判定することによって、判定の成功率を高めることができる。 Based on the above processing, it is determined whether the lower layer pattern and the sample surface overlap. In addition, the success rate of determination can be raised by determining the presence or absence of an overlap by the AND conditions of the above several determination methods.
上述のような判定によって、図４に例示するようなヒストグラムのピークが３つ出ている、或いは図７に例示するようなグラフ内で、ピクセル位置の最小値と最大値の差が所定値を越えているような場合、下層パターンの一部が試料表面に隠れ、正確な中心点を見出すことが困難な状態であるため、正確な中心点を見出すべく、外円と内円の接点（１つの線分が２つに分岐している点）、及びエッジ点の抽出（ステップ２０８）を行う。 By the determination as described above, the difference between the minimum value and the maximum value of the pixel position has a predetermined value in the graph in which three peaks of the histogram as illustrated in FIG. 4 appear or in the graph as illustrated in FIG. In the case of exceeding, part of the lower layer pattern is hidden on the sample surface, and it is difficult to find an accurate center point. Extraction of the point where one line segment branches into two) and the edge point is performed (step 208).
図７のグラフから、Ｐｉｘｅｌ位置の最大値を１００％、最小値を０％としたとき、例えばその８０％を閾値７０１と決め、当該閾値に対応するプロファイル取得方向から位置を特定し、ａ点７０２（第１の点）、ｂ点７０３（第２の点）とする。この時、前後の本数を取って、補間することも可能である。 From the graph of FIG. 7, assuming that the maximum value of the Pixel position is 100% and the minimum value is 0%, for example, 80% thereof is determined as the threshold 701, and the position is specified from the profile acquisition direction corresponding to the threshold. 702 (first point) and b point 703 (second point). At this time, it is also possible to interpolate taking the numbers before and after.
次に、ｃ点、ｄ点の決め方を説明する。図８に示すように、ａ点７０２とｂ点７０３を直線で結び（線分ａｂ）、その中間点であるｏ点８０１（第３の点）を決定する。ｏ点８０１を基準に線ａｂに対して垂直方向にプロファイル８０２を取得する。このプロファイルを図９に示す。
Next, how to determine points c and d will be described. As shown in FIG. 8, the a
まず、上層パターンの最大輝度値９０１と図４のピーク４０２に対応する輝度値との間にで閾値９０３を設定する。ピーク４０２に対応する輝度値は、下層パターン以外の下層領域３０４の輝度値であり、この間（例えば４０２を０％、９０１を１００％としたときの５０％に対応する輝度値）に閾値を設定する。次に、その接点の２点と下層パターンの最低輝度値９０２とピーク４０２に対応する輝度値との間に閾値９０４を設定する。
First, a
以上のように２つの閾値設定に基づいて抽出される４つの位置情報について、左側の２点の差分９０５、右側の２点の差分９０６を求める。この差分が大きい方が下層パターン以外の下層領域３０４が含まれている側と推定できるため、差分が大きい側の閾値対応点をそれぞれ、ｃ点９０７（第４の点）、ｄ点９０８（第６の点）と定義する。また、後述する上層パターンの直径を求めるために、ｃ点９０７に対し、ｏ点８０１を挟んで反対側の上層パターンのエッジであるｅ点（第５の点）を定義する。
The
次に演算処理について説明する。上述のようにして求めたａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｏ点を［数１］に代入して、直径Ｄ１を求める。［数１］を用いて算出したＤ１を［数２］に代入することによって距離Ｃ１を算出する。距離Ｃ１はｏ点と下層パターンの本来の中心点との距離に相当し、ｏ点から線分ａｂの垂線方向（ｃ点、ｄ点とは逆の方向）にＣ１移動した位置が下層パターンの本来の中心位置となる。 Next, arithmetic processing will be described. Substituting the points a, b, c, d and o obtained as described above into [Equation 1], the diameter D1 is obtained. The distance C1 is calculated by substituting D1 calculated using [Equation 1] into [Equation 2]. The distance C1 corresponds to the distance between the point o and the original center point of the lower layer pattern, and the position moved C1 in the perpendicular direction of the line segment ab from the point o (direction opposite to the points c and d) is the lower layer pattern It becomes the original center position.
［数２］
距離Ｃ１＝ｃｏ−Ｄ１／２
次に、上層パターンの中心点を算出する。上層パターンの直径は、線分ｄｅの中心点であるため、点ｄ、点ｅのいずれかを起点とし、線分ｄｅ／２を求めることによって中心点を求めるようにしても良い。この場合、点ｏを起点とした線分ｄｏとは反対の方向のプロファイルの閾値対応点を点ｅと定義し、線分ｄｅの距離を求める。また、上層パターンは下層パターンと異なり、他のパターンに隠れている部分がないため、最外郭線を選択的に抽出し、当該最外郭線を基準とした距離画像の作成等に基づいて中心点を抽出するようにしても良い。
[Equation 2]
Distance C1 = co-D1 / 2
Next, the center point of the upper layer pattern is calculated. Since the diameter of the upper layer pattern is the center point of the line segment de, the center point may be determined by determining the line segment de / 2, using either the point d or the point e as a starting point. In this case, the threshold corresponding point of the profile in the direction opposite to the line segment do starting from the point o is defined as the point e, and the distance of the line segment de is determined. Also, unlike the lower layer pattern, the upper layer pattern selectively extracts the outermost line because there is no part that is hidden in another pattern, and the center point is created based on the creation of a distance image etc. based on the outermost line. May be extracted.
上層パターンについて求められた中心点と下層パターンについて求められた中心点との差異がオーバーレイ誤差となる。 The difference between the center point determined for the upper layer pattern and the center point determined for the lower layer pattern is the overlay error.
図１０を用いてステップ２１０にて実施する計測結果の表示について説明する。計測結果は、判定別に分けて表記する。例えば、「計測手法１」はＳＥＭ画像から内円と外円の中心点を抽出し、そのずれ測定した結果を表示する表示欄であり、「計測手法２」は上述のような点ａ、点ｂの抽出による下層パターンの中心点の算出と上層パターンの中心点との距離を測定した結果を表示する表示欄である。更に、Ｔｏｔａｌ表示も行う。また、下層パターンがより識別できるように、中心位置と直径から、円を描き、２Ｄや３Ｄ表示を行う。このような表示によって、測定結果を視覚化でき、またＳＥＭ画像と共に表示することによって、演算結果の評価を行うことが可能となる。
The display of the measurement result performed in
１０１…測長ＳＥＭ、１０２…電子ビーム、１０３…照射光学系、１０４…２次電子、１０５…ステージ、１０６…ロードロック室、１０７…電子銃、１０８…Ｅ×Ｂ偏向器、１０９…検出器、１１１…Ａ／Ｄコンバータ、１１２…メモリ、１１３…ＣＰＵ、１１４…データ記憶装置、１１５…画像処理部、１１６…制御端末、１１７…記憶装置、１１８…ステージコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Measurement of length SEM, 102 ... Electron beam, 103 ... Irradiation optical system, 104 ... Secondary electron, 105 ... Stage, 106 ... Load lock chamber, 107 ... Electron gun, 108 ... E x B deflector, 109 ... Detector 111: A / D converter 112: memory 113: CPU 114: data storage device 115: image processing unit 116: control terminal 117: storage device 118: stage controller
Claims (5)
荷電粒子線装置によって得られた検出信号に基づいて、前記ビーム走査領域に含まれる円形パターンの内円と外円の２つの接点である第１の点と第２の点の位置を特定し、当該第１の点と第２の点を結ぶ第１の直線の中点である第３の点から当該第１の直線に対し垂直な方向の輝度分布波形を形成し、当該形成した輝度分布波形から内円のエッジである第４の点の位置と、当該第４の点に対し前記第３の点を挟んで反対側の外円のエッジである第５の点の位置を特定し、前記第１の点と前記第３の点との間の第１の距離と、前記第３の点と前記第４の点との間の第２の距離を演算し、当該第１の距離の自乗と第２の距離の自乗の加算値を、前記第２の距離で除算することによって、前記第１の直線に対して垂直な方向の内円の径を求め、当該内円の径の中点と、前記外円のエッジ抽出に基づいて求められる外円の中点との距離を算出する演算処理装置を備えたことを特徴とするパターン計測装置。 In a pattern measuring apparatus for measuring a pattern formed on a sample using a signal obtained from a scanning area by beam scanning on the sample,
Based on the detection signal obtained by the charged particle beam device, the positions of the first point and the second point, which are two points of contact of the inner circle and the outer circle of the circular pattern included in the beam scanning region, are specified. A luminance distribution waveform in a direction perpendicular to the first straight line is formed from the third point which is a middle point of the first straight line connecting the first point and the second point, and the formed luminance distribution waveform Identifying the position of the fourth point which is the edge of the inner circle, and the position of the fifth point which is the edge of the outer circle opposite to the fourth point with respect to the fourth point, Calculating a first distance between the first point and the third point and a second distance between the third point and the fourth point, and squaring the first distance The diameter of the inner circle in the direction perpendicular to the first straight line is determined by dividing the sum of the squares of the second distance and the second distance by the second distance, and Pattern measurement apparatus comprising: the midpoint of the diameter of a circle, a processing unit for calculating the distance between the midpoint of the outer circle is determined based on the edge extraction of the outer circle.
前記演算処理装置は、前記内円内に基準点を設定し、当該基準点を基準とした複数方向の輝度分布波形を形成し、当該複数の輝度分布波形から前記複数方向のエッジの位置を求め、当該エッジ位置が所定の閾値に相当する方向のエッジ点を前記第１の点、及び第２の点と設定することを特徴とするパターン計測装置。 In claim 1,
The arithmetic processing unit sets reference points in the inner circle, forms luminance distribution waveforms in a plurality of directions based on the reference points, and obtains positions of edges in the plurality of directions from the plurality of luminance distribution waveforms. An edge point in a direction in which the edge position corresponds to a predetermined threshold is set as the first point and the second point.
前記演算処理装置は、前記第１の直線に対し垂直な方向の輝度分布波形から、所定の２つの閾値に対応する位置を、前記円形パターンの１のエッジと前記円形パターンの他のエッジについて求め、前記２つの閾値に対応する位置間の間隔が大きい方に位置する内円のエッジ点を、前記第４の点とすることを特徴とするパターン計測装置。 In claim 1,
The arithmetic processing unit determines positions corresponding to predetermined two threshold values from the luminance distribution waveform in the direction perpendicular to the first straight line with respect to one edge of the circular pattern and the other edge of the circular pattern. An edge point of an inner circle located at a larger distance between positions corresponding to the two threshold values is set as the fourth point.
前記演算処理装置は、前記第１の直線に対し垂直な方向の輝度分布波形から、前記第５の点とは反対に位置する外円のエッジである第６の点の位置を特定し、当該第５の点と第６の点との間の中点を、前記外円と中点とすることを特徴とするパターン計測装置。 In claim 1,
The arithmetic processing unit specifies the position of a sixth point that is an edge of an outer circle located opposite to the fifth point from the luminance distribution waveform in the direction perpendicular to the first straight line, and The pattern measuring apparatus, wherein a midpoint between the fifth point and the sixth point is the outer circle and the midpoint.
当該プログラムは、前記コンピューターに、荷電粒子線装置によって得られた検出信号に基づいて、前記ビーム走査領域に含まれる円形パターンの内円と外円の２つの接点である第１の点と第２の点の位置を特定させ、当該第１の点と第２の点を結ぶ第１の直線の中点である第３の点から当該第１の直線に対し垂直な方向の輝度分布波形を形成させ、当該形成した輝度分布波形から内円のエッジである第４の点の位置と、当該第４の点に対し前記第３の点を挟んで反対側の外円のエッジである第５の点の位置を特定させ、前記第１の点と前記第３の点との間の第１の距離と、前記第３の点と前記第４の点との間の第２の距離を演算させ、当該第１の距離の自乗と第２の距離の自乗の加算値を、前記第２の距離で除算することによって、前記第１の直線に対して垂直な方向の内円の径を求めさせ、当該内円の径の中点と、前記外円のエッジ抽出に基づいて求められる外円の中点との距離を算出させることを特徴とするコンピュータープログラム。 In a computer program that causes a computer to execute measurement of a pattern on a sample based on an image acquired by charged particle beam.
The program is based on the detection signal obtained by the charged particle beam device in the computer, the first point and the second point being two points of contact of the inner circle and the outer circle of the circular pattern included in the beam scanning area. The position of the point is identified, and the luminance distribution waveform in the direction perpendicular to the first straight line is formed from the third point which is the middle point of the first straight line connecting the first point and the second point And the fifth position, which is the edge of the outer circle on the opposite side of the fourth point, with respect to the fourth point. Causing a position of a point to be specified, and calculating a first distance between the first point and the third point and a second distance between the third point and the fourth point Dividing the sum of the square of the first distance and the square of the second distance by the second distance; The diameter of the inner circle in the direction perpendicular to the straight line is determined, and the distance between the midpoint of the diameter of the inner circle and the midpoint of the outer circle determined based on the edge extraction of the outer circle is calculated. A computer program characterized by
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