JP4634289B2 - 半導体パターン形状評価装置および形状評価方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施の形態の半導体パターン形状評価方法を実現するためのシステムの一例を示す図であり、(a)は特に測長SEMについて詳しく示す図、(b),(c)は半導体ウェーハ上から放出される電子の信号量を画像化する方法を示す図である。
図2は、本実施の形態における一括管理する多種データが各半導体工程で利用される処理において、多種データ利用の処理シーケンスを示す図である。多種データの詳細については後述する。
図3は、測長SEMにおいて、撮像レシピをもとに、任意の計測ポイント(以降、EPと呼ぶ)を観察するための撮像シーケンスを示す図である。なお、前記シーケンスにおける撮像箇所ならびに撮像条件、さらにEPにおける撮像条件は、撮像レシピとして前記データベース(図2:301)に管理される。
図5(a)は、本実施の形態の半導体パターン形状評価方法を実現するためのシステム構成の一例を示す図である。次に述べる装置の全てあるいは一部をネットワーク630で接続して構成する。前記ネットワークに接続する装置としては、検査装置の撮像レシピを生成する測長レシピ作成装置601、および後述の多種データの管理を行うデータ管理サーバ602、および前記多種データを保存するデータベース603、および生成パターンの出来ばえ評価を行うパターン形状評価装置604、およびプロセスシミュレータ及び電子線描画シミュレータ605、および形成したレジストパターンの観察を行う複数台、あるいは単体の測長SEM610,611,612、および前述のパターン設計を行うEDAツール623、および露光マスクを生成するマスク描画装置620、および露光マスクをもとにレジスト上にパターンを生成する露光・現像装置621、およびウェーハ上に形成されたレジストパターンをもとにエッチングを行うエッチング装置622、および前述のパターン設計データよりマスクパターンの設計を行うマスクパターン設計装置624、および形成され露光マスクの計測を行うマスク検査装置625の全てあるいは、一部である。本発明では、ネットワーク630を介して全ての装置が接続されることにより、データベース603に保存され、かつデータ管理サーバ602で管理されている後述の多種データの中から、各工程で利用するデータを選択し、適当な装置へデータを転送することが可能となる。前記多種データは、後述するようにデータ間で座標系などが整合されて保存されている。
多種データには、論理回路設計データ、半導体チップ内でのパターンの配置情報を記載したパターン設計データ、プロセスシミュレーション結果データ、露光マスク上にパターンを描画するのに用いる電子線描画用パターン設計データ、電子線マスク描画シミュレーション結果データ、光近接効果補正されたパターン設計データ、露光マスク上パターンの計測データ、形成されたレジストパターンの計測データ、形成されたエッチングパターンの計測データ、各計測装置の計測条件データ、プロセスパラメータデータ、各計測装置の条件データ、レジストパターン評価結果データ、各計測装置の計測レシピの、一部あるいは全てが含まれる。以下において、詳細に説明する。
図6は、前記一括管理を行う多種データの一例を示す図である。800〜807は、露光マスク設計の各プロセスで利用する代表的なデータの一例を順に示した図である。800〜807の各データについて簡単に説明し、各データの詳細およびデータの管理方法については後述する。
図7は、前記一括管理を行う多種データの一例を示す図である。900〜906は、露光工程で形成したレジストパターンを計測する撮像レシピで利用するデータを保有する実施の一例を示している。900〜906の各データについて簡単に説明し、各データの詳細およびデータの管理方法については後述する。
図8は、前記一括管理を行う多種データの一例を示す図である。1000〜1008は、レシピ生成処理で用いるデータを保有する実施方法の一例を示している。1000〜1008の各データについて簡単に説明し、各データの詳細およびデータの管理方法については後述する。
図9は、多種データの座標リンケージの概要を説明する図であり、(a)は前記多種データの一括管理方法の一例を示す図である。前述のとおり、多種データの各座標系は、座標の対応が取れるように座標系でリンケージをとる(座標リンケージ)。図9(a)は、座標リンケージの概要を説明する図である。データ構造の詳細については、後述する。多種データにおいては、座標系を持つものがあるが、それらの座標系を図9(a)に示すように、ある統一の座標系で表現する。例えば本図では、パターン設計データ1110の座標系に、他の多種データの座標系を対応付けさせている。このようにして、例えば撮像レシピ生成時に用いるテンプレート選択指標値分布1111の座標系、あるいはプロセスシミュレーション結果データ1113の座標系、あるいはテンプレート1117の座標系、あるいはレジストパターンのSEM像1116の座標系、あるいは撮像条件、材料情報1112の座標系など、前述の図6〜図8で例示した各種多種データの全て、あるいは一部の座標系の対応付けをして、データベースに保存する。
図10は、前記多種データの各座標系を変換する方法を示す図である。多種データの座標系は、各データで異なっており、データによっては、x軸1202とy軸1201が直交してない場合があり、またX軸方向のスケールおよびY軸方向のスケールが均一でない場合もある。前述の座標リンケージのためには、各データを統一の座標系に変換する必要がある。例えば、あるデータの座標系が、x軸1202、y軸1201で、各軸が直交せず、また各軸方向のスケールが均一でなかった場合に、前記座標系を、変位、回転、写像変換などの変換処理1210を行うことで、X軸1204とY軸1203を直交、かつ各軸のスケールを均一にし、かつ各データの原点を統一した座標系に変換することが可能である。前述の多種データを示した図6においては、前記座標変換を模式的に表したものを810〜816に示し、図7においては、前記座標変換を模式的に表したものを920〜927に示し、図8においては、前記座標変換を模式的に表したものを1020〜1027に示した。
ここでは、本発明の半導体製造工程における前記多種データの利用例について説明する。前記多種データは、例えば次に示すような各工程(図2)で利用される。
図11は、本実施の形態における時系列で保存したデータ(以降、時系列データと呼ぶ)を利用した撮像レシピ生成方法の一例を示す図である。本例は、時系列データを利用して、撮像レシピ生成を行う処理の流れを示している。
図12(a)〜(c)に、アドレッシングずれ量を時系列で保存した時系列データを利用した撮像レシピ生成の一例を示す図である。測長SEMによる計測において、CADパターン−SEM像マッチング(1304)により算出した後述のアドレッシングずれ量は、時系列で保存することにより、その変化を監視することができる(1407)。アドレッシングずれ量とは、登録されたテンプレートの座標へ、測長SEMの視野を移動させた後、CADパターンとSEM像のパターンマッチングを行い、そのマッチングの際に発生する位置合わせのためのビーム移動量のことである。前記ビーム移動量は、テンプレート対象のパターンがプロセス条件の時間変動により形状変化し、CADパターン−SEM像マッチングにおいてアドレッシングの位置1402が、本来パターン上で想定しているアドレッシングの座標1401からずれが発生した場合、あるいは検査装置の条件の時間変動により、計測SEMのビームシフト量に変化が発生した場合(1404,1405)にアドレッシングずれ量が大きくなる。
図13(a),(b)は、SEM画像を時系列で保存した時系列データを利用した撮像レシピ生成の一例を示す図である。本例では、撮像レシピに登録されたテンプレート1501をもとに、実際に測長SEMで得られたSEM像1504を、多種データに時系列データとして保存することを特徴とする。保存されたテンプレートパターンのSEM像1504は、前記撮像レシピのテンプレートとして保存し、次の計測では、前述のテンプレート1501の代わりにSEM像1504をテンプレートとして撮像レシピに登録し、計測を行う。さらに次の計測時にも、計測時に得られるSEM像を次回計測のテンプレートとして登録する。このように時系列でテンプレートパターンのSEM像を保存し(1507)、撮像レシピのテンプレートを随時更新する。これにより、形成するパターン形状が、プロセス条件や、装置状態の時間変化により変化した場合にも、テンプレートが、その形状変化に追従することで、パターンの時間変化に対して、安定した計測点までのアドレッシングが可能となる。これにより、形成パターンの時間変動に対しても、安定な撮像を可能とする撮像レシピの生成が可能となる。
(目的)
データベースに保存されている任意の多種データを次に述べるように管理することで、処理目的に応じて、利用するデータを、任意に組み合わせて選択することを可能とする。なお、各処理において、利用するデータは、後述のGUIを用いて、ユーザが任意にデータを選択することが可能となっている。また、各処理において、必要とされるデータは予め記憶されており、選択されたデータが、処理に必要とされるデータに対して不足している場合は、ユーザに選択データが不足していることをアラームで知らせ、ユーザに対応を促す。例えば、撮像レシピ生成を行う場合には、上述のようにレシピ生成に必要なデータは、パターン設計データ801、および計測点データ1000であり、これらのデータが選択されていない場合には、アラームでユーザに知らせる。
図14は、上述の多種データの管理方法における多種データのリンケージ構成の一例を示す図である。多種データの保有している各データの整合をとる方法の一つとして、各データの座標系を全て同一座標系1600で保有する方法がある。特に、CAD応用システムの基本データであり、また座標系が直交し、かつ歪みもないパターン設計データ1602の座標系1631に、その他全ての保有データの座標系を座標変換し、データを保存するケースが多い。その場合、図14に示すパターン設計データ1602の座標系1632は同一座標系1600とすることから、両座標系は全く同じ座標系となる。次に、その他の多種データ、例えばpost−OPCパターン設計データ1603の座標系1632を、図10で説明した座標変換により、同一座標系に変換する(1651)。同様に、他のプロセスシミュレーション結果データ1604、および計測点データ1605、および撮像レシピのテンプレート選定指標値データ1606など、前述の図6〜図8で例示した各種多種データの各座標系を全て同一座標系に変換し、座標系を変換した各データを、前記データベース1501に保存する。
図16は、上述の多種データの管理方法における多種データのリンケージ構成の一例を示す図である。多種データ1804の保有している各データの整合をとる方法の一つとして、各データの座標系の対応関係を保存した後述のテーブルデータを保有する方法がある。本例では、各データを参照する際は、テーブルデータを参照し、入力の座標を、参照する対象のデータの座標系に変換することで、所望の参照座標のデータを得る。例えば、各データで統一の絶対座標系1800を設け、保有している多種データ1804の各データの、各座標系を統一の絶対座標系に変換する図10で説明したような座標系変換の変換量をそれぞれのデータで求めておき、テーブルデータに保存する。図16に示したように、パターン設計データ1806、あるいはOPC付きパターンデータ1807、あるいはプロセスシミュレーション結果データ1808、あるいはEP座標データ1809、あるいは撮像レシピ選定指標データ1810などの前述の図6〜図8で例示した各種多種データの各座標系を統一の絶対座系に変換する変位および変換量1813〜1817を算出し、後述のテーブルデータに保存する。なお、統一の絶対座標系は、多種データ内のデータの座標系でもよく、特に、CAD応用システムの基本データであり、また座標系が直交し、かつ歪みもないパターン設計データ1806の座標系を統一の絶対座標系とするケースが多くある。
(概要:図18)
図18は、本実施の形態における撮像レシピ自動生成の処理フローの一例を示す図である。前述の多種データを保存したデータベース2000から、撮像レシピ生成に利用するデータを選択し(2002)、撮像レシピ生成部2003に選択した多種データを前述のようにネットワーク経由で転送する。撮像レシピ生成部2003では、撮像レシピで必要となる前記AP、FP、SP、BPテンプレートを選択する指標値1001を、パターン設計データをもとに算出する(2007)。このとき詳細は後述するが、パターン設計データ以外に、例えば、プロセスシミュレーション結果データを利用して、テンプレートを算出することも可能である。プロセスシミュレーション結果データを用いると、実際に形成されるレジストパターンに近いパターンを用いることから、より安定な計測ができる撮像レシピを生成することができる。
図19(a)は、本実施の形態における前述の多種データのうち、プロセスシミュレータ結果データ2201を利用して撮像レシピを生成する一例を示す図である。前記多種データに保存されているパターン設計データ801あるいは、post−OPCパターン設計データ802、あるいはマスク計測データ805と、プロセス条件データ1005を用いて、プロセスシミュレータにより算出された形成レジストパターンが、前記プロセスシミュレーション結果データ807である。本データは、パターン設計データ802と比較すると、前述の露光・現像工程により形成される実際のレジストパターン形状に近い形状が得られる。つまり、パターン設計データを用いて、前述の撮像レシピのAP、FP、SP、BPの各テンプレートを選定するよりも、プロセスシミュレータ結果データ2201を用いて、AP、FP、SP、BPの各テンプレートの選定を行うと、実際に形成されるパターンに近い形状のパターンをテンプレートとして用いることから、高精度で安定した計測が可能となる撮像レシピを生成できる。
図20は、本実施の形態における前述の多種データを利用して撮像レシピを生成する一例を示す図である。本例は、保有している多種データを利用することで、形成されるレジストパターンにより近いパターンデータを用いて撮像レシピのテンプレートパターンを生成することを行う。これにより、より安定な計測が可能な撮像レシピを生成することができる。
図21は、前述の多種データ管理の多種データを選択・表示するGUI(Graphic User Interface)について示す図である。本発明において利用する任意の複数データはGUIによって表示することができ、その際には、必要に応じて異なる複数データを並べて、あるいは重ね合わせて同時に表示することが可能である。前記の複数データには、前述の多種データの全て、あるいは一部を含む。多種データは、前述のように、データ間で整合がとれるように一括管理されており、座標リンケージされていることから、重ね合わせ表示(オーバレイ表示)することも可能であり、また各データ間で、任意の座標を参照することが可能である。
Claims (10)
- 走査型電子顕微鏡を用いた半導体パターンの形状評価装置であって、
前記半導体パターンのレイアウト情報が記載されたCADパターン設計データおよびパターン設計に用いる多種データを記憶するデータベースと、
前記データベースに記憶された多種データを一括管理するデータ処理手段と、
前記データ処理手段で一括管理するために多種データ間の座標系を対応付ける対応付け手段と、
前記データベースから多種データの一部あるいは全てを任意に選択する選択手段と、
前記選択手段で選択されたデータを利用して、前記走査型電子顕微鏡において前記半導体パターンを観察するための撮像レシピを生成する生成手段とを備えたことを特徴とする半導体パターン形状評価装置。 - 走査型電子顕微鏡を用いた半導体パターンの形状評価方法であって、
前記半導体パターンのレイアウト情報が記載されたCADパターン設計データおよびパターン設計に用いる多種データをデータベースに記憶し、
前記データベースに記憶された多種データをデータ処理手段で一括管理し、
前記データ処理手段で一括管理するために多種データ間の座標系を対応付け手段で対応付けし、
前記データベースから多種データの一部あるいは全てを任意に選択手段で選択し、
前記選択手段で選択されたデータを利用して、前記走査型電子顕微鏡において前記半導体パターンを観察するための撮像レシピを生成手段で生成することを特徴とする半導体パターン形状評価方法。 - 請求項2記載の半導体パターン形状評価方法において、
前記多種データには、論理回路設計データと、半導体チップ内でのパターンの配置情報を記載したパターン設計データと、プロセスシミュレーション結果データと、露光マスク上にパターンを描画するのに用いる電子線描画用パターン設計データと、電子線マスク描画シミュレーション結果データと、光近接効果補正されたパターン設計データと、露光マスク上パターンの計測データと、形成されたレジストパターンの計測データと、形成されたエッチングパターンの計測データと、各計測装置の計測条件データと、プロセスパラメータデータと、各計測装置の条件データと、レジストパターン評価結果データと、各計測装置の計測レシピとの一部あるいは全てが含まれることを特徴とする半導体パターン形状評価方法。 - 請求項2記載の半導体パターン形状評価方法において、
前記多種データ間の座標系を対応付けするために、統一の座標系に多種データを変換してデータベースに保存するか、あるいは座標変換する変換テーブルを保持することを特徴とする半導体パターン形状評価方法。 - 請求項4記載の半導体パターン形状評価方法において、
前記多種データ間の座標系を対応付ける方法として、各多種データの座標系の変位の処理と、各多種データの座標系の回転処理と、各多種データの座標系のスケール変換処理との全てあるいは一部を行うことを特徴とする半導体パターン形状評価方法。 - 請求項4記載の半導体パターン形状評価方法において、
前記多種データ間の座標系を対応付ける方法として、パターン設計データの座標系を統一の座標系とし、他の多種データの座標系をパターン設計データの座標系に変換することを特徴とする半導体パターン形状評価方法。 - 請求項2記載の半導体パターン形状評価方法において、
前記多種データを時系列で管理することを特徴とする半導体パターン形状評価方法。 - 請求項7記載の半導体パターン形状評価方法において、
前記時系列で管理したデータを用いて、パターン計測の位置ずれ量の時間変化をモニタし、前記位置ずれ量の変動量が、ある設定した量を超えた場合に、撮像レシピの修正を行うことを特徴とする半導体パターン形状評価方法。 - 請求項2記載の半導体パターン形状評価方法において、
前記データベースとネットワーク接続された各半導体製造装置間で多種データを共有し、レシピ生成、あるいは形成パターンの形状評価、あるいはパターン生成の各工程において、前記多種データから各工程での処理に応じて任意のデータを選択し、この選択されたデータを利用して前記各工程の処理を行い、この処理の結果を前工程にフィードバックすることを特徴とする半導体パターン形状評価方法。 - 請求項2記載の半導体パターン形状評価方法において、
前記多種データの全てあるいは一部を、並べてあるいは重ね合わせてGUI表示することを特徴とする半導体パターン形状評価方法。
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