JP6001945B2 - パターン計測装置及び方法 - Google Patents
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Description
従来技術は、OPCパターンに対して、2本の線分に接続される角部の近傍を含まないように測定領域を設定する。
前述したように、近年では、半導体集積回路のパターンの微細化に伴い、光の近接効果の影響が顕著になっており、この影響を排除するためにOPC技術等が導入されている。ところが、EPの点数は爆発的に増加しており、測定レシピのマニュアルでの生成が非現実的になっている。
図1に、試料の二次電子像(SE(Secondary Electron)像)又は反射電子像(BSE(Backscattered Electron)像)を取得するSEMの構成を示す。本明細書では、SE像とBSE像を総称してSEM画像と呼ぶ。本明細書のSEM画像は、測定対象を垂直方向から電子ビームを照射することにより得られるトップダウン画像、又は、任意の傾斜角方向から電子ビームを照射することにより得られるチルト画像の一部又は全てを含む。
図2に、半導体ウェハ207の表面を一次電子104で走査することで放出される電子の信号量を画像化する方法を示す。(a)では、x方向に走査される電子線を201〜203で示し、y方向に走査される電子線を204〜206で示す。一次電子104の偏向方向を変更することにより、電子線の走査方向を変化させることができる。x方向に走査された電子線201〜203により照射された半導体ウェハ上の場所をそれぞれG1〜G3で示す。同様にy方向に走査された電子線204〜206により照射された半導体ウェハ上の場所をそれぞれG4〜G6で示す。G1〜G6から放出された電子の信号量は、それぞれ(b)に示す画像フレーム209の画素H1〜H6の明度値に対応する。場所Gと画素Hに対する添字1〜6は互いに対応する。画像フレーム209の座標系208は、画像フレームのx、y方向を示している。このように、視野内を一次電子104で走査することにより、画像フレーム209を得ることができる。また、実際には、同じ要領で同じ視野内を何回か走査することにより得られる画像フレームを加算平均することにより、高S/N画像を得ることができる。加算フレーム数は任意に設定可能である。
処理・制御部115(図1)は、CPU121と画像メモリ122を備えるコンピュータシステムであり、レシピに基づいて撮像ポイント(MP)を撮像するため、ステージコントローラ119や偏向制御部120に対して制御信号を送る、又は半導体ウェハ101上の任意の撮像ポイントにおける撮像画像に対して各種の画像処理等を実行する。
続いて、SEM装置によるレシピの自動生成方法の概略を説明する。レシピ生成時間の短縮及びオペレータの負担軽減を図るには、自動化率の向上が不可欠であり、そのためには、オペレータがマニュアル生成したレシピと同等又はそれ以上の性能をもつレシピをいかに自動かつ高速に生成できるかが課題である。図4に処理フローを示す。
まず、処理・制御部115は、EPの座標と半導体回路パターンの設計データを入力する(ステップ401、402)。
ステップ407において、計測レシピ生成部406は、各EP毎に測長種又はMPの座標を推定する。後述するステップ408において、測長カーソルを生成するためには、EP内のどこに計測すべきパターンがあり、かつ、計測したいパターンにおいてどのような計測がしたいかが分からなければならない。MP座標の推定に関して、EP座標(EP領域の中心座標)がMP座標と一致する場合もあるが、一致しない場合やEP内に複数のMPが存在する場合もある。また、MP座標がユーザからの入力等によって与えられたとしても、座標値に誤差が含まれる可能性がある。そこで、計測レシピ生成部406は、EPの座標データとEPを含む回路パターンの設計データに基づいてMP座標を計算機内で推定する。また、測長種とは、MPにおける計測のバリエーションであり、具体的には、ラインパターンの線幅計測、ラインパターン間のギャップ計測、ライン端部の後退量、コンタクトホール径の計測、OPC形状の計測等が挙げられる。また、単に「線幅計測」等のカテゴリだけでなく、配線領域のどこの部分とどこの部分の距離を計測するかという計測部位の情報や、例えば「後退量」の計測であれば、どの方向への後退量を計測するかという計測方向の情報も測長種に含めることができる。
ステップ408において、計測レシピ生成部406は、測長カーソルの生成や測長方法の選択や決定を行う。測長カーソルの生成において、計測レシピ生成部406は、設計データ上で測長カーソルの位置と形状を決定する(測長カーソルは設計データと座標がリンクしている)。測長方法の決定とは、具体的には、測長アルゴリズムや測長パラメータの決定である。測長方法の選択又は設定は、必要に応じ、測長種や計測対象のパターンの形状やパターン輪郭線の向き等の情報も考慮しながら行われる。
ステップ409において、計測レシピ生成部406は、EPにおけるSEMの撮像条件を決定する。SEM撮像条件には少なくとも電子ビームの走査方向を含む。SEM画像の生成するための電子ビームの二次元走査では、ラスタスキャンが一般的である。しかし、例えばX方向に連続的な電子ビームスキャンをY方向に離散的にずらしながら複数回行うことで二次元領域のスキャンを行う場合と、Y方向に連続的な電子ビームスキャンをX方向に離散的にずらしながら複数回行うことで二次元領域のスキャンを行う場合とでは、得られるSEM画像が異なる。そのため、EP内における計測部位や計測方向を考慮して、計測に有利なSEM画像が得られるスキャン方式を自動設定することが有効である。スキャン方式はX又はY方向に平行なスキャンに限らず、斜め方向のスキャンやEP内の場所によってスキャン方向が異なる等のバリエーションがあり得る。
ステップ410において、計測レシピ生成部406は、EPの撮像範囲や座標の最適化を行う。撮像範囲は、ユーザが見たい範囲という観点の他に、MPにおいて所望の部位の計測が良好な計測精度で実現されるという観点からも決定されなければならない。そのため、撮像範囲は計測精度の観点から少なくとも必要とされる測長カーソルの範囲を含むように設定される必要がある。ユーザが与えたEPの座標は、必要に応じて変更することが可能である。EP座標の最適化は、(a)EPの座標や撮像範囲の変更、(b)複数EPの視野をマージした一つのEPの新たな設定、(c)一つのEPの視野の分割による複数のEPの設定の全て又はそれらの任意の組み合わせを含む。それぞれの処理内容や効果について次に具体例を示す。
MP(あるいは計測に要する測長カーソル等を含む撮像領域)の位置が分かると、MPに対してEPの中心がずれているか否かを判別することができる。中心がずれている場合、EPの視野をMPの中心と合わせることにより、MPをEP視野の中央付近で撮像することができる。また、例えば撮像ずれに対しても十分に測長カーソルの範囲がEPの視野内におさまるように撮像範囲を調整することができる。
例えば密集した連続パターンを順に撮像・計測する場合、パターン毎に設定された撮像範囲同士が重複する場合がある。この場合、あるEPの撮像時に他のEP内に含まれる計測領域にコンタミネーションを発生させてしまい、計測精度を低下させる危険性がある。そこで、各EPに含まれるパターンをまとめて一つの視野に収まるようにEP領域を再設定すれば、計測領域でのコンタミネーションの発生を抑制することができる。EPをマージする際には、マージ後の視野又は撮像倍率が所定の大きさ以内であるか(低倍率になると一般に計測精度が低下するため)、マージ前のEPのSEM撮像条件(電子ビームの走査方向等)等が一致しているか等を加味して決定することができる。
例えばEP内に複数のMPが含まれており、更に前記複数のMPで計測するパターンの方向がそれぞれ異なるため、MP毎にSEM撮像条件(電子ビームの走査方向)を変えたい場合は、それぞれのMPをEPとして分割し、異なるSEM撮像条件で撮像するのが有効である。また、EP内に多くのMPが含まれ、かつ、EPの視野ぎりぎりにMPが配置されている場合は、EP撮像時の視野ずれによりMPの計測領域の一部が視野外となってしまう危険性がある。このような場合もEPの分割が有効である。
撮像レシピ生成部411は、各EPを撮像するための撮像レシピを生成する。具体的には、撮像レシピ生成部411は、図3を用いて説明したAP、AF、AST、ABCCの一部又は全ての調整ポイントの設定を含む撮像シーケンスの決定を行い(ステップ412)、必要に応じて調整ポイントあるいはEPの各テンプレートを登録テンプレートとしてレシピに登録する(ステップ413)。さらに、計測レシピの生成406において決定したEP座標、又は測長種、又はSEM撮像条件に基づいてEPの撮像順序を決定する。
ステップ414では、計測レシピ生成部406と撮像レシピ生成部411において決定された各種パラメータ(測長カーソル、測長方法、撮像シーケンス、登録テンプレート等)が、レシピ(又は撮像・計測レシピ)として保存される。実施例では、撮像レシピ、計測レシピに設定すべき項目や推定手順を切り分けて説明したが、各レシピで指定される各設定項目は任意の組み合わせで管理することが可能である。設計データに基づいて処理を行うことにより、ステップ414まで、実際の半導体ウェハやSEM撮像する必要がなく、作業のオフライン化が図れると共に、装置稼働率を向上できる。
次の撮像・計測部416においては、実際の半導体ウェハを用いた撮像・計測を行う。まず、SEM装置に半導体ウェハが投入され(ステップ415)、撮像・計測部416は、レシピに基づきEPを撮像する(ステップ417)。
EPの撮像後、撮像・計測部416は、EPのSEM画像と対応する設計データとをマッチングして両者の位置関係を求める。このとき、同時に測長カーソルとSEM画像との位置関係も求まる。このため、撮像・計測部416は、SEM画像上に測長カーソルを自動配置することができる(ステップ418)。ただし、設計データに基づいてウェハレスで作成したレシピを用いて実際にEPを撮像・計測する際には、実際に半導体ウェハ上に形成されたパターンと設計データにおけるパターンとの形状乖離が問題になり得る。そこで、EPのSEM画像上に測長カーソルを自動配置した後、撮像・計測部416は、SEM画像におけるパターンと設計データにおけるパターンとの形状乖離を算出し、形状乖離の情報に基づき測長カーソルの位置又は形状を修正する(ステップ419)。本処理により、実際のパターンの形状や位置が多少設計データと異なっていても正しく測長することができる。
前述の測長カーソルの位置や形状と同様、レシピで指定する項目の中には、設計データのみでは正確に決定できない項目がある。例えばライン端部の後退量を計測する場合、端部の位置を正確に検出しなければならないが、リソグラフィの解像限界によりパターンのコーナ部はマスクパターンに対し丸まってしまう場合がある。直線部分が多ければ直線の当て嵌めにより端部を検出するアルゴリズムが考えられるが、丸まり部分が支配的であれば、曲線の当て嵌めにより端部を検出するアルゴリズムが考えられる。
撮像・計測部416は、最終的に決定した測長カーソルや測長方法により、EPにおけるSEM画像を用いて測長を行う(ステップ421)。また、撮像・計測部416は、必要に応じて計測の成否判定を行う(ステップ422)。その判定結果に基づいて、後述するステップ427では、必要に応じてレシピ生成ルールの変更を行う。計測の成否の判定は、(a)撮像の失敗、(b)計測の失敗のように失敗原因を分類して解析・管理することができる。なお、(a)は、(a1)アドレッシングの失敗による撮像ずれ、(a2)フォーカスずれによる画像のボケ等に更に詳細に分類するこができる。また、(b)は、(b1)測長種/MP推定の失敗、(b2)測長カーソルの位置合わせずれ、(b3)測長カーソルの形状が不適切、(b4)測長方法が不適切等のように更に詳細に分類することができる。
次に、計測結果解析・レシピ生成ルール最適化部423は、ステップ421で得られた計測結果に基づいてパターンの出来栄えを解析し(ステップ424)、必要に応じてマスクパターンの形状補正や半導体製造プロセス条件の変更を実施することにより高い歩留まりを実現する(ステップ425)。
以下、計測レシピの自動生成における測長カーソルの計測領域の決定方法を説明する。例えばライン幅を計測したい場合、ラインの左右のエッジ位置を正確かつ安定に計測する必要がある。このため、左右のエッジそれぞれに、エッジを含む一定サイズの領域(測長カーソル領域)を設定する。図5を用いて説明する。図5は、ライン502を含むSEM像501を示している。ライン502の左右のエッジに設けられている矩形の領域が、測長カーソル領域503A、503Bである。測長カーソル領域503A、503Bの内側で、SEM信号をラインの延長方向に積算し、画像のノイズやラインエッジラフネスの影響を受け難い積算プロファイルを算出する。この後、積算プロファイルを用いてエッジ位置を検出する。なお、SEM信号のプリファイルのS/Nを高めるため、測長カーソル領域の範囲分504だけy方向にSEM信号を加算平均したプロファイルを用いることも可能である。しかし、この際、測長カーソル領域(計測対象領域)に角部が含まれると、エッジの位置を正確に検出することができない。
図6に、本実施例に係るパターン計測方法の第1の実施例を示す。まず、処理・制御部115は、OPCが施されたパターンの設計データ、MP座標及び計測方向をデータベース123から読み出し、計測対象とするパターンを決定する(ステップS101)。
図13に、パターン測定方法の第2の実施例を説明する。第1の実施例(図6)では、OPCパターンから左右2つの測長カーソルの測定領域を決定する場合について説明した。これに対し、本実施例では、シミュレーションパターンとOPCパターンを用い、より高精度に、左右2つの測長カーソルの測定領域を決定する方法を説明する。
図13のステップS201〜S203では、OPCパターンに対して、第1の実施例と同じ処理が実行される。
実施例で説明したパターン計測方法の採用により、OPCパターンが複雑な場合でも、高精度の計測レシピを自動的に作成することができる。
102 電子光学系
103 電子銃
104 一次電子
105 コンデンサレンズ
106 偏向器
107 ExB偏向器
108 対物レンズ
109 二次電子検出器
110、111 反射電子検出器
Claims (16)
- 基板上に形成された回路パターンのうち寸法を計測する回路パターンを含む撮像領域の中心座標と、前記寸法を計測する回路パターンを含む前記基板上に形成された回路パターンの設計情報を入力する入力部と、
入力した前記撮像領域の中心座標と前記設計情報を用いて前記寸法を計測する回路パターンのエッジを含む計測対象領域を決定する計測対象領域決定部と、前記計測対象領域決定部で決定した計測対象領域を含む領域を撮像するための撮像領域と撮像条件を決定する領域・条件決定部を有する撮像条件決定部と、
前記撮像条件決定部で決定された前記回路パターンの寸法を計測するために、前記撮像領域を撮像するための撮像シーケンスを設定する撮像シーケンス決定部と、
前記撮像条件決定部で決定した撮像条件と前記撮像シーケンス決定部で決定した撮像シーケンスに基づいて撮像した前記基板上に形成した回路パターンの画像を処理して前記寸法を計測する画像処理部とを有し、
前記計測対象領域決定部は、前記回路パターンとしてOPCパターンを用い、前記OPCパターンを直線と角部に分類し、直線に分類されたパターンの情報に基づいて前記OPCパターンを矩形状の変形パターンに変形し、前記変形パターンについて測長カーソルの計測対象領域を自動的に決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。 - 請求項1に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記OPCパターンのうち隣り合う角部の間で最長の直線パターンを求めて延長し、当該直線パターンを接続して前記変形パターンを生成する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。 - 請求項1に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記変形パターンの角部を除き、前記測長カーソルの計測対象領域を決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。 - 請求項1に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記変形パターンを構成する線分のうち、寸法を測定する方向の2辺のうち同じ長さ及び同じ高さを有する部分線分を、前記測長カーソルの計測対象領域として決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。 - 基板上に形成された回路パターンのうち寸法を計測する回路パターンを含む撮像領域の中心座標と、前記寸法を計測する回路パターンを含む前記基板上に形成された回路パターンの設計情報を入力する入力部と、
入力した前記撮像領域の中心座標と前記設計情報を用いて前記寸法を計測する回路パターンのエッジを含む計測対象領域を決定する計測対象領域決定部と、前記計測対象領域決定部で決定した計測対象領域を含む領域を撮像するための撮像領域と撮像条件を決定する領域・条件決定部を有する撮像条件決定部と、
前記撮像条件決定部で決定された前記回路パターンの寸法を計測するために、前記撮像領域を撮像するための撮像シーケンスを設定する撮像シーケンス決定部と、
前記撮像条件決定部で決定した撮像条件と前記撮像シーケンス決定部で決定した撮像シーケンスに基づいて撮像した前記基板上に形成した回路パターンの画像を処理して前記寸法を計測する画像処理部とを有し、
前記計測対象領域決定部は、前記回路パターンとしてOPCパターンを用い、前記OPCパターンを直線と角部に分類し、直線に分類されたパターンの情報に基づいて前記OPCパターンを矩形状の変形パターンに変形し、その後、前記変形パターンとシミュレーションパターンを比較し、前記シミュレーションパターンのうち直線に対応する領域に測長カーソルの計測対象領域を自動的に決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。 - 請求項5に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記OPCパターンのうち隣り合う角部の間で最長の直線パターンを求めて延長し、当該直線パターンを接続して前記変形パターンを生成する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。 - 請求項5に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記変形パターンの角部を除き、前記測長カーソルの計測対象領域を決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。 - 請求項5に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記変形パターンを構成する線分のうち、寸法を測定する方向の2辺のうち同じ長さ及び同じ高さを有する部分線分を、前記測長カーソルの計測対象領域として決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。 - 基板上に形成された回路パターンのうち寸法を計測する回路パターンを含む撮像領域の中心座標と、前記寸法を計測する回路パターンを含む前記基板上に形成された回路パターンの設計情報を入力する工程と、
入力した前記撮像領域の中心座標と前記設計情報を用いて前記寸法を計測する回路パターンのエッジを含む計測対象領域を決定するとともに、決定された計測対象領域を含む領域を撮像するための撮像領域と撮像条件を決定する工程と、
前記回路パターンの寸法を計測するために、前記撮像領域を撮像するための撮像シーケンスを設定する工程と、
決定された撮像条件と撮像シーケンスに基づいて撮像した前記基板上に形成した回路パターンの画像を処理して前記寸法を計測する工程とを有し、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記回路パターンとしてOPCパターンを用い、前記OPCパターンを直線と角部に分類し、直線に分類されたパターンの情報に基づいて前記OPCパターンを矩形状の変形パターンに変形し、前記変形パターンについて測長カーソルの計測対象領域を自動的に決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。 - 請求項9に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記OPCパターンのうち隣り合う角部の間で最長の直線パターンを求めて延長し、当該直線パターンを接続して前記変形パターンを生成する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。 - 請求項9に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記変形パターンの角部を除き、前記測長カーソルの計測対象領域を決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。 - 請求項9に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記変形パターンを構成する線分のうち、寸法を測定する方向の2辺のうち同じ長さ及び同じ高さを有する部分線分を、前記測長カーソルの計測対象領域として決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。 - 基板上に形成された回路パターンのうち寸法を計測する回路パターンを含む撮像領域の中心座標と、前記寸法を計測する回路パターンを含む前記基板上に形成された回路パターンの設計情報を入力する工程と、
入力した前記撮像領域の中心座標と前記設計情報を用いて前記寸法を計測する回路パターンのエッジを含む計測対象領域を決定するとともに、決定された計測対象領域を含む領域を撮像するための撮像領域と撮像条件を決定する工程と、
前記回路パターンの寸法を計測するために、前記撮像領域を撮像するための撮像シーケンスを設定する工程と、
決定された撮像条件と撮像シーケンスに基づいて撮像した前記基板上に形成した回路パターンの画像を処理して前記寸法を計測する工程とを有し、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記回路パターンとしてOPCパターンを用い、前記OPCパターンを直線と角部に分類し、直線に分類されたパターンの情報に基づいて前記OPCパターンを矩形状の変形パターンに変形し、その後、前記変形パターンとシミュレーションパターンを比較し、前記シミュレーションパターンのうち直線に対応する領域に測長カーソルの計測対象領域を自動的に決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。 - 請求項13に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記OPCパターンのうち隣り合う角部の間で最長の直線パターンを求めて延長し、当該直線パターンを接続して前記変形パターンを生成する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。 - 請求項13に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記変形パターンの角部を除き、前記測長カーソルの計測対象領域を決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。 - 請求項13に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記変形パターンを構成する線分のうち、寸法を測定する方向の2辺のうち同じ長さ及び同じ高さを有する部分線分を、前記測長カーソルの計測対象領域として決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
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