KR101608608B1

KR101608608B1 - 오버레이 계측 방법, 계측 장치, 주사형 전자 현미경 및 ｇｕｉ

Info

Publication number: KR101608608B1
Application number: KR1020147018363A
Authority: KR
Inventors: 미노루 하라다; 료 나까가끼; 후미히꼬 후꾸나가; 유지 다까기
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2016-04-01
Also published as: KR20140107363A; US9799112B2; JP5640027B2; US10783625B2; WO2013121939A1; JP2013168595A; US20140375793A1; US20180025482A1

Abstract

복수회의 노광 공정에 의해 회로 패턴이 형성되어 있는 반도체 디바이스의 오버레이를 계측하는 방법으로서, 상기 반도체 디바이스의 복수의 영역의 화상을 촬상하는 촬상 스텝과, 상기 촬상 스텝에 의해 촬상된 복수의 촬상 화상으로부터 기준 화상을 설정하는 기준 화상 설정 스텝과, 상기 기준 화상 설정 스텝에 의해 설정한 기준 화상과 상기 촬상 스텝에 의해 촬상된 상기 복수의 촬상 화상의 차이를 정량화하는 차이 정량화 스텝과, 상기 차이 정량화 스텝에 의해 정량화한 차이를 기초로 오버레이를 산출하는 오버레이 산출 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 방법이다.

Description

오버레이 계측 방법, 계측 장치, 주사형 전자 현미경 및 ＧＵＩ{METHOD FOR MEASURING OVERLAY, MEASURING DEVICE, SCANNING ELECTRON MICROSCOPE, AND GUI}

본 발명은 오버레이 계측 방법, 계측 장치, 주사형 전자 현미경 및 GUI에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하전 입자 현미경을 이용하여 촬상한 화상을 사용해서 오버레이를 계측하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제품은, 동작에 필요한 회로 패턴을 형성하기 위해 복수회의 노광 공정이 필요하다. 예를 들어, 복수층의 회로 패턴으로 이루어지는 반도체 제품의 제조에서는, 각 층의 회로 패턴을 형성하기 위한 노광 공정 외에, 각 층을 접속하는 홀을 형성하기 위한 노광 공정이 필요해진다. 또한, 최근에는 미세한 회로 패턴을 밀도 높게 형성하기 위해 더블 패터닝이 행해져 있다.

반도체 제조에 있어서는, 복수회의 노광 공정에 의해 형성되는 회로 패턴의 위치를 허용되는 범위 내에 맞추는 것이 중요해진다. 허용 범위 내에 수용되지 않을 경우, 적절한 전기 특성이 얻어지지 않아, 수율이 저하된다. 그로 인해, 노광간의 회로 패턴의 맞춤 어긋남(오버레이)을 계측하고, 노광 장치에 피드백하는 것이 행해져 있다.

오버레이 계측을 행하기 위한 방법으로서, 웨이퍼 상에 계측용의 회로 패턴을 형성하고, 광학 현미경을 이용하여 계측용 패턴의 화상을 촬상하고, 화상으로부터 얻어지는 신호 파형으로부터 오버레이 계측을 행하는 방법이 US7181057(특허문헌 1)에 기재되어 있다. 계측용 패턴은 수십㎛ 정도의 크기가 필요하기 때문에, 반도체 다이 주변의 스크라이브 라인 상에 형성되는 것이 일반적이다. 그로 인해, 실제의 디바이스의 회로 패턴(실 패턴)이 형성되는 장소에서의 오버레이를 직접 계측할 수는 없어, 보간 등에 의해 추정할 필요가 있다. 그러나, 최근 반도체 프로세스의 미세화에 수반하여, 오버레이의 허용 범위도 작게 되어 있어, 필요한 계측 정밀도를 얻는 것이 곤란해지고 있다.

주사형 전자 현미경을 이용하여 실 패턴의 화상을 촬상하고, 오버레이를 계측하는 방법이 일본 특허 공개 제2006-351888(특허문헌 2) 및 일본 특허 공개 제2011-142321(특허문헌 3)에 기재되어 있다. 특허문헌 2에는 촬상 화상으로부터 추출된 회로 패턴의 윤곽 정보와, 반도체 제품의 설계 정보(CAD 데이터)를 비교함으로써 오버레이를 계측하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 3에서는 제1 노광에 의해 형성되는 회로 패턴과, 제2 노광에 의해 형성되는 회로 패턴의 상대적 위치를 산출하고, 상대적 위치를 CAD 데이터로부터 얻어지는 기준값과 비교함으로써 오버레이를 계측하는 방법이 기재되어 있다.

US 7181057 일본 특허 공개 제2006-351888호 공보 일본 특허 공개 제2011-142321호 공보

전술한 바와 같이, 상기 특허문헌 1에 기재된 오버레이 계측 방법에서는 실 패턴 상에 있어서의 오버레이를 계측하는 것이 불가능하다. 이 문제를 해결하는 방법으로서 상기 특허문헌 2 및 특허문헌 3에는 실 패턴을 촬상한 화상을 사용해서 오버레이를 계측하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에 기재된 오버레이 계측 방법은, CAD 데이터가 필요해진다. 일반적으로 반도체 제품의 CAD 데이터는 수GB에 및 준비나 취급 등에 노동력을 필요로 한다. 또한, 웨이퍼 상에 형성되는 회로 패턴 형상과 CAD 데이터 내의 회로 패턴 형상은 괴리되어 있는 것이 일반적이므로, 괴리가 큰 경우에는 올바른 오버레이를 계측하는 것이 곤란하다고 예상된다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 오버레이 계측은 회로 패턴의 상대 위치를 산출하고 있고, 회로 패턴의 형성 불량 등에 의해 회로 패턴의 일부가 소실된 경우 등에 올바른 오버레이를 산출 불가능한 것으로 예상된다. 또한, 산출된 상대 위치를 기준값과 비교할 필요가 있어, 기준값을 미리 CAD 데이터 등을 사용해서 산출해 둘 필요가 있다.

이상과 같이, 선행 기술에서는 간편 또한 강건하게 오버레이를 계측하는 것이 곤란하다. 따라서 본 발명은, CAD 데이터를 필요로 하지 않고 간편 또한 강건하게 오버레이를 계측하는 오버레이 계측 방법 및 계측 장치를 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 예를 들어 특허 청구 범위에 기재된 구성을 채용한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 반도체 디바이스의 복수의 영역의 화상을 촬상하는 촬상 스텝과, 상기 촬상 스텝에 의해 촬상된 복수의 촬상 화상으로부터 기준 화상을 설정하는 기준 화상 설정 스텝과, 상기 기준 화상 설정 스텝에 의해 설정한 기준 화상과 상기 촬상 스텝에 의해 촬상된 상기 복수의 촬상 화상의 차이를 정량화하는 차이 정량화 스텝과, 상기 차이 정량화 스텝에 의해 정량화한 차이를 기초로 오버레이를 산출하는 오버레이 산출 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 촬상 화상 이외의 CAD 데이터의 취급이나 상대 위치의 기준값 입력 등을 불필요로 하고, 간편 또한 강건하게 실 패턴 상에 있어서의 오버레이를 계측하는 오버레이 계측 방법 및 계측 장치를 제공할 수 있다.

상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 명백하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 오버레이 계측 장치를 구비한 주사형 전자 현미경(SEM)의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 오버레이 계측 장치의 제어부 기억부 및 연산부의 구성도이다.
도 3은 칩 좌표계와 웨이퍼 좌표계를 나타낸 도면이다.
도 4는 계측하는 오버레이에 관한 설명도이다.
도 5는 오버레이 계측 대상의 화상과 단면 구조의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 오버레이 계측 방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 화상 촬상 처리의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 화상 차이 정량화부와 오버레이 산출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리 흐름이다.
도 10은 오버레이 계측 대상의 화상예이다.
도 11은 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리의 도중 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리의 도중 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 화상으로부터 회로 패턴 영역을 인식하는 처리 흐름이다.
도 14는 화상의 히스토그램의 예이다.
도 15는 계측 좌표를 설정하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.
도 16은 계측 조건을 설정하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.
도 17은 계측 결과를 표시하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 화상 차이 정량화부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리 흐름이다.
도 20은 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리의 도중 결과를 나타낸 도면이다.
도 21은 회로 패턴 영역을 지정하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 오버레이 계측 장치의 기억부 및 연산부의 구성도이다.
도 23은 본 발명에 따른 화상 차이 정량화부와 오버레이 산출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명에 따른 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리 흐름이다.
도 25는 회귀 모델의 일례를 나타낸 도면이다.
도 26은 회귀 모델을 작성하는 처리 흐름이다.
도 27은 회귀 모델 작성에 사용하는 화상을 취득하는 처리 흐름이다.
도 28은 본 발명에 따른 회귀 모델 산출부의 구성도이다.
도 29는 차이부의 특징량을 오버레이의 관계를 플롯한 결과예이다.
도 30은 계측 결과를 표시하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.
도 31은 본 발명에 따른 오버레이 계측 처리의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 32는 처리 파라미터를 조정하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.

<제1 실시예>

이하에, 본 발명에 따른 오버레이 계측 장치 및 계측 방법에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 오버레이 계측 수단을 구비한 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 촬상한 화상을 사용해서 오버레이 계측을 행하는 경우를 대상으로 설명하지만, 본 발명에 따른 촬상 장치는 SEM 이외라도 좋고, 이온 등의 하전 입자선을 사용한 촬상 장치라도 좋다.

도 1은 본 발명에 따른 오버레이 계측 장치를 구비한 주사형 전자 현미경(SEM)의 구성도를 나타내고 있고, 피검사 대상물의 화상 촬상을 행하는 SEM(101)과, 전체의 제어를 행하는 제어부(102), 화상 촬상 결과 등을 자기 디스크나 반도체 메모리 등에 기억하는 기억부(103), 프로그램에 따라 연산을 행하는 연산부(104), 장치에 접속된 외부의 기억 매체와의 사이에서 정보의 입출력을 행하는 외부 기억 매체 입출력부(105), 유저와의 정보의 입출력을 제어하는 사용자 인터페이스부(106), 네트워크를 통해서 다른 장치 등과 통신을 행하는 네트워크 인터페이스부(107)를 구비하여 이루어진다.

또한, 사용자 인터페이스부(106)에는 키보드나 마우스, 디스플레이 등으로 구성되는 입출력 단말기(113)가 접속되어 있다.

SEM(101)은, 시료 웨이퍼(108)를 탑재하는 가동 스테이지(109), 시료 웨이퍼(108)에 전자 빔을 조사하기 위해 전자원(110), 시료 웨이퍼로부터 발생한 2차 전자나 반사 전자 등을 검출하는 검출기(111) 외에, 전자 빔을 시료 상에 수렴시키는 전자 렌즈(도시하지 않음)나, 전자 빔을 시료 웨이퍼 상에서 주사하기 위한 편향기(도시하지 않음)나, 검출기(111)로부터의 신호를 디지털 변환시켜 디지털 화상을 생성하는 화상 생성부(112) 등을 구비하여 구성된다. 또한, 이들은 버스(114)를 통해서 접속되고, 서로 정보를 주고받는 것이 가능하다.

도 2는, 도 1에 도시한 본 발명에 따른 오버레이 계측 장치를 구비한 주사형 전자 현미경(SEM)의 제어부(102), 기억부(103) 및 연산부(104)의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.

제어부(102)는 웨이퍼의 반송을 제어하는 웨이퍼 반송 제어부(201), 스테이지의 제어를 행하는 스테이지 제어부(202), 전자 빔의 조사 위치를 제어하는 빔 시프트 제어부(203), 전자 빔의 주사를 제어하는 빔 스캔 제어부(204)를 구비하여 이루어진다.

기억부(103)는 취득된 화상 데이터를 기억하는 화상 기억부(205), 촬상 조건(예를 들어, 가속 전압이나 프로브 전류, 가산 프레임수, 촬상 시야 사이즈 등)이나 처리 파라미터 등을 기억하는 레시피 기억부(206), 계측하는 개소의 좌표를 기억하는 계측 좌표 기억부(207)를 구비하여 이루어진다.

연산부(104)는 촬상 화상을 기초로 기준 화상을 합성하는 기준 화상 합성부(208), 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 화상 차이 정량화부(209), 오버레이를 산출하는 오버레이 산출부(210), 화상 처리부(211)를 구비하여 이루어진다.

또한, 부호 208 내지 210은 각 연산을 행하도록 설계된 하드웨어로 구성되어도 좋은 것 외에, 소프트웨어로서 실장되어 범용적인 연산 장치(예를 들어 CPU나 GPU 등)를 사용해서 실행되도록 구성되어 있어도 좋다.

다음에, 지정된 좌표의 화상을 취득하기 위한 방법을 설명한다. 우선, 계측 대상으로 되는 웨이퍼(108)는 웨이퍼 반송 제어부(201)의 제어에 의해 로봇 아암이 동작하고 스테이지(109) 상에 설치된다. 다음에, 촬상 시야가 빔 조사 범위 내에 포함되도록 스테이지 제어부(202)에 의해 스테이지(109)가 이동된다. 이때, 스테이지의 이동 오차를 흡수하므로, 스테이지 위치의 계측이 행해져, 빔 시프트 제어부(203)에 의해 이동 오차를 상쇄하도록 빔 조사 위치의 조정이 행해진다. 전자 빔은 전자원(110)으로부터 조사되어, 빔 스캔 제어부(204)에 의해 촬상 시야 내에서 주사된다. 빔의 조사에 의해 웨이퍼로부터 생기는 2차 전자나 반사 전자는 검출기(111)에 의해 검출되어, 화상 생성부(112)를 통해서 디지털 영상화된다. 촬상된 화상은 촬상 조건이나 촬상 일시 등의 부대 정보와 함께 화상 기억부(205)에 기억된다.

여기서, 본 발명에 의한 오버레이 계측 입력 중 하나가 되는 계측 좌표에 대해 설명한다. 도 3은 반도체 웨이퍼 상의 칩(301) 좌표계와 웨이퍼(302) 좌표계를 나타낸 도면이다.

칩 좌표계란 칩 상의 일점을 원점으로 한 좌표계이며, 웨이퍼 좌표계란 웨이퍼 상의 일점을 원점으로 한 좌표계이다. 통상, 웨이퍼에는 칩이 복수 레이아웃되어 있고, 위치(u, v)에 있는 칩에 있어서의, 칩 좌표(cx, cy)와 웨이퍼 좌표(x, y)의 관계는 수학식 1로 표시되므로, 상호의 변환은 용이하게 실시할 수 있다. 단, W, H는 1칩의 폭과 높이, o_x, o_y는 x좌표와 y좌표의 오프셋을 나타낸다.

그로 인해, 유저는 오버레이 계측 대상의 칩 좌표와, 계측 대상 칩을 지정하면 좋다. 예를 들어, 칩 좌표를 n점, 계측 대상 칩을 m개소 지정한 경우, 계측 좌표는 n×m점 얻어진다. 본 실시예에 따른 오버레이 계측 방법은 동일한 칩 좌표를 갖는 화상을 1그룹으로서 취급한다. 화상을 그룹핑하므로, 화상 촬상 시에서 화상의 부대 정보로서 칩 좌표마다 할당한 위치 ID를 부여한다(앞선 예에서 말하면, 위치 ID:1 내지 n)

도 4는, 계측하는 오버레이에 관한 설명도이다. 도 4를 사용해서, 본 발명에서 계측하는 오버레이에 대해 설명한다.

SEM 화상(401)은 부호 402에 나타내는 단면 형상을 갖는 회로 패턴을 촬상한 SEM 화상의 모식도이다. 본 예의 회로 패턴은 기초부(403) 상에 제1 노광에 의해 회로 패턴(404)이 형성된 후, 제2 노광에 의해 회로 패턴(405)이 형성되어 있다.

SEM 화상(406)은 반도체 웨이퍼 상의 SEM 화상(401)과는 다른 개소를 촬상한 것이다. 마찬가지로, 기초부(408) 상에 제1 노광에 의해 회로 패턴(409)이 형성된 후, 제2 노광에 의해 회로 패턴(410)이 형성되어 있다.

단, SEM 화상(406)을 촬상한 개소에서는, SEM 화상(401)을 촬상한 개소와 비교하고, 제2 노광에 의해 형성되는 회로 패턴(410)이 x방향으로 dx(412) 어긋나 있는 모습을 나타내고 있다. 본 실시예에 따른 방법에서는, 임의의 화상[예를 들어 SEM 화상(401)]을 기준 화상, 임의의 화상[예를 들어 SEM 화상(406)]을 피계측 화상으로 한 경우에, 피계측 화상에 있어서의 회로 패턴의 형성 위치와, 기준 화상에 있어서의 회로 패턴의 형성 위치의 차이를, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴마다 독립적으로 정량화함으로써 오버레이를 계측한다.

도 4는, 제1 노광에 의해 형성된 회로 패턴을 기준 패턴으로서 제2 노광에 있어서의 오버레이를 계측한 예를 나타내고 있지만, 제2 노광에 의해 형성된 회로 패턴을 기준 패턴으로 해도 좋다. 이 경우는, 어긋남량의 크기는 변함없지만, 산출되는 값의 정부(正負)의 부호가 반전된다. 또한, 여기서의 제n 노광과는 n회째의 노광과는 한정되지 않고, 단순히 노광 공정의 차이를 나타내는 인덱스이며, 이후 n을 노광 인덱스라고 기재한다. 또한, 「노광에 의해 형성되는 회로 패턴」이란, 노광 공정만에 의해 형성되는 회로 패턴으로 한정되는 것이 아니라, 노광 공정 후의 에칭 공정 등도 포함해서 형성되는 회로 패턴을 가리킨다.

도 5는 오버레이 계측 대상의 화상과 단면 구조의 예를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시한 이외의 오버레이 계측 대상의 예를 나타낸다.

부호 501 내지 505는 SEM 화상과 단면 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.

부호 501은, 제1 노광에 의해 형성된 회로 패턴(506)과, 제2 노광에 의해 형성된 회로 패턴(507)이 적층되어 있는 모습을 나타내고 있다.

부호 502도 마찬가지로, 제1 노광에 의해 형성된 회로 패턴(508)과, 제2 노광에 의해 형성된 회로 패턴(509)이 적층되어 있는 모습을 나타내고 있다.

또한, 부호 503은 제1 노광에 의해 형성된 회로 패턴(510) 상에, 막(511)과 제2 노광에 의해 형성된 회로 패턴(512)이 적층되어 있는 모습을 나타내고 있다. 이와 같이 제1 노광에 의해 형성된 회로 패턴 상에 막이 적층되어 있는 경우에 있어서도 SEM의 가속 전압을 조정함으로써 제1 노광에 의해 형성된 회로 패턴(510)의 형상을 관찰하는 것이 가능하다.

부호 504는 더블 패터닝에 의해 형성된 회로 패턴을 나타내고 있다. 더블 패터닝은 제1 노광에 의해 회로 패턴(513)을 형성하고, 제2 노광에 의해 회로 패턴(514)을 형성함으로써 회로 패턴을 밀도 높게 형성하는 기술이다.

부호 505는 홀 공정의 화상을 나타내고 있고, 제2 노광에 의해 형성된 회로 패턴(516)의 개구부로부터, 제1 노광에 의해 형성된 회로 패턴(515)이 관찰되어 있는 모습을 나타내고 있다.

모든 경우에 있어서도, 제1 노광에 의해 형성되는 회로 패턴과, 제2 노광에 의해 형성되는 회로 패턴의 오버레이 계측이 중요하다. 또한, 본 실시예에 의해 오버레이 계측 가능하게 되는 회로 패턴의 구조는 이들에 한정된 것은 아니다. 예를 들어, 합계 3회의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴이 관찰되는 화상에 있어서는, 각 노광간에 있어서의 오버레이를 계측하는 것이 가능하다.

도 6은, 본 발명에 따른 오버레이 계측 방법의 흐름도, 도 7은, 본 발명에 따른 오버레이 계측 방법의 흐름에 있어서의 피계측 화상의 화상 촬상 처리 스텝(S601)의 상세한 흐름도이다.

우선, 계측 개소의 화상(피계측 화상)을 도 7에 도시한 흐름에 따라서 취득한다(S601). 피계측 화상의 취득 후, 위치 ID마다 처리를 행하므로, 동일한 위치 ID를 갖는 화상을 추출한다(S602). 또한, 위치 ID마다의 처리 순서는 임의로 설정되어도 좋고, 유저가 지정한 위치 ID의 화상만에 대해 처리하도록 해도 좋다. 추출된 화상은 칩 좌표가 동일하므로, 마찬가지의 회로 패턴이 촬상되어 있다. 이 피계측 화상을 기초로 기준 화상을 설정한다(S603). 기준 화상은 피계측 화상 중으로부터 유저가 선택해도 좋고, 기준 화상 합성부(208)를 사용해서 피계측 화상으로부터 기준 화상을 합성해도 좋다. 합성하는 방법으로서는, 예를 들어, 화상의 위치 정렬을 한 후, 대응하는 화소의 평균 농담값을 합성 화상의 농담값으로 하면 좋다. 또한, 기준 화상 설정 시에, 기준 패턴의 노광 인덱스를 지정해도 좋다.

기준 화상 설정 후, 피계측 화상과 기준 화상의 차이를 정량화하고(S604), 정량화 결과를 기초로 오버레이를 산출한다(S605). 이상의 처리 S604 내지 S605를 모든 추출 화상에 대해 완료될 때까지 반복 행한다(S606). 그리고, 처리 S602 내지 S606을 대상의 위치 ID에 대해 완료될 때까지 반복 행한다(S607). 이후에 있어서 처리 S601과 S604, S605의 상세에 대해 설명한다.

도 7을 사용해서 피계측 화상의 취득 처리(S601)에 대해 설명한다.

우선, 계측 대상의 웨이퍼(108)를 스테이지(109) 상에 로드하고(S701), 웨이퍼에 대응한 레시피를 레시피 기억부(206)로부터 읽어들인다(S702). 다음에, 계측 좌표를 계측 좌표 기억부(207)로부터 읽어들인다(S703). 좌표 읽어들이기 후(혹은 병행하여), 웨이퍼 얼라인먼트를 행한다(S704). 웨이퍼 얼라인먼트 후, 전술한 방법에 의해 SEM(101)을 제어하고, 지정한 좌표의 화상을 촬상한다(S705). 이때, 촬상한 화상에는 위치 ID를 부대 정보로서 부여한다. 모든 촬상이 완료될 때까지 반복 행하고(S706), 마지막으로 웨이퍼를 언로드(S707)한다.

다음에, 도 9 내지 12를 사용해서, 피계측 화상과 기준 화상의 차이를 정량화하는 처리(S604)에 대해 설명한다. 도 9는 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리 흐름의 설명도, 도 10은 오버레이 계측 대상의 화상예, 도 11 및 도 12는 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리의 도중 결과를 나타낸 도면이다.

본 처리는 화상 차이 정량화부(209)를 사용해서 행해진다. 도 8의 부호 801은 본 실시예에 따른 화상 차이 정량화부의 구성을 도시한 것이며, 도 2의 부호 209에 대응한다. 또한, 도 9는 화상 차이 정량화부(209)를 사용해서 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리의 흐름이다. 본 처리에서는 기준 화상을 입력(802), 피계측 화상을 입력(803)으로 한다. 이후, 설명을 위한 화상예로서 도 10에 도시한 기준 화상(1001)과 피계측 화상(1002)을 사용한다.

우선, 회로 패턴 영역 인식부(804)를 사용해서, 기준 화상을 대상으로 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역을 인식한다(S901). 도 11은 처리 결과예를 나타낸 것이며, 화상(1101)은 기준 화상(1001)의 회로 패턴 영역을 인식한 결과예이다. 다음에, 농담값 추출부(805)를 사용해서, 회로 패턴 영역의 인식 결과를 기초로, 기준 화상으로부터 제p 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 화상 BU(806)를 작성하고(S902), 기준 화상으로부터 제p-1 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 화상 BL(807)을 작성한다(S903). 화상 BU와 화상 BL의 예를 각각 화상(1102)과 화상(1103)에 도시한다.

피계측 화상에 대해서도 마찬가지로 회로 패턴 영역의 인식을 행하고(S905), 피계측 화상으로부터 제p 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 화상 TU(808)를 작성하고(S905), 피계측 화상으로부터 제p-1 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 화상 TL(809)을 작성한다(S906). 또한, p는 유저로부터 지정되는 파라미터이며, 회로 패턴을 노광 인덱스로 분할할 때의 임계치이다. 예를 들어, p=3으로 하면 제3 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴과, 제2 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴의 오버레이가 계측된다.

피계측 화상에 있어서의 회로 패턴 영역의 인식 결과예를 화상(1104)에, 화상 TU와 화상 TL의 예를 각각 화상(1105)과 화상(1106)에 나타낸다. 다음에, 템플릿 매칭부(810)를 사용해서, 화상 BU(806)와 화상 TU(808)의 위치 정렬을 행하고, x방향의 어긋남량 dux(812)와, y방향의 어긋남량 duy(813)를 출력한다(S907). 마찬가지로, 화상 BL(807)과 화상 TL(809)의 위치 정렬을 행하고, x방향의 어긋남량 dlx(814)와 y방향의 어긋남량 dly(815)를 출력한다(S908).

도 12는 템플릿 매칭의 결과예를 나타내고 있고, 어긋남량 dux와 duy는 각각 부호 1203과 1204, 어긋남량 dlx와 dly는 각각 부호 1207과 1208에 대응한다. 또한, 메모리 셀부와 같이 동일한 형상의 회로 패턴이 반복 형성되어 있는 경우에 있어서는, 매칭하는 개소가 복수 존재한다. 그로 인해, 화상 BU와 화상 TU의 템플릿 매칭과, 화상 BL과 화상 TL의 템플릿 매칭을 독립적으로 행하면 부정합이 발생하는 경우가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서는, 템플릿 매칭부(819)를 사용해서 기준 화상과 피계측 화상을 대략 위치 정렬해 두고, 그 매칭 위치(820)를 중심으로, 템플릿 매칭부(810)에서 템플릿 매칭을 하도록 하면 좋다.

이상은, p를 기준으로 회로 패턴 영역을 2그룹으로 분할하는 방법을 나타냈지만, 제1 내지 제m 노광 패턴에 대해 독립적으로 양품 화상과 피계측 화상간에서의 위치 어긋남량을 산출해도 좋다.

다음에, 오버레이 산출 처리(S605)에 대해 설명한다. 본 처리는 오버레이 산출부(210)를 사용해서 행해진다. 도 8의 오버레이 산출부(811)는 도 2의 본 실시예에 따른 오버레이 산출부(210)의 구성을 도시한 것이다. 본 처리의 입력은 화상 차이 정량화부의 출력인 제p 이후의 노광에 의해 형성된 회로 패턴의 어긋남량(dux812, duy814)과, 제p-1 이전의 노광에 의해 형성된 회로 패턴의 어긋남량(dlx813, dly815)이다. 본 처리에서는 감산부(816)를 사용해서 수학식 2에 의해 x방향의 오버레이 dx(817)를 산출하고, 수학식 3에 의해 y방향의 오버레이 dy(818)를 산출한다. 또한, 이상은 제p-1 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴을 기준 패턴으로 한 경우의 계산 방법이며, 제p 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴을 기준 패턴으로 하는 경우에는, 수학식 2, 수학식 3에 의해 산출된 값의 정부를 반전시키면 좋다.

여기서, 회로 패턴 영역 인식부(804)에 있어서의 인식 처리에 대해 설명한다. 반도체 제조 공정은 다수의 공정으로부터 성립되어 있고, 공정이나 제품의 차이에 의해 취득되는 화상의 외관은 다양하다. 회로 패턴 영역을 인식할 때에, 가장 처리가 용이한 것은, 회로 패턴 영역의 농담값이 회로 패턴을 형성한 노광 공정마다 다른 경우이다. 예를 들어 제1 노광에 의해 형성되는 회로 패턴과 제2 노광에 의해 형성되는 회로 패턴의 재료가 다른 경우, 발생하는 2차 전자수나 반사 전자수가 다르므로 농담값에 차이가 생긴다. 또한, 제2 노광에 의해 형성되는 회로 패턴이 제1 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 상에 적층되어 있는 경우 등은, 발생한 2차 전자나 반사 전자의 검출률의 차이에 의해 농담값에 차이가 생기는 경우가 있다.

도 13은 회로 패턴 영역의 농담값이 회로 패턴을 형성한 노광 공정마다 다른 화상을 대상으로 한 인식 처리의 흐름이다. 먼저, 화상에 대해 노이즈 제거 등의 전처리를 행한다(S1301). 다음에, 화상의 히스토그램을 작성한다(S1302). 작성한 히스토그램에 있어서는 도 14에 도시하는 바와 같이, 노광 인덱스에 따른 복수의 분포가 혼재되어 관찰된다. 이 히스토그램으로부터 각 분포를 분리하는 임계치를 산출한다(S1303). 다음에, 화상 중의 각 화소에 대해 농담 임계치를 적용하고, 화소마다 노광 인덱스를 인식한다(S1304). 각 화소에 독립적으로 임계치를 적용한 후에는, 노이즈 등의 영향에 의해 미소한 오인식 영역이 발생하는 경우가 있다. 따라서 팽창ㆍ축퇴 처리 등을 행해 영역을 정형한다(S1305).

또한, 회로 패턴 영역의 인식 방법은 도 13에 도시한 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 화상으로부터 에지를 검출하고, 에지에 둘러싸이는 폐쇄 영역에 대해 외관 특징을 정량화하고, 외관 특징으로부터 각 폐쇄 영역의 노광 인덱스를 인식해도 좋다.

다음에, 템플릿 매칭부(810, 819)에 있어서의 처리에 대해 설명한다. 본 처리에서는 2매의 화상의 어긋남량을 변화시키면서, 2화상의 중복 영역에서의 화상 농담의 일치도를 평가하고, 화상의 일치도가 최대가 되었을 때의 어긋남량을 출력한다. 일치도의 평가값으로서는 정규화 상호 상관값을 사용해도 좋고, 차의 제곱합 등을 사용해도 좋다.

이후에서는 본 발명에 따른 사용자 인터페이스에 관해서 설명한다.

도 15는 계측 좌표를 설정하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.

본 인터페이스에서는, 등록되어 있는 칩 좌표 일람을 표시하는 인터페이스(1501), 새로운 칩 좌표를 등록하는 인터페이스를 호출하는 버튼(1502), 등록된 칩 좌표를 수정하는 인터페이스를 호출하는 버튼(1503), 등록된 칩 좌표를 삭제하는 버튼(1504)을 구비한다. 또한, 계측 대상의 칩을 선택하는 인터페이스(1505), 등록된 계측 좌표의 화상과 그에 관련된 정보를 표시하는 인터페이스(1506), 촬상하는 계측 좌표의 일람을 표시하는 인터페이스(1507)를 구비한다. 또한, 이전에 등록한 계측 좌표의 일람을 읽어들이는 버튼(1509), 등록한 계측 좌표의 일람에 이름을 붙여서 보존하는 버튼(1510)을 구비한다.

본 실시예에 따른 오버레이 계측 조건을 설정하기 위한 인터페이스의 일례를 설명한다.

도 16은, 계측 조건을 설정하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.

본 인터페이스에는 취득한 화상의 일람을 표시하는 인터페이스(1601), 화상을 촬상한 칩의 위치를 표시하는 인터페이스(1602), 선택된 화상을 기준 화상으로서 설정하는 버튼(1603), 인터페이스(1601)에 있어서 선택된 복수매의 화상 혹은 촬상한 모든 화상으로부터 기준 화상을 합성하는 처리를 호출하는 버튼(1604), 설정한 기준 화상을 화상 기억부(205)에 기억하는 버튼(1605), 화상 기억부(205)로부터 화상을 읽어들여 기준 화상으로서 설정하는 버튼(1606)을 구비한다. 또한, 처리 파라미터를 설정하는 버튼(1607), 촬상한 피계측 화상에 대해 전술한 처리 S602 내지 S607을 실행하는 버튼(1608)을 구비한다.

도 17은, 본 실시예에 따른 오버레이 계측 결과를 표시하기 위한 인터페이스의 일례를 나타내는 도면이다.

본 인터페이스는 오버레이 계측 결과를 웨이퍼 상에 겹쳐서 표시하는 인터페이스(1701), 오버레이의 크기에 대해 히스토그램을 표시하는 인터페이스(1702), 웨이퍼 맵이나 히스토그램에 표시하는 계측 결과를 지정하는 인터페이스(1703)를 구비한다. 또한, 화상을 확인하는 인터페이스로서, 기준 화상과 피계측 화상을 배열해서 표시하는 인터페이스(1704), 기준 화상과 피계측 화상의 위치를 지정된 기준으로 맞춘 후에 겹쳐서 표시하는 인터페이스(1705)를 구비한다.

도 32는 본 실시예에 따른 처리의 파라미터를 조정하기 위한 인터페이스의 일례를 나타내는 도면이다.

본 인터페이스는 기준 화상과 회로 패턴 영역의 인식 결과를 표시하는 인터페이스(3201), 화상 중에 관찰되는 노광 인덱스의 최대값이나 회로 패턴을 노광 인덱스로 분할할 때의 임계치 p, 기준 패턴의 노광 인덱스를 지정하는 인터페이스(3202)를 구비한다.

이상 설명한 바와 같이, 기준 화상과 피계측 화상간에 있어서의 회로 패턴의 위치 어긋남량을, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴마다 정량화하고, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴마다 산출된 위치 어긋남량의 차분을 산출함으로써, 실 패턴에 있어서 오버레이를 계측 가능하게 된다. 그로 인해, 특허문헌 1에 기재된 방법과 같이, 오버레이 계측용의 전용 패턴을 웨이퍼 상에 형성할 필요가 없다. 또한, 본 실시예에 기재된 방법에 의하면, 특허문헌 2에 기재된 방법과 같이 CAD 데이터를 취급할 필요가 없어, 간편하게 오버레이를 계측하는 것이 가능하게 된다. 또한, 템플릿 매칭에 의해 기준 화상과 피계측 화상의 위치 정렬을 행하고 있고, 특허문헌 3에 기재된 방법과 같이 좌표의 상대 벡터를 비교하는 방법에 비해, 형성 불량 등에 의한 회로 패턴의 변형 등에 대해 강건하다.

<제2 실시예>

제1 실시예에서는 기준 화상과 피계측 화상의 각각에 대해 회로 패턴 영역을 인식하고, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴마다 위치 어긋남량을 정량화하고, 오버레이를 계측하는 방법에 대해 설명했다. 제2 실시예에서는, 기준 화상에 대해서만 회로 패턴 영역을 인식하고, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴마다 위치 어긋남량을 정량화하고, 오버레이를 계측하는 방법에 대해 설명한다.

본 실시예에 따른 장치 구성은 제1 실시예에서 나타낸 도 1 및 도 2와 마찬가지이다. 또한, 계측 흐름도 도 6 및 도 7과 마찬가지이다. 또한, 인터페이스에 관해서도 도 15 및 도 16, 도 17과 마찬가지의 것을 구비한다. 다른 것은, 화상 차이 정량화부(209)(도 8의 부호 801에 대응)의 구성과, 화상 차이 정량화 처리의 흐름이다. 이후에 있어서는, 도 18 내지 도 21을 사용해서 제1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다.

도 18은 본 발명에 따른 화상 차이 정량화부의 구성을 나타낸 도면, 도 19는 본 발명에 따른 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리 흐름, 도 20은 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리의 도중 결과를 나타낸 도면, 도 21은 회로 패턴 영역을 지정하는 인터페이스의 일례를 나타낸 도면이다.

전술한 바와 같이 제2 실시예에 따른 오버레이 계측 방법은 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 방법이 제1 실시예와 다르다. 제2 실시예에 따른 화상 차이 정량화부(209)의 구성을 도 18에, 처리의 흐름을 도 19에 도시한다. 본 처리에서는 기준 화상을 입력(1801), 피계측 화상을 입력(1802)으로 한다. 우선, 회로 패턴 영역 인식부(1803)를 사용해서 기준 화상을 대상으로 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역을 인식한다(S1901). 다음에, 농담값 추출부(1804)를 사용해서, 회로 패턴 영역의 인식 결과를 기초로, 기준 화상으로부터 제p 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 화상 BU(1805)를 작성하고(S1902), 기준 화상으로부터 제p-1 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 화상 BL(1806)을 작성한다(S1903). 또한, p는 회로 패턴을 노광 인덱스로 분할할 때의 임계치이며, 유저로부터 지정되거나 또는 미리 정한 파라미터라도 좋다. 농담값 추출 후, 템플릿 매칭부(1807)를 사용해서, 화상 BU(1805)와 피계측 화상(1802)의 위치 정렬을 행하고, x방향의 어긋남량 dux(1808)와, y방향의 어긋남량 duy(1809)를 출력한다(S1904). 마찬가지로, 화상 BL(1806)과 피계측 화상(1802)의 위치 정렬을 행하고, x방향의 어긋남량 dlx(1810)와 y방향의 어긋남량 dly(1811)를 출력한다(S1905). 본 처리에 대해 도 20에 도시하는 처리 결과예를 사용해서 보충한다. 화상(2001)은 기준 화상, 화상(2002)은 피계측 화상의 예를 모식적으로 나타낸 도면이다. 또한 화상은 도 4에 도시한 바와 같이 제1 노광에 의해 형성된 회로 패턴 상에 제2 노광에 의해 형성된 회로 패턴이 적층되어 형성되어 있는 구조를 촬상한 것으로 한다. 화상(2003, 2004)은 p=2로 했을 때의 화상 BU와 화상 BL을 나타낸 도면이다. 화상(2005)은 피계측 화상(2002)과 화상 BU(2003)를 템플릿 매칭에 의해 위치 정렬한 결과를 나타낸 도면이며, 어긋남량 dux와 duy는 각각 2006과 2007에 대응한다. 화상(2008)은 피계측 화상(2002)과 화상 BL(2004)을 템플릿 매칭에 의해 위치 정렬한 결과를 나타낸 도면이다. 이때, 피계측 화상(2002)에는 제p 이후의 노광에 의해 형성된 회로 패턴 영역의 농담도 포함되므로, 화상의 농담이 일치하지 않는 영역(2009)이 발생하는 경우가 있다. 그러나, 본 영역이 차지하는 비율이 작을 경우에는 올바르게 위치 정렬을 행하는 것이 가능하고, 어긋남량 dlx와 dly는 2010과 2011이 된다.

본 실시예에서는 피계측 화상으로부터 회로 패턴 영역의 인식을 행하지 않는다. 또한, 기준 화상의 회로 패턴 영역의 인식은, 복수매의 피계측 화상을 처리할 때마다 행할 필요는 없고, 인식한 결과를 화상 기억부(205)에 기억해 두고, 필요에 따라서 읽어들이도록 해도 좋다. 이에 의해, 회로 패턴 영역의 인식에 걸리는 시간을 삭감할 수 있어, 계측 시간을 단축하는 것이 가능하다.

또한, 기준 화상의 회로 패턴 영역의 인식을 자동으로 행할 필요는 없고, 유저가 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴의 영역을 지정하도록 해도 좋다. 영역을 지정하기 위한 인터페이스의 일례를 도 21에 도시한다. 본 인터페이스에서는, S603에 있어서 설정된 기준 화상을 표시하는 인터페이스(2101)와, 영역 정보의 추가나 삭제를 행하는 인터페이스(2102), 영역을 정의하기 위한 각종 툴 버튼(2103)으로 구성된다. 이에 의해, 예를 들어 더블 패터닝과 같이 제1과 제2 노광에 의해 형성되는 회로 패턴의 외관이 유사하여, 회로 패턴 인식 처리에 의해 변별이 곤란한 경우에 있어서도 대응 가능하게 된다.

이상 설명한 방법 및 장치 구성에 의하면, 제1 실시예에서 설명한 효과 외에, 오버레이를 고속으로 계측하는 것이 가능하게 된다.

<제3 실시예>

제1 실시예 및 제2 실시예에서는 기준 화상과 피계측 화상으로부터 회로 패턴 영역을 인식하고, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴마다 위치 어긋남량을 정량화하고, 오버레이를 계측하는 방법에 대해 설명했다. 제3 실시예에서는, 기준 화상과 피계측 화상의 화상 농담값에 관한 차이를 정량화하고, 오버레이를 계측하는 방법에 대해 설명한다.

이 방법은 화상의 촬상 시야를 넓게 함으로써, 화소 사이즈가 크고, 회로 패턴 영역을 자동 인식하는 것이 곤란한 경우에 유효하다.

본 실시예에 따른 장치 구성은 도 1과 마찬가지이다. 또한, 계측 흐름도 도6 및 도 7과 마찬가지이다. 또한, 인터페이스에 관해서도 도 15 및 도 16과 마찬가지의 것을 구비한다. 제1 실시예와 비교하고, 화상 차이 정량화부(209)의 구성과 오버레이 산출부(210)의 구성 및 피계측 화상과 기준 화상의 차이를 정량화하는 처리(S604)와 오버레이 산출 처리(S605)의 흐름이 다르다. 이후에 있어서는, 도 22 내지 도 30을 사용해서 제1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다.

도 22는 본 발명에 따른 오버레이 계측 장치의 기억부(103) 및 연산부(104)의 구성도, 도 23은 본 발명에 따른 화상 차이 정량화부와 오버레이 산출부의 구성을 나타낸 도면, 도 24는 본 발명에 따른 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리 흐름(S604)이다.

도 22의 오버레이 계측 장치의 기억부(103) 및 연산부(104)는, 제1 실시예에 기재된 구성 외에, 회귀 모델 기억부(2201)와 회귀 모델 산출부(2202)를 구비한다.

도 24에서 도시하는 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 정량화하는 처리(S604)는 기준 화상을 입력(2302), 피계측 화상을 입력(2303)으로 한다. 우선, 차이부 검출부(2304)를 사용해서, 기준 화상과의 비교 검사에 의해 피계측 화상으로부터 차이부를 검출한다(S2401). 비교 검사의 방법으로서는, 예를 들어, 기준 화상과 피계측 화상을 위치 정렬한 후에 농담값의 차를 산출하고, 차의 값이 일정값 이상이 되는 화소로 이루어지는 영역을 차이부로서 검출하면 좋다. 차이부 검출 후, 차이부 특징량 산출부(2305)를 사용해서, 차이부의 외관 특징을 정량화한다(S2402). 특징으로서는, 예를 들어, 차이부의 면적이나, 원형도, 농담값의 평균값, 기준 화상과 피계측 화상의 평균 농담차 등을 정량화한다. 다음에 차이부 필터링부(2306)를 사용해서, 추출된 차이부 중으로부터 지정된 조건에 일치하는 특징을 갖는 차이부만을 추출한다(S2403). 마지막으로, 특징량 집계부(2307)를 사용해서, 처리 S2403에 있어서 추출된 차이부의 특징량을 집계한다(S2404). 집계하는 방법으로서는, 예를 들어, 복수의 차이부에서 얻어지는 특징량의 평균을 산출해도 좋고, 최대값이나 최소값 등을 산출해도 좋다.

본 실시예에 따른 오버레이 산출부(2308)를 사용한 오버레이 산출 처리(S605)에 대해 설명한다. 오버레이 산출부(2308)의 구성을 도 23에 도시한다. 본 처리는 피계측 화상으로부터 검출된 차이부로부터 산출한 특징량(2309)을 입력으로 한다. 본 처리는 회귀 모델 대입부(2310)를 사용해서, 후술하는 방법에 의해 사전에 구한 회귀 모델에 특징량을 대입하고, x방향의 오버레이(2311) 및 y방향의 오버레이(2312)를 산출한다.

도 25에 차이부 면적 f와 X방향의 오버레이(dx)의 관계를 나타내는 회귀 모델의 일례를 나타낸다. 특징량(2309)을 회귀 모델(2501)의 f에 대입함으로써 x방향의 오버레이(2311)가 산출된다. 또한, 여기서는 X방향의 오버레이에 관한 회귀 모델을 나타냈지만, Y방향의 오버레이에 관한 회귀 모델을 사용하면 Y방향의 오버레이(2312)를 산출 가능하게 된다.

다음에, 회귀 모델의 작성 방법에 대해 설명한다.

도 26은 회귀 모델 작성 처리의 흐름, 도 27은 회귀 모델 작성을 위한 화상 촬상 흐름, 도 28은 본 발명에 따른 회귀 모델 산출부(2202)의 구성을 도시하는 도면이다.

이후, 도 26을 따라서 처리의 수순을 설명한다. 우선, 도 27에 도시한 화상 촬상 흐름에 따라서, 계측 좌표를 제1과 제2 화소 사이즈로 촬상한 화상을 취득한다(S2601). 이때, 제1 화소 사이즈는 제2 화소 사이즈보다도 큰 것으로 한다. 다음에, 기준 화상의 설정을 행한다(S2602). 기준 화상은 피계측 화상 중으로부터 유저가 선택해도 좋고, 기준 화상 합성부(208)를 사용해서 피계측 화상으로부터 기준상을 합성해도 좋다. 다음에, 제1 화소 사이즈의 화상을 사용해서 차이부의 특징량을 산출한다(S2603). 또한, 제2 화소 사이즈의 화상을 사용해서 오버레이를 계측한다(S2604). 이상의 처리 S2603과 S2604를 모든 화상에 대해 완료될 때까지 반복 실행한다(S2605). 다음에, 회귀 분석에 의해 회귀 모델을 작성한다(S2606). 이후에 있어서, 처리 S2601과 S2603, S2604, S2606의 상세를 설명한다.

제1과 제2 화소 사이즈로 피계측 화상을 취득하는 처리(S2601)의 상세에 대해, 도 27의 처리 흐름을 사용해서 설명한다.

우선, 계측 대상의 웨이퍼(108)를 스테이지(109) 상에 로드하고(S2701), 웨이퍼에 대응한 레시피를 레시피 기억부(206)로부터 읽어들인다(S2702). 다음에, 계측 좌표를 계측 좌표 기억부(207)로부터 읽어들인다(S2703). 좌표 읽어들이기 후(혹은 병행하여), 웨이퍼 얼라인먼트를 행한다(S2704). 웨이퍼 얼라인먼트 후, SEM(101)을 제어하고, 지정한 좌표에 대해 제1 화소 사이즈로 화상을 촬상한다(S2705). 다음에, 동일한 좌표에 대해 제2 화소 사이즈로 화상을 촬상한다(S2706). 이때, 촬상한 각 화상에는 위치 ID를 부대 정보로서 부여한다. 모든 촬상이 완료될 때까지 반복 행하고(S2707), 마지막으로 웨이퍼를 언로드(S2708)한다. 또한, 제1 화소 사이즈는 제2 화소 사이즈보다도 큰 것으로 한다. 또한, 화소 사이즈를 바꾸기 위해서는, 화소의 샘플링 피치를 바꾸어도 좋고, 촬상 시야의 크기를 바꾸어도 좋다.

다음에, 제1 화소 사이즈의 화상을 사용해서 차이부의 특징량을 산출하는 처리(S2603) 및 제2 화소 사이즈의 화상을 사용해서 오버레이를 계측하는 처리(S2604)의 상세에 대해 설명한다.

제1 화소 사이즈의 화상을 사용해서 차이부의 특징량을 산출하는 처리(S2603)는, 제1 화상 차이 정량화부(2805)를 사용해서 행해진다. 제1 화상 차이 정량화부(2805)는 도 23에 도시한 화상 차이 정량화부(2301)와 마찬가지의 구성이며, 처리 수순은 도 24에 도시한 흐름과 마찬가지이다. 제2 화소 사이즈의 화상을 사용해서 오버레이를 계측하는 처리(S2604)는, 제2 화상 차이 정량화부(2806)와 오버레이 산출부(2807)를 사용해서 행해진다. 제2 화상 차이 정량화부(2806)는 제1 실시예에서 나타낸 화상 차이 정량화부(도 8의 부호 801)와 마찬가지의 구성이며, 처리 수순은 제1 실시예에서 나타낸 도 9의 흐름과 마찬가지이다. 또한, 오버레이 산출부(2807)는 제1 실시예에서 나타낸 오버레이 산출부(도 8의 부호 811)와 마찬가지의 구성이며, 처리 수순은 제1 실시예에서 나타낸 수순과 마찬가지이다.

다음에, 회귀 분석에 의해 회귀 모델을 작성하는 처리(S2606)의 상세에 대해 설명한다. 회귀 분석 처리(S2606)는 회귀 분석부(2811)를 사용해서 행해진다. 회귀 분석부(2811)는 제1 화상 차이 정량화부(2805)가 출력한 차이부의 특징량(2808)과, 제2 화상 차이 정량화부가 출력한 X방향의 오버레이(2809)와, Y방향의 오버레이(2810)를 입력으로 한다. 도 29는 복수의 계측 좌표에 있어서의, 차이부의 특징량(2808)과 X방향의 오버레이(2809)의 산출 결과를 플롯으로 한 예이다. 회귀 분석부(2811)에서는 차이부의 특징량을 설명 변수, 오버레이를 목적 변수로 하고, 양자의 관계를 나타내는 회귀 모델(수식)을 회귀 분석에 의해 산출한다. 회귀 분석의 방법으로서는 최소 제곱법 등을 사용하면 좋다. 또한, 사용하는 특징량은 1종류가 아니라도 좋고, 예를 들어 차이부 면적과 평균 농담값을 사용해서, 다중 회귀 분석을 해도 좋다. 이상에 의해, 회귀 모델 산출부(2202)는 X방향의 오버레이에 관한 회귀 모델(2812)과, Y방향의 오버레이에 관한 회귀 모델(2813)을 출력한다.

또한, 제2 화상 차이 정량화부(2806)의 구성은, 제2 실시예에서 나타낸 화상 차이 정량화부(도 18)와 마찬가지의 구성이어도 좋다. 또한, 회귀 분석부(2811)의 입력이 되는 오버레이는, 화상으로부터 수동으로 산출한 것이어도 좋고, CD-SEM 등의 다른 계측 장치로 계측한 결과라도 좋다.

본 실시예에 따른 오버레이 계측 결과를 표시하기 위한 인터페이스의 일례를 도 30에 도시한다. 본 인터페이스는 오버레이 계측 결과를 웨이퍼 상에 겹쳐서 표시하는 인터페이스(3001), 오버레이의 크기에 대해 히스토그램을 표시하는 인터페이스(3002), 웨이퍼 맵이나 히스토그램에 표시하는 계측 결과를 지정하는 인터페이스(3003)를 구비한다. 또한, 기준 화상과 피계측 화상 및 차이부 검출 결과를 배열해서 표시하는 인터페이스(3004), 산출한 회귀 모델을 표시하는 인터페이스(3005)를 구비한다.

이상 설명한 바와 같이, 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 차이부에 의해 검출하고, 차이부의 특징을 특징량으로서 정량화하고, 특징량을 사전에 구한 회귀 모델에 꼭 적합함으로써, 실 패턴에 있어서 오버레이를 계측 가능하게 된다. 본 방법은, 화소 사이즈가 크고, 회로 패턴 영역을 고정밀도 또한 강건하게 인식하는 것이 곤란한 경우에 있어서도 오버레이를 계측 가능하다. 이에 의해 넓은 시야를 촬상한 화상으로부터도 오버레이를 계측 가능하게 되어, 단위 시간당의 계측 영역을 넓게 할 수 있다.

<제4 실시예>

제1 실시예 및 제2 실시예에서는 기준 화상과 피계측 화상으로부터 회로 패턴 영역을 인식하고, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴마다 위치 어긋남량을 정량화하고, 오버레이를 계측하는 방법에 대해 설명했다. 또한, 제3 실시예에서는, 기준 화상과 피계측 화상의 차이를 차이부의 특징량으로서 정량화하고, 오버레이를 계측하는 방법에 대해 설명했다. 제4 실시예에서는, 전술한 실시예를 조합함으로써, 단위 시간당의 계측 영역을 넓게 하면서, 고정밀도로 오버레이를 계측하는 방법에 대해 설명한다.

본 실시예에 따른 장치 구성은 도 1 및 도 22와 마찬가지이다. 본 실시예에 있어서의 오버레이 계측 처리의 흐름을 도 31을 사용해서 설명한다. 도 31은, 본 발명에 따른 오버레이 계측 처리의 흐름을 나타낸 도면이다.

우선, 계측 대상의 웨이퍼(108)를 스테이지(109) 상에 로드하고(S3101), 웨이퍼에 대응한 레시피를 레시피 기억부(206)로부터 읽어들인다(S3102). 다음에, 사전에 작성한 회귀 모델을 회귀 모델 기억부(2201)로부터 읽어들인다(S3103). 다음에, 사전에 설정된 기준 화상을 화상 기억부(205)로부터 읽어들인다(S3104). 다음에, 계측 좌표를 계측 좌표 기억부(207)로부터 읽어들인다(S3105). 좌표 읽어들이기 후(혹은 병행하여), 웨이퍼 얼라인먼트를 행한다(S3106). 웨이퍼 얼라인먼트 후, SEM(101)을 제어하고, 지정한 좌표에 대해 제1 화소 사이즈로 화상을 촬상한다(S3107). 다음에, 제1 화소 사이즈의 화상에 대해, 제3 실시예에서 나타낸 화상 차이 정량화부(2301)를 사용해서, 도 24에 도시한 처리 수순에 의해, 피계측 화상과 기준 화상의 차이를 정량화한다(S3108). 다음에, 제3 실시예에서 나타낸 오버레이 산출부(2308)를 사용해서 오버레이의 산출을 행한다(S3109). 다음에 처리 S3109에 있어서 산출한 오버레이를, 미리 설정된 임계치와 비교한다(S3110). 산출한 오버레이가 임계치보다도 컸던 경우, SEM(101)을 제어하고, 지정한 계측 좌표에 대해 제2 화소 사이즈로 화상을 촬상한다(S3111). 다음에, 제2 화소 사이즈의 화상에 대해, 제1 실시예에서 나타낸 화상 차이 정량화부(801)를 사용해서, 도 9에 도시한 처리 수순에 의해, 피계측 화상과 기준 화상의 차이를 정량화한다(S3112). 다음에, 제1 실시예에서 나타낸 오버레이 산출부(811)를 사용해서 오버레이의 산출을 행한다(S3113). 이상의 처리 S3107 내지 S3113을 모든 계측 좌표점에 대해 완료될 때까지 반복 실행한다(S3114). 마지막으로 웨이퍼를 언로드한다(S3115).

이상 설명한 방법에 의하면, 촬상 시야가 넓은 제1 화소 사이즈의 화상을 사용해서 오버레이를 계측함으로써, 단위 시간당의 계측 영역을 넓게 하는 것이 가능하다. 또한, 제1 화소 사이즈의 화상으로부터 계측된 오버레이가 임계치보다 크고, 보다 고정밀도인 계측이 필요하게 된 경우에, 제2 화소 사이즈의 화상을 사용함으로써 고정밀도로 오버레이를 계측 가능하다.

101 : 주사형 전자 현미경(SEM)
112 : 화상 생성부
207 : 계측 좌표 기억부
208 : 기준 화상 합성부
209 : 화상 차이 정량화부
210 : 오버레이 산출부
412 : 오버레이
S601 : 피검사 화상을 취득하는 스텝
S603 : 기준 화상 설정 스텝
S604 : 피계측 화상과 기준 화상의 차이를 정량화하는 스텝
S605 : 오버레이 산출 스텝
801 : 화상 차이 정량화부의 구성예
811 : 오버레이 산출부의 구성예
S901 : 기준 화상의 회로 패턴 영역을 인식하는 스텝
S902 : 화상 BU를 작성하는 스텝
S903 : 화상 BL을 작성하는 스텝
S904 : 피계측 화상의 회로 패턴 영역을 인식하는 스텝
S905 : 화상 TU를 작성하는 스텝
S906 : 화상 TL을 작성하는 스텝
S907 : 위치 어긋남량(dux, duy)을 산출하는 스텝
S908 : 위치 어긋남량(dlx, dly)을 산출하는 스텝
1203 : dux의 일례
1204 : duy의 일례
1207 : dlx의 일례
1208 : dly의 일례
2201 : 회귀 모델 기억부
2202 : 회귀 모델 산출부
2301 : 화상 차이 정량화부
2304 : 차이부 검출부
2305 : 차이부 특징량 산출부
2308 : 오버레이 산출부
2310 : 회귀 모델 대입부
S2401 : 차이부를 검출하는 스텝
S2402 : 차이부의 특징량을 산출하는 스텝
2501 : 회귀 모델의 일례
S2603 : 제1 화소 사이즈의 화상을 사용해서 차이부의 특징량을 산출하는 스텝
S2604 : 제2 화소 사이즈의 화상을 사용해서 오버레이를 계측하는 스텝
S2606 : 제2 화소 사이즈의 화상을 사용해서 오버레이를 계측하는 스텝
S2705 : 제1 화소 사이즈로 계측 좌표의 화상을 촬상하는 스텝
S2706 : 제2 화소 사이즈로 계측 좌표의 화상을 촬상하는 스텝
2805 : 제1 화소 사이즈의 화상을 사용해서 차이부의 특징량을 산출하는 수단
2806 : 제2 화소 사이즈의 화상을 사용해서 오버레이를 계측하는 수단
2811 : 차이부의 특징량과 오버레이의 회귀 모델을 작성하는 수단
S3109 : 제1 화소 사이즈의 화상으로부터 오버레이를 계측하는 스텝
S3110 : 제1 화소 사이즈의 화상으로부터 산출한 오버레이를 임계치와 비교하는 스텝
S3111 : 제2 화소 사이즈로 계측 좌표의 화상을 촬상하는 스텝
S3113 : 제2 화소 사이즈의 화상으로부터 오버레이를 계측하는 스텝

Claims

복수회의 노광 공정에 의해 회로 패턴이 형성되어 있는 반도체 디바이스의 오버레이를 계측하는 방법으로서,
상기 반도체 디바이스의 복수의 영역의 화상을 촬상하는 촬상 스텝과,
상기 촬상 스텝에 의해 촬상된 복수의 촬상 화상으로부터 기준 화상을 설정하는 기준 화상 설정 스텝과,
상기 기준 화상 설정 스텝에 의해 설정한 기준 화상과 상기 촬상 스텝에 의해 촬상된 상기 복수의 촬상 화상의 차이를 정량화하는 차이 정량화 스텝과,
상기 차이 정량화 스텝에 의해 정량화한 차이를 기초로 오버레이를 산출하는 오버레이 산출 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 차이 정량화 스텝에서는, 상기 기준 화상과 상기 복수의 촬상 화상의 회로 패턴의 위치 어긋남량을, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴별로 정량화하고,
상기 오버레이 산출 스텝에서는, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴별로 위치 어긋남량을 산출하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 방법.
제2항에 있어서,
상기 촬상 스텝에 의해 촬상된 복수의 촬상 화상 중, 상기 반도체 디바이스에 형성된 제1 내지 제m 노광에 의한 회로 패턴 영역을 각각 인식하는 회로 패턴 인식 스텝을 더 갖고,
상기 차이 정량화 스텝에서는, 상기 기준 화상 설정 스텝에 의해 설정한 기준 화상과 상기 회로 패턴 인식 스텝에서 인식한 회로 패턴 영역에 대응하는 복수의 화상의 위치 어긋남량을 산출하고,
상기 오버레이 산출 스텝에서는, 상기 차이 정량화 스텝에 의해 산출한 위치 어긋남량의 차분을 오버레이로서 산출하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 방법.
제2항에 있어서,
상기 차이 정량화 스텝은, 상기 기준 화상 설정 스텝에 의해 설정된 기준 화상에 기초하여, 제p 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 제1 화상과, 제(p-1) 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 제2 화상을 작성하는 스텝과,
상기 촬상 스텝에 의해 촬상된 복수의 화상에 기초하여, 제p 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 제3 화상과, 제(p-1) 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 제4 화상을 작성하는 스텝과,
상기 제1 화상과 상기 제3 화상의 위치 어긋남량(dux, duy)과, 상기 제2 화상과 상기 제4 화상의 위치 어긋남량(dlx, dly)을 산출하는 스텝을 구비하고,
상기 오버레이 산출 스텝은, 상기 dux와 상기 dlx의 차분을 x방향의 오버레이 dx, 상기 duy와 상기 dly의 차분을 y방향의 오버레이 dy로서 산출하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 차이 정량화 스텝에서는, 상기 기준 화상과 상기 복수의 화상에 있어서의 대응 화소의 농담차가 소정의 값보다 큰 개소를 차이부로서 검출하고, 그 차이부의 외관을 특징량으로서 정량화하고,
상기 오버레이 산출 스텝에서는, 상기 차이 정량화 스텝에 의해 정량화한 특징량을 회귀 모델에 대입함으로써 오버레이를 산출하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 방법.
제5항에 있어서,
상기 촬상 스텝에서는, 제1 화소 사이즈와 제2 화소 사이즈로 상기 반도체 디바이스의 복수의 영역의 화상을 촬상하고 복수의 화상을 얻고,
상기 차이 정량화 스텝에서는, 상기 복수의 화상 중 상기 제1 화소 사이즈로 촬상된 화상을 사용해서 차이부의 특징량을 산출하고,
상기 오버레이 산출 스텝에서는, 상기 복수의 화상 중 상기 제2 화소 사이즈로 촬상된 화상을 사용해서 오버레이를 계측하고,
차이부의 특징량과 오버레이의 회귀 모델을 작성하는 스텝을 더 구비하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 촬상 스텝에서는, 제1 화소 사이즈로 상기 반도체 디바이스의 복수의 영역의 화상을 촬상하고 복수의 화상을 얻고,
상기 오버레이 산출 스텝에서는, 상기 제1 화소 사이즈의 복수의 화상으로부터 오버레이를 계측하고,
상기 오버레이 산출 스텝에 의해 산출한 오버레이를 임계치와 비교하는 스텝과,
제2 화소 사이즈로 상기 반도체 디바이스의 복수의 영역의 화상을 촬상하고 복수의 화상을 얻는 제2 촬상 스텝과,
상기 제2 촬상 스텝에 의해 촬상한 제2 화소 사이즈의 복수의 화상으로부터 오버레이를 계측하는 스텝을 더 구비하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 방법.
복수회의 노광 공정에 의해 회로 패턴이 형성되어 있는 반도체 디바이스의 오버레이를 계측하는 장치로서,
상기 반도체 디바이스의 복수의 영역의 화상을 촬상하는 촬상부와,
상기 촬상부에 의해 촬상된 복수의 촬상 화상으로부터 기준 화상을 설정하는 기준 화상 설정부와,
상기 기준 화상 설정부에 의해 설정한 기준 화상과 상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 복수의 촬상 화상의 차이를 정량화하는 차이 정량화부와,
상기 차이 정량화부에 의해 정량화한 차이를 기초로 오버레이를 산출하는 오버레이 산출부를 구비하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 장치.
제8항에 있어서,
상기 차이 정량화부에서는, 상기 기준 화상과 상기 복수의 촬상 화상의 회로 패턴의 위치 어긋남량을, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴별로 정량화하고,
상기 오버레이 산출부에서는, 각 노광에 의해 형성되는 회로 패턴별로 위치 어긋남량을 산출하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 장치.
제9항에 있어서,
상기 촬상부에 의해 촬상된 복수의 촬상 화상 중, 상기 반도체 디바이스에 형성된 제1 내지 제m 노광에 의한 회로 패턴 영역을 각각 인식하는 회로 패턴 인식부를 더 갖고,
상기 차이 정량화부에서는, 상기 기준 화상 설정부에 의해 설정한 기준 화상과 상기 회로 패턴 인식부에 의해 인식한 회로 패턴 영역에 대응하는 복수의 화상의 위치 어긋남량을 산출하고,
상기 오버레이 산출부에서는, 상기 차이 정량화부에 의해 산출한 위치 어긋남량의 차분을 오버레이로서 산출하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 장치.
제9항에 있어서,
상기 차이 정량화부는, 상기 기준 화상 설정부에 의해 설정된 기준 화상에 기초하는 제p 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 제1 화상 및 제(p-1) 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 제2 화상을 작성하고, 상기 촬상부에 의해 촬상된 복수의 화상에 기초하는 제p 이후의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 제3 화상 및 제(p-1) 이전의 노광에 의해 형성되는 회로 패턴 영역의 농담값을 추출한 제4 화상을 작성하고, 또한, 상기 제1 화상과 상기 제3 화상의 위치 어긋남량(dux, duy)과, 상기 제2 화상과 상기 제4 화상의 위치 어긋남량(dlx, dly)을 산출하고,
상기 오버레이 산출부는, 상기 dux와 상기 dlx의 차분을 x방향의 오버레이 dx, 상기 duy와 상기 dly의 차분을 y방향의 오버레이 dy로서 산출하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 장치.
제8항에 있어서,
상기 차이 정량화부에서는, 상기 기준 화상과 상기 복수의 화상에 있어서의 대응 화소의 농담차가 소정의 값보다 큰 개소를 차이부로서 검출하고, 그 차이부의 외관을 특징량으로서 정량화하고,
상기 오버레이 산출부에서는, 상기 차이 정량화부에 의해 정량화한 특징량을 회귀 모델에 대입함으로써 오버레이를 산출하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 장치.
제12항에 있어서,
상기 촬상부에서는, 제1 화소 사이즈와 제2 화소 사이즈로 상기 반도체 디바이스의 복수의 영역의 화상을 촬상하여 복수의 화상을 얻고,
상기 차이 정량화부에서는, 상기 복수의 화상 중 상기 제1 화소 사이즈로 촬상된 화상을 사용해서 차이부의 특징량을 산출하고,
상기 오버레이 산출부에서는, 상기 복수의 화상 중 상기 제2 화소 사이즈로 촬상된 화상을 사용해서 오버레이를 계측하고,
차이부의 특징량과 오버레이의 회귀 모델을 작성하는 회귀 모델 작성부를 더 구비하는 것을 특징으로 한 오버레이 계측 장치.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 오버레이 계측 장치를 구비하고,
상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 반도체 디바이스의 화상을 처리하는 화상 처리부를 더 구비하는 주사형 전자 현미경.
복수회의 노광 공정에 의해 회로 패턴이 형성되어 있는 반도체 디바이스를 촬상하여 얻은 복수의 촬상 화상 중 적어도 하나의 촬상 화상을 표시하는 촬상 화상 표시부와,
상기 복수의 촬상 화상으로부터 설정한 기준 화상을 표시하는 기준 화상 표시부와,
상기 기준 화상과 상기 복수의 촬상 화상을 사용해서 얻은 상기 기준 화상과 상기 복수의 촬상 화상의 차이에 기초하여 산출한 오버레이를 표시하는 오버레이 표시부를 구비하는 GUI.