KR101730918B1 - 오버레이 오차 측정 장치, 및 패턴 측정을 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하부층 패턴이 박막 아래에 배치되어 충분한 신호량을 확보할 수 없는 경우여도, 오버레이 오차 측정을 고정밀도로 행하는 오버레이 오차 측정 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호 파형에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 측정을 행하는 연산 처리 장치를 구비한 오버레이 오차 측정 장치로서, 상기 연산 처리 장치는 상기 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 얻어지는 부분 파형을 사용해서 상기 신호 파형과의 상관을 구하고, 당해 상관을 나타내는 상관 프로파일을 형성하며, 당해 상관 프로파일을 사용해서 오버레이 오차 측정을 실행하는 오버레이 오차 측정 장치를 제안한다.
본 발명은 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호 파형에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 측정을 행하는 연산 처리 장치를 구비한 오버레이 오차 측정 장치로서, 상기 연산 처리 장치는 상기 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 얻어지는 부분 파형을 사용해서 상기 신호 파형과의 상관을 구하고, 당해 상관을 나타내는 상관 프로파일을 형성하며, 당해 상관 프로파일을 사용해서 오버레이 오차 측정을 실행하는 오버레이 오차 측정 장치를 제안한다.
Description
본 발명은 패턴의 측정을 실행하는 측정 장치에 관한 것이며, 특히 다층 구조를 갖는 반도체 디바이스의 층간의 어긋남을 평가하는 오버레이 오차 측정 장치, 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
최근 반도체 프로세스에 있어서의 시료 상(上)에 형성되는 패턴의 미세화 요구에 따라, 노광 장치의 복수층 사이에 걸친 패턴의 중첩(오버레이) 정밀도의 향상이 요구되고 있다. 오버레이를 고정밀도로 계측해서 노광 장치로 피드백하는 것은 점점 더 중요해진다고 생각된다. 종래부터 오버레이 계측에는 광학식 오버레이 계측 장치를 사용하는 것이 주류였다. 그러나, 광학식 오버레이 계측 장치에는 계측 정밀도 한계나 오버레이 계측용에 넓은 패턴 영역이 필요하게 된다. 또한, 광학식 오버레이 계측 장치에는 원리상, 노광 장치의 고차(高次)의 변형에 의해 발생하는 오버레이 어긋남의 검출이 곤란하다.
한편, 주사 전자 현미경 등의 하전 입자선 장치는, 높은 배율의 고분해능 화상을 취득할 수 있으므로, 층간의 어긋남을 정확하게 측정할 수 있다.
특허문헌 1에는 복수의 레이어에 속하는 패턴 간의 치수를 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 사용해서 측정하는 방법이 설명되어 있다. 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 측정법에 의하면, 실제로 형성되어 있는 실제 패턴이 표현된 화상을 사용해서 행할 수 있기 때문에, 매우 고정밀도로 패턴 간 치수를 측정할 수 있다.
특허문헌 2에는, 웨이퍼 상의 상부 레이어와 하부 레이어 간을 정렬하기 위한 오버레이 버니어(overlay vernier) 및 이것을 사용한 반도체 소자의 제조 방법이 개시되어 있다.
하전 입자선 장치에 의해 얻어지는 화상은 시료로부터 방출되는 전자나 이온의 검출에 의거하여 형성되기 때문에, 예를 들면 층간에 막이 형성되어 있는 경우, 그 막을 통과할 수 없는 입자의 존재에 의해 상부층에 대해서 하부층의 정보가 부족하게 된다. 일반적으로 주사 전자 현미경에 의한 패턴 간 치수의 측정은, 휘도 프로파일의 피크 간의 치수나 SEM 화상에 의거하여 형성되는 윤곽선 간의 치수를 측정함으로써 행해지지만, 하부층 패턴의 정보가 적기 때문에 충분한 측정 정밀도를 확보하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다.
특허문헌 1, 2에는, 하부층 패턴의 신호량이 부족한 경우의 해결책에 대해서는 아무런 설명이 없다.
이하에, 하부층 패턴이 박막 아래에 배치되어 충분한 신호량을 확보할 수 없는 경우여도, 오버레이 오차 측정을 고정밀도로 행하는 것을 목적으로 하는 오버레이 오차 측정 장치, 및 컴퓨터 프로그램에 대해서 설명한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 이하에 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호 파형에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 측정을 행하는 연산 처리 장치를 구비한 오버레이 오차 측정 장치로서, 상기 연산 처리 장치는 상기 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 얻어지는 부분 파형을 사용해서 상기 신호 파형과의 상관을 구하고, 당해 상관을 나타내는 상관 프로파일을 형성하며, 당해 상관 프로파일을 사용해서 서로 다른 레이어에 속하는 패턴 간의 치수를 측정하는 오버레이 오차 측정 장치, 및 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 태양으로서, 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호 파형에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 측정을 행하는 연산 처리 장치를 구비한 오버레이 오차 측정 장치로서, 상기 연산 처리 장치는, 상기 신호 파형에 대해서, 소정값 이상의 휘도를 갖는 부분과 당해 소정값 미만의 휘도를 갖는 부분을 식별하고, 당해 소정값 이상의 휘도를 갖는 부분으로부터 제 1 측정 기준을 추출함과 함께, 당해 소정값 미만의 휘도를 갖는 부분으로부터 제 2 측정 기준을 추출하고, 당해 제 1 측정 기준과 제 2 측정 기준 간의 치수를 측정하는 오버레이 오차 측정 장치, 및 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
상기 구성에 의하면, 하부층 패턴이 박막 아래에 배치되어 충분한 신호량을 확보할 수 없는 경우여도, 오버레이 오차 측정을 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다.
도 1은 주사 전자 현미경의 개략을 나타낸 도면.
도 2는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 단면도.
도 3은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상(像)의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 2차 전자 프로파일을 나타낸 도면.
도 5는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상과 2차 전자 프로파일 및 대칭성 프로파일을 나타낸 도면.
도 6은 상부층과 하부층 간의 어긋남이 큰 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상과 2차 전자 프로파일 및 대칭성 프로파일을 나타낸 도면.
도 7은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상, 2개의 상부층 패턴의 2차 전자 프로파일, 및 평균화 프로파일을 나타낸 도면.
도 8은 스페이서의 선폭이 작아진 패턴의 갭 판별법의 개요를 나타내는 도면.
도 9는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 단면도.
도 10은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 2차 전자 프로파일을 나타낸 도면.
도 12는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상과 2차 전자 프로파일 및 대칭성 프로파일을 나타낸 도면.
도 13은 오버레이 패턴 계측의 파라미터를 설정하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 14는 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 작성되는 상관값 산출용 템플레이트(template)의 일례를 나타내는 도면.
도 15는 오버레이 오차 계측의 공정을 나타내는 플로차트.
도 16은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 다른 대칭성 프로파일을 나타내는 도면.
도 17은 다른 오버레이 오차 계측의 공정을 나타내는 플로차트.
도 18은 또 다른 오버레이 오차 계측의 공정을 나타내는 플로차트.
도 2는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 단면도.
도 3은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상(像)의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 2차 전자 프로파일을 나타낸 도면.
도 5는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상과 2차 전자 프로파일 및 대칭성 프로파일을 나타낸 도면.
도 6은 상부층과 하부층 간의 어긋남이 큰 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상과 2차 전자 프로파일 및 대칭성 프로파일을 나타낸 도면.
도 7은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상, 2개의 상부층 패턴의 2차 전자 프로파일, 및 평균화 프로파일을 나타낸 도면.
도 8은 스페이서의 선폭이 작아진 패턴의 갭 판별법의 개요를 나타내는 도면.
도 9는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 단면도.
도 10은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 2차 전자 프로파일을 나타낸 도면.
도 12는 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 전자 현미경 상과 2차 전자 프로파일 및 대칭성 프로파일을 나타낸 도면.
도 13은 오버레이 패턴 계측의 파라미터를 설정하기 위한 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 14는 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 작성되는 상관값 산출용 템플레이트(template)의 일례를 나타내는 도면.
도 15는 오버레이 오차 계측의 공정을 나타내는 플로차트.
도 16은 오버레이 오차 계측 대상이 되는 패턴의 다른 대칭성 프로파일을 나타내는 도면.
도 17은 다른 오버레이 오차 계측의 공정을 나타내는 플로차트.
도 18은 또 다른 오버레이 오차 계측의 공정을 나타내는 플로차트.
하전 입자선에 의한 오버레이 계측을 실시하는 경우, 고분해능이라는 이점이 있는 반면, 시료 패턴의 재질에 따라서는 대전 때문에 하전 입자선 강도의 프로파일이 비대칭으로 되어 버리는 경우가 있다. 이러한 하전 입자선 장치에 기인하는 비대칭의 프로파일에서는 정밀하게 오버레이를 계측할 수 없기 때문에, 대칭의 프로파일을 얻기 위한 제어는 중요하다.
오버레이 오차 측정을 행하는 경우, 패턴의 에지를 기준으로 한 측정이면, 광근접 효과(Optical Proximity Effect: OPE)나 기타 패턴의 변형 요인에 의해, 패턴의 변형에 의한 어긋남과 오버레이 오차가 혼재해 버려, 고정밀도한 오버레이 오차 측정이 곤란해지는 경우가 있다. 그 때문에, 패턴의 중심점 간의 거리를 측정할 수 있으면, 패턴 변형분의 측정 오차의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 하전 입자선에 의한 오버레이 계측에서 하부층 패턴으로부터의 신호는 상부층과 하부층 간의 막을 투과한 하전 입자이기 때문에, 그 신호 강도는 약하고, 원리적으로 종래의 에지 검출에 의한 중심 검출은 어려운 경우가 있다. 즉, 하부층 패턴의 중심 위치를 정확히 특정할 수 없는 경우가 있다. 상부층의 패턴과 하부층의 패턴에서는, 패턴을 형성할 때까지의 처리나 상부층과 하부층 간의 막 등에 의해 외관이 서로 다르다. 이 때문에 에지 검출 방법을 각각 다른 방법으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 템플레이트 등을 등록해 두고, 당해 템플레이트를 사용한 템플레이트 매칭이나 당해 템플레이트와의 차분을 측정하는 방법이 있지만, 하부층의 정보가 부족하면, 매칭 에러나 측정 정밀도의 저하의 요인이 되는 경우도 있다.
또한, 반도체 프로세스 개발시에는 노광 장치의 조건을 최적화하기 위해서 중첩 어긋남을 의도적으로 크게 하는 경우가 있지만, 상하부층 패턴 에지가 겹쳐 버려 에지를 분리하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
또한, 패턴에 따라서는 자동으로 상부층의 패턴과 하부층의 패턴을 판별해서 중심 검출을 행할 수 없는 경우가 있다. 또한, 포커스 아웃이나 상하부층의 위치 어긋남이 원인으로 발생하는 콘트라스트 변화에 대해서도 안정적으로 중심을 검출하는 것이 곤란했다.
노광 장치의 광의 에너지 밀도의 불균일성에 의해 발생하는 외측의 패턴의 비대칭성이나 패턴 붕괴에 의해서도 중심 계측의 정밀도가 저하되는 경우가 있다. 또한, 하전 입자선의 조사(照射)에 의한 국소적인 패턴의 대전이 원인으로 발생하는 프로파일의 비대칭성에 의해 중심 계측의 정밀도가 저하되는 경우가 있다.
노광시의 광에너지 밀도의 불균일성에 의해 패턴 자체가 비대칭으로 되는 경우가 있다. 이러한 패턴에서는 바르게 중심 위치를 계산할 수 없어 오버레이 계측의 정밀도 저하로 이어진다.
오버레이 계측을 자동으로 운전하는 경우, 미리 오버레이 패턴의 위치 정보나 하전 입자선 장치의 관찰 조건을 기술한 파일(이하, 레시피 파일)을 작성한다. 자동 운전시는 레시피 파일을 판독해서 기술된 정보에 따라 실행된다. 오버레이 계측용 패턴의 에지를 검출하기 위해서는 시야 내의 모든 상부층의 패턴 및 하부층의 패턴의 에지 검출 범위를 지정할 필요가 있었다. 또한, 신호 강도 프로파일에 대해서 에지 위치를 정의하는 임계값을 개별적으로 설정할 필요가 있었다. 표시되는 에지 검출 위치는 오버레이 계측에서는 부차적인 정보이며, 직감적으로 어긋남을 볼 수 없었다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 전술한 바와 같은 오버레이 오차 측정을 행할 때의 기술 과제를 감안해서, 촬상 장치에 의해 얻어진 신호 파형의 일부의 추출 에 의거하여 템플레이트 파형을 작성하고, 당해 템플레이트 파형을 사용한 상기 신호 파형의 서치에 의해 상관값 프로파일을 작성하고, 당해 상관값 프로파일을 사용해서 층간의 측정을 실행하는 오버레이 오차 측정 장치에 대해서 설명한다. 또한, 상기 템플레이트 파형을 반전시킴으로써 반전 템플레이트을 작성하고, 당해 반전 템플레이트를 사용한 서치에 의해 상관값 프로파일을 작성하는 예에 대해서 설명한다.
반전 템플레이트를 사용한 서치에 의해, 상관값 프로파일은 대칭성 평가 프로파일이 된다. 대칭성 평가 프로파일은, 파형 신호의 부분적인 대칭성(좌우 대칭성)의 정도를 나타내는 것이 된다.
이렇게 검출 신호의 양을 나타내는 신호 파형이 아니라, 신호 파형의 형상을 평가하는 프로파일을 사용한 측정을 행함으로써, 신호량이 적은 하부층 패턴이어도 정확하게 오버레이 오차 측정의 측정 기준을 발견하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에서는, 시료 상에 형성된 제 1 층째의 패턴과, 제 1 층째의 패턴과는 별도로 형성된 제 2 층째의 패턴을 포함하는 영역을 하전 입자선으로 주사(走査)하며, 당해 주사 개소로부터 방출되는 하전 입자에 의거하여 하전 입자선 강도의 프로파일을 작성하고, 당해 프로파일로부터 산출되는 특징값에 의거한 판별 방법에 의해 상기 두 종류의 패턴을 판별하여, 상기 제 1 층의 패턴의 중심과 제 2 층의 패턴의 중심을 구해서, 각각의 중심의 차분을 산출하는 방법을 제안한다.
하전 입자선 강도의 프로파일로부터 패턴마다 대칭성을 구하고, 그 대칭성의 강도로부터 상부층, 하부층을 판별함과 함께, 중심 위치를 검출하고, 중심 위치의 차로부터 상부층, 하부층 패턴의 어긋남을 계측한다. 하부층 패턴의 신호가 약한 경우라도 에지 검출을 행할 필요가 없어, 안정적인 오버레이 계측이 가능하다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 제 1 층째의 패턴과 제 2 층째의 패턴을 판별하기 위해서, 각 층으로부터의 하전 입자의 방출량이 서로 다른 점을 이용한다. 이 차는, 제 1 층째의 패턴과 제 2 층째의 패턴을 형성하는 프로세스나 층간 막에 의존하고 있으며, 결과적으로 나타나는 화상의 콘트라스트 차나 신호 강도 프로파일 차를 비교함으로써 판별하는 것이 가능하다.
또한, 상기 구한 제 1 층의 패턴의 중심 위치와 제 2 층의 패턴의 중심 위치에서만 신호 강도를 비교, 판정할 수도 있다. 하전 입자선의 조사에 의한 국소적인 패턴의 대전은 제 1 주사 방향과 제 2 주사 방향을 180°가 되도록 주사함으로써 평균화된다.
하전 입자선 강도의 프로파일로부터 패턴마다 대칭성을 구하고, 그 대칭성의 강도와 패턴 배치로부터 선택적으로 중심을 계산하는 패턴을 결정한다.
하전 입자선 강도의 프로파일로부터 구한 패턴마다 대칭성과, 작업자가 사전에 등록한 정보(제 1 층의 패턴수 및 패턴 간의 피치와 제 2 층의 패턴수 및 패턴 간의 피치)에 의거하여 상하부층을 판별하고, 각각의 중심으로부터 차분을 산출한다. 검출한 중심 위치에 의거하여 단면 모식도와 패턴 위치 및 어긋남 화상 표시 장치 위에 중첩해서 표시한다.
이하에 설명하는 실시예에 의하면, 하전 입자선에 의한 오버레이 계측에서 하부층 패턴의 약한 하전 입자 신호로부터 안정적으로 중심을 검출하는 것이 가능해진다. 상부층의 패턴과 하부층의 패턴에서는, 패턴을 형성할 때까지의 처리나 상부층과 하부층 간의 막 등에 의해 외관이 서로 다르지만, 하전 입자선 강도의 프로파일의 대칭성을 평가 기준으로 함으로써, 상부층과 하부층 사이에서 에지 검출 방법을 변경하지 않고, 정확한 오버레이 오차 측정을 행하는 것도 가능하다. 또한, 반도체 프로세스 개발시에는 노광 장치의 조건을 최적화하기 위해서 중첩 어긋남을 의도적으로 크게 하는 경우가 있지만, 그러한 패턴이어도 하전 입자선 강도의 프로파일의 대칭성을 사용함으로써 중심 위치를 검출하는 것이 가능하다.
중심 검출에 사용하는 대칭성 프로파일을 사용함으로써 상부층 패턴과 하부층 패턴을 자동으로 판별할 수 있다. 또한, 포커스 아웃이나 상하부층의 위치 어긋남이 원인으로 발생하는 콘트라스트 변화에 대해서도 안정적으로 중심 검출을 행하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 하전 입자선 장치에서 오버레이 계측의 자동 운전을 행할 때에 처리 시간이 가장 필요한 초점 맞춤 처리를 간소화할 수 있어, 정밀도를 떨어뜨리지 않고 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다.
고속으로 왕복하는 스캔 방법에 의해 국소적인 패턴의 대전이 원인으로 발생하는 프로파일의 비대칭성을 경감할 수 있고, 중심 계측의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 오버레이 계측에 필요한 정밀도를 얻기 위한 패턴수를 줄일 수 있기 때문에, 반도체칩 내에 차지하는 영역의 비율을 적게 할 수 있다.
노광 장치의 광의 에너지 밀도의 불균일성에 의해 발생하는 외측의 패턴의 비대칭성이나 패턴 붕괴를 평가하고, 중심 계산에 사용하는 패턴을 한정해서 (예를 들면, 내측의 패턴만을 사용함) 중첩 계측의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
작업자는 번잡한 에지 검출의 파라미터를 입력하지 않고 필요 최저한의 정보를 입력하는 것만으로 오버레이 계측의 지정을 행할 수 있다. 자동 판별에 의해 오버레이 계측을 위한 패턴 위치 지정 등의 작업을 경감할 수 있다. 검출한 중심 위치에 의거하여 단면 모식도와 패턴 위치 및 어긋남 화상 표시 장치 위에 중첩해서 표시함으로써 직감적으로 어긋남을 볼 수 있기 때문에, 레시피의 등록 작업에서 파라미터가 적절한지를 용이하게 판단할 수 있다.
[실시예 1]
도 1은 주사 전자 현미경의 구성 개요의 블록도이다. 전체 제어부(125)는 유저 인터페이스(128)로부터 작업자에 의해 입력된 전자의 가속 전압, 웨이퍼(111)의 정보, 관찰 위치 정보 등을 바탕으로, 전자 광학계 제어 장치(126), 스테이지 제어 장치(127)를 통해 장치 전체의 제어를 행하고 있다. 웨이퍼(111)는 도시되지 않은 시료 반송 장치를 통해, 시료 교환실을 경유한 후, 시료실(113)에 있는 스테이지(112) 상에 고정된다.
전자 광학계 제어 장치(126)는 전체 제어부(125)로부터의 명령에 따라 고전압 제어 장치(115), 제 1 콘덴서 렌즈 제어부(116), 제 2 콘덴서 렌즈 제어부(117), 2차 전자신호 증폭기(118), 얼라인먼트 제어부(119), 편향신호 제어부(122), 대물 렌즈 제어부(121)를 제어하고 있다.
인출 전극(102)에 의해 전자원(電子源)(101)으로부터 인출된 1차 전자선(103)은 제 1 콘덴서 렌즈(104), 제 2 콘덴서 렌즈(106), 대물 렌즈(110)에 의해 수속(收束)되어 웨이퍼(111)(시료) 상에 조사된다. 도중 전자선은 조리개(105)를 통과하고, 얼라인먼트 코일(108)에 의해 그 궤도가 조정되며, 또한, 편향신호 제어부(120)를 통해 편향신호 제어부(122)로부터 신호를 받은 편향 코일(109)에 의해 시료 상에서 2차원적으로 주사된다. 웨이퍼(111)에의 1차 전자선(103)의 조사에 기인해서, 웨이퍼(111)로부터 방출되는 2차 전자(114)는 2차 전자 검출기(107)에 의해 포착되고, 2차 전자신호 증폭기(118)를 통해 2차 전자상(電子像) 표시 장치(124)의 휘도 신호로서 사용된다. 2차 전자상 표시 장치(124)의 편향 신호와, 편향 코일의 편향 신호는 동기(同期)하고 있기 때문에, 2차 전자상 표시 장치(124) 상에는 웨이퍼(111) 위의 패턴 형상이 충실하게 재현된다.
또한, 패턴의 치수 계측에 사용하는 화상을 작성하기 위해서, 2차 전자신호 증폭기(118)로부터 출력되는 신호를 화상 처리 프로세서(123) 내에서 AD 변환하여, 디지털 화상 데이터를 작성한다. 또한, 디지털 화상 데이터로부터 2차 전자 프로파일을 작성한다.
작성된 2차 전자 프로파일로부터 계측하는 범위를, 수동 또는 일정한 알고리즘에 의거하여 자동 선택하고, 선택 범위의 화소수를 산출한다. 1차 전자선(103)에 의해 주사된 관찰 영역의 실제 치수와 당해 관찰 영역에 대응하는 화소수로부터 시료 상에서의 실제 치수를 계측한다.
또, 이상의 설명에서는 하전 입자선 장치의 일례로서, 전자선을 사용하는 주사 전자 현미경을 예로 들어서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 이온빔을 사용하는 이온빔 조사 장치여도 된다. 또한, 이하의 설명에서는 후술하는 바와 같은 처리를 실행하는 실행 주체를 연산 처리 장치라고 하는 경우도 있다.
도 2에 오버레이 계측에 사용되는 대표적인 패턴 예(이하, 오버레이 패턴)의 단면도를 나타낸다. 오버레이 계측에서 사용되는 패턴은, 상하 2층분의 패턴을 위에서 관찰했을 때에 겹치지 않도록 형성된다. 하부층 패턴은 다양한 형상을 생각할 수 있지만 대표적인 예로서 웨이퍼(201)에 형성된 트렌치(trench; 202)에 매립된 하부층 패턴(203)을 나타낸다. 상부층 패턴(204)은 하부층 패턴(203)과는 다른 공정에 의해 형성되며, 대략 반피치 어긋난 위치에 형성되어 있다. 또, 상부층과 하부층 사이에는 노광시의 광의 간섭을 막기 위한 반사 방지막(205)이 형성되어 있다. 또, 여기에서 설명한 오버레이 패턴의 일례이며, 이중 노출이나 자기 정합형 더블 패터닝에 의해 형성된 오버레이 패턴이어도 된다.
도 3에 시료 상에 형성된 오버레이 패턴의 전자 현미경 상(像)(301)을 나타낸다. 당해 전자 현미경 상에서, 휘도가 높고 희게 보이는 부분(304)이 상부층 패턴(204)의 2차 전자신호이며, 휘도가 낮고 검게 보이는 부분(303)이 하부층 패턴(203)의 2차 전자신호이다. 기반인 웨이퍼 표면으로부터의 하부층 패턴(302)에 상당한다. 또, 휘도는 패턴이나 기반을 형성하는 재질에 따라 좌우된다.
도 4에 당해 전자 현미경 상(301)으로부터 작성한 2차 전자 프로파일(401)을 나타낸다. 2차 전자 프로파일은 전자 현미경 상(301)의 전부 또는 부분을 x방향으로 투영 처리해서 작성한다. 2차 전자 프로파일(401)에서는, 상부층 패턴(204)에 상당하는 부분의 프로파일(상부층 패턴 프로파일(402))이 높게 되어 있고, 하부층 패턴(203)에 상당하는 부분(하부층 패턴 프로파일(403))이 낮게 되어 있다. 또한, 상부층 패턴 프로파일(402)의 좌우에서 2차 전자의 에지 효과에 의한 피크가 보인다. 이것은, 각도가 서로 다른 면이 접촉하는 에지 부분을 전자선으로 주사한 경우, 에지 부분에서 평면보다 2차 전자가 방출되기 쉬워지기 때문이며, 에지가 예리할수록 방출되는 2차 전자량도 많아진다. 반대로 하부층 패턴(203)에 상당하는 부분의 프로파일(403)에서는 형상으로서의 에지 부분은 없고, 웨이퍼(201)와 하부층 패턴(203)의 재질의 차이에 기인하는 방출 2차 전자량의 차가 휘도의 차이로서 나타나 있다. 또한, 반사 방지막(205)을 통하여 2차 전자가 방출되기 때문에, 형상 정보를 반영한 신호는 적어진다.
본 실시예에서는 이러한 상부층 패턴(204)과 하부층 패턴(203)의 2차 전자신호가 생성되는 공정의 차이를 이용해서 패턴을 인식한다. 또한, 위치 어긋남의 검출에는 형성된 패턴 자체의 대칭성과 패턴 배치의 대칭성을 이용한다.
도 5에 당해 전자 현미경 상(301)으로부터 작성한 2차 전자 프로파일(401), 대칭성 프로파일(501) 및 도 15의 플로도를 사용해서 상부층 패턴과 하부층 패턴의 판별 방법과 위치 어긋남을 계산하는 방법을 설명한다. 이하의 처리는 SEM의 연산 처리 장치에 의해 행하도록 해도 되고, 이하의 처리를 컴퓨터 프로그램에 의해, 외부의 컴퓨터에 실행시키도록 해도 된다. 측정 처리를 실행하는 컴퓨터에는 당해 컴퓨터 프로그램을 기억하기 위한 기억 매체가 탑재되어 있다. 또한, SEM과 같은 촬상 장치에 의해 취득된 화상 데이터나 신호 파형 정보를, 기억 가능한 기억 매체를 구비하고, 전술 또는 후술하는 처리를 실행하는 연산 처리 장치를 오버레이 오차 측정 장치로 할 수도 있다.
후술의 모델 정보를 화상 처리 프로세서(123)로 판독한 후(S5001), 전자 현미경 상(301)을 화상 처리 프로세서(123)에 도입한다(S5002). 전자 현미경 상(301)의 임의의 위치로부터 투영 프로파일인 2차 전자 프로파일(401)을 작성한다(S5003). 다음으로, 2차 전자 프로파일(401) 위를 임의 영역(520)에서 스캔하면서 반전한 프로파일 부분과의 상관값을 계산한 대칭성 프로파일을 작성한다(S5004).
또, 대칭성 프로파일(501)은, 부분적으로 추출된 파형에 의거하여 얻어지는 신호 파형과 2차 전자 프로파일(401) 간의 상관을 나타내는 상관 프로파일이며, 부분 파형과 2차 전자 프로파일(401)의 각 위치의 상관을 나타내는 것이다. 특히 본 실시예의 경우, 부분 영역으로서 신호 파형 중, 휘도가 가장 낮은 부분을 포함하는 파형을 추출함과 함께, 당해 추출 파형을 반전함으로써, 2차 전자 프로파일(401)을 서치하기 위한 부분 파형을 작성한다. 반전한 패턴을 사용해도 상관이 높다고 판정되는 패턴은, 좌우 형상이 대칭인 대칭 패턴이기 때문에, 당해 서치에 의해, 대칭 패턴을 명확하게 식별하는 것이 가능해진다.
반전한 프로파일 부분은 예를 들면, 도 14에 예시하는 바와 같이, 2차 전자 프로파일 상의 임의 영역(520)의 신호 파형(2101)을, 반전 파형(2102)과 같이, 좌우 반전시킨 것이다. 이러한 파형 신호를 포함하는 템플레이트를 사용해서, 2차 전자 프로파일(401)을 서치하고, 각 위치의 상관값을 산출한다. 또, 상관값 프로파일은 상관값이 최대를 나타내는 위치와, 2차 전자 프로파일(401)의 아래 부분이 일치하도록 작성한다.
대칭성 프로파일(501)에 대해서, 임의의 임계값(521) 이상의 신호량의 부분을 패턴이 존재하는 위치로서 기억해 둔다(S5005). 그 위치에 대응하는 상기의 2차 전자 프로파일(401)의 임의의 임계값(522)보다 큰 값의 것을 상부층의 패턴 위치(중심 위치(x514, x515))로 한다(S5006). 마찬가지로 임의의 임계값(522)보다 작은 것을 하부층의 패턴 위치(중심 위치(x511, x512, x513))로서 인식한다(S5007). 당해 상부층의 패턴과 하부층의 패턴의 인식 위치로부터 식(1)을 사용해서 각 중심 위치의 차분을 어긋남량으로 한다(S5008).
어긋남량=(x511+x512+x513)/3-(x514+x515)/2 … 식(1)
이렇게, 휘도가 높은 부분과 낮은 부분을 식별하고, 휘도가 높은 패턴의 중심(제 1 측정 기준)과 휘도가 낮은 패턴의 중심(제 2 측정 기준) 사이의 치수를 측정함으로써, 고정밀도한 오버레이 오차 측정을 실행하는 것이 가능해진다.
도 16에 상기 2차 전자 프로파일(401)로부터 얻어진 다른 대칭성 프로파일(530)을 사용해서 상부층 패턴과 하부층 패턴의 판별 방법을 설명한다. 대칭성 프로파일(501)과의 차이가 발생하는 원인으로서는 임의 영역(520)의 크기의 차이 등에 의한다. 대칭성 프로파일(530)에 대해서 임의의 임계값(521) 이상의 피크를 상부층 패턴, 임계값(521) 이하를 하부층 패턴으로서 판정할 수 있다. 어긋남량은 도 5와 마찬가지로 x531~x535의 값을 사용해서 식(1)에 의해 구할 수 있다.
또, 전술한 예에서는 상부층 패턴의 중심과 하부층 패턴의 중심의 쌍방을, 대칭성 프로파일을 사용해서 구했지만, 상부층 패턴은 2차 전자 프로파일(401)에 에지를 나타내는 피크가 깨끗하게 나타나 있으므로, 예를 들면 상부층 패턴의 중심 위치는, 상부층 패턴의 2개의 에지의 피크가 중심으로 되도록 해도 된다. 단, 하부층 패턴에 대해서는 신호량이 부족하기 때문에, 상관값에 의거하는 중심 위치 검출을 행하는 편이 나으므로, 처리 공정수의 삭감의 관점에서 보면, 상관값 연산만으로 쌍방의 중심을 구하는 것이 바람직하다. 하부층 레이어의 신호량은 상부층 레이어와 비교하면 적기 때문에, 하부층 레이어에 적합한 중심 위치 검출법 또는 서로 다른 레이어 사이에서, 그 레이어에 적합한 중심 위치 검출에 의거하는 측정을 행하는 것은, 고정밀도한 측장(測長)을 실행함에 있어서 매우 중요하다.
또한 하부층 패턴에의 빔의 도달에 의해 얻어지는 전자에 의거하여 형성되는 신호 파형은, 다른 부분과 비교해서 휘도가 낮으며, 또한 상부층 패턴과 같이 깨끗하게 피크가 얻어지지 않는다. 따라서, 중심 위치를 특정하는 본 방법은, 하부층 패턴을 1개의 측정 기준으로 하는 오버레이 오차 측정에서 유효한 것이다.
도 6에 상부층 패턴의 어긋남이 큰 경우의 전자 현미경 상(601)과 작성한 2차 전자 프로파일(602), 도 5와 동일한 순서로 작성한 대칭성 프로파일(603)을 나타낸다. 상부층의 패턴(604)이 왼쪽으로 어긋나 있기 때문에 2차 전자 프로파일(602)에서는 상부층과 하부층의 패턴 신호가 분리되기 어렵게 되어 있다. 이 경우라도 전술한 바와 마찬가지로 대칭성 프로파일(603)로부터 임의의 임계값(621) 이상의 신호량의 부분을 패턴으로서 인식할 수 있다. 인식한 상부층과 하부층 패턴의 위치(x611~x615)로부터 식(1)을 사용해서 어긋남량을 산출할 수 있다.
대칭성 프로파일(603)에서는 하부층 패턴의 에지 부분에 상당하는 피크가 임계값에 접근하고 있어, 오류 인식할 가능성이 있다. 이러한 과제에 대해서 패턴 배치의 대칭성을 이용해서 어긋남량을 산출하는 방법을 도 8 및 도 17을 사용해서 설명한다.
2차 전자 프로파일(602)의 좌우를 교체한 반전 프로파일(802)을 작성한다(S8004). 2차 전자 프로파일(602)에 대해서 임의의 임계값(810)보다 큰 부분과 반전 프로파일(802)을 스캔해서 상관값이 최대가 되는 위치를 상부층 패턴의 중심 위치(x820)로 한다(S8005). 또, 상관값은 겹쳐 있는 부분만 계산한다. 마찬가지로 2차 전자 프로파일(602)에 대해서 임의의 임계값(811)보다 작은 부분과 반전 프로파일(802)을 스캔해서 상관값이 최대가 되는 위치를 하부층 패턴의 중심 위치(x821)로 한다 (S8007). 구한 각각의 위치로부터 어긋남량은 식(2)에 의해 계산된다.
어긋남량=x821-x820 … 식(2)
이상, 패턴 자체의 대칭성 및 패턴 배치의 대칭성을 사용해서 어긋남량을 검출하는 방법을 설명했다. 본 방식은 패턴 부분에 있어서 대칭인 2차 전자 프로파일이 얻어지는 것을 전제로 하고 있다.
다음으로, 이하에서는 전자선의 주사에 의한 대전에 기인해서 프로파일이 비대칭으로 된 경우, 또는 패턴 자체가 비대칭인 경우의 처리에 대해서, 도 7 및 도 18을 사용해서 설명한다.
도 1에서 설명한 바와 같이 전자선은 편향신호 제어부(120)를 통해 편향신호 제어부(122)로부터 신호를 받은 편향 코일(109)에 의해 시료 상에서 2차원적으로 주사된다. 이 주사 방법은 2차 전자상 표시 장치(124)의 편향 신호와 편향 코일의 편향 신호는 동기하고 있기 때문에, 일반적인 인터레이스(interlace) 주사가 된다. 이 경우, 주사 방향은 도 7의 왼쪽에서 오른쪽으로의 일방향으로의 주사(705)가 되기 때문에, 패턴 에지의 좌우에서 2차 전자가 발생하는 양과 발생한 2차 전자가 되돌아가는 양에 차이가 발생한다. 이 때문에 좌우 에지에서 대전이 주사선마다, 프레임마다 차가 커져 버린다. 이 차는 에지 효과에 의해 2차 전자가 많이 발생하는 상부층 패턴의 좌우의 에지부에서 현저하게 된다(좌측 에지(710), 우측 에지(711)). 이 현상을 완화하기 위해서, 주사 방향(705)과는 반대인 오른쪽에서 왼쪽으로의 주사(706)를 실행한다. 이 때 얻어지는 2차 전자 프로파일(702)은 전술한 2차 전자 프로파일(701)과 좌우의 에지의 비대칭성이 반대가 된다(좌측 에지(720), 우측 에지(721)).
본 실시예에서는, 후술의 모델 정보를 화상 처리 프로세서(123)로 판독하고(S7001), 모델 정보의 일부인 스캔 모드 1 정보를 편향신호 제어부(122)에 설정(S7002)하여 주사 방향(705)으로의 주사를 실행하고, 화상 1을 취득해서 화상 처리 프로세서(123)에 도입한다(S7003). 마찬가지로 180° 반대 방향으로 주사하는 스캔 모드 2를 설정(S7004)한 후, 주사 방향(706)으로의 주사를 실행해서 화상 2를 화상 처리 프로세서(123)에 도입한다(S7005).
프로파일 1은 화상 1의 투영 처리에 의해 얻어진다(S7006). 마찬가지로 프로파일 2는 화상 2로부터 얻어진다(S7007). 프로파일 1 및 프로파일 2의 예를 도 7의 2차 전자 프로파일(701)과 2차 전자 프로파일(702)에 나타낸다. 2차 전자 프로파일(701)에서는 좌측 에지(710)보다 우측 에지(711)의 신호 강도가 높게 되어 있다. 2차 전자 프로파일(702)에서는 좌측 에지(720)보다 우측 에지(721)의 신호 강도가 낮게 되어 있다. 다음으로, 프로파일 1과 프로파일 2로부터 합성 프로파일(703)을 작성한다. 합성은 단순히 평균해도 되고, 신호 강도에 따라 가중시킬 수도 있다.
이에 따라 합성 프로파일(703)의 좌우의 에지는 거의 동일한 높이가 된다(좌측 에지(730), 우측 에지(731)).
이하의 처리는 S5005~S5008과 동일한 순서로 차분을 계산할 수 있다. 또, 2차 전자 프로파일(701)과 2차 전자 프로파일(702)을 얻기 위해서는 주사 방향(705)으로의 주사와, 주사 방향(706)으로의 주사를 인터레이스 스캔의 홀수 필드와 짝수 필드에 할당할 수도 있다. 또한 라스터 로테이션(raster rotation)을 0°와 180°로 설정한 스캔해서 얻어진 2매의 화상을 가산 평균하여 구할 수도 있다. 가산 방법도 스캔마다의 프로파일이나 화상마다 위치 맞춤을 실시한 후에 가산하는 것도 가능하다.
패턴 노광시의 광에너지의 밀도의 불균일성 등으로부터 패턴 자체가 비대칭이 되는 경우가 있다. 이러한 패턴에서는 오버레이 계측의 정밀도의 저하로 이어진다. 그래서, 패턴 자체의 대칭성을 평가하는 처리에 대해서 도 9~도 12를 사용해서 설명한다. 도 9에 비대칭인 패턴을 포함하는 오버레이 패턴의 단면도의 예를 나타낸다. 도 2와 마찬가지로 웨이퍼(201)에 형성된 하부층 패턴(202)과 반사 방지막(205)의 상부층에 형성된 패턴에서 외측의 패턴(904)은 내측의 패턴(903)에 비해서 외측의 경사가 완만하게 되어 있다. 도 10에 이러한 오버레이 패턴을 관찰했을 때의 전자 현미경 상(1001)을 나타낸다. 상부층의 외측의 패턴(904)의 외측의 경사에 상당하는 영역(1003)은 좌측 에지에 비해서 휘도가 낮아진다. 한편, 내측의 패턴(903)에 상당하는 부분(1004)에서는 좌우 에지의 휘도차가 거의 동일하다.
도 11에 전자 현미경 상(1001)으로부터 구한 2차 전자 프로파일(1101)을 나타낸다. 2차 전자 프로파일 위에서도 좌우의 외측의 상부층 패턴에서는, 각각 외측의 에지 휘도가 낮게(외측의 에지 휘도(1102, 1105)) 되어 있고, 내측의 에지 휘도는 각각 높게(내측의 에지 휘도(1103, 1106)) 되어 있다.
또, 여기에서는 하부층 패턴은 대칭인 패턴으로 되어 있다. 도 15 및 도 17에서 설명한 순서와 마찬가지로 대칭성 프로파일(1201)을 작성한다. 다음으로 임의의 임계값(1204) 이상의 신호량의 부분을 패턴으로서 인식하고, 상부층의 패턴의 중심 위치(x1210), 하부층의 패턴의 중심 위치(x1211, x1212)를 각각 결정한다. 다음으로 하부층의 패턴만 중심을 구하고, 상부층 패턴의 위치와의 차분을 식(3)에 의해 구해서 어긋남량으로 한다.
어긋남량=x1210-(x1211+x1212)/2 … 식(3)
도 13에 오버레이 패턴 계측의 파라미터를 설정하기 위한 화면(2010)을 나타낸다. 이 화면은 도 1의 2차 전자상 표시 장치(124) 상에 표시된다. 작업자는 도 7에서 설명한 2차 전자 프로파일의 대칭성을 확인하여, 스캔 모드(2020)를 결정한다. 비대칭의 프로파일인 경우에는 비대칭성을 경감하는 스캔을 선택한다. 대칭 선택 체크 박스(2021)를 선택한 경우는 도 17의 플로가 실행되지 않는다. 비대칭 선택 체크 박스(2022)를 선택한 경우는 도 17의 플로에 의해 프로파일이 작성된다. 다음으로 패턴 정보를 사용하는지의 여부를 패턴 정보 체크 박스(2012)에서 선택한다.
패턴 정보를 사용하지 않는 경우는, 도 5와 도 15, 및 도 6에서 설명한 순서가 실행된다. 임의의 임계값(522)은, 예를 들면 2차 전자 프로파일(401)의 평균값이나 중앙값과 같은 통계값을 사용한다.
패턴 정보를 사용하는 경우는, 상부층의 패턴수 입력 박스(2015) 및 하부층의 패턴수 입력 박스(2014)로부터 각각의 값을 입력한다. 패턴수는 상부층의 패턴과 하부층의 패턴 위치 검출(S5005)에서 임의의 임계값(521) 또는 임계값(541), 임의의 임계값(621), 임의의 임계값(1204)을 결정하는데에 사용한다. 예를 들면, 임의의 임계값(621)을 오르내리게 해서 입력된 상부층의 패턴수, 하부층의 패턴수와 일치하도록 결정한다. 또한 작업자는 상부층의 패턴폭 입력 박스(2017) 및 하부층의 패턴폭 입력 박스(2016)로부터 각각의 값을 입력할 수도 있다. 이들 값은 대칭성 프로파일을 작성할 때에 사용하는 임의 영역(520)이나 임의 영역(620)으로서 사용한다. 입력되어 있지 않으면 임의의 값을 사용해도 되고, 적당히 값을 바꿔서 대칭성 프로파일의 패턴 위치에 있어서의 피크의 선예도(先銳度) 등에 의해 최적화할 수도 있다. 또, 상부층, 하부층의 패턴수나 패턴폭은 설계 데이터를 기초로 판독하여 사용할 수도 있다. 이들 패턴수나 패턴폭의 정보는 모델 정보로서 등록한다. 이 모델 정보는, 상부층 패턴과 하부층 패턴의 중심 위치의 검출 처리가 행해지는 계측 대상 패턴과 동일한 웨이퍼 상의 패턴을 사용해도 되고, 대표가 되는 웨이퍼에서 취득한 것을 계측 대상의 모든 웨이퍼에 반복해서 사용해도 된다. 대상 웨이퍼마다 등록하는 경우에는, 패턴의 성과가 모델과 계측 대상에서 동일한 정도이기 때문에, 판별을 보다 정확하게 행할 수 있는 이점이 있지만, 매회 작업자에 의한 입력이 필요하게 되어 버린다. 이 경우에는 자동으로 설정해 두어 필요에 따라 수동으로 전환할 수 있다. 제조 공정이 안정적이며 모니터링으로서 사용하는 경우에는 이 방법으로 충분하다. 오프셋(2011)은 상부층의 패턴수와 하부층의 패턴수가 동일한 경우에 기지(旣知)의 설계상의 어긋남을 입력해서 오버레이 계측값은 0이 되도록 하기 위해서 사용한다.
이상의 설명은 상부층의 패턴과 하부층의 패턴 양쪽을 중심 검출해서 오버레이를 계측하는 경우이지만, 하부층의 패턴만을 대칭성 프로파일에 의해 산출하고, 상부층의 패턴의 중심 위치는 종래의 좌우의 에지 검출 방법을 사용해서 산출하여, 어긋남량을 구하도록 조합해서 사용할 수도 있다.
101: 전자원
102: 인출 전극
103: 1차 전자선
104: 제 1 콘덴서 렌즈
105: 조리개
106: 제 2 콘덴서 렌즈
107: 2차 전자 검출기
108: 얼라인먼트 코일
109: 편향 코일
110: 대물 렌즈
111, 201: 웨이퍼
112: 스테이지
113: 시료실
114: 2차 전자
115: 고전압 제어 장치
116: 제 1 콘덴서 렌즈 제어부
117: 제 2 콘덴서 렌즈 제어부
118: 2차 전자신호 증폭기
119: 얼라인먼트 제어부
120, 122: 편향신호 제어부
121: 대물 렌즈 제어부
123: 화상 처리 프로세서
124: 2차 전자상 표시 장치
125: 전체 제어부
126: 전자 광학계 제어 장치
127: 스테이지 제어 장치
128: 유저 인터페이스
202, 203: 하부층 패턴
204: 상부층 패턴
205: 반사 방지막
301, 1001: 전자 현미경 상(像)
302: 기반인 웨이퍼 표면으로부터의 2차 전자신호 부분
303: 휘도가 낮고 검게 보이는 부분
304: 휘도가 높고 희게 보이는 부분
401: 2차 전자 프로파일
402: 상부층 패턴 프로파일
403: 하부층 패턴 프로파일
501, 1201: 대칭성 프로파일
x511, x512, x513, x514, x515: 중심 위치
x531, x532, x533, x1211, x1212: 하부층의 각 패턴의 중심 위치
x534, x535: 상부층의 각 패턴의 중심 위치
520: 임의 영역
521, 522, 621, 810, 811, 1204: 임의의 임계값
530: 다른 대칭성 프로파일
601: 어긋남이 큰 경우의 전자 현미경 상
602, 701, 702, 1101: 2차 전자 프로파일
603: 어긋남이 큰 경우의 대칭성 프로파일
703: 합성 프로파일
710, 720, 730: 좌측 에지
711, 721, 731: 우측 에지
802: 반전 프로파일
x820, x1210: 상부층 패턴의 중심 위치
x821: 하부층 패턴의 중심 위치
903: 내측의 패턴
904: 외측의 패턴
1003: 비대칭인 패턴의 경사에 상당하는 전자 현미경 상 위의 영역
1102, 1105: 외측의 에지 휘도
1103, 1106: 내측의 에지 휘도
1104: 내측 패턴의 우측 에지의 2차 전자 프로파일 위의 휘도
2010: 오버레이 패턴 계측의 파라미터를 설정하기 위한 화면
2011: 오프셋 입력 박스
2012: 패턴 정보 체크 박스
2014: 하부층의 패턴수 입력 박스
2015: 상부층의 패턴수 입력 박스
2016: 하부층의 패턴폭 입력 박스
2017: 상부층의 패턴폭 입력 박스
2020: 스캔 모드
2021: 대칭 선택 체크 박스
2022: 비대칭 선택 체크 박스
102: 인출 전극
103: 1차 전자선
104: 제 1 콘덴서 렌즈
105: 조리개
106: 제 2 콘덴서 렌즈
107: 2차 전자 검출기
108: 얼라인먼트 코일
109: 편향 코일
110: 대물 렌즈
111, 201: 웨이퍼
112: 스테이지
113: 시료실
114: 2차 전자
115: 고전압 제어 장치
116: 제 1 콘덴서 렌즈 제어부
117: 제 2 콘덴서 렌즈 제어부
118: 2차 전자신호 증폭기
119: 얼라인먼트 제어부
120, 122: 편향신호 제어부
121: 대물 렌즈 제어부
123: 화상 처리 프로세서
124: 2차 전자상 표시 장치
125: 전체 제어부
126: 전자 광학계 제어 장치
127: 스테이지 제어 장치
128: 유저 인터페이스
202, 203: 하부층 패턴
204: 상부층 패턴
205: 반사 방지막
301, 1001: 전자 현미경 상(像)
302: 기반인 웨이퍼 표면으로부터의 2차 전자신호 부분
303: 휘도가 낮고 검게 보이는 부분
304: 휘도가 높고 희게 보이는 부분
401: 2차 전자 프로파일
402: 상부층 패턴 프로파일
403: 하부층 패턴 프로파일
501, 1201: 대칭성 프로파일
x511, x512, x513, x514, x515: 중심 위치
x531, x532, x533, x1211, x1212: 하부층의 각 패턴의 중심 위치
x534, x535: 상부층의 각 패턴의 중심 위치
520: 임의 영역
521, 522, 621, 810, 811, 1204: 임의의 임계값
530: 다른 대칭성 프로파일
601: 어긋남이 큰 경우의 전자 현미경 상
602, 701, 702, 1101: 2차 전자 프로파일
603: 어긋남이 큰 경우의 대칭성 프로파일
703: 합성 프로파일
710, 720, 730: 좌측 에지
711, 721, 731: 우측 에지
802: 반전 프로파일
x820, x1210: 상부층 패턴의 중심 위치
x821: 하부층 패턴의 중심 위치
903: 내측의 패턴
904: 외측의 패턴
1003: 비대칭인 패턴의 경사에 상당하는 전자 현미경 상 위의 영역
1102, 1105: 외측의 에지 휘도
1103, 1106: 내측의 에지 휘도
1104: 내측 패턴의 우측 에지의 2차 전자 프로파일 위의 휘도
2010: 오버레이 패턴 계측의 파라미터를 설정하기 위한 화면
2011: 오프셋 입력 박스
2012: 패턴 정보 체크 박스
2014: 하부층의 패턴수 입력 박스
2015: 상부층의 패턴수 입력 박스
2016: 하부층의 패턴폭 입력 박스
2017: 상부층의 패턴폭 입력 박스
2020: 스캔 모드
2021: 대칭 선택 체크 박스
2022: 비대칭 선택 체크 박스
Claims (10)
- 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호 파형에 의거하여, 시료 상(上)에 형성된 패턴의 측정을 행하는 연산 처리 장치를 구비한 오버레이 오차 측정 장치에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 얻어지는 부분 파형을 사용해서 상기 신호 파형과의 상관을 구하고, 당해 상관을 나타내는 상관 프로파일을 형성하며, 당해 상관 프로파일을 사용해서 서로 다른 레이어에 속하는 패턴의 중심 위치를 검출하고, 상기 검출된 패턴의 중심 위치를 사용해서 상기 서로 다른 레이어에 속하는 패턴 간의 치수를 측정하고,
상기 상관 프로파일은, 상기 신호 파형의 형상 자체의 좌우 대칭성의 정도를 나타내는 대칭성 평가 프로파일인 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 부분적으로 추출된 신호 파형을 반전해서 상기 부분 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 서로 다른 레이어에 속하는 패턴의 중심 위치 간의 치수를 측정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상부층의 레이어와 하부층의 레이어 간의 중심 위치를 측정함과 함께, 적어도 당해 하부층의 레이어의 중심 위치를, 상기 상관 프로파일을 사용해서 특정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치. - 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호 파형에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 측정을 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 있어서,
당해 프로그램은 상기 컴퓨터에, 상기 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 얻어지는 부분 파형과 상기 신호 파형의 상관을 구하게 하고, 당해 상관을 나타내는 상관 프로파일을 형성시키며, 당해 상관 프로파일을 사용해서 서로 다른 레이어에 속하는 패턴의 중심 위치를 검출하고, 상기 검출된 패턴의 중심 위치를 사용해서 상기 서로 다른 레이어에 속하는 패턴 간의 치수를 측정시키고,
상기 상관 프로파일은, 상기 신호 파형의 형상 자체의 좌우 대칭성의 정도를 나타내는 대칭성 평가 프로파일인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체. - 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호 파형에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 측정을 행하는 연산 처리 장치를 구비한 오버레이 오차 측정 장치에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 신호 파형에 대해서, 소정값 이상의 휘도를 갖는 부분과 당해 소정값 미만의 휘도를 갖는 부분을 식별하고, 당해 소정값 이상의 휘도를 갖는 부분으로부터 제 1 측정 기준을 추출함과 함께, 당해 소정값 미만의 휘도를 갖는 부분에 대하여, 상기 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 얻어지는 부분 파형을 사용해서, 상기 신호 파형과의 상관을 구하고, 당해 상관을 나타내는 상관 프로파일을 형성하며, 당해 상관 프로파일을 사용해서 제 2 측정 기준을 추출하고, 당해 제 1 측정 기준과 제 2 측정 기준 간의 치수를 측정하고,
상기 상관 프로파일은, 상기 신호 파형의 형상 자체의 좌우 대칭성의 정도를 나타내는 대칭성 평가 프로파일인 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 소정값 미만의 휘도를 갖는 부분으로부터 패턴의 중심 위치를 추출하고, 당해 중심 위치를 상기 제 2 측정 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 소정값 미만의 휘도를 갖는 부분의 일부를 추출하고, 당해 추출된 신호 파형을 반전하여, 부분 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 부분 파형을 사용해서, 상기 신호 파형을 서치함으로써, 상기 제 2 측정 기준, 또는 상기 제 1 측정 기준과 제 2 측정 기준의 쌍방을 추출하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치. - 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호 파형에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 측정을 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 있어서,
당해 프로그램은 상기 컴퓨터에, 상기 신호 파형에 대해서, 소정값 이상의 휘도를 갖는 부분과 당해 소정값 미만의 휘도를 갖는 부분을 식별시키고, 당해 소정값 이상의 휘도를 갖는 부분으로부터 제 1 측정 기준을 추출시킴과 함께, 당해 소정값 미만의 휘도를 갖는 부분에 대하여, 상기 신호 파형의 부분적인 추출에 의거하여 얻어지는 부분 파형을 사용해서, 상기 신호 파형과의 상관을 구하고, 당해 상관을 나타내는 상관 프로파일을 형성하며, 당해 상관 프로파일을 사용해서 제 2 측정 기준을 추출시키고, 당해 제 1 측정 기준과 제 2 측정 기준 간의 치수를 측정시키고,
상기 상관 프로파일은, 상기 신호 파형의 형상 자체의 좌우 대칭성의 정도를 나타내는 대칭성 평가 프로파일인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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