KR102137454B1 - 오버레이 오차 계측 장치, 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하나의 패턴에 다른 패턴과 겹치는 부분과 그렇지 않은 부분이 혼재해 있다고 해도, 정확히 패턴의 식별을 행하고, 오버레이 오차 계측을 실행하는 오버레이 오차 계측 장치의 제공을 목적으로 한다. 그를 위해 본 발명에서는 오버레이 오차를 연산하는 연산 장치를 구비한 오버레이 오차 계측 장치로서, 화상 상의 휘도 경계에 의해 나뉜 복수의 영역을 지정하는 화상 지정 장치를 구비하고, 상기 연산 장치는, 상기 휘도 경계에 의해 나뉜 복수의 영역에 대응하는 피계측 화상의 영역을, 제1 패턴으로서 식별하고, 당해 식별된 제1 패턴을 사용해서 오버레이 오차 측정을 행하는 오버레이 오차 계측 장치를 제안한다.

Description

오버레이 오차 계측 장치, 및 컴퓨터 프로그램
본 발명은, 오버레이 오차 계측 장치, 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이고, 특히 하전 입자선 장치 등에 의해 얻어진 화상에 의거하여, 오버레이 오차를 계측하는 계측 장치, 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
최근의 반도체 프로세스에 의해 제조되는 패턴은, 미세화가 진행되고, 노광 장치의 복수 층간에 걸친 패턴의 중첩(오버레이) 정밀도의 향상이 요구되고 있다. 오버레이를 고정밀도로 계측하여 노광 장치로 피드백하는 것의 중요성은 점점 높아진다고 생각된다. 특허문헌 1에는, 기준 화상과 피계측 화상을 중첩시키는 것에 의해, 서로 다른 레이어에 형성된 패턴 간의 오버레이 오차를 측정하는 전자 현미경이 설명되어 있다. 특히 특허문헌 1에는, 기준 화상과 피계측 화상의 각각에 대해, 휘도의 차이에 따라 레이어마다 패턴을 추출하고, 기준 화상과 피계측 화상의 사이에서 패턴 매칭법을 사용한 중첩을 행하고, 중첩된 양 화상의 패턴 간의 위치 어긋남을 산출하는 방법이 설명되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 50kV 이상의 고가속의 전자빔을 시료에 조사했을 때에 얻어지는 반사 전자 등을 검출함에 의해, 복수의 높이에 위치하는 패턴을 측정하는 방법이 설명되어 있다. 구체적으로는 서로 다른 깊이(높이)에 위치하는 복수의 패턴으로부터 방출된 전자를 이용해서, 시료 상에 형성된 패턴과 매설된 패턴 사이의 치수를 측정하는 방법이 설명되어 있다.
일본국 특허 제5640027호(대응 미국특허공개 US2014/0375793) 일본국 특개평5-290786호 공보(대응 미국특허 USP5,412,210)
특허문헌 2에 설명되어 있는 바와 같이, 전자빔의 가속 에너지(시료에 대한 빔의 도달 에너지)를 높게 함에 의해, 전자빔은 시료 표면에는 노출되어 있지 않은 매설된 패턴 등에 도달한다. 매설된 패턴에 도달하고, 반사된 전자나 당해 반사 전자가 초래하는 새로운 전자를 검출할 수 있으면, 시료 표면에 노출되어 있지 않은 패턴이어도, 그 패턴을 화상화할 수 있다. 한편, 작금의 반도체 프로세스는 가일층 미세화가 진행되고, 다층 구조화와 함께 그 겹침의 정도의 배리에이션도 증가 하고 있다. 보다 구체적인 일례를 들면, 동일한 패턴이어도 다른 패턴과 겹쳐져 있는 부분과 그렇지 않은 부분이 존재할 경우가 있다. 이와 같이 다른 패턴 등과의 겹침 상태가 서로 다르면, 동일 패턴이어도 화상 상의 외관이 서로 다르다. 특허문헌 1의 패턴 추출법은, 다른 패턴과 겹침에 의해, 겹치지 않는 부분과의 외관이 서로 다른 것이 고려되어 있지 않다. 특허문헌 2도, 동일 패턴에 다른 패턴과 겹쳐져 있는 부분과 그렇지 않은 부분이 있는 것이 고려되어 있지 않다.
이하에, 하나의 패턴에 다른 패턴과 겹치는 부분과 그렇지 않은 부분이 혼재해 있다고 해도, 정확히 패턴의 식별을 행하고, 결과적으로 고정밀도의 계측을 실행하는 것을 목적으로 하는 오버레이 오차 계측 장치, 및 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 시료 상에 형성된 복수의 패턴 간의 오버레이 오차를 연산하는 연산 장치를 구비한 오버레이 오차 계측 장치로서, 화상 상의 휘도 경계에 의해 나뉜 복수의 영역을 지정하는 화상 지정 장치를 구비하고, 상기 연산 장치는, 상기 휘도 경계에 의해 나뉜 복수의 영역에 대응하는 피계측 화상의 영역을, 제1 패턴으로서 식별하고, 당해 식별된 제1 패턴을 사용해서 오버레이 오차 측정을 행하는 오버레이 오차 계측 장치를 제안한다. 또한, 상기 치수 연산을 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
상기 구성에 따르면, 하나의 패턴에 다른 패턴이 겹치는 부분과 그렇지 않은 부분이 겹쳐져 있는 바와 같은 경우에도, 고정밀도의 오버레이 오차 계측을 실현하는 것이 가능해진다.
도 1은 오버레이 오차 계측 공정을 나타내는 플로우차트.
도 2는 오버레이 오차 계측 장치의 개요를 나타내는 블록도.
도 3은 오버레이 오차 계측 조건을 설정하는 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 다층 구조를 갖는 반도체 디바이스의 일부와, 그 SEM 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 오버레이 오차 계측에 제공되는 기준 화상에, 경계 탐색의 기준으로 되는 템플릿부를 설정한 예를 나타내는 도면.
도 6은 오버레이 오차 계측에 제공되는 기준 화상과 피계측 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 경계 탐색에 의거하여, 패턴의 식별 처리를 행한 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 경계 탐색의 기점으로 되는 템플릿을 겹쳐 설정한 예를 나타내는 도면.
도 9는 템플릿 설정에 의거하여 패턴 식별된 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 주사 전자 현미경 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 주사 전자 현미경의 일례를 나타내는 도면.
이하, 오버레이 오차 계측 장치, 오버레이 오차 계측을 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램, 및 당해 컴퓨터 프로그램을 기억하는 기억 매체를, 도면을 사용해서 설명한다. 이하에 설명하는 실시예에서는, 하전 입자선 장치에 의해 취득된 화상에 의거하여, 오버레이 오차 계측을 행하는 장치, 컴퓨터 프로그램에 대해 설명한다.
반도체 웨이퍼를 촬상하는 SEM의 전자빔의 가속 전압을 올리면 전자빔이 투과하여, 하층의 노광 패턴에 대해 도 4와 같은 상이 얻어진다. 도 4에 예시하는 반도체 시료에는, 그 사이에 복수의 트렌치(홈 형상 패턴)를 형성하는 복수의 상층 패턴(401), 트렌치의 바닥부에 위치하는 패턴(402), 및 패턴(401)의 하층에 위치하고, 패턴(401)의 장변 방향에 직교하는 방향으로 길게 형성된 패턴(403)이 포함되어 있다. SEM 화상(404)에는, 패턴(401~403)이 표시되어 있다. 저가속의 전자빔으로는 시료 표면에 노출하고 있지 않은 패턴(403)까지, 도달할 수 없어, 패턴(403)은 표시되지 않지만, 고가속의 전자빔을 조사하면, 전자빔이 패턴(401, 402)을 관통해, 패턴(403)까지 도달하기 때문에, 패턴(403)이 표시된다.
한편, 패턴(403)의 일부인 부위(405)의 상층에는, 패턴(401)이 위치하고, 패턴(403)의 일부인 부위(406)의 상층에는, 패턴(402)이 위치한다. 전자빔이 투과 하는 층의 유무나 두께·재질에 따라 방출되는 전자량 즉 화상의 밝기가 서로 다르기 때문에, 하나의 노광 패턴(패턴(403))이 복수의 화상 농담도로 묘출(描出)되게 된다. 즉, 휘도 정보만으로 패턴을 식별하는 것은 곤란하다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 오버레이 오차 측정의 대상으로 되는 패턴이 복수의 서로 다른 휘도 영역을 포함할 경우에도, 그 서로 다른 휘도 영역으로 구성되는 패턴을, 오버레이 오차 계측에 제공할 수 있는 장치, 및 컴퓨터 프로그램에 대해 설명한다.
복수의 서로 다른 휘도(화상 농담도) 영역을 포함하고, 하나의 패턴으로서 인식하기 어려운 패턴이어도, 하나의 패턴으로서 오버레이 오차 계측에 제공하기 위해, 도 5에 예시하는 바와 같이 기준 화상 상에서, 복수의 화상 농담도 영역을 연결하도록 하는 지정에 의거하여, 노광 패턴에 대응하는 템플릿을 미리 작성해 둔다. 검사 화상(오버레이 오차 계측을 행하는 피계측 화상)과 기준 화상의 위치맞춤을 행한 후, 검사 화상과 기준 화상의 어긋남량을 보정하고 템플릿을 검사 화상에 겹치고, 템플릿에 나타난 패턴 영역을 기점으로 해서 검사 화상 상의 패턴 경계를 구한다. 보다 구체적으로는, 기준 화상이 표시된 표시 장치 상에서, 포인팅 디바이스 등을 사용해서, 화상 상의 휘도 경계에 의해 나뉜 복수의 영역(예를 들면 도 4의 부위(405), 부위(406))을 지정하고, 기준 화상과 검사 화상의 중첩 후, 지정된 휘도 경계에 의해 나뉜 복수의 영역에 대응하는 피계측 화상 영역을, 제1 패턴으로서 식별하고, 당해 식별된 제1 패턴을 사용해서 오버레이 오차 측정을 행한다.
상술한 바와 같은 방법에 따르면, 고가속 전자빔 등에 의한 투과상에 대해서도 오버레이 계측을 행할 수 있다.
도 11은, 하전 입자선 장치의 1종인 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope：SEM)(1100)의 개요를 나타내는 도면이다. 전자원(1101)으로부터 인출 전극(1102)에 의해 인출되고, 도시하지 않은 가속 전극에 의해 가속된 전자빔(1103)은, 집속 렌즈의 일 형태인 콘덴서 렌즈(1104)에 의해, 좁혀진 후에, 주사 편향기(1105)에 의해, 시료(1109) 상을 일차원적, 혹은 이차원적으로 주사된다. 전자빔(1103)은 시료대(1108)에 내장된 전극에 인가된 음전압에 의해 감속됨과 함께, 대물 렌즈(1106)의 렌즈 작용에 의해 집속되어 시료(1109) 상에 조사된다.
전자빔(1103)이 시료(1109)에 조사되면, 당해 조사 개소로부터 이차 전자, 및 후방 산란 전자와 같은 전자(1110)가 방출된다. 방출된 전자(1110)는, 시료에 인가되는 음전압에 의거하는 가속 작용에 의해, 전자원 방향으로 가속되고, 변환 전극(1112)에 충돌하여, 이차 전자(1111)를 생기게 한다. 변환 전극(1112)으로부터 방출된 이차 전자(1111)는, 검출기(1113)에 의해 포착되고, 포착된 이차 전자량에 의해, 검출기(1113)의 출력이 변화된다. 이 출력에 따라 도시하지 않은 표시 장치의 휘도가 변화된다. 예를 들면 이차원상을 형성할 경우에는, 주사 편향기(1105)에의 편향 신호와, 검출기(1113)의 출력의 동기를 취함으로써, 주사 영역의 화상을 형성한다.
또한, 도 11에 예시하는 주사 전자 현미경은, 도시하지 않은 가속 전극에 고전압(예를 들면 15kV 이상)의 인가가 가능한 장치이고, 고가속으로 전자빔을 조사함에 의해, 시료 표면에는 노출되어 있지 않은 매설 패턴 등에, 전자빔을 도달시킬 수 있다. 또한, 도 1의 예에서는 시료로부터 방출된 전자를 변환 전극으로 일단 변환해서 검출하는 예에 대해 설명하고 있지만, 물론 이러한 구성에 한정되지 않고, 예를 들면 가속된 전자의 궤도 상에, 전자 배상관이나 검출기의 검출면을 배치하도록 하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
제어 장치(1120)는, 주사 전자 현미경의 각 구성을 제어함과 함께, 검출된 전자에 의거하여 화상을 형성하는 기능이나, 라인 프로파일이라고 하는 검출 전자의 강도 분포에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 패턴 폭을 측정하는 기능을 구비하고 있다. 또한, 제어 장치(1120) 내에는, 주로 SEM의 광학 조건을 제어하는 SEM 제어 장치와, 검출기(1113)에 의해 얻어진 검출 신호의 신호 처리를 행하는 신호 처리 장치가 포함되어 있다. SEM의 제어 장치는, 빔의 주사 조건(방향이나 속도 등)을 제어하기 위한 주사 제어 장치를 포함한다. 또한, 제어 장치(1120) 내에는 도시하지 않은 기억 매체가 구비되어 있고, 후술하는 바와 같은 화상 처리나 연산을 컴퓨터(CPU)에 실행시키는 프로그램이 기억되어 있다.
화상 처리부에는 화상 메모리가 포함된다. 화상 메모리는, 예를 들면 1024×1024의 화소에서, 깊이 방향으로 256단계의 계조를 기억하는 것이 가능한 메모리이다. SEM 제어 장치로부터 출력되는 신호에 의거하여, 각 어드레스(화소)에 대한 신호의 기입을 실시한다. 화상 메모리의 메모리 위치에 대응한 어드레스 신호를, 빔의 조사 위치에 동기시킴에 의해, 빔의 조사 위치와 기입 좌표를 일치시킨다. 어드레스에 대응하여 판독된 신호는, AD변환기에서 아날로그로부터 디지털로 변환되고, 상표시 장치의 휘도 변조 입력으로 된다. 제어 장치(120)에서는, 복수 회의 주사에 의거하여 얻어진 화상 데이터를 적산하는 적산 처리가 행해진다. 적산 처리는 예를 들면 화소마다 복수의 프레임에 의해 얻어지는 신호를 가산 평균함에 의해 행한다.
도 1은, 기준 화상을 사용해서 템플릿을 작성해 두고, 당해 템플릿 정보를 포함하는 기준 화상과, 피계측 화상의 중첩에 의거하여, 피계측 화상 중에서 오버레이 오차 측정에 제공하는 영역을 식별하고, 당해 식별에 의거하여 오버레이 오차 측정을 실행하는 공정을 나타내는 플로우차트이다. 도 2는, 오버레이 오차 계측 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2에 예시하는 오버레이 오차 계측 장치는, 도 11에 예시하는 주사 전자 현미경과 같은 화상 생성 장치로부터, 화상 정보를 입력하고, 측정 결과 등을 출력하는 입출력부(205), GUI 화상 상으로부터 필요한 정보를 입력하는 조작부(204), 입출력부(205)로부터 입력된 화상 정보와, 조작부(204)로부터 입력된 측정 조건 정보 등에 의거하여, 측정에 요하는 연산 처리를 실행하는 연산부(202)를 구비한 제어부(201), 및 주사 전자 현미경에 의해 얻어진 화상, 화상에 의거하여 얻어진 측정 결과, 및 GUI 화상 등을 표시하는 표시부(203)를 구비하고 있다.
오버레이 오차 계측을 행하기 위해, 우선, 입출력부(205)로부터 기준 화상과 검사 화상을 연산부(201)에 판독 기입하고, 양자 간에서 위치 맞춤을 행한다(스텝 101). 위치맞춤은 기준 화상과 검사 화상을 상대적으로 시프트하면서, 화상 농담의 일치도나 정규화 상관 등에 의거하여 산출되는 일치도를 평가하고, 예를 들면 일치도가 가장 높아지는 위치에서 위치 맞춤을 행한다. 위치맞춤이 실패했을 경우(예를 들면 일치도가 소정의 조건을 만족하지 않은 경우나, 복수의 매칭 후보 위치가 추출된 경우), 오계측 결과가 출력되지 않도록 제외 처리(스텝 108)로 진행한다.
위치맞춤이 성공했을 경우, 기준 화상과 함께 등록되어 있는 템플릿도 검사 화상에 중첩된 상태로 된다(스텝 103).
템플릿의 예를 도 5에 나타낸다. 짧은 파선으로 둘러싸인 노광 패턴2(502)와 같이 패턴이 복수의 화상 농담도로 묘화되어 있는 부분을 연결하도록 영역을 지정한다. 노광 패턴1(501), 3(503)과 같이 단일 농담도로 묘화되어 있는 부분에 대해서는 템플릿을 지정해도 하지 않아도 된다. 템플릿은 기준 화상을 사용해서 미리 설정해 두고, 기준 화상과 함께 기억해 둔다. 템플릿의 작성을 행할 경우, 복수의 휘도(화상 농담도)로 표현되어 있지만 단일의 패턴에 속하는 영역을 접속하도록 지정한다. 또한, 도 5의 노광 패턴2(502)는, 하나의 직사각형 영역 설정에 의해 2개의 서로 다른 휘도 영역을 연결하도록 설정하고 있지만, 이러한 직사각형 지정이 아닌, 예를 들면 하나의 휘도 영역 단위로 영역 내의 1점의 지정을 행하고, 그 지정 후, 각 영역에 대해 후술하는 경계 검색을 행하도록 해도 된다. 경계 검색에 의해 복수의 휘도 영역이 식별되기 때문에, 그들을 그루핑(grouping)함에 의해, 후술하는 패턴 식별을 행하도록 해도 된다.
다음으로, 검사 화상에 겹친 템플릿의 노광 패턴 영역을 기점으로 패턴 경계를 탐색한다(스텝 104). 경계 탐색에는 Graph cuts법이나 Random Walker법 등을 사용한다. 도 5에 예시한 바와 같이, 화상 상의 하나의 패턴의 복수의 휘도 영역에 걸친 직사각형 영역(노광 패턴2(502))을 미리 설정해 둠에 의해, 각 영역의 기준점을 기점으로 한 경계 검색을 행할 수 있고, 결과적으로, 오버레이 오차 계측의 기준으로 되는 패턴 전체(화상에 패턴의 일부만 나타나 있을 때는, 그 부분)를, 다른 영역과 식별하는 것이 가능해진다. 또한, 노광 패턴2(502)와 같이 패턴의 윤곽이 아닌, 그보다 좁은 영역을 지정함에 의해, 기준 화상과 피계측 화상의 사이에서 배율 변동 등에 의해 패턴의 크기가 변해 버렸다고 해도, 다른 패턴과 혼동하지 않고, 경계 탐색에 의거하는 패턴의 식별이 가능해진다.
또한, 하나의 패턴에 속하는 복수의 휘도 영역의 복수의 휘도값 등을 미리 알고 있을 경우에는, 그 복수의 휘도값을 지정하고, 그 지정된 휘도 영역을 화상 내 검색하고, 그 검색 결과를 그루핑함에 의해, 패턴 식별을 행하도록 해도 된다. 또한 하나의 화상 내에 동일한 레이어에 속하는 복수의 패턴이 포함되어 있고, 이것을 모두 선택하도록 할 경우는, 예를 들면 하나의 패턴의 복수의 휘도 영역을 선택하면, 선택해야 할 휘도 정보를 알 수 있으므로, 이 선택 정보에 의거하여, 다른 선택해야 할 화상 영역을 탐색하도록 해도 된다.
이상과 같은 처리를 행함에 의해, 특정한 레이어에 속하는 패턴을, 다른 영역으로부터 식별할 수 있기 때문에, 구해진 경계로 패턴을 분리하는 것이 가능해진다. 분리한 예를 도 7에 나타낸다. 도 7은, 도 6에 예시하는 기준 화상(601)과 검사 화상(602)의 쌍방에서 패턴 식별 처리를 행한 예를 나타내는 도면이다. 도 7에는, 기준 화상으로부터 식별한 특정 패턴(노광 패턴2) 화상(701), 기준 화상으로부터 식별한 특정 패턴 이외의 영역 화상(702), 검사 화상으로부터 식별한 특정 패턴 화상(703), 및 검사 화상으로부터 식별한 특정 패턴 이외의 영역 화상(704)을 예시하고 있다.
이상과 같이 해서 생성된 화상에 대해, 특정 패턴 화상과, 특정 패턴 이외의 영역 화상마다 기준 화상과 검사 화상의 위치맞춤을 행한다(스텝 105). 위치맞춤에는 패턴 형상으로부터 패턴의 무게 중심 위치를 구하고, 당해 무게 중심 위치를 일치시키는 위치 맞춤법이나, 복수의 화소값의 상관을 정규화 상관에 의해 구함에 의해, 매칭 위치를 산출하는 방법 등의 적용이 가능하다. 위치맞춤이 실패했을 경우, 오계측 결과가 출력되지 않도록 제외 처리(스텝 108)로 진행한다.
위치맞춤이 성공했을 경우, 패턴마다의 기준 화상에 대한 검사 화상의 위치 어긋남의 차분을 계산함으로써 패턴 간의 오버레이 오차를 구할 수 있다(스텝 107). 오버레이 오차는, 화상(701)과 화상(703)의 사이에서 위치 맞춤 처리를 행하고, 그 때 요구되는 상대 위치 어긋남(dx2, dy2)을 구함과 함께, 화상(702)과 화상(704)의 사이에서 위치 맞춤 처리를 행하고, 그 때 요구되는 상대 위치 어긋남(dx0, dy0)을 구하고, (dx2-dx0, dy2-dy0)을 푸는 것에 의해 구할 수 있다. 이 값은 특정 패턴과, 그 이외의 패턴 사이의 오버레이 오차로 된다.
템플릿을 작성하는 GUI(Graphical User Interface) 화면의 일례를 도 3에 나타낸다. 도 3에 예시하는 GUI 화면은 표시부(203)에 표시된다. 당해 GUI 화면에는, 기준 화상을 표시하는 표시 프레임(301)이 설치되어 있다. 도시하지 않은 기억 매체에 기억되고, 조작부(204)의 지시에 의해 선택되고, 판독되는 기준 화상이, 표시 프레임(301)에 표시된다. GUI 화면 내에는, 영역 지정부(302)가 더 표시되어 있다. 영역 지정부(302)는, 패턴의 식별ID를 지정하기 위해 설치되어 있다. 영역 지정부(302)에 의해 식별ID를 설정한 상태에서, 복수의 화상 농담도로 나눠져 있는 노광 패턴을 연결하도록 영역을 지정한다. 도 3의 예에서는, 하나의 패턴에 속하는 복수의 휘도 영역 모두를 걸치도록 직사각형 영역(305)이 지정되어 있다. 또한, 지정한 영역을 색별로 투명색으로 칠해도 되고, 윤곽을 묘화해도 된다.
식별ID와 영역 선택 정보를 관련지어 등록함에 의해, 직사각형 영역(305)이 특정 패턴에 속하는 것인 것, 및 경계 탐색에 의해 추출된 기준 화상과 피계측 화상의 화상 영역이 특정 패턴 영역이라고 하는 식별 정보를 부여하는 것이 가능해진다. 복수의 휘도 영역을 연결하는 영역을 설정할 경우에는, 예를 들면 설정 영역 형상 설정부(304)에 의해, 직사각형, 타원, 직선 등의 형상이나, 프리핸드에 의한 지정을 선택하고, 포인팅 디바이스 등을 사용해서, 표시 프레임(301) 내에서 그 크기를 선택하도록 해도 된다. 또한 설정 영역의 크기를 영역 사이즈 설정부(303)에서 임의의 크기로 설정하도록 해도 된다.
도 10은, 도 11에 예시한 바와 같은 주사 전자 현미경과, 도 2에 예시한 바와 같은 오버레이 오차 계측 장치를 포함하는 주사 전자 현미경 시스템의 개요를 나타내는 도면이다. 도 10에 예시하는 주사 전자 현미경 시스템은, 주사 전자 현미경(1100), 주사 전자 현미경을 제어하는 제어 장치(1120), 연산 처리 장치(1001)(오버레이 오차 계측 장치), 및 입력 장치(1008)를 포함하고 있다. 제어 장치(1120)는, 도 2의 제어부(202)에 상당하는 것이고, 연산 처리 장치(1001)는, 도 2의 연산부(202)에 상당하는 것이다. 또한, 입력 장치(1008)는, 도 2의 조작부(204)나 입출력부(205)에 상당하는 것이다. 연산 처리 장치(1001)에는, 주사 전자 현미경의 제어 프로그램(레시피), 화상 데이터, 기준 화상에 부대(附帶)해서 기억되는 식별ID, 경계 탐색에 사용되는 화상 처리 프로그램, 패턴 매칭 처리 등에 사용되는 프로그램, 오버레이 오차 계측에 요하는 연산식 등이 기억되어 있다.
경계 탐색부(1004)는, Graph cuts법 등에 의해 하나의 패턴의 경계 탐색 처리를 실행한다. 또한, 템플릿 생성부(1005)는, 영역 분할된 패턴 영역을 템플릿으로서 추출하고, 매칭 처리부(1006)는, 생성된 템플릿을 사용해서, 기준 화상과 피계측 화상의 사이에서 위치 맞춤 처리를 실행한다. 오버레이 오차 계측부(1007)는, 메모리(1003)에 기억된 연산식 등을 사용해서, 오버레이 오차 계측을 실행한다. 입력 장치(1008)(화상 지정 장치)의 표시 장치에는, 도 3에 예시하는 GUI 화면 등이 표시되고, 포인팅 디바이스 등에 의해, 화상 내의 임의의 영역의 설정이 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 연산 처리 장치(1001)에 있어서의 제어나 처리의 일부 또는 모두를, CPU나 화상의 축적이 가능한 메모리를 탑재한 전자 계산기 등에 배정해서 처리·제어하는 것도 가능하다. 또한, 제어 장치(1102)와 연산 처리 장치(1001)를 하나의 연산 장치로 하도록 해도 된다.
또한, 도 8에 예시하는 바와 같이, SEM 화상 상에서 중첩하는 서로 다른 패턴에 대해, 각각에 대응하는 템플릿을 겹치도록 설정할 수도 있다. 도 8의 예에서는, 지면(紙面) 종방향으로 길게 형성된 패턴에 포함되는 복수의 휘도 영역에 걸치도록, 노광 패턴(2801)이 설정되고, 지면 횡방향으로 길게 형성된 패턴에 포함되는 복수의 휘도 영역에 걸치도록, 노광 패턴(3802)이 설정되어 있다. 이러한 설정에 의거하여, 기준 화상과 피계측 화상에 대해 패턴 분리를 행함에 의해, 노광 패턴2, 3 각각에 대해 무게 중심 위치를 사용한 위치맞춤을 행할 수 있다. 도 9는, 상기 패턴 분리 처리를 기준 화상과 피계측 화상의 쌍방에 대해 행한 예를 나타내는 도면이다. 도 9에서는, 기준 화상으로부터 식별한 제1 특정 패턴의 화상(901), 기준 화상으로부터 식별한 제2 특정 패턴의 화상(902), 피계측 화상으로부터 식별한 제1 특정 패턴의 화상(903), 및 피계측 화상으로부터 식별한 제2 특정 패턴의 화상(704)을 예시하고 있다. 반도체 디바이스의 회로 패턴 형성 시의 에칭 편차 등의 영향으로 패턴 사이즈가 변동하지만, 무게 중심 위치 평가를 행함에 의해, 패턴 사이즈 변동의 영향을 받지 않는 오버레이 계측을 행할 수 있다.
패턴의 일부만으로 오버레이 계측 오차를 측정하면, 패턴의 부분적인 변형에 의해, 오버레이 오차 계측 결과가 바뀌어 버릴 가능성이 있지만, 패턴 전체를 오버레이 오차 계측에 적용하는 것이 가능한 상기 방법에 따르면, 패턴의 부분적인 변형 등에 상관없이, 고정밀도의 오버레이 오차 측정을 행하는 것이 가능해진다.
201…제어부, 202…연산부, 203…표시부, 204…조작부, 205…입출력부

Claims (8)

  1. 화상 데이터에 포함되는 다른 레이어에 속하는 복수의 패턴 간의 오버레이 오차를 계측하는 시스템으로서,
    검출기, 빔 소스, 및 빔 소스로부터 방출된 빔을 집속하는 렌즈를 포함하고, 상기 오버레이 오차 계측에 제공하는 화상을 취득하도록 구성된 이미징 도구와,
    화상 내에서, 제1 레이어에 속하는 휘도가 다른 복수의 영역을 지정하도록 구성된 입력 장치와,
    메모리에 기억된 프로그램 지시를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하는 컴퓨터 시스템을 구비하고,
    상기 프로그램 지시는, 상기 프로세서에게,
    상기 이미징 도구로부터 오버레이 오차 계측의 대상이 되는 화상을 수취시키고,
    당해 수취된 화상에 대하여, 상기 입력 장치로부터 지정된 복수의 영역에 대한 경계 탐색을 실행시키고,
    상기 복수의 영역에 대하여 탐색된 경계에 의해 정의되는 제1 패턴과, 상기 제1 레이어와는 다른 제2 레이어의 제2 패턴의 사이에서 오버레이 오차 측정을 행하게 하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    기준 화상과 피계측 화상을 사용해서 오버레이 계측을 행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 패턴이 식별된 기준 화상과, 상기 제1 패턴이 식별된 피계측 화상과의 사이의 제1 위치 어긋남 정보와, 상기 제1 패턴 이외의 영역 혹은 제1 패턴 이외의 제2 패턴이 식별된 기준 화상과, 상기 제1 패턴 이외의 영역 혹은 제1 패턴 이외의 제2 패턴이 식별된 피계측 화상과의 사이의 제2 위치 어긋남 정보에 의거하여, 상기 오버레이 오차를 구하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 위치 어긋남 정보와 상기 제2 위치 어긋남 정보의 차분 연산에 의거하여, 상기 오버레이 오차를 구하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력 장치에 의해 지정된 영역을 기점으로 해서, 경계 검색을 행하고, 당해 경계 검색에 의거하여 상기 제1 패턴을 식별하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    미리 기준 화상과 함께 기억된 상기 경계 검색의 기점 정보에 의거하여, 피계측 화상에 대해, 상기 경계 검색을 실행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기준 화상과 상기 피계측 화상과의 사이에서 위치 맞춤을 행하고, 당해 위치 맞춤에 의거하여, 상기 피계측 화상에 상기 기점을 설정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 컴퓨터가, 화상 데이터에 포함되는 다른 레이어에 속하는 복수의 패턴 간의 오버레이 오차를 계측하도록 하기 위한 컴퓨터 프로그램 명령을 저장한 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
    상기 명령은,
    검출기, 빔 소스 및 빔 소스로부터 방출된 빔을 집속하는 렌즈를 포함하고 상기 오버레이 오차 계측에 제공하는 화상을 취득하도록 구성된 이미징 도구로부터 오버레이 오차 계측의 대상이 되는 화상을 수취하고,
    당해 수취된 화상에 대하여, 화상 내에서 제1 레이어에 속하는 휘도가 다른 복수의 영역을 지정하도록 구성된 입력 장치로부터 지정된 복수의 영역에 대한 경계 탐색을 행하고,
    상기 복수의 영역에 대하여 탐색된 경계에 의해 정의되는 제1 패턴과, 상기 제1 레이어와는 다른 제2 레이어의 제2 패턴의 사이에서 오버레이 오차 측정을 행하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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