KR102178046B1 - 패턴 평가 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 측정, 검사 조건, 이들 조건이 기억된 레시피가 미리 준비되어 있는 상태로 하고, 반도체 웨이퍼 등의 패턴을 전사(轉寫)해서 생성되는 레플리카를 측정, 검사하기 위하여 제공되는 측정 조건, 혹은 검사 조건의 설정, 또는 레시피의 생성을 용이하게 실현하는 패턴 평가 장치의 제공을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 빔 조사 혹은 시료에 대한 프로브의 주사에 의거해서 얻어지는 화상 데이터, 혹은 신호 파형에 의거해서, 상기 시료 상에 형성된 패턴의 평가를 행하는 패턴 평가 장치로서, 반도체 웨이퍼를 평가하기 위한 장치 조건을, 반도체 웨이퍼를 전사한 레플리카를 평가하기 위한 장치 조건으로 변환하고, 당해 변환된 장치 조건을 이용해서, 상기 레플리카를 평가하는 패턴 평가 장치를 제안한다.

Description

패턴 평가 장치
본 개시는, 반도체 제조 프로세스 등에 의해서 생성되는 패턴의 평가 장치에 관한 것이며, 특히, 미세 패턴을 수지에 전사(轉寫)하고, 전사 후의 패턴 형상을 평가하는 패턴 평가 장치에 관한 것이다.
최근의 반도체 패턴의 집적화·적층화에 수반하여, 반도체 디바이스의 제조 공정이나 연구 개발 공정에 있어서의 패턴의 형성 결과 평가에 있어서는, 패턴의 삼차원 형상 계측이 보다 중요하게 되고 있다. 종래부터 패턴 계측 장치로서 사용되고 있는 전자현미경에서는, 미세하며 또한 애스펙트가 높은 패턴의 저부(底部)의 정보를 얻는 것이 어렵고, 이와 같은 패턴의 삼차원 형상 계측에는 부적합하다. 그래서 비특허문헌 1에서는, 반도체 패턴을 수지에 전사한 레플리카를 제작하고, 오목 형상을 볼록 형상으로 반전함으로써, 평가를 용이하게 행하는 기술이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 1에는 반도체 웨이퍼 상의 피검사 패턴으로부터 레플리카를 자동 채취하기 위한 레플리카 채취 장치와, 그것을 자동 검사하기 위한 레플리카 검사 시스템을 제안하고 있다. 한편, 시료 상에 형성된 패턴을 자동적으로 측정, 검사하는 장치에서는, 레시피라 불리는 측정, 검사 장치를 자동적으로 제어하는 제어 프로그램을 미리 준비해 두고, 레시피를 이용한 제어에 의해서, 자동적인 측정, 검사가 행해지고 있다. 특허문헌 2에서는, 웨이퍼와 마스크와 같은 동일한 패턴이 형성되어 있지만, 다른 시료를 검사할 경우에, 하나의 시료의 레시피를, 다른 시료의 레시피로 자동 변환하는 기능을 제안하고 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 하나의 제조 공정에서 생성된 시료의 측정을 행하기 위한 촬상 레시피 정보를, 다른 제조 공정에서 생성된 시료의 측정을 행하기 위한 촬상 레시피의 생성에 이용하기 위하여, 다종 데이터를 좌표 정보를 이용해서 대응시키고, 다종 데이터의 일부 혹은 모두를 선택하고, 선택된 데이터를 이용해서 촬상 레시피를 생성하는 방법이 설명되어 있다.
일본 특개2015-021805호 공보 일본 특개2012-243831호 공보 일본 특개2007-147366호 공보(대응 미국특허 USP7,615,746)
Narender Rana, Dario Goldfarb, "Bridging CD metrology gap of advanced patterning with assistance of nanomolding", Proc. Of SPIE, 8324, 83241-M, 2012.
비특허문헌 1이나 특허문헌 1에 설명되어 있는 바와 같은 레플리카를 생성하고, 그 레플리카를 주사 전자현미경 등으로 측정할 수 있으면, 삼차원 형상의 평가를 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다. 한편, 패턴 계측 등을 행하는 주사 전자현미경은, 자동 측정을 가능하게 하기 위하여, 레시피라 불리는 동작 프로그램에 의해서 제어되고 있다. 레플리카의 측정을 효율적으로 행하기 위해서도, 레시피를 이용한 자동 측정을 행하는 것이 바람직하지만, 웨이퍼에 형성된 패턴이, 미러링되어 전사되기 때문에, 웨이퍼 측정용의 레시피를 이용한 측정을 행할 수는 없다. 비특허문헌 1과 특허문헌 1에는, 레플리카 측정용의 레시피나 측정 조건을 어떻게 설정해야 하는지, 그 설명이 없다. 또한, 특허문헌 2, 3에는, 반도체 웨이퍼의 레시피 생성에 대하여 언급이 있지만, 패턴의 배치 등이 반전하는 레플리카 측정에 요하는 레시피 생성이나 측정 조건의 설정에 관한 설명은 없다.
이하에, 반도체 웨이퍼 등의 측정, 검사 조건, 이들 조건이 기억된 레시피가 미리 준비되어 있는 상태로 하고, 반도체 웨이퍼 등의 패턴을 전사해서 생성되는 레플리카를 측정, 검사하기 위하여 제공되는 측정 조건, 혹은 검사 조건의 설정, 또는 레시피의 생성을 용이하게 실현하는 것을 목적으로 하는 패턴 평가 장치를 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 빔 조사 혹은 시료에 대한 프로브의 주사에 의거해서 얻어지는 화상 데이터, 혹은 신호 파형에 의거해서, 상기 시료 상에 형성된 패턴의 평가를 행하는 패턴 평가 장치로서, 반도체 웨이퍼를 평가하기 위한 장치 조건을, 반도체 웨이퍼를 전사한 레플리카를 평가하기 위한 장치 조건으로 변환하고, 당해 변환된 장치 조건을 이용해서, 상기 레플리카를 평가하는 패턴 평가 장치를 제안한다.
상기 구성에 따르면, 반도체 웨이퍼를 평가하는 장치 조건이 있으면, 레플리카 평가를 위한 장치 조건을 생성할 수 있기 때문에, 레플리카 측정용의 장치 조건을 용이하게 설정하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 레플리카 채취 및 레플리카 검사 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 레플리카 검사 시스템을 이용한 측정, 검사 공정을 나타내는 플로차트.
도 3은 반도체 웨이퍼의 레플리카 취득 영역의 개요를 나타내는 도면.
도 4는 반도체 웨이퍼 상에서의 피검사점의 위치 결정 방법을 나타내는 도면.
도 5는 반도체 웨이퍼 측정에 이용되는 템플릿을 반전해서, 레플리카 측정용의 템플릿을 생성한 예를 설명하는 도면.
도 6은 반도체 웨이퍼용의 계측 알고리즘을, 레플리카용의 계측 알고리즘으로 변환한 예를 나타내는 도면.
도 7은 주사 전자현미경과 레플리카 채취 장치를 포함하는 측정, 혹은 검사 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 주사 전자현미경의 스테이지에 놓인 레플리카 수지의 일례를 나타내는 도면.
이하의 설명은, 반도체 패턴을 전사한 레플리카 상에 형성된 패턴의 평가를 행하는 패턴 평가 장치에 관한 것이다. 반도체 웨이퍼를 측정이나 검사의 대상으로 하는 전자현미경은, 통상적으로, 촬상 레시피라 불리는 동작 프로그램에 의한 제어에 의해서, 자동적으로 측정이나 검사가 행해진다. 레플리카를 측정, 검사하는 장치에 있어서도, 적정한 장치 조건의 설정에 의거한, 측정 등을 행하는 것이 요구되지만, 레플리카로 인한 사정을 고려할 필요가 있다.
우선, 레플리카는, 반도체 디바이스에, 연화(軟化)시킨 수지를 밀어붙임으로써, 반도체 디바이스 패턴의 형상을 전사한 것이다. 따라서, 레플리카에는, 웨이퍼 상에 형성된 패턴이, 미러링되어 전사된다. 한편, 반도체 웨이퍼를 촬상하는 레시피는, 패턴의 이상(理想) 형상을 나타내는 설계 데이터나, 이미 취득된 반도체 웨이퍼의 화상 데이터를 이용해서 생성되지만, 미러링 패턴인 레플리카에는, 설계 데이터 등이 존재하지 않는다. 그 때문에, 측정이나 검사의 대상으로 되는 패턴의 설계 데이터, 반도체 웨이퍼의 촬상 레시피에 기억된 화상 데이터, 혹은 반도체 웨이퍼의 측정이나 검사에 의해서 취득된 화상 데이터를 반전시킨 정보를 이용해서, 측정이나 검사 조건을 설정할 필요가 있다.
또한, 측정이나 검사의 대상으로 되는 패턴이, 레플리카를 구성하는 수지 도포 영역의 단부에 존재할 경우, 단부는 레플리카 수지의 막두께의 불균일성이나 이형(離型) 시의 변형과 같은, 레플리카의 성형성을 손상시키는 요인이 크기 때문에, 측정이나 검사의 대상으로 되는 패턴의 형상이 변형하거나, 혹은 패턴의 무너짐이나 균열이 생기는 것과 같은 결함이 발생하기 쉬워진다. 또한, 시료에 음전압을 인가해서 가속 전압을 제어하는 방식의 전자현미경을 이용한 형상 계측에서는, 전계가 불안정해지기 때문에, 일차전자에 변형이 발생하고, 계측 정밀도가 저하한다.
전술과 같은 조건을 감안해서, 레플리카를 취득하는 경우에는, 측정이나 검사의 대상으로 되는 패턴이, 레플리카 중앙으로 되도록 레플리카 취득 위치의 위치 결정을 행한다. 또한, 레플리카 취득 영역은, 웨이퍼의 최저한의 영역에서 레플리카를 취득하며, 또한 좌표 재계산을 용이하게 하기 위하여, 검사 대상 패턴이 속하는 칩의 상하좌우 네 모서리 중 어딘가를 포함하도록, 검사 대상 패턴을 중심으로 하는 칩과 같은 사이즈의 영역을 레플리카 취득 영역으로서 레플리카를 취득하고, 당해 레플리카의 측정이나 검사를 위한 조건을, 대상 패턴의 좌표 정보나, 화상 데이터 등의 반전에 의거해서 취득하고, 취득된 장치 조건을 이용해서, 레플리카 상의 대상 패턴의 측정 혹은 검사를 실행한다. 이와 같은 처리를 행함에 의해서, 수지에 전사된 레플리카 패턴의 형상을 고정밀도로 평가하는 것이 가능하게 된다.
이하, 도면을 이용해서 레플리카를 측정, 혹은 검사하는 장치, 및 레플리카를 측정, 혹은 검사하기 위한 레플리카의 채취법에 대하여 설명한다.
레플리카 검사 시스템의 전체 구성을 도 1에 나타낸다. 여기에서는 검사 프로브로서 전자선을 이용하는 경우를 예로 설명한다. 진공 챔버(103) 내에 구비된 반송용 홀더(111)에 피검체로 되는 반도체 웨이퍼(110)를 재치(載置)하고, 전자현미경(113)을 이용한 검사를 행하는 검사부(103)와, 피검체로부터 레플리카를 취득하기 위한 레플리카 패드(106)에 레플리카 수지(105)를 도포하기 위한 레플리카 수지 도포부(101)와, 레플리카 수지(105)가 도포된 레플리카 패드(106)를 패드 지지부(109)에 고정하고, 피검체에 눌러대고, 수지를 경화시켜, 레플리카를 취득하는 레플리카 취득부(102)와, 그들을 제어하는 제어부(104)(연산 처리 장치)를 구비한다.
다음으로 반도체 패턴의 검사/계측(이후 검사라 한다) 공정에 대하여 도 2를 이용해서 설명한다. 반도체 패턴의 검사는 제어계(도 1, 104)에 미리 기억된 자동 검사 레시피에 의거해, 스텝201∼204의 수순에 따라 행해진다. 자동 검사의 결과, 미리 설정된 이상(異常)값 판정 문턱값을 초과하는 점을 이상 개소로서 추출하고(스텝205), 그 정보를 레플리카 취득 및 레플리카 검사 공정에 사용한다. 사용되는 정보는 적어도, 피검체의 칩 사이즈, 이상점의 쇼트 내 좌표, 정밀 위치 결정 템플릿의 화상, 템플릿 취득 위치의 검사점과의 상대 위치 관계이고, 이 밖에 이상점에서 취득한 화상이나 이상점에서 취득된 검사 데이터가 포함되어도 된다.
다음으로, 레플리카 취득 공정에 대하여 설명한다. 도 3의 (a)는 피검체인 반도체 웨이퍼(301)의 일례를 나타내는 도면이다. 반도체 웨이퍼(301)에는, 복수의 반도체칩(302)이 배열되어 있다. 피검사점(303)(피평가점)은, 웨이퍼 검사에 의해 이상점으로서 추출된다. 도 3의 (a)에서는 5점의 피검사점이 추출되어 있다.
도 3의 (b)는, 피검사점을 포함하는 영역을 확대한 도면이다. 본 실시예에서는, 피검사점(303)이, 레플리카 수지(105)의 웨이퍼와의 접촉면의 중심으로 되도록, 레플리카 채취 영역(304)이 설정된다. 레플리카 채취 영역(304)은, 노광 장치의 쇼트(칩)와 동등한 크기를 갖는 원형 또는 직사각형의 영역으로 한다. 반도체 패턴의 레플리카는, 주로 수지를 피검사 패턴에 밀착시키고, 경화시키고, 박리하는 공정에 의해 취득되지만, 이때 피검사점이 수지 영역의 중심부에 존재하는지, 단부에 존재하는지로, 레플리카의 피검사점의 패턴 형상의 형상재현성에 차가 발생한다. 예를 들면 수지의 막두께는, 도포 시의 막두께 분포나, 원판과 레플리카 패드를 밀착시킬 때의 압력의 분포에 따라서 면 내에서 변화한다. 또한, 웨이퍼와 레플리카를 이형할 때의 박리력의 분포 등이 수지 영역 내에서 서로 다를 경우, 특히 수지 영역의 단부에서는 패턴 형상의 변형, 금·무너짐과 같은 패턴의 형상재현성을 저하시키는 현상이 발생하기 쉽다. 또한, 채취한 레플리카의 치수를 계측할 경우, 시료 홀더에 음전압을 인가해서 가속 전압을 제어하는 타입의 전자현미경에서는, 레플리카 단부에 있어서 전계가 불균일하게 되고, 빔 형상이 변형하여, 고정밀도의 치수 계측이 곤란하게 된다.
한편, 피검사점을 레플리카 수지 영역의 중심으로 하면, 레플리카 취득 시의 프로세스의 영향을 받기 어려우며, 또한 관찰 시에 샘플 단부에서의 전계의 불균일성의 영향을 받기 어려워진다. 또한, 쇼트 대(大)의 크기로 함으로써, 레플리카 채취 영역에는 칩의 네 모퉁이의 적어도 하나가 포함되므로, 칩의 네 모퉁이에 존재하는 칩 원점 마크(306)의 적어도 하나와 피검사점(303)의 패턴을, 하나의 레플리카에 아울러서 전사할 수 있다.
다음으로, 레플리카 검사를 위한 검사 레시피 생성에 대하여 설명한다. 레플리카 패드 상에 형성된 레플리카 패턴은, 반도체 패턴에 대하여, 좌우 및 요철이 반전한 구조로 된다. 레플리카 패턴을 자동 검사할 경우, 검사 레시피(측정 조건 설정)가 필요해지지만, 검사 레시피의 작성 수단으로서는, 신규로 작성하는 경우와, 미리 작성되고, 반도체 패턴 검사 시에 사용된 반도체 검사용 레시피 정보를 바탕으로 자동적으로 생성하는 것이 가능하다.
이하에, 레플리카에 전사된 피검사점과, 원점 마크의 상대적인 위치 관계를 이용해서, 측정 장치의 장치 조건을 설정하는 연산 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 4는, 웨이퍼 상의 레플리카 취득 영역과, 레플리카에 전사된 패턴의 일례를 나타내는 도면이다. 본 예에서는, 칩(407) 중의 피검사점(403)을, 칩의 좌측 아래에 있는 원점 마크(408)를 기준(칩 좌표)으로 한 검사를 행하는 경우의 레시피 생성에 대하여 설명한다.
반도체 패턴(웨이퍼)의 검사 레시피에는, 적어도 칩 원점 위치(408)의 웨이퍼 내 좌표, 피검사점(403)의 칩 원점(408)을 기준으로 한 칩 내 좌표, 검사 항목 정보, 피검사점의 정밀 위치 결정(어드레싱)에 이용되는 템플릿 매칭용의 템플릿 화상, 및 어드레싱점(414)과 피검사점(403)의 상대 위치 정보(414)가 포함되어 있다.
본 실시예에서는 이들 정보를 이용해서, 레플리카 검사용 레시피를 생성하는 예에 대하여 설명한다. 웨이퍼 검사용의 레시피 정보를 레플리카 검사용 레시피로 변환할 경우, 우선 검사점의 좌표를 생성할 필요가 있지만, 레플리카 취득 영역(404) 중에는 칩 원점(408)이 포함되어 있지 않다. 한편, 레플리카 취득 영역(404) 내에는, 칩의 네 모퉁이 중, 피검사점(403)에 가장 가까운 칩 원점(406)이 포함되어 있다. 통상의 웨이퍼 검사에서는, 칩 원점(406)은 이웃하는 칩에 포함되는 피검사점을 검사하기 위하여 이용되지만, 레플리카 검사를 위하여, 칩(407)에 포함되는 패턴의 검사를 행하기 위한 기준 패턴으로 한다.
칩 사이즈(Xc, Yc)를 알고 있으므로, 칩 우측 아래 모퉁이의 원점 마크(406)의 좌표는, (Xc, 0)으로 정의할 수 있다. 피검사점(403)의 좌표(X, Y)와, 원점 마크(406)의 차분은 (X-Xc, Y-0)으로 산출할 수 있다.
이상과 같은 사고방식에 의거하면, 웨이퍼 검사에 이용되고 있던 정보에 의거해서, 새로운 원점 마크(406)를 기준으로 레플리카 상의 좌표계를 생성할 수 있고, 레플리카 중에서도 새로운 원점 마크(406)만 검출되면 검사점(403)의 위치를 특정하는 것이 가능하게 된다.
다음으로 도 5를 이용하여, 어드레싱점 정보의 생성에 대하여 설명한다. 반도체 웨이퍼 상의 검사점(503)의 정밀 위치 결정을 위한 어드레싱점(501)과, 피검사점(503)의 상대 거리는, 오프셋(506)의 X좌표의 부호를 반전함으로써 새로운 오프셋(507)을 구할 수 있다.
또한, 화상 매칭용의 템플릿에 대해서도, 반도체 검사 시에 사용한 화상 템플릿(501)을 좌우 반전시킨 것을 템플릿(504)으로서 사용할 수 있다. 이때, 반도체 패턴과 레플리카 패턴은 재료가 서로 다르기 때문에 콘트라스트는 반드시 일치하지는 않는다. 그 때문에 콘트라스트는 템플릿 정보로서 포함하지 않는 것이 바람직하지만, 템플릿 화상으로부터 에지 정보만을 추출해서 사용함으로써 매칭 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 디자인 데이터나, 디자인 데이터로부터 추정한 패턴 형상 정보로부터 반전 템플릿을 작성해도 된다.
이상에 의해 새롭게 작성된 좌표 정보와 템플릿 정보를 이용하면, 레플리카 검사용 레시피를 자동적으로 생성하는 것이 가능하게 되고, 레플리카 작성으로부터 검사까지를 일괄적으로 행할 수 있고, 매뉴얼 관찰에 의한 레플리카 수지 패턴에의 불필요한 데미지를 경감하고, 고정밀도이며 또한 고속으로의 검사가 가능하게 된다.
또한, 레플리카 패턴의 계측에 대해서도, 반도체 패턴 계측에 이용한 계측 알고리즘을 참고로 자동 생성할 수 있다. 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 상의 홈 패턴(601)은 레플리카 상에서 라인 패턴(602)으로 된다. 반도체 패턴 상에서 홈 바닥의 치수(603)를 계측하는 알고리즘이 설정되어 있으면, 레플리카 상에서 계측해야 할 것은 라인의 톱 위치의 선폭(604)으로 되므로, 계측 알고리즘의 변경으로서는, 계측 대상 패턴의 요철 형상의 반전과, 그것에 수반하는 에지 탐색 방향의 반전과, 커서 위치의 패턴 높이 방향의 위치 반전에 의해 용이하게 변경할 수 있다.
또, 본 명세서에 개시되어 있는 패턴 계측 기술은, 전자현미경 혹은 그것에 유사한 하전입자선 장치와 같은 빔(프로브)의 주사에 의거해서, 화상이나 신호 파형 취득이 행해지는 장치이면 적용이 가능함과 함께, AFM을 비롯한 주사 프로브 현미경에 있어서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 레플리카 채취 장치와 검사 시스템의 복합 장치에 대하여 기술했지만, 레플리카 채취 장치가 검사 시스템으로부터 독립해서 존재하고, 다른 독립한 검사 시스템에 피검사 시료로서 레플리카를 취득 및 제공해도 된다.
도 7은, 측정/검사용의 주사 전자현미경(701), 레플리카 채취 장치(레플리카 작성 장치)(702), 및 주사 전자현미경(701)이나 레플리카 채취 장치(702)의 장치 조건을 설정하는 레시피 작성 장치(703)를 포함하는 측정/검사 시스템의 일례를 나타내는 도면이다. 레시피 작성 장치(703)에서는, 도 2에 예시한 플로차트를 따라, 웨이퍼, 및 레플리카의 측정 조건을 정한 레시피를 작성한다. 주사 전자현미경(701)은, 전자원, 전자원으로부터 방출된 전자빔을 주사하는 주사 편향기, 전자빔을 집속해서 시료에 조사하는 대물 렌즈, 및 빔의 조사에 의해서 얻어지는 전자를 검출하는 검출기 등을 내장하는 전자빔 칼럼(713), 전자빔이 조사되는 웨이퍼나 레플리카를 지지하는 스테이지를 내장함과 함께, 시료 분위기를 진공 상태로 유지하는 시료실(714), 및 시료실(714)에 도입하는 시료 분위기를 진공 배기하는 예비 배기실(715)을 구비하고 있다.
또한, 시료실(714)에는, 웨이퍼나 레플리카 상에 설치된 위치 맞춤용 마크의 위치를 특정함에 의해서, 대략의 위치 맞춤을 행하는 광학현미경(714)이 탑재되어 있다.
주사 전자현미경(701)은, 레시피 작성 장치(703)로부터 제공된 웨이퍼 측정용 레시피에 의한 제어에 의해서, 웨이퍼의 자동 측정을 실행한다. 패턴 측정/검사부(708)에서는, 주사 전자현미경으로부터 출력된 검출 신호에 의거해서, 휘도 프로파일을 작성하고, 당해 휘도 프로파일을 이용해서, 패턴의 측정을 실행한다. 또, 패턴 측정은 주사 전자현미경에 내장된 프로세서를 이용해서 행하도록 해도 된다. 이때, 패턴 측정/검사부(708)는, 홀 직경이나 패턴의 선폭 등에 이상이 있을 경우(예를 들면, 설계값을 기준으로 해서 치수값 오차가 소정값 이상일 경우), 당해 부분을 이상 개소로서, 그 좌표 정보를 메모리(707) 등에 기억한다. 또, 레플리카는, 2차 전자의 방출량이 적은 깊은 구멍의 형상의 전사가 가능하기 때문에, 주사 전자현미경에서의 측정이 곤란하다고 판단되었을 경우(예를 들면, 깊은 구멍의 바닥의 휘도가 소정값 이하이고, 측정이 곤란하다고 판단될 경우), 레플리카 작성을 위하여, 당해 부분의 좌표 정보를 기억하도록 해도 된다.
레플리카 작성 조건 설정부(709)에서는, 이상 혹은 측정 불가로 판정된 피검사부의 좌표 정보에 의거해서, 레플리카 채취 장치(702)에 있어서의 레플리카 작성 조건을 설정한다. 구체적으로는, 이상 혹은 측정 불가로 판정된 피검사부의 좌표가, 레플리카 패드의 중심에 전사되도록, 레플리카 채취 장치(702)의 스테이지 제어를 행한다. 메모리(707)에는, 웨이퍼의 식별 정보와, 피검사부의 좌표 정보가 관련지어져 기억되어 있고, 주사 전자현미경으로부터 반송된 웨이퍼의 식별 정보에 따른 좌표 정보에 의거해서, 레플리카 채취 장치(702)의 스테이지 제어를 행한다.
도 8은, 주사 전자현미경의 스테이지(802)에 놓인 레플리카 수지(801)의 일례를 나타내는 도면이다. 레플리카 수지(801)에는, 패턴 측정/검사부(708)에 의해서 이상으로 판단된 피검사점(803)을 중심으로 해서, 패턴이 전사되어 있다. 또한, 레플리카 수지(801)에는, 웨이퍼 측정 시의 원점 마크(807)와는 다른 원점 마크(806), 및 스크라이빙 라인(805)이 전사되어 있다. 도 8의 예에서는, 칩(804)의 일부가 전사된 상태를 나타내고 있고, 점선 부분은, 레플리카 수지(801)의 전사 영역 외의 칩의 윤곽을 나타내고 있다.
레플리카 채취 장치(702)에 의해서 채취된 레플리카는, 다시, 주사 전자현미경에 반송되고, 레플리카의 측정이 행해진다. 좌표 데이터 생성부(710)에서는, 레플리카용의 스테이지(802) 상의 피검사점(803)과, 근방의 마크(806)의 스테이지 좌표를 구하고, 측정용의 레시피 정보로서 등록한다. 본 예에서는, 피검사점(803)은 스테이지의 중심 좌표에 있고, 마크(806)의 좌표는, 스테이지의 중심 좌표로부터 (Xc-X, -Y) 이간한 위치에 설정한다(Xc는, 칩의 X방향의 치수(폭), X, Y는, 웨이퍼 측정 시에 이용된 원점 마크(807)와의 상대 거리). 마크(806)의 좌표는, 후술하는 광학현미경(716)을 이용한 위치 맞춤 시의 스테이지 좌표로서 이용된다.
화상 처리부(711)에서는, 도 5에서 예시한 바와 같이, 웨이퍼 측정에 이용된 템플릿 매칭용 화상을 반전시켜, 레플리카 측정 시의 템플릿을 생성한다. 전술과 같이, 반도체 웨이퍼와, 레플리카용 수지는 재료가 서로 다르기 때문에, 전자현미경 화상도 서로 다른 것으로 되고, 따라서, 에지만을 추출하고, 에지 간의 거리 정보를 이용한 매칭 처리를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 재료에 기인하는 휘도차를 보정하기 위한 계수를 미리 준비해 두고, 웨이퍼 화상을 보정함으로써, 의사적으로 레플리카 화상을 생성하여, 템플릿 화상으로 하도록 해도 된다.
측정 조건 설정부(712)에서는, 웨이퍼 측정용의 레시피로부터 추출되고, 레플리카 측정용으로 변환된 좌표 정보, 화상 정보(템플릿), 및 측정 위치 정보 등에 의거해서, 레플리카 측정용의 레시피를 생성하고, 메모리(707)에 기억시킨다. 측정 위치 정보란, 예를 들면 도 6을 이용해서 설명한 바와 같이, 웨이퍼 측정용의 레시피가 홈의 저부를 측정하는 조건 설정이 이루어져 있었을 경우, 레플리카라면 라인 형상 패턴의 상부가, 그 상당 위치로 되기 때문에, 레플리카의 측정 조건으로서, 라인 형상 패턴의 상부를 측정 대상으로서 설정한다.
주사 전자현미경(701)에서는, 측정 조건 설정부(712)에서 생성된 레시피에 의해서, 레플리카의 자동 측정을 실행한다. 이하, 그 공정을 설명한다. 우선, 레플리카 채취 장치(702)로부터 채취된 레플리카를, 주사 전자현미경(701)에 반입한다. 채취된 레플리카(801)는, 도 8에 예시하는 바와 같이 주사 전자현미경(701)의 시료실(714) 내에서, 스테이지(802)에 재치된다.
레플리카(801)가 스테이지(802)에 놓인 후, 주사 전자현미경(701)의 제어 장치는, 광학현미경(716)을 이용한 위치 맞춤을 행한다. 전술한 바와 같이, 스테이지(802)의 중심 좌표로부터 (Xc-X, -Y)의 위치가, 광학현미경(716)의 광축 바로 아래에 위치되도록, 스테이지를 이동한다. 스테이지 이동 후, 광학현미경(716)을 이용한 위치 특정을 행한다. 오차가 없으면, 광학현미경(716)의 광축 바로 아래에, 마크(806)가 위치되어 있을 것이다. 그러나 실제로는, 오차(Xd, Yd)가 발생하여 있는 경우가 있기 때문에, 광학현미경의 시야 중심과, 마크(806) 간의 어긋남(Xd, Yd)을 특정한다.
어긋남(Xd, Yd)을 특정한 후, 피검사점(803)을 주사 전자현미경(701)의 시야 내에 위치하게 하기 위하여, 광학현미경(714)의 광축과, 전자빔 칼럼(713)의 광축 간의 거리(d : 규정값), 마크(806)와 피검사점(803) 사이의 거리(Xc-X, -Y), 및 어긋남(Xd, Yd)을 가산한 값만큼, 스테이지(802)를 이동시킨다.
스테이지(802)의 이동 후, 주사 전자현미경(701)의 제어 장치는, 레플리카 측정용의 레시피에 기억된 템플릿을 이용한 어드레싱을 실행한다. 이 어드레싱에 이용되는 템플릿은, 도 5에 예시한 바와 같이, 웨이퍼 측정용의 템플릿을 반전한 반전 템플릿이고, 당해 템플릿을 이용한 어드레싱(템플릿 매칭)에 의해서, 시야 내의 어드레싱 패턴의 위치를 특정한다. 또, 본 실시예에서는, 웨이퍼 측정에 이용되는 레시피에 등록된 템플릿을 반전함으로써, 레플리카 측정용의 템플릿을 작성하고 있지만, 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면, 웨이퍼의 어드레싱 패턴의 어드레스에 의거해서, 설계 데이터 기억 매체(704)로부터 당해 어드레스에 상당하는 설계 데이터(레이아웃 데이터)를 판독하고, 당해 레이아웃 데이터를 반전함으로써, 레플리카 측정용의 템플릿을 작성하도록 해도 된다.
주사 전자현미경(701)의 제어 장치는, 어드레싱 패턴의 위치의 특정 후, 당해 어드레싱 패턴과, 피검사점(803) 사이의 오프셋양에 의거해서, 주사 전자현미경(701)의 시야를 도시하지 않는 시야 이동용 편향기 등으로 이동시키고, 주사 전자현미경(701)의 시야를, 피검사점(803)에 위치하게 한다. 오프셋양은, 웨이퍼 측정용 레시피에 기억되어 있던 오프셋양(Xo, Yo)을, 반전시킨 (-Xo, Yo)으로 한다.
이상과 같은 공정을 거쳐, 레플리카 수지(801)의 피검사점(803)에, 주사 전자현미경의 시야가 위치되기 때문에, 피검사점(803)에 대한 빔 주사에 의거해서, 화상 데이터, 혹은 신호 파형을 취득한다. 얻어진 화상 데이터나 신호 파형을 이용해서 측정을 행할 경우, 전술과 같이 측정 대상 패턴은 요철이 반전(예를 들면, 웨이퍼에 형성되어 있던 패턴이 홈 패턴이면, 레플리카에는 라인 형상 패턴이 형성된다)해서 형성되기 때문에, 웨이퍼의 측정 시의 측정 대상과 같은 부위를 측정하는 경우에는, 신호 파형의 피크 위치를 특정하기 위한 문턱값의 높이를 조정함에 의해서, 원하는 위치의 치수 측정을 실행한다.
이상과 같이, 반도체 웨이퍼의 측정에 이용한 레시피를 적정하게 편집하고, 레플리카 측정용의 레시피나 측정 조건을 설정함에 의해서, 레시피 등의 작성의 수고를 저감할 수 있고, 효율이 좋은 레플리카 측정을 행하는 것이 가능하게 된다.
101 : 레플리카 수지 도포부 102 : 레플리카 취득부
103 : 검사부 104 : 제어부
105 : 레플리카 수지 106 : 레플리카 패드
109 : 레플리카 패드 지지부 110 : 반도체 웨이퍼
111 : 반송용 홀더 113 : 전자현미경
301 : 반도체 웨이퍼 302 : 칩
303 : 피검사점 304 : 레플리카 채취 영역
305 : 스크라이빙 라인 306 : 원점 마크
403 : 피검사점 404 : 레플리카 취득 영역
405 : 스크라이빙 라인
406 : 피검사점이 속하는 칩의 우측 아래 모퉁이
407 : 피검사점이 속하는 칩 408 : 피검사점이 속하는 칩의 원점
411 : 피검사점 위치 결정용 412 : 피검사점 화상 취득 영역
414 : 피검사점과 어드레싱점의 상대 위치 관계 정보
501 : 반도체 검사 시의 어드레싱용 템플릿 취득 영역
503 : 반도체 검사 시의 피검사점 화상 취득 영역
504 : 레플리카 검사 시의 어드레싱용 템플릿 취득 영역
505 : 레플리카 검사 시의 피검사점 화상 취득 영역
506 : 반도체 검사 시의 피검사점과 어드레싱점의 상대 위치 관계 정보
507 : 레플리카 검사 시의 피검사점과 어드레싱점의 상대 위치 관계 정보
601 : 반도체 검사 시의 오목 패턴
602 : 반도체 검사 시의 오목 패턴을 레플리카에 전사한 후의 볼록 패턴
603 : 오목 패턴의 보텀 치수 검사 위치
604 : 볼록 패턴의 톱 치수 검사 위치

Claims (6)

  1. 빔 조사 혹은 시료에 대한 프로브의 주사에 의거해서 얻어지는 화상 데이터, 혹은 신호 파형에 의거해서, 상기 시료 상에 형성된 패턴의 평가를 행하는 연산 처리 장치를 구비한 패턴 평가 장치에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 반도체 웨이퍼를 평가하기 위한 장치 조건을, 반도체 웨이퍼의 일부를 전사(轉寫)한 레플리카(replica)를 평가하기 위한 장치 조건으로 변환하고, 당해 변환된 장치 조건을 이용해서, 상기 레플리카를 평가하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 반도체 웨이퍼를 평가하기 위한 장치 조건 중, 시료 상에 형성된 피평가점과, 당해 피평가점의 좌표의 기준으로 되는 제1 마크와의 상대 거리 정보를, 상기 레플리카에 전사된 상기 제1 마크와는 다른 제2 마크와, 상기 레플리카에 전사된 상기 피평가점과의 상대 거리 정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 반도체 웨이퍼 상의 칩의 폭의 값으로부터, 상기 피평가점의 위치를 나타내는 값을 감산함에 의해서, 상기 상대 거리 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 피평가점의 위치에 가장 가까운 마크를 선택하고, 당해 피평가점에 가장 가까운 마크와, 상기 피평가점의 상대 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 반도체 웨이퍼를 평가하기 위한 장치 조건 중, 시료 상에 형성된 피평가점에 시야의 위치 결정을 행하기 위한 템플릿 매칭용 화상을 반전시킴과 함께, 당해 템플릿에 의해서 특정되는 위치와, 상기 피평가점의 위치를 반전시키는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
  6. 빔 조사 혹은 시료에 대한 프로브의 주사에 의거해서 얻어지는 화상 데이터, 혹은 신호 파형에 의거해서, 상기 시료 상에 형성된 패턴의 평가를 행하는 패턴 평가 장치의 장치 조건 설정 장치에 있어서,
    반도체 웨이퍼를 평가하기 위한 장치 조건을, 반도체 웨이퍼의 일부를 전사한 레플리카를 평가하기 위한 장치 조건으로 변환하는 연산 처리 장치를 구비한 패턴 평가 장치의 장치 조건 설정 장치.
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