KR102380088B1 - 다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를 측정하기 위한 기법 - Google Patents

다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를 측정하기 위한 기법 Download PDF

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Abstract

다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를 결정하기 위한 방법은 상기 다층 구조물을 나타내는 주어진 이미지를 획득하는 단계, 상기 다층 구조물의 층들에 대한 예상되는 이미지들을 획득하는 단계, 상기 층들의 예상되는 이미지들의 조합으로서 상기 다층 구조물의 조합된 예상되는 이미지를 제공하는 단계, 상기 조합된 예상되는 이미지에 대해 상기 주어진 이미지의 레지스트레이션을 수행하는 단계, 상기 주어진 이미지의 세그먼테이션을 제공함으로써, 세그먼트화된 이미지, 및 상기 다층 구조물의 층들의 맵들을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 상기 다층 구조물의 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를, 상기 2개의 선택된 층의 예상되는 이미지들과 함께 상기 2개의 선택된 층의 맵들을 처리함으로써 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

Description

다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를 측정하기 위한 기법
본 발명은 다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를, 그러한 구조물을 나타내는 이미지를 분석함으로써 결정하는 기법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 리소그래피에 의해 생성된 다수의 층을 갖는 마이크로-소형 반도체 구조물들을 구성하는 현대의 집적 회로들의 자동화된 검사에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 대표 이미지를 획득하기 위해 주사 전자 현미경(SEM)의 이용을 필요로 하는 오버레이 평가 기법들에 관한 것이다.
많은 기술 분야들은 복잡한 다층 물리적 객체들의 예들을 제시할 수 있다. 그러한 객체들의 내부 구조물은 해당 객체들의 사용 가능한 이미지들을 분석함으로써 연구될 수 있다. 그러한 분석의 예들은 현대의 3D 반도체 구조물들의 검사에서뿐만 아니라, 지구 물리학, 생물학, 의학, 컴퓨터 단층 촬영과 같은 의료 장비 기술들에서 발견될 수 있다. 분석될 이미지들은 대응하는 분야들에서 이용되는 다양한 기술들에 의해 획득될 수 있다.
본 특허 출원은 현대의 다층 반도체 구조물들의 검사 분야로부터의 예를 사용하여 언급된 기법을 설명할 것이다.
관심 있는 현대의 다층 반도체 구조물들은 광학 현미경들에 의해 요구되는 정확도와 해상도로는 검사될 수 없는 정도의 소형화의 스케일(현재는, 약 7-10nm의 노드 스케일까지)에 도달하였는데, 그 이유는 광학 현미경들에 의해 제공되는 정보는 시각적 이미지들의 처리 결과이기 때문이다. 그러한 현대의 구조물들의 경우, 시각적 측정들에 의해 획득된 데이터를 처리하기 위해 복잡한 모델 기반 분석 방법들을 적용하는 이론적 옵션이 존재한다.
대안적인, 더 실용적인 옵션은 광학 현미경들보다 더 높은 해상도를 갖는 툴들을 수반하는 기술들을 이용하는 것이다.
그러한 툴들, 예를 들어 주사 전자 현미경(SEM)들은 종종 반도체 웨이퍼들의 검사에 사용된다. SEM들은 마이크로전자 디바이스들의 생산에서 결함들을 검출하고 분류하여, 정교한 공정 제어 등을 제공하는 데 사용될 수 있다. 그러나, SEM 이미지들은 각 이미지에 나타나는 구조물들을 식별하고, 구조물들을 다른 피쳐들과 구별하고, 그들의 상대 좌표를 추정하기 위해 적절히 해석되어야 하는 풍부한 디테일을 포함한다.
설명을 진행하기 위해, 아래에 설명될 문제 및 예시적인 솔루션들을 이해하는 데 중요한 일부 포괄적인 정의들이 아래 소개되었다.
3차원 집적 회로(3D IC) - 실리콘 웨이퍼들 및/또는 다이들을 스태킹하고 이들이 단일 디바이스로 동작하도록 이들을 관통 실리콘 비아(TSV)들을 사용하여 수직으로 상호접속시켜 제조된 집적 회로. 본 설명에서, 우리는 다수의 층(다이)을 서로 겹쳐서 점진적으로 퇴적함으로써 팹 프로세스들을 사용하여 제조된 3D IC에 대해 설명한다. 3D IC는 다층 구조물의 하나의 바람직한 예이다.
SEM - 3D IC를 1차 전자 빔에 노출시키고, 반응성 전자 빔들에 대한 데이터를 수집하거나 3D IC의 다수의 층으로부터 전자들을 산란시키고, 또한 수집된 데이터에 컴퓨터 처리를 적용하여 다수의 층의 조합된 SEM 이미지를 재구성하는 데 사용되는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope).
사용 가능한 이미지 또는 주어진 이미지 - 실제 다층 구조물을 나타내는 이미지; SEM-이미지 - 사용 가능한/주어진 이미지의 예.
CD SEM - 약 3000 nm 내지 약 7 nm의 치수들을 갖는 광범위의 노드들에 적용 가능한, 임계 치수 주사 전자 현미경(Critical Dimensions Scanning Electron Microscope). CD-SEM은 더 정교한 전자 광학 및 고급 이미지 처리를 이용함으로써 고 해상도, 고 수율, 고 감도 및 고 반복가능성을 제공한다.
예상되는 이미지 - 다층 구조물의 특정 층에서 구성될 및/또는 발견될 하나 이상의 특정 상세/피쳐/구조물의 이미지. 예를 들어, 예상되는 이미지는 설계 이미지, 예를 들어 특정 층의 피쳐들을 설계하기 위해 CAD(computer-aided design) 툴들을 이용하여 생성된 CAD 이미지일 수 있다. 예상되는 이미지는 설계에 따라 제조 후의 실제 객체에 더 가깝게 보이도록 시뮬레이션된, 설계 이미지일 수 있다.
조합된 예상되는 이미지 - 층들 및 그의 요소들의 가시성을 고려하여, 다층 구조물의 층들의 예상되는 이미지들을 결합하여 획득된 이미지.
오버레이(OVL) - 다층 구조물의 하나의 층의 다층 구조물의 또 다른 층에 대한 패턴 대 패턴 정렬을 특징짓는 벡터.
현대의 실리콘 웨이퍼들은 현재 일련의 단계들로 제조되며, 각 스테이지는 웨이퍼 상에 재료의 패턴을 배치한다; 이러한 방식으로, 모두 상이한 재료들로 만들어진 트랜지스터들, 콘택들 등이 배치된다. 최종 디바이스가 올바르게 기능하기 위해서는, 층들의 개별 패턴들이 올바르게 정렬되어야 한다. 오버레이 제어는 위에 언급한 패턴 대 패턴 정렬의 제어이다.
레지스트레이션(registration) - 2개 이상의 이미지의 상호 위치지정의 인식에 의한 해당 이미지들의 최대로 가능한 정렬. 예를 들어, 레지스트레이션은 이미지들 사이의 가능한 최대 중첩을 달성함으로써 수행될 수 있다. 다양한 레지스트레이션 기술들이 존재한다; 고급 반도체 노드들을 위해 맞춤화된 레지스트레이션의 버전이 본 설명에서 제안될 것이다.
사용 가능한 이미지들의 세그먼테이션(segmentation) - 사용 가능한 이미지의 픽셀들을 라벨링하여 해당 픽셀들을 피쳐들(객체들, 요소들)의 상이한 클래스들과 연관시키는 것. 피쳐들은 다층 구조물의 상이한 층들에 위치할 수 있다. 이미지 세그먼테이션은 전형적으로 이미지들에서 객체들 및 경계들(라인들, 곡선들 등)을 찾는 데 사용된다. 더 정확하게는, 이미지 세그먼테이션은 이미지 내의 모든 픽셀에 라벨을 할당하여 동일한 라벨을 가진 픽셀들이 특정 특성을 공유하도록 하는 프로세스이다. 예를 들어, 특정 라벨은 구조물의 특정 층을 나타낼 수 있다.
SEM-이미지의 세그먼테이션 - 유사하게 라벨링된 픽셀들이 세그먼트들을 형성하는 세그먼트화된 이미지 Segm(x, y)을 획득하기 위해, 다층 구조물의 SEM-이미지의 픽셀들을 라벨링하는 것. 세그먼테이션은 좌표(x, y)를 갖는 모든 픽셀에, 이 픽셀들이 속하는 층의 인덱스인 인덱스 j를 할당함으로써 SEM 이미지의 픽셀들을 라벨링하는 프로세스이다. 인덱스 j는 구간 {1 ....N}으로부터의 값들을 허용할 수 있고, 여기서 N은 다층 구조물의 층들의 수이다.
N-층 다층 구조물의 층들의 맵(map)들 - 주어진 이미지의 크기를 각각 갖는 N개의 이진 이미지의 세트이다.
특정 층의 맵은 주어진 이미지 상에서(그리고 결과적으로 세그먼트화된 이미지 상에서) 가시적인, 그리고 해당 특정 층의 라벨로 라벨링된 픽셀들의 영역들(세그먼트들)에 의해 맵 상에 표현되는, 해당 층의 피쳐들만을 포함하는 이진 이미지이다. 맵은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112018015542842-pct00001
"픽셀들의 영역" 및 "세그먼트"라는 용어들은 본 설명에서 간헐적으로 사용될 것이다.
예를 들어 현대의 마이크로 소형화된 다층 반도체 구조물들과 같은 다층 구조물들에서의 오버레이의 효과적이고 정확한 평가를 위한 솔루션들에 대한 오랫동안 느껴온 필요가 있다.
본 발명의 목적들 중 하나는 구조물의 층들 사이의 오버레이들을 결정하기 위해 실제 다층 구조물을 나타내는 이미지의 분석을 위한 더 보편적인 기법을 제공하는 것이다.
본 발명의 더 구체적인 목적은 다층 반도체 구조물들에서 오버레이 측정을 위한 효과적이고 정확한 기법을 제공하는 것이다. 해당 목적은 현대의 반도체 다층 구조물들에서의 오버레이의 중앙 집중식 전역 측정에 대한 오랫동안 느껴온 필요로서 본 발명자들에 의해 인식되었다.
그러한 효과적이고 정확한 솔루션들은 다층 구조물에서의 오버레이들/시프트들의 신뢰할 만한 평가를 가능하게 하고, 팹 프로세스 동안 원하는 수율에 최소로 영향을 미치고, 팹 프로세스의 온라인 조정을 가능하게 할 것으로 예상된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 방법이 제공되는데, 이 방법은
- 상기 다층 구조물을 나타내는 이미지(소위 주어진 이미지 또는 사용 가능한 이미지)를 제공하는 단계,
- 상기 다층 구조물의 각각의 층들에 대한 예상되는 이미지들을 획득하는 단계;
- 상기 다층 구조물의 조합된 예상되는 이미지를 (상기 층들의 순서 및 서로 겹친 상기 층들의 배치로 인한 가시성/예상되는 폐색들을 고려하여, 상기 층들의 예상되는 이미지들의 조합으로서) 제공하는 단계;
- 상기 조합된 예상되는 이미지에 대해 상기 주어진 이미지의 레지스트레이션(registration)을 수행하는 단계;
- 상기 주어진 이미지의 세그먼테이션(segmentation)을 제공함으로써,
Figure 112018015542842-pct00002
세그먼트화된 이미지(세그먼트화된 이미지의 각 픽셀은 그 픽셀과 관련되는 다층 구조물의 층을 나타내는 라벨과 연관됨으로써, 동일한 라벨들을 갖는 픽셀들의 영역들/세그먼트들을 생성함), 및
Figure 112018015542842-pct00003
상기 다층 구조물의 층들의 맵들이라고도 불리는 세그먼테이션 맵들(그러한 맵들은 이진 이미지들의 세트이고, 특정 층의 맵은 주어진 이미지 상에서(그리고 따라서 그 세그먼트화된 이미지 상에서) 가시적인, 그리고 해당 특정 층의 라벨로 라벨링된 세그먼트들에 의해 맵 상에 표현되는, 해당 층의 피쳐들만을 포함하는 이진 이미지임)을 생성하는 단계;
- 상기 다층 구조물의 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를, 상기 2개의 선택된 층의 예상되는 이미지들과 함께 상기 2개의 선택된 층의 맵들을 처리함으로써 결정(측정)하는 단계를 포함한다.
유리하게도, 이 제안된 방법은 나머지 층들 중 임의의 층에 관한 다층 구조물의 각 층에 대한 오버레이를 결정하는 것을 가능하게 한다. 실제로, 오버레이는 구조물의 모든 층들에 대해, 임의의 조합들로 결정될 수 있다.
층들의 예상되는 이미지들 및/또는 조합된 예상되는 이미지는, 실제 다층 구조물의 주어진 이미지에 대한 그의 유사성을 생성하기 위해(즉, 제조시 조합된 이미지/층들의 실제 외관을 모방하기 위해), 시뮬레이션을 거친 설계 이미지들로서 이해될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 그러한 예상되는 이미지들은 시뮬레이션된 설계 이미지들이라고 불린다.
이 방법의 하나의 버전에 따르면, 다층 반도체 구조물의 층들 사이의 오버레이를 측정하는 방법이고,
- 상기 다층 구조물은 3D IC, 예를 들어 웨이퍼와 같은 반도체 구조물이고,
- 상기 주어진 이미지는 상기 3D IC의 SEM-이미지이고,
- 상기 예상되는 이미지들은 시뮬레이션된 설계 이미지들(예를 들어, 제조시 층들의 실제 외관을 모방하도록 시뮬레이션된 층들의 CAD-이미지들)이고,
- 상기 조합된 예상되는 이미지(예를 들어, 조합된 CAD-이미지)는 층들의 순서 및 예상되는 폐색들을 고려하여 상기 층들의 상기 언급된 설계 이미지들을 조합함으로써 형성된다;
- 상기 세그먼테이션은 SEM-이미지 세그먼테이션이고, 이로써 구조물의 세그먼트화된 이미지(SEM-이미지), 및 또한 상기 층들의 개별 맵들(SEM-맵들)을 생성하고,
- 상기 3D IC의 임의의 2개의 층 사이의 오버레이는 상기 2개의 층의 예상되는, 바람직하게는 시뮬레이션된 이미지들과 함께 상기 2개의 층의 맵들을 처리함으로써(예를 들어, 동일한 층들의 시뮬레이션된 CAD-이미지들을 이용하여 이들 층의 SEM-맵들을 처리함으로써) 결정된다.
세그먼테이션은 층들의 예상되는 이미지들을 참조할 수 있다는 점, 즉, 이 방법은 세그먼테이션을 수행하는 동안 예상되는 이미지들을 고려하는 단계를 포함할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
제안된 기법은 주어진 이미지(SEM-이미지)의 픽셀 당, 상이한 층들에 또는 동일한 층에 위치하는 피쳐들을 더 정확하게 구별하기 위해, 세그먼테이션을 반복적으로 향상시킴으로써 개선될 수 있다.
세그먼테이션의 결과들은 층(들)의 예상되는 이미지(들)를 조정함으로써 정정될 수 있다. 이는 측정된 오버레이에 기초하여 수행될 수 있다.
그러므로, 세그먼테이션 결과들은 측정된 오버레이에 대한 피드백을 이용함으로써 향상될 수 있다.
오버레이를 측정하고 세그먼테이션을 이용하기 위해 의도된 상이한 기법도 오버레이 측정들의 결과들에 기초하여 세그먼테이션을 반복적으로 향상시킴으로써 개선될 수 있다는 점에 주목해야 한다.
결과적으로, 세그먼테이션 결과들을 정정하면, 오버레이 측정의 결과들도 개선될 것이다.
상기한 점을 고려하여, 이 방법은 다음과 같은 단계들에 의해 세그먼테이션 결과들을 정정하는 단계를 포함할 수 있다:
- 특정 층에 대해 측정된 오버레이 값에 기초하여 그 특정 층의 예상되는 이미지를 정정하는 단계(예를 들어, 예상되는 이미지의 좌표(들)를 시프트에 의해 변화시킴으로써),
- 상기 정정된 예상되는 이미지를 고려함으로써, 예를 들어 상기 특정 층의 상기 정정된 예상되는 이미지에 기초하여, 상기 특정 층의 정정된 맵을 획득함으로써 상기 세그먼테이션을 정정하는 단계.
그 후 오버레이는 정정된 세그먼테이션에 기초하여 다시 측정될 수 있고, 이 방법은 반복적으로 계속될 수 있다.
언급된 피드백, 및 더 구체적으로는 층의 예상되는 이미지(CAD-이미지)를 정정하는 단계는, 예를 들어 측정된 오버레이가 오버레이의 미리 결정된 한계를 초과하지 않는 상황에 의해 야기될 수 있고 및/또는 층의 대응하는 맵(SEM-맵)에 더 가깝도록 층의 CAD-이미지를 시프트/조정함으로써 개선될 수 있어, 프로세스의 다음 단계에서 세그먼테이션 결과를 개선할 수 있다.
이 방법은 기존의/미리 결정된 제한들의 세트에 의해 허용되는 만큼의 반복들을 포함할 수 있다. 제한들은 오버레이 측정 절차의 시간, 품질 및 비용, 오버레이 값 등과 관련될 수 있다. 설명이 진행됨에 따라 일부 다른 제한들이 언급될 것이다.
더 효과적인 오버레이 측정을 위해, 이 방법은 허용 가능한 오프셋의 하나 이상의 미리 결정된 한계 내에서 야기될 수 있는 추가적인 있음직한 폐색들을 고려하는 단계를 포함할 수 있다.
그러한 한계들은 특정 품질 요건들을 충족시키는 다층 구조물들(예를 들어 반도체 웨이퍼들)을 제조하기 위해 사전에 알려질 수 있다. 논의된 한계들의 일례는 층 상의 요소들의 크기들의 허용 가능한 변화들을 제한하는 "CAD 대 SEM 최대 변동(CAD to SEM maximal variation)"일 수 있다. 한계들의 또 다른 예는 특정 층들 사이의 허용 가능한 오버레이를 제한하는 "CAD 대 SEM 최대 시프트(CAD to SEM maximal shift)"이다. 예를 들어, 구조물의 상이한 층들 상에 퇴적되는 하나의 트랜지스터의 요소들은 이들 상이한 층들 사이의 오버레이들 및/또는 요소들의 크기들이 일부 미리 결정된 허용되는 한계들의 세트에 걸쳐 달라진다면 적절히 동작하는 트랜지스터를 형성하지 않을 것이다. 오버레이가 미리 결정된 한계/들을 초과하는 구조물들은 일반적으로 결함 있는 것으로 간주된다. 일부 경우들에서, CAD 정정이 수행될 때(예를 들어, 층의 CAD 이미지가 층의 세그먼트화된 이미지에 더 가깝게 시프트됨), 세그먼테이션은 더 자신 있는 CAD 정보의 사용을 통해 개선될 수 있다.
추가적인/있음직한 폐색들은 세그먼테이션의 단계에서 그리고 그 후에도, 층들의 예상되는 이미지들 상의 그리고 각각 층들의 맵들 상의 소위 안전 영역들을 정의하기 위해 고려될 수 있으며, 상기 안전 영역들은 상기 층에 속하는 요소들의 그러한 세그먼트들과 연관된 것들이고, 그 세그먼트들은 예상되는 이미지들과 주어진 이미지 사이의 예상되는 그리고 추가적인(있음직한) 폐색들 및 왜곡들에도 불구하고 주어진 이미지 상에서 보일 것이다. 그러한 왜곡의 예는 CAD-SEM 이미지 편차(CAD-SEM images deviation)일 수 있다.
즉, 안전 영역들은 임의의 제한된 오프셋 또는 왜곡(최대 가능한 오버레이, 크기들의 있음직한 변동들 등)에 의해 여전히 가시적인, 즉 폐색될 수 없는 요소들의 세그먼트들과 관련된다. 전혀 폐색되지 않는 요소들은 예상되는 이미지들의 그리고 층들의 맵들 상의 안전 영역들을 형성하는 것으로 간주될 것임은 말할 나위도 없다.
안전 영역들을 참조하는 세그먼테이션 결과들의 사용은 더 효과적인/신뢰할 만한 것으로 간주될 것이다.
다층 구조물의 임의의 2개의 층 사이의 오버레이를 결정(측정)하는 단계는, 예를 들어, 다음 2개의 버전 중 하나에 따라 수행될 수 있다.
오버레이 측정의 제1 버전에서, 이 방법은 다음을 포함할 수 있다:
- 2개의 선택된 층 각각에 대해, 안전 영역들을 참조하여, 특정 층의 맵(SEM-map)과 동일한 특정 층의 예상되는 이미지(설계/CAD-이미지) 사이의 층별 레지스트레이션을 수행하는 단계;
- 상기 2개의 선택된 층 각각에 대해, 특정 층의 맵(SEM-맵)과 동일한 특정 층의 예상되는 이미지(설계/CAD-이미지)를 비교하여 특정 층의 시프트(또는 레지스트레이션의 벡터)를 측정함으로써, 상기 2개의 선택된 층의 2개의 시프트를 각각 획득하는 단계;
상기 2개의 시프트 사이의 차이로서 상기 2개의 선택된 층 사이의 상기 오버레이를 획득하는 단계.
시프트(레지스트레이션의 벡터)의 측정은 상기 특정 층의 예상되는 이미지(예를 들어, CAD-이미지)에 대해 2개의 축 X와 Y를 따라 특정 층의 맵(예를 들어, SEM 맵)의 X/Y 시프트를 측정하는 것으로 나타낼 수 있다;
예를 들어,
축 X를 따른 층 "i"의 시프트의 X-성분은 수학식 1에 가깝게 결정될 수 있다:
Figure 112018015542842-pct00004
층 "j"에 대한 층 "i"의 오버레이의 X-성분은 수학식 2에 가깝게 결정될 수 있다:
Figure 112018015542842-pct00005
오버레이의 Y-성분을 획득하기 위해, 축 Y에 대해 유사한 연산들이 수행된다.
상기 층별 레지스트레이션은 상기 레지스트레이션이 위에서 설명된 안전 영역들에 기초하는 경우 더 효과적으로 수행될 수 있다는 점에 주목해야 한다.
오버레이를 측정하는 제2 옵션에 따르면, 이 방법은 다음을 포함할 수 있다:
- 2개의 선택된 층의 2개의 선택된 맵에 각각 나타나는 2개의 안전 영역(MSA)을 선택하는 단계;
- 2개의 선택된 층의 2개의 예상되는 이미지에 각각 나타나는 2개의 세그먼트(ESA)를 할당하는 단계 - 상기 2개의 세그먼트(ESA)는 상기 2개의 영역(MSA)에 각각 대응함 -;
- 2개의 선택된 안전 영역(MSA)에 대한 오버레이의 벡터 V1(오버레이 Simg의 벡터)를, 그 중력 중심(COG: Center of Gravity)들 사이의 차이를 계산함으로써 결정하는 단계;
- 2개의 세그먼트(ESA)에 대한 벡터 V2(오버레이 Sexp의 벡터)를, 그 중력 중심(COG)들 사이의 차이를 계산함으로써 결정하는 단계;
- V1과 V2 사이의 차이를 계산함으로써 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를 결정하는 단계.
반도체 구조물들의 검사를 위해, V1은 바람직하게는 SEM 이미지 상에서 추정되고, V2는 CAD 이미지 상에서 추정된다.
오버레이 측정의 제2 옵션은 상기 2개의 영역 중 하나만이 MSA이고 및/또는 상기 2개의 세그먼트 중 하나만이 ESA인 반면, 다른 영역들/세그먼트들은 안전 영역들이 아닌 경우 수행될 수 있다.
다시, 이 방법은 임의의 수의 추가적으로 선택된 대안적인 층들의 쌍들에 대한, 즉 - 다층 구조물의 모든 층에 대한 오버레이의 측정을 수행하도록 적응되기 때문에 유리하다.
본 발명의 방법은 대안적으로 다음과 같이 정의될 수 있다:
다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 것을 수행하기 위한 방법으로서,
- 상기 다층 구조물을 나타내는 주어진 이미지를 획득하는 단계,
- 상기 다층 구조물의 각각의 층들에 대한 예상되는 이미지들 및 상기 다층 구조물의 조합된 예상되는 이미지를 획득하는 단계;
- 상기 조합된 예상되는 이미지에 대해 상기 주어진 이미지의 레지스트레이션(registration)을 수행하는 단계;
- 상기 주어진 이미지의 세그먼테이션을 수행하는 단계;
- 상기 다층 구조물의 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를 결정하는 단계,
- 상기 결정된 오버레이에 대한 피드백을 사용하여 상기 세그먼테이션의 결과들을 정정하는 단계를 포함하는 방법.
이 방법은 상기 정정된 세그먼테이션 결과들을 사용하여 오버레이를 재결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 방법의 또 다른 독립적인 정의는 다음과 같을 수 있다:
다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를 결정하기 위한 방법으로서,
- 상기 다층 구조물을 나타내는 주어진 이미지를 획득하는 단계,
- 상기 다층 구조물의 각각의 층들에 대한 예상되는 이미지들 및 상기 다층 구조물의 조합된 예상되는 이미지를 획득하는 단계;
- 상기 조합된 예상되는 이미지에 대해 상기 주어진 이미지의 레지스트레이션(registration)을 수행하는 단계;
- 상기 주어진 이미지의 세그먼테이션(segmentation)을 제공함으로써,
Figure 112018015542842-pct00006
세그먼트화된 이미지, 및
Figure 112018015542842-pct00007
상기 다층 구조물의 층들의 맵들을 생성하는 단계;
- 상기 예상되는 이미지들 상의 그리고 상기 층들의 맵들 상의 안전 영역들을 결정하는 단계 - 안전 영역은 해당 세그먼트가 임의의 미리 결정된 오프셋에 의해 폐색(occlude)될 수 없는, 특정 층 상의 요소의 세그먼트를 나타냄 -;
- 상기 결정된 안전 영역들을 이용함으로써, 상기 다층 구조물의 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를, 상기 2개의 선택된 층의 예상되는 이미지들과 함께 상기 2개의 선택된 층의 맵들을 처리함으로써 결정하는 단계를 포함하는 방법.
위에서 설명된 방법은 구조물의 SEM-이미징 및 층들의 예비 설계된 이미지들에 기초하여, 현대의 반도체 웨이퍼들 또는 3D IC와 같은 다층 구조물들을 검사하는 데 유리하다는 점을 명심해야 한다. 또한, 이는 구조물의 모든 층들에 대해 오버레이 값들을 쉽게 측정할 수 있게 한다.
3D 집적 회로의 제조 동안, 3D IC의 상부 층들은 임계 오버레이를 도입하면 여전히 제거될 수 있다. 이 프로세스는 제거된 층들을, 아마도 대응하는 층들에 대해 정정된 CAD 이미지들을 사용하여, 새로운 층들로 대체하도록 계속될 수 있다. 오버레이 값들이 CAD-이미지들을 정정함으로써 정정될 수 있는 경우, 이는 다음 웨이퍼를 생산하기 전에 고차 스텝퍼(스캐너) 정정을 제공함으로써 수행될 수 있다.
스캐너는 각 축을 따라 고차 정정, 예를 들어
Figure 112018015542842-pct00008
을 처리할 수 있고, 여기서 x는 2개의 특정 층 사이의 오버레이이다. CD-SEM 오버레이 결과들 및 일부 오버레이 수학 모델을 사용하여, 사용자/고객은 그 계수들 a, b, c, d를 구하고 이들을 스캐너에서 사용하여 수차들을 수정할 수 있다.
이 새로이 제안된 방법은 임의의 구조물들에 효과적이고 SEM을 사용하여 검사된 3C IC 구조물들에 특히 유리한데, 그 이유는 이 방법이
일반적(generic)이고, 즉, 검사될 층들의 기하형상에 의존하지 않고,
전역적(global)이고, 즉, 층들 내의 요소들 사이가 아닌 층들 사이의 측정들을 수행하는 것을 가능하게 하고;
구조물의 모든 층들에 대해 동시에(병렬로) 정보가 획득되고; 정보는 층들의 임의의 쌍들에 대한 오버레이의 계산을 가능하게 하므로, 종합적/보편적(comprehensive/ universal)이고;
사용 가능한 이미지의 세그먼테이션을 반복적으로 개선함으로써 정확도를 개선하기 위한 피드백을 가능하게 하고(allows feedback for improving accuracy),
잡음에 대해 또는 낮은 신호 대 잡음(SNR) 비에 대해 안정적이므로, 견고하고(robust),
서브 나노미터(sub-nm)의 정확도로 측정들을 제공함으로써, 정확하기(accurate) 때문이다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 다층 구조물(예를 들어, 3D IC)의 주어진 이미지(예를 들어, SEM-이미지) 및 층들의 예상되는 이미지들을 저장하도록 구성되는, 메모리를 포함하는, 이미지 처리를 위한 시스템이 또한 제공된다. 일례에서, 예상되는 이미지들은 3D IC를 제조하는데 사용되는 층들의 설계(CAD) 이미지들이다; 또 다른 예에서 예상되는 이미지들은 주어진 이미지에 맞도록 시뮬레이션된 설계 이미지이다. 시스템은 또한
조합된 예상되는 이미지를 생성하고(선택적으로, 설계 이미지들을 예비 시뮬레이션하여),
주어진 이미지를 조합된 예상되는 이미지와 함께 처리하여 그들 사이의 레지스트레이션을 수행하고,
주어진 이미지를 구조물의 대응하는 다수의 층의 맵들로 세그먼테이션을 수행하고,
상기 구조물의 임의의 2개의 층 사이의 오버레이 측정을, 상기 2개의 층의 맵들 및 적합한 예상되는 이미지들에 기초하여 수행하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 프로그램 명령어들이 저장되는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는, 컴퓨터 소프트웨어 제품이 추가로 제공되며, 상기 명령어들은 컴퓨터에 의해 판독될 때 컴퓨터로 하여금 위에서 설명된 방법의 단계들을 수행하게 한다.
본 발명은 설명이 진행됨에 따라 더 설명될 것이다.
본 발명은 다음의 비제한적인 도면들의 도움으로 더 상세히 설명될 것이다:
도 1은 다층 구조물에서 오버레이를 측정하기 위한 본 발명의 방법을 수행하도록 적응된 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 도 1에서, 구조물은 반도체 웨이퍼이고, 초기(주어진) 이미지는 SEM에 의해 획득되고 컴퓨터 프로세서에 의해 처리된다.
도 2는 제안된 방법의 하나의 버전의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 3은 층들의 예상되는 이미지들 상의 그리고 그들의 맵들 상의 폐색으로부터 안전 영역 - 이 안전 영역들은 더 효과적인 세그먼테이션을 가능하게 하고, 결과적으로 오버레이의 더 정확한 측정을 가능하게 함 - 을 결정하는 단계를 포함하는, 제안된 방법의 또 다른 버전의 블록도를 도시한다.
도 4는 획득된 측정들에 기초하여 제조/검사의 추가 단계들에서 오버레이의 개선을 가능하게 하는 피드백을 포함하는, 제안된 방법의 추가 버전의 블록도를 도시한다.
도 5는 다층 구조물의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를 측정하기 위한 하나의 예시적인 프로세스(층별 레지스트레이션을 사용함)의 블록도를 도시한다.
도 6은 다층 구조물의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를 측정하기 위한 또 다른 예시적인 프로세스(안전 영역들에 기초한 COG 접근법을 사용함)의 블록도를 도시한다.
도 7은 구조물의 주어진 이미지 및 조합된 예상되는 이미지; 하나의 층의 맵 및 예상되는 이미지; 소위 안전 영역들을 정의하는 스테이지들의 그림 삽화들에 의한 제안된 프로세스의 상이한 스테이지들의 개략도를 나타낸다.
도 8은 도 6에 도시된 예시적인 프로세스의 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템(S)의 일 실시예를 구현하기 위한 예시적인 장비 세트의 그림 표현이다. 도 1에 도시된 예에서, 시스템(S)은 전자 주사 현미경(SEM)을 사용하여 다층 반도체 구조물들(3D IC, 웨이퍼들)를 검사하기 위한 것이다.
시스템(S)은 프로세서(도시되지 않음)를 갖는 컴퓨터(C) 및 외부 블록(M)으로 개략적으로 도시된 메모리를 포함한다. 컴퓨터는 또한 오퍼레이터가 검사 프로세스를 제어 및 조정할 수 있도록 디스플레이(D) 및 키보드(K)를 구비하고 있다. 컴퓨터(C)는 3차원 다층 구조물(반도체 웨이퍼(W)가 도시됨)의 이미지를 생성하도록 적응된 주사 전자 현미경(SEM)과 라인(L)을 통해 통신한다.
SEM에서 획득된 SEM-이미지는 컴퓨터(C)로 전송되어, 거기서 처리되고 메모리(M)에 저장된다.
컴퓨터(C)의 메모리(M)는 또한 웨이퍼(W)의 층들에 대해 예비 개발된 예상되는 이미지들의 세트를 저장할 수 있다.
시스템(S)의 동작은 주어진 이미지(SEM-이미지) 및 예상되는 이미지들을 처리하는 것에 기초하여 웨이퍼의 층들 사이의 오버레이를 측정하는 데 초점을 맞춘다.
예상되는 이미지들은 층들을 위해 설계된 CAD 이미지들일 수 있다. 대안적으로, 예상되는 이미지들은 관심 있는 실제 구조물의 층들 상의 실제 패턴들에 최대로 유사하게 보이게 하기 위해, 시뮬레이션시에 설계 이미지들로부터 형성될 수 있다.
본 예에서, 컴퓨터 소프트웨어는 층들을 제조하고 이들을 SEM에 의해 스캐닝할 때 획득될 수 있는 이미지들에 최대로 가깝게 예상되는 이미지들로 변환하기 위해 설계 이미지들을 시뮬레이션하기 위한 하나 이상의 프로그램을 포함할 수 있다. 반도체 웨이퍼들에서 오버레이를 측정하기 위해 의도된, 제안된 시스템의 특정 실시예는 그러한 시뮬레이션으로 더 효과적으로 동작한다. 컴퓨터는 시스템의 새로운 기능들을 담당하는 제안된 소프트웨어 제품(점선 윤곽 SP로서 개략적으로 도시됨)을 포함하는 일부 컴퓨터 판독가능한 매체를 수용한다. 기능들 중 일부는 다음의 도면들에 도시된 흐름도들을 참조하여 설명될 것이다.
도 2는 제안된 방법의 하나의 버전의 흐름도를 보여준다. 이 버전(10)은 방법의 일부 수정들을 위한 기본 버전을 제공할 수 있다.
블록(12): 실제 다층 구조물의 주어진 이미지를 획득한다. 본 출원에 설명된 특정 예에서, 주어진 이미지는 주사 전자 현미경에 의해 생성된 SEM-이미지이다.
블록(14): 다층 구조물의 층들의 예상되는 이미지들을 획득한다.
- 박스(14.1)는 예시적인 층 "i"를 포함하는, 구조물의 다수의 층에 대해 개발된 복수의 설계 이미지를 나타낸다.
- 블록(14)은 다음과 같이, 설계 이미지들의 시뮬레이션을 포함할 수 있다:
- 박스(14.2)는 다수의 층의 예상되는 이미지들을 각각 형성하도록 설계 이미지들이 시뮬레이션될 수 있음을 나타낸다.
- 박스(14.3)는 층들의 시뮬레이션된 이미지들로부터 조합된 예상되는 이미지가 획득될 수 있음을 나타낸다.
예상되는 이미지는, 예를 들어, CAD 이미지들 또는 시뮬레이션된 CAD 이미지들일 수 있다.
언급된 예상되는 이미지들의 변형들은 컴퓨터 메모리에 저장된다.
또한, 주어진 이미지는 다음의 동작들을 사용하여, 예상되는 이미지들과 비교될 수 있다.
블록(16)은 주어진 이미지(SEM-이미지)가 조합된 예상되는 이미지에 대해 레지스트레이션됨을 나타낸다.
블록(18)은 주어진 이미지의 세그먼테이션을 담당한다, 즉:
박스(18.1)는 세그먼트화된 이미지가 획득됨을 나타내며, 이는 주어진 이미지의 각 픽셀이 특정 픽셀과 관련되는 층들을 나타내는 라벨에 의해 "라벨링"됨을 의미한다. 세그먼트화된 이미지는 컴퓨터 메모리에 저장된다.
박스(18.2)는 그 후 세그먼트화된 이미지로부터 복수의 층 맵(예시적인 층 "i"의 맵을 포함함)이 형성되고 메모리에 저장됨을 나타낸다. 이 특정 예에서, 맵들은 각각의 층들의 SEM-맵들이다.
선택적으로, 박스들(18.1 및 18.2)에서 수행되는 세그먼테이션 프로세스는 블록(14)에서 수신된 적합한 예상되는 이미지들을 고려하여 지원되고 용이해질 수 있다(이들 옵션의 화살표들은 도 2에 도시되지 않음).
블록(20)은 오버레이(OVL) 측정의 블록이다. 블록(20)에 의해 제안된 오버레이 측정의 개념은 소위 전역 오버레이 측정(global overlay measurement)의 기초이다. 즉, 다층 구조물 내의 임의의 2개의 층 사이의 OVL은 그들의 예상되는 이미지들과 그들의 맵들을 함께 처리함으로써 측정될 수 있다. 이 특정 예에서 예상되는 이미지들이 CAD-이미지들인 경우, 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이는 그 선택된 2개의 층의 CAD-이미지들 및 SEM-맵들을 처리함으로써 측정될 수 있다.
흐름도(10)에서 정의된 개념들의 일부 특정 구현들 및 조합들은 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 3은 추가적인 특징, 즉 소위 안전 영역들이 어떻게 결정되고 도 2에 도시된 방법과 조합되는지를 예시하는 흐름도의 단편을 보여준다.
그러나, 안전 영역들의 개념은 이 특허 출원에서 설명된 오버레이 측정의 방법들뿐만 아니라, 반도체 구조물들의 검사를 위한 다른 방법들과 함께 사용될 수도 있다는 점에 주목해야 한다.
안전 영역들은 새로운 블록(15)에서 정의된다.
블록(15)은 각 층 "i"에 대한 안전 영역들을, 먼저 해당 층의 예상되는 이미지 상에서(이 특정 예에서는, 층의 시뮬레이션된 CAD-이미지 상에서) 정의하는 단계를 포함한다. 안전 영역들은 특정 층의 요소/피쳐의 그러한 영역으로 이해되어야 하고, 이 영역은 임의의 제한된 오프셋에 의해 폐색될 수 없다. 즉, 피쳐들의 크기들의 그리고 층들 사이의 X/Y 오버레이의 최대 허용 편차들에서 특정 층의 피쳐의 안전 영역이 여전히 가시적이어야 한다(즉, 다른 층들에 속한 피쳐들에 의해 폐색되지 않아야 한다). 그러한 편차들에 대한 미리 결정된 한계들이 있다. 편차 한계들은 블록(15)에 공급되는 데이터의 화살표에 의해 개략적으로 표시되어 있다. 정의된 안전 영역들은 일반적으로 피쳐들의 예상되는 시각적 세그먼트들보다, 즉 층들의 예상되는 이미지들에서 가시적인 것으로 생각되는 것들보다 작다.
(도 7 및 도 8은 안전 영역들의 의미에 대한 일부 그림 삽화들을 더 제공할 것이다.)
블록(15)은 특정 층의 예상되는 이미지(예를 들어, CAD 이미지) 상에서 그러한 안전 영역들을 정의한다. 이들 안전 영역들을 ESA(expected safe areas, 예상되는 안전 영역들)라고 하자. 그것이 어떻게 끝났는가? 가시적인 것으로 설계되었고 임의의 허용 편차들에서 여전히 가시적인, 예상되는 이미지의 픽셀은 - ESA에 속하는 것으로 간주될 것이다. 구조물의 각 층에 대해 유사한 동작이 수행된다.
선택적으로, 정의된 안전 영역들(ESA)을 갖는 층들의 예상되는 이미지들은 조합된 예상되는 이미지(블록 14.3, 도 3에 도시되지 않음)를 획득하고, 그 후 박스(16)에서 적절한 레지스트레이션을 위해 사용될 수 있다.
이 예에서, 블록(15)에서 정의된 안전 영역들(ESA)은 그 후 블록(18)에서 세그먼테이션을 개선하는 대 사용된다. 즉, 안전 영역들(ESA)은 수정된 박스(18A)에서 층들의 맵들(예로서, SEM-맵들)을 작성할 때 고려된다. 획득된 특정 층의 맵은 해당 특정 층에 대해 정의된 ESA에 대응하는 맵 안전 영역들(MSA)을 포함할 것이다.
각 MSA는 특정 ESA를 관심 있는 층의 맵과 비교함으로써 정의될 수 있다.
층들의 예상되는 이미지들 및 맵들 상에서 결정된 안전 영역들(ESA 및 MSA)은 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를 정확하게 측정하는 데 사용된다. 그로 인해, 일반적인 블록(20)은 도 3에서 수정되고 20A로 표시된다(OVL 측정은 안전 영역들에 기초하기 때문에).
오버레이 측정을 위해 안전 영역들을 사용하는 예들은 도 6의 흐름도에서 및 도 8의 그림 표현에서 제시될 것이다.
도 4는 측정 결과들에 기초한 피드백을 포함하는, 오버레이 측정을 위한 수정된 방법의 흐름도를 도시한다. 예를 들어, 피드백을 포함하는 그러한 방법은 도 2를 참조하여 설명된 흐름도(10)로 시작될 수 있다.
도 4의 예에서는, 흐름도(10)가 부분적으로 도시되어 있다: 블록(18) 및 블록(20)만이 도시되어 있다.
오버레이 결과가 계산될 때(예를 들어, 흐름도(10)의 블록(20)에 의해), 그 결과는 미리 결정된 OVL 한계와 비교된다(블록(22)). 한계를 초과하면, 제품(예를 들어 반도체 웨이퍼)은 결함 있는 것으로 간주된다. 결함 있는 웨이퍼는 폐기될 수 있다; 대안적으로, 구조물의 상부 층(들)은 제거된 다음 다시 퇴적될 수 있다.
OVL 한계를 초과하지 않으면, 수행할 사용 가능한 자원들이 있는 경우 OVL이 개선될 수 있다(정확도를 개선하기 위한 추가적인 라운드들은 추가 시간, 에너지, 재료 등을 필요로 하므로 - 블록(24)). 그렇다면, 본 발명자들은 오버레이에 대해 검사된 2개의 층 중 하나 또는 둘 다의 예상되는(설계) 이미지를 조정함으로써(블록(26)) 오버레이를 개선하는 것을 제안한다. 예를 들어, 예상되는 이미지(들)의 시뮬레이션이 조정될 수 있고, 및/또는 예상되는 이미지들(CAD-이미지들)은 하나가 또 다른 것에 대해 상대적으로 시프트될 수 있다.
그 후 특정 층의 정정된 예상되는 이미지는 세그먼테이션의 결과들을 개선하기 위해 세그먼테이션 블록(18)으로 피드백된다. 그 후 세그먼테이션은 해당 층의 업데이트된 예상되는 이미지를 참조하여 수행될 것이다(적어도 박스(18.2)에서). 박스(27)는 블록(14) 및 블록(26)으로부터 예상되는 층 이미지에 대한 정보를 수신하고, 그들 중 블록(18)에 공급하기 위한 가장 업데이트된 정보를 선택한다.
블록(26)으로부터의 그러한 업데이트된 정보는 또한 OVL의 측정을 담당하는 블록(20)에도 공급될 것이다. 그 덕분에, 제조의 다음 라운드에서, 해당 특정 층들의 정정된 예상되는 이미지를 참조하여 오버레이가 다시 계산될 것이다.
프로세스의 특정 스테이지에서, 블록(24)에서 OVL의 임의의 추가 개선이 쓸모없거나 너무 비싸다는 결정이 이루어질 수 있다.
도 5는 블록(20A)(도 3)에서 정의된 수정된 버전을 선택적으로 사용하여, 블록(20)(도 2)에서 정의된 일반적인 알고리즘에 기초하여 오버레이를 측정하는 하나의 가능한 버전을 도시한다. 블록(20)의 일반적인 알고리즘은 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이를 측정하기 위한, 해당 층들의 맵들 및 예상되는 이미지들의 조합된 처리를 개략적으로 설명한다. 블록(20A)은 소위 안전 영역들을 사용하여 처리를 수행할 가능성을 블록(20)에 부가한다.
도 5는 OVL 계산의 특정 흐름도를 개략적으로 도시하고, 이는 다음을 포함한다:
임의의 2개의 층(층 1 및 층 2라고 불림)이 그들 사이의 OVL을 측정하기 위해 선택되는, 박스(20.1);
선택된 층들 각각에 대해 레지스트레이션이 수행되는, 박스(20.2). 그러한 층별 레지스트레이션은 특정 층의 예상되는 이미지(예를 들어, CAD 이미지 또는 시뮬레이션된 CAD 이미지)를 그의 맵(SEM-맵)에 대해 정렬시키는 것을 포함한다. 이 동작은 층 1에 대해 그리고 층 2에 대해 그 각각의 CAD 및 SEM 이미지들에 기초하여 수행된다. 층별 레지스트레이션은, 층의 예상되는 이미지들(CAD-시뮬레이션된 이미지) 및 맵들(SEM-이미지들) 상에서 예비 정의된 안전 영역들에 기초하여 수행되는 경우, 용이해질 수 있다.
박스(20.4)는 층의 예상되는 이미지로부터 층의 맵의 시프트(x/y 벡터)를 측정하는 것을 포함한다. 층 1에 대해, 측정된 벡터는 "시프트 1"이라고 불릴 것이다. 층 2의 대한 그러한 벡터를 측정하면, "시프트 2"가 수신된다.
박스(20.6)는 박스(20.4)에서 획득된 2개의 시프트 사이의 차이로서 오버레이(OVL)를 계산하는 것을 포함한다.
도 6은 다층 구조물의 임의의 2개의 층 사이의 오버레이(OVL)를 측정하는 또 다른 버전을 보여준다. 안전 영역들의 개념이 이 버전에서 사용되며, 따라서 이 알고리즘은 일반적으로 20A로 표시된다. 그러나, 이 버전은 안전 영역들과 함께 수행되는 일부 새로운 동작들에 의해 도 5의 버전과 상이하다:
박스(20.1) - OVL 측정을 위한 2개의 층을 선택한다(도 5에서와 동일함).
박스(20.3) - 컴퓨터 메모리로부터, 2개의 선택된 층의 맵들(즉, 층들의 세그먼테이션 맵들)을 호출하고 (구조에서와 같이) 맵들이 그들의 실제 상호 위치들에 배열되도록 한다.
박스(20.5) - 층 맵들 상에서 안전 영역들이 식별된다. 예를 들어, 안전 영역 1(MSA1)은 층 1의 층 맵 상에서 식별되고, 안전 영역 2(MSA2)는 층 2의 맵 상에서 식별된다고 하자.
박스(20.7) - 식별된 안전 영역들에 대한 중력 중심(COG)들을 결정하고, 2개의 안전 영역(MSA1 및 MSA2)의 COG들 사이의 벡터 V1을 측정한다. 벡터 V1은 층들의 맵들 사이의 "가시적인 오버레이"를 나타낼 것이다. 이 예에서, 층들의 세그먼테이션 맵들에 대해 벡터 V1이 결정된다.
박스(20.9) - 컴퓨터 메모리로부터 층 1 및 층 2의 2개의 예상되는 이미지를 획득하고, 이들 예상되는 이미지를 그들의 설계된 상호 위치들에 배치하기 위한 것이다.
20.11 - 층 1 및 층 2의 예상되는 이미지들 상에서, 각각의 층 맵들의 안전 영역들(MSA1, MSA2)에 대응하는 세그먼트들을 식별한다. 이들 세그먼트는 실제로 예상되는 이미지들의 안전 영역들(ESA1, ESA2)이다.
20.13 - 이들 세그먼트(ESA1, ESA2)의 COG들를 구하고, ESA1과 ESA2의 COG들 사이의 벡터 V2를 측정한다. 이 예에서, V2는 층들의 CAD-이미지들인 예상되는 이미지들에 대해 결정된다.
20.15 - 층 1과 층 2 사이의 오버레이(OVL)를 벡터 V1과 벡터 V2 사이의 차이로서 계산한다.
도 7은 6개의 파트 7a 내지 7f을 포함한다.
파트 7a는 4-층 구조물의 조합된 예상되는 이미지이고, 여기서 각 층의 피쳐들/요소들은 숫자 1-4로 표시되어 있다. 각 숫자(1, 2, 3, 4)는 설계에 따라 피쳐가 위치할 층의 번호를 나타낸다. 이 예에서, 예상되는 이미지는 시뮬레이션된 설계 이미지이다.
파트 7b는 실제 구조물의 주어진 이미지(이 예에서는, SEM-이미지)의 개략적인 그림 도를 보여준다. 주어진 이미지의 스폿들은 파트 7a의 예상되는 이미지를 참조함으로써 세그먼트화될 수 있다.
파트 7c는 층 3의 예상되는 이미지이고, 여기서 어두운 실루엣은 층 3 상에 위치하는 대각선 요소에 대응한다. 대각선 요소(3) 주위의 파선 윤곽은 허용된 크기 편차(델타 -3)를 보여준다. 파선 수직 라인들은 층 4 상에 위치하는 수직 요소(4)의 크기 편차의 한계들을 보여준다. 요소(4)의 크기 편차는 델타-4로 표시된다. 실제로, 요소(4)는 요소(3)을 부분적으로 폐색한다.
층 3과 층 4 사이의 오버레이의 한계를 개략적으로 보여주는 화살표 "OVL lim"도 있다.
파트 7d는 파트 7b의 주어진 이미지의 세그먼테이션 시 획득된, 층 3의 세그먼테이션 맵을 보여준다. 층 3의 맵(파트 7d)은 주어진 이미지 상에서 보이는 층 3의 세그먼트들만을 보여준다. 이러한 층 3의 맵은, 예를 들어 층 3과 층 4 사이의 오버레이의 추가 측정을 위해 층 3의 예상되는 이미지(파트 7c)와의 레지스트레이션을 수행하는 데 사용될 수 있다.
파트 7e는 층 3과 층 4 사이의 상호 위치들(오버레이)를 결정해야 할 경우, 예상되는 안전 영역들(ESA)이 층 3의 예상되는 이미지 상에서 어떻게 정의될 수 있는지를 개략적으로 보여준다. 층 3의 ESA는 최악의 오프셋의 경우, 즉 층 3 및 층 4에 관한 크기 편차들 및 오버레이 둘 다가 발생하는 경우 여전히 가시적일 영역들이다.
파트 7f는 최악의 경우, 해당 층의 예상되는 이미지 상의 안전 영역들(ESA)에 대응할 수 있는, 층 3의 맵 상의 안전 영역들(MSA)을 개략적으로 보여준다.
도 8은 안전 영역들의 개념을 사용하여, 2개의 예시적인 층(층 1 및 층 2) 사이의 오버레이를 측정하는 방법을 도시한 그림 삽화를 나타낸다. 관련된 알고리즘은 도 6을 참조하여 일반적으로 설명된다.
도 8의 좌측 부분 "A"는 층 1과 층 2의 서로에 대한 예상되는 위치에서 해당 층들의 2개의 예상되는 이미지들(CAD-이미지들)을 도시한다. 우측 부분 "B"는 층 1과 층 2의 서로에 대한 실제 위치에서의, 해당 층들의 2개의 세그먼테이션 맵들을 보여준다.
특정 층에서 폐색되지 않는 영역들은 해당 층의 안전 영역들로 간주된다는 점을 상기해야 한다.
층 1이 상부 층이고 층 2가 하부 층이라고 하자. 층 1 상에는, L1이라고 표시된 수직 요소가 있고, 이는 폐색되지 않은 것으로 간주된다. 층 2 상에는, L2라고 표시된 대각선 요소가 있다. L2는 설계(도 8의 좌측 다이어그램 "A")에 따라 L1에 의해 부분적으로 폐색된다. L2는 층들의 실제 세그먼테이션 맵들(도 8의 우측 부분 "B") 상에서도 L1에 의해 부분적으로 폐색되지만, L2의 위치는 오버레이 및/또는 크기들의 일부 편차들로 인해 시각적으로 시프트되어 있다는 것을 알 수 있다.
어두운 세그먼트들은 요소 L2의 안전 영역들이라고 하자. 부분 "B"에서, 전체 L1과 L2의 어두운 세그먼트는 매핑된 안전 영역(MSA: mapped safe area)들이다. 부분 "A"에서, 전체 L1과 "B"에 적합한 L2의 어두운 부분만이 ESA이다.
이제 모든 안전 영역들에 대해 중력 중심(COG)이 결정된다.
그 후, 2개의 상이한 층 1 및 층 2에 위치한 2개의 안전 영역(MSA)의 COG들 사이의 차이로서, "B"(층 1, 층 2의 SEGM-맵들)에 대해 벡터 V1이 결정된다.
유사하게, 2개의 상이한 층 1 및 층 2 상에 위치한 2개의 안전 영역(ESA)의 COG들 사이의 차이로서, "A"(층 1, 층 2의 CAD-이미지들)에 대해 벡터 V2가 결정된다.
마지막으로, 층 1과 층 2 사이의 오버레이는 벡터 V1과 벡터 V2의 차이로서 계산된다: OVL=V1-V2.
본 발명이 특정 예들 및 도면들을 참조하여 설명되었지만, 방법의 수정된 버전들 및 시스템의 상이한 구현들이 제안될 수 있으며, 이는 후속하는 다음의 청구항들에 의해 정의될 때마다 본 발명의 부분으로 간주되어야 한다.

Claims (15)

  1. 다층 구조물의 층들 사이의 오버레이를 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 다층 구조물을 나타내는 주어진 이미지를 획득하는 단계,
    상기 다층 구조물의 층들의 예상되는 이미지들을 획득하는 단계;
    상기 층들의 예상되는 이미지들의 조합으로서 상기 다층 구조물의 조합된 예상되는 이미지를 생성하는 단계;
    상기 조합된 예상되는 이미지에 대해 상기 주어진 이미지의 레지스트레이션(registration)을 수행하는 단계;
    상기 주어진 이미지의 세그먼테이션(segmentation)을 제공하여, 세그먼트화된 이미지 및 상기 다층 구조물의 층들의 맵들을 생성하는 단계;
    컴퓨터 프로세서에 의해, 상기 다층 구조물의 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이 측정을, 상기 2개의 선택된 층의 대응하는 예상되는 이미지들과 상기 2개의 선택된 층의 맵들을 처리함으로써 결정하는 단계; 및
    상기 예상되는 이미지들 중 적어도 하나를 조정함으로써 상기 세그먼테이션을 향상시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조합된 예상되는 이미지 또는 상기 층들의 예상되는 이미지들 중 적어도 하나는 시뮬레이션에 의해 처리된 설계 이미지들인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다층 구조물은 반도체 구조물 3차원 집적 회로(3D IC)이고,
    상기 주어진 이미지는 상기 3D IC의 주사 전자 현미경(SEM)-이미지이고,
    상기 예상되는 이미지들은 상기 층들의 시뮬레이션된 설계 이미지들이고,
    상기 조합된 예상되는 이미지는 상기 층들의 순서 및 예상되는 폐색들에 기초하여 상기 층들의 상기 시뮬레이션된 설계 이미지들을 조합함으로써 형성되고;
    상기 세그먼테이션은 상기 층들의 SEM-맵들을 생성하기 위한 SEM-이미지 세그먼테이션이고,
    상기 3D IC의 상기 2개의 선택된 층 사이의 오버레이 측정은 상기 2개의 선택된 층의 예상되는 이미지들을 이용하여 상기 2개의 선택된 층의 상기 SEM-맵들을 처리함으로써 결정되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세그먼테이션은 상기 층들의 예상되는 이미지들에 기초하는, 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 예상되는 이미지들과 상기 주어진 이미지 사이의 있음직한 폐색들 및 왜곡들에 기초하여, 상기 예상되는 이미지들 상의 그리고 상기 층들의 맵들 상의 안전 영역들을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 다층 구조물의 상기 2개의 선택된 층 사이의 오버레이 측정을 결정하는 상기 단계는 상기 결정된 안전 영역들을 이용하여 수행되는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다층 구조물의 상기 2개의 선택된 층 사이의 오버레이 측정을 결정하는 상기 단계는:
    상기 2개의 선택된 층 각각에 대해, 상기 2개의 선택된 층 중 특정 층의 각각의 맵과 상기 특정 층의 각각의 예상되는 이미지 사이의 층별 레지스트레이션(per-layer registration)을 수행하는 단계;
    상기 2개의 선택된 층 각각에 대해, 특정 층의 각각의 맵과 상기 특정 층의 각각의 예상되는 이미지를 비교하여 상기 특정 층의 시프트를 측정하여, 상기 2개의 선택된 층의 2개의 시프트를 각각 결정하는 단계; 및
    상기 2개의 시프트 사이의 차이로서 상기 2개의 선택된 층 사이의 상기 오버레이 측정을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 예상되는 이미지들과 상기 주어진 이미지 사이의 가능한 폐색들 및 왜곡들에 기초하여 상기 예상되는 이미지들 상의 그리고 상기 층들의 맵들 상의 안전 영역들을 결정하는 단계; 및
    상기 안전 영역들에 기초하여 상기 층별 레지스트레이션을 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 다층 구조물의 상기 2개의 선택된 층 사이의 오버레이 측정을 결정하는 상기 단계는:
    상기 2개의 선택된 층의 각각의 맵에 각각 나타나는 픽셀들의 2개의 맵 안전 영역(MSA)을 선택하는 단계;
    상기 2개의 선택된 층의 각각의 예상되는 이미지에 나타나는 2개의 예상되는 안전 영역(ESA) 세그먼트를 할당하는 단계 - 상기 2개의 ESA 세그먼트는 픽셀들의 상기 2개의 MSA에 각각 대응함 -;
    상기 2개의 선택된 MSA에 대한 오버레이 Simg의 벡터를, 상기 2개의 선택된 MSA의 중력 중심들 사이의 제1 차이를 계산함으로써 결정하는 단계;
    상기 2개의 ESA 세그먼트에 대한 오버레이 Sexp의 벡터를, 상기 2개의 선택된 MSA의 중력 중심들 사이의 제2 차이를 계산함으로써 결정하는 단계;
    Simg와 Sexp 사이의 차이를 계산함으로써 상기 2개의 선택된 층 사이의 오버레이 측정을 결정하는 단계를 포함되는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 세그먼테이션을 정정하기 위해 상기 결정된 오버레이 측정에 관한 피드백을 이용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 정정된 세그먼테이션을 이용하여 상기 오버레이 측정을 다시 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 다층 구조물의 나머지 층들에 관한 상기 다층 구조물의 각 층에 대한 각각의 오버레이 측정을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 이미지 처리를 위한 시스템으로서, 다층 구조물의 주어진 이미지 및 상기 다층 구조물의 층들의 예상되는 이미지들을 저장하도록 구성되는 메모리, 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는:
    상기 다층 구조물의 조합된 예상되는 이미지를 상기 층들의 예상되는 이미지들의 조합으로서 생성하고;
    상기 주어진 이미지를 상기 조합된 예상되는 이미지에 대해 레지스트레이션을 수행하고;
    상기 주어진 이미지를 세그먼트화하여 세그먼트화된 이미지 및 상기 다층 구조물의 층들의 맵들을 생성하고;
    상기 다층 구조물의 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이 측정을, 상기 2개의 선택된 층의 맵들과 상기 2개의 선택된 층의 대응하는 예상되는 이미지들을 처리하는 것에 의해 결정하고;
    상기 예상되는 이미지들 중 적어도 하나를 조정함으로써 상기 세그먼트화를 향상시키도록 구성되는, 시스템.
  15. 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로세서로 하여금 동작들을 수행하게 하는 명령어들을 저장하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체로서, 상기 동작들은:
    다층 구조물을 나타내는 주어진 이미지를 획득하는 동작;
    상기 다층 구조물의 층들의 예상되는 이미지들을 획득하는 동작;
    상기 층들의 예상되는 이미지들의 조합으로서 상기 다층 구조물의 조합된 예상되는 이미지를 생성하는 동작;
    상기 조합된 예상되는 이미지에 대해 상기 주어진 이미지의 레지스트레이션을 수행하는 동작;
    상기 주어진 이미지의 세그먼테이션을 제공하여, 세그먼트화된 이미지, 및 상기 다층 구조물의 층들의 맵들을 생성하는 동작;
    상기 컴퓨터 프로세서에 의해, 상기 다층 구조물의 임의의 2개의 선택된 층 사이의 오버레이 측정을, 상기 2개의 선택된 층의 대응하는 예상되는 이미지들과 상기 2개의 선택된 층의 맵들을 처리함으로써 결정하는 동작; 및
    상기 예상되는 이미지들 중 적어도 하나를 조정함으로써 상기 세그먼테이션을 향상시키는 동작을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
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