KR20140145617A - 오버레이 오차 측정 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 오버레이 오차 이외의 패턴의 어긋남을 보정하고, 고정밀도한 오버레이 오차 측정을 행하는 오버레이 오차 측정 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 오버레이 오차 측정 장치로서, 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호를 사용해서, 서로 다른 레이어에 속하는 복수의 패턴 간의 치수를 측정함과 함께, 당해 치수의 측정시에, 광근접 효과에 의한 패턴의 시프트분을 보정해서 상기 복수의 패턴 간의 치수 측정을 실행하는 오버레이 오차 측정 장치를 제안한다.

Description

오버레이 오차 측정 장치 및 컴퓨터 프로그램{OVERLAY ERROR MEASURING DEVICE AND COMPUTER PROGRAM}
본 발명은 반도체를 측정하는 측정 장치, 컴퓨터에 측정을 실행시키는 컴퓨터 프로그램, 또는 그 기억 매체에 관한 것이며, 특히 복수의 레이어가 적층된 시료의 오버레이 오차를 측정하는데에 바람직한 측정 장치 등에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스 제조에 있어서의 미세화 기술의 진전에 따라, 제조 패턴의 미세화는 놀라우며, 반도체 생산에 있어서의 검사·계측에서 고배율 계측이 필요하게 되고 있다. 특히 반도체 제조 공정에서는 각종 초해상도 기술(RET)을 구사하여, 레이어마다 고도의 노광이나 에칭 등의 프로세스 처리를 행하고, 다음 레이어와의 중첩을 행하여 순차적으로 회로 패턴을 형성한다.
이 경우의 중첩의 관리는 전용 위치 맞춤 마크를 사용하고, 광학식 검사 장치를 사용해서 행하고 있다.
구체적으로는 노광의 단위인 숏 영역 주변(예를 들면, 네 모퉁이)에 중첩을 위한 전용 패턴을 배치하고, 이 형상의 중첩 상황을, 광학식 검사 장치를 사용해서 관리하고 있지만, 높은 수율을 실현하기 위해서는 고정밀도의 중첩 관리가 중요하여, 광학식에서의 관리가 한계에 다다르고 있다.
또한, 광학식의 방식에서는 노광 장치의 렌즈 수차(收差)에 의한 전사 패턴의 변형 등의 영향에 의한 중첩 계측에 있어서의 오차가 증대되는 경우가 있고, 이 대응으로서 국소 영역에 있어서의 미세한 패턴끼리의 중첩 계측을 행함으로써 렌즈 수차에 의한 오차 요인의 배제가 필요하게 된다.
한편, 특허문헌 1에는 복수의 레이어에 속하는 패턴 간의 치수를 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.
일본국 특개 2007-248087호 공보(대응 미국 특허 USP 8,019,161)
특허문헌 1에 설명되어 있는 바와 같은 실제 패턴의 에지 사이를 측정하는 방법에 의하면, 패턴 간의 치수 측정을 나노 레벨의 정밀도로 행할 수 있지만, 한편으로 이하와 같은 치수 오차 요인이 존재하는 것이 발명자들의 검토에 의해 명백해졌다.
최근 반도체 디바이스의 고집적화에 따라, 패턴 간의 거리가 매우 근접해지고, 그 결과, 광근접 효과(Optical Proximity Effect: OPE)에 의해, 설계 데이터(레이아웃 데이터)와 비교하면 패턴이 시프트되어 버리는 현상이 나타나게 되어 왔다. 레이어 간의 중첩 오차가 존재하는 경우, 레이어 간의 에지 간 치수는, 중첩 오차와 OPE에 의한 패턴 시프트가 포함되게 되고, 단순히 패턴 간의 치수를 측정한 것만으로는, 정확한 오버레이 오차를 파악하는 것이 어렵다.
이렇게 고정밀도한 측정이 가능해지고, 또한 반도체 디바이스의 미세화가 진행됨에 따라 현재(顯在)화하는 오버레이 오차 측정의 오차를 효과적으로 억제하는 것이, 고정밀도한 오버레이 오차 측정을 가능하게 한다. 이하에, 오버레이 오차 이외의 패턴의 어긋남을 보정하고, 고정밀도한 오버레이 오차 측정을 행하는 것을 목적으로 하는 오버레이 오차 측정 장치, 및 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 이하에, 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 화상에 의거하여, 시료 상(上)에 형성된 패턴의 측정을 행하는 연산 처리 장치를 구비한 오버레이 오차 측정 장치로서, 상기 연산 처리 장치는, 상기 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호를 사용해서, 서로 다른 레이어에 속하는 복수의 패턴 간의 치수를 측정함과 함께, 당해 치수의 측정시에, 광근접 효과에 의한 패턴의 시프트분을 보정해서 상기 복수의 패턴 간의 치수 측정을 실행하는 오버레이 오차 측정 장치, 및 당해 측정을 실현하는 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
또한, 상기 광근접 효과에 의한 패턴의 시프트분을 보정하는 패턴으로서, 레이아웃 데이터 상의, 동(同) 형상의 패턴이 복수 배열된 대칭성 패턴을 선택해서 보정하는 오버레이 오차 측정 장치, 및 당해 측정을 실현하는 컴퓨터 프로그램을 제안한다.
상기 구성에 의하면, 광근접 효과에 의한 패턴 시프트의 영향을 억제하면서, 정확한 오버레이 오차 측정이 가능해진다.
도 1은 2개의 레이어가 겹침으로써, 반도체 회로가 구성되는 것을 나타내는 도면.
도 2는 반도체 회로와, 오버레이 오차 측정 부위의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 3은 대칭성 패턴을 사용한 오버레이 오차 측정의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 대칭성 패턴과 파노라마 화상 형성시의 복수의 시야 위치의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 5는 OPE에 의한 대칭성 패턴의 시프트에 추종해서 시야 위치를 보정하는 예를 나타내는 도면.
도 6은 대칭성 패턴을 오버레이 오차 측정의 평가 대상으로서 선택한 후에 오버레이 오차 측정을 행하는 공정을 나타내는 도면.
도 7은 대칭성 패턴과 오버레이 오차 측정 위치의 관계를 나타내는 도면.
도 8은 오버레이 오차 측정용의 전용 패턴의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 주사 전자 현미경의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 반도체 계측 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 OPE에 의한 패턴 시프트 보정용 데이터베이스의 일례를 나타내는 도면.
도 12는 OPE에 의한 패턴 시프트의 개요를 나타내는 도면.
도 13은 오버레이 오차 측정의 조건을 설정하는 GUI 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 14는 설정된 오버레이 오차 측정 조건에 의거하여, 측정 대상이 되는 패턴의 예를 나타내는 도면.
도 15는 서로 다른 레이어의 패턴의 중심점 간의 치수 측정에 의거하여, 오버레이 오차 측정을 행하는 예를 나타내는 도면.
도 16은 파노라마 화상 형성을 위한 시야 위치 설정 공정을 나타내는 플로차트.
도 17은 EPE 측장(測長) 결과에 의거하여, 레이아웃 데이터와 시뮬레이션 데이터의 평가맵(괴리도 맵)을 작성하는 예를 나타내는 도면.
도 18은 파노라마 화상 형성을 위해 설정된 복수의 시야 위치의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 19는 파노라마 화상 형성을 위한 복수의 시야 간의 중첩 영역을 평가하는 예를 설명하는 도면.
도 20은 파노라마 화상 형성 조건 설정 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 21은 파노라마 화상 형성 조건 설정 공정을 나타내는 플로차트.
도 22는 파노라마 화상 형성을 위한 복수의 시야 간에 새로운 시야를 설정하는 예를 나타내는 도면.
이하에 도면을 사용해서, 오버레이 측정의 개요에 대해서 설명한다. 도 1은, 오버레이 측정의 대상이 되는 패턴의 일례를 나타내는 도면이다. 반도체 웨이퍼는 복수의 레이어가 적층되어 구성되어 있고, 적층됨으로써 반도체 회로를 구성한다. 도 1은 하층(레이어 1)에 확산층, 상층(레이어 2)에 게이트층을 갖는 트랜지스터 구조를 나타내는 도면이다. 이하에 설명하는 실시예에서는, 주로 이 2개의 레이어의 상대적인 위치를 측정함으로써, 오버레이 측정을 행하는 예에 대해서 설명한다.
반도체의 제조 과정에 있어서의 오버레이 관리와 그 계측 기술은 반도체의 양산 공정에서 중요한 역할을 차지하고 있다. 그리고, 최근의 미세 가공 기술의 진전에 따라, 보다 나은 고정밀도화가 요구되게 되어 왔다. 특히, 중첩의 요구 정밀도가 ＜5㎚ 정도가 되면, 실제 디바이스 패턴에서 발생하는 오차 인자(렌즈의 열수차나 STI의 스트레스)를 무시할 수 없게 된다.
노광 장치에 의한 숏 영역 주변(예를 들면, 네 모퉁이)에 중첩을 위한 전용 패턴을 배치하고, 이 형상의 중첩 상황을, 광학식 검사 장치를 사용해서 관리하는 방법에서는, 광학식 검사 장치의 광의 파장고의 분해능의 한계가 있어, 충분한 정밀도로의 중첩 오차를 평가하는 것이 어렵다. 또한, 노광 장치의 렌즈의 열수차의 영향에 의해 숏 내의 넓은 영역 내에서의 패턴의 편차가 크게 되어 있어, 숏의 모퉁이의 패턴에서의 중첩 관리에서는 정밀도의 관점에서 한계로 되어 있다. 또한, 트랜지스터의 STI 레이어에서는 주변의 컨택트홀의 영향에 의한 게이트 형상의 스트레스의 영향에 의한 게이트 형상에 편차가 있다.
따라서, 실제 패턴(실제로 패턴 형상을 영상화한 데이터)을 사용한 중첩 관리를 행하는 것이 바람직하다.
그래서, 본 실시예에서는, 광학식 검사 장치로는 취득할 수 없는 높은 배율에서의 화상 취득이 가능한 주사 전자 현미경이나 이온빔 현미경과 같은 하전 입자선 장치에 의해 얻어지는 신호에 의거하여, 오버레이 측정을 행하는 장치, 당해 측정을 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램, 및 당해 컴퓨터 프로그램을 기억하는 기억 매체에 대해서 설명한다.
주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)에 의하면, 5㎚ 이하의 정밀도의 치수 측정이 가능하며, 본 실시예에서는 패턴, 또는 복수의 패턴 간의 치수를 측정하는 측장용 주사 전자 현미경(Critical Dimension-SEM: CD-SEM)을 오버레이 측정에 사용하는 예에 대해서 설명한다.
한편, CD-SEM은, 예를 들면, 100㎚ 이하의 크기의 시야 화상을 취득하는 것이 가능하지만, 매우 높은 배율에 의한 측정, 관찰이 가능하기 때문에, 오버레이 측정을 행함에 있어서, 이하와 같은 측정 오차 요인이 있다.
반도체 디바이스의 각 레이어에 대한 노광 공정에서는, 광근접 효과를 적극적으로 활용한 이른바 초해상도 기술(RET)을 사용한 패턴 형성이 행해진다. RET에는, 확산층 형성 공정, 게이트층 형성 공정, 배선 공정 등에서 사용되는 OPC(광근접 효과 보정) 처리나 컨택트홀 형성 공정 등에서 대표되는 SRAF(초해상도 보조 패턴) 처리가 있다.
이러한 처리가 실시된 패턴이 표현되는 SEM 화상에 의거하는 패턴 평가를 행하는 경우, 패턴 형상이나 패턴의 토폴로지(topology)를 요인으로 하는 광근접 효과(Optical Proximity Effect: OPE)의 영향에 의해, 당해 패턴의 위치가 본래의 위치로부터 어긋나 해상되는 경우가 있다.
즉, 오버레이 오차가 있는 경우, 패턴의 어긋남과, OPE에 의한 패턴의 어긋남이 혼재하게 되어, 오버레이 오차의 적성(適性)한 평가가 곤란해지는 경우가 있다. 본 실시예에서는, 특히 OPE에 의한 패턴의 위치 어긋남에 의거하는, 오버레이 오차 측정의 오차를 억제하고, 정확한 오버레이 오차 측정을 행하는 장치에 대해서 설명한다. 구체적으로는, OPE 등에 의거하는 위치 어긋남 만큼을 보정하고, 위치 어긋남의 캔슬을 행한 후에, 레이어끼리의 중첩 관리를 행하는 예에 대해서 설명한다.
도 9는, 패턴 측정용 화상을 취득하는 주사 전자 현미경의 일례를 나타내는 도면이다. 전자원(電子源)(901)으로부터 인출 전극(902)에 의해 인출되고, 도시하지 않은 가속 전극에 의해 가속된 전자빔(903)은, 집속 렌즈의 일 형태인 콘덴서 렌즈(904)에 의해, 좁혀진 후에, 주사 편향기(905)에 의해, 시료(909) 상에 1차원적, 또는 2차원적으로 주사된다. 전자빔(903)은 시료대(908)에 내장된 전극에 인가된 부(負)전압에 의해 감속됨과 함께, 대물 렌즈(906)의 렌즈 작용에 의해 집속되어 시료(909) 상에 조사(照射)된다.
전자빔(903)이 진공 챔버(907) 내에 배치된 시료(909)에 조사되면, 당해 조사 개소로부터 2차 전자, 및 후방 산란 전자와 같은 전자(910)가 방출된다. 방출된 전자(910)는, 시료에 인가되는 부전압에 의거하는 가속 작용에 의해, 전자원 방향으로 가속되어, 변환 전극(912)에 충돌하고, 2차 전자(911)를 발생시킨다. 변환 전극(912)으로부터 방출된 2차 전자(911)는, 검출기(913)에 의해 포착되고, 포착된 2차 전자량에 의해, 검출기(913)의 출력이 변화된다. 이 출력에 따라 도시하지 않은 표시 장치의 휘도가 변화된다. 예를 들면, 2차원 상(像)을 형성하는 경우에는, 주사 편향기(905)에의 편향 신호와, 검출기(913)의 출력의 동기(同期)를 취함으로써, 주사 영역의 화상을 형성한다. 또한, 도 9에 예시하는 주사 전자 현미경에는, 전자빔의 주사 영역을 이동시키는 편향기(도시 생략)가 구비되어 있다. 이 편향기는 서로 다른 위치에 존재하는 동일 형상의 패턴의 화상 등을 형성하기 위해서 사용된다. 이 편향기는 이미지 시프트 편향기라고도 하며, 시료 스테이지에 의한 시료이동 등을 행하지 않고, 전자 현미경의 시야(Field Of View: FOV) 위치의 이동을 가능하게 한다. 이미지 시프트 편향기와 주사 편향기를 공통의 편향기로 하고, 이미지 시프트용 신호와 주사용 신호를 중첩하여, 편향기에 공급하도록 해도 된다.
또, 도 9의 예에서는 시료로부터 방출된 전자를 변환 전극에 의해 일단(一端) 변환하여 검출하는 예에 대해서 설명하고 있지만, 물론 이러한 구성에 한정되지는 않고, 예를 들면, 가속된 전자의 궤도 상에, 전자 증배관이나 검출기의 검출면을 배치하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 제어 장치(914)는, 주사 전자 현미경의 각 구성을 제어함과 함께, 검출된 전자에 의거하여 화상을 형성하는 기능이나, 라인 프로파일이라 하는 검출 전자의 강도 분포에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 패턴 폭을 측정하는 기능을 구비하고 있다.
도 10은, 반도체 계측 시스템의 일례를 나타내는 도면이다. 이 시스템에는, SEM에 의해 얻어진 신호(화상 데이터나 윤곽선 데이터)에 의거하여 오버레이 오차 측정을 실행하는 오버레이 오차 측정 장치(1001), 설계 데이터를 기억하는 설계 데이터 기억 매체(1002), 설계 데이터에 의거하여 시뮬레이션을 실행하는 시뮬레이터(1003), 측정에 요하는 정보를 입력하는 입력 장치(1004)가 포함되어 있다. 설계 데이터는 예를 들면, GDS 포맷이나 OASIS 포맷 등으로 표현되어 있고, 소정의 형식으로 기억되어 있다. 또, 설계 데이터는, 설계 데이터를 표시하는 소프트웨어가 그 포맷 형식을 표시할 수 있고, 도형 데이터로서 취급할 수 있으면, 그 종류는 상관없다.
패턴 선택부(1005)에서는, 입력 장치(1004)로부터 입력된 정보에 의거하여, 오버레이 오차 측정에 제공하는 패턴을 선택한다. 이 선택 데이터는 예를 들면 측정 조건으로서 기억되며, SEM 및 오버레이 오차 측정 장치(1001)의 동작 프로그램(레시피)으로서, 소정의 기억 매체에 기억된다. 윤곽선 추출부(1006)는, SEM에 의해 취득된 화상 데이터에 의거하여 윤곽선을 추출한다. 윤곽선 추출은 예를 들면 SEM 화상을 2치화한 후, 에지의 세선(細線)화를 행함으로써 실행한다. 또한, 보다 고정밀도한 윤곽선을 형성하는 경우에는, 세선화된 에지의 수선(垂線) 방향으로 휘도 프로파일을 작성하고, 소정의 휘도를 갖는 부분을 에지로 하도록 해도 된다. 또한, SEM에 윤곽선화 기능이 탑재되어 있는 경우에는, 윤곽선 추출부(1006)는 불필요하게 된다.
매칭부(1007)는, 윤곽선 데이터와, 설계 데이터에 의거하는 도형 데이터, 또는 설계 데이터에 의거하는 시뮬레이션 데이터 사이에서 패턴 매칭을 실행한다. 매칭의 상세에 대해서는 후술한다. 패턴 위치 보정부(1009)는, 레이아웃 데이터 등과, 윤곽선 데이터의 중첩 데이터 중의 패턴 선택부(1005)에서 선택된 패턴에 대해서, 선택적으로 위치를 보정한다. 보정 조건은 보정 조건 데이터베이스(1008)에 기억되며, 당해 보정 조건에 의거하여 패턴의 선택적인 이동을 실행한다. 오버레이 측정부는 패턴 위치 보정부(1009)에 의해 보정된 보정 데이터에 의거하여, 오버레이 오차 측정을 실행한다.
전술한 바와 같이, 실제 패턴을 사용한 중첩 계측의 경우, 하나의 층에 전사되어 있는 패턴이 광근접 효과의 영향에 의해 패턴의 위치가 시프트 또는 변형되어 있는 경우가 있어, 이 시프트분이나 변형분을 제외하고, 오버레이 평가를 행할 필요가 있다. 즉, 이 패턴 시프트와 층간의 패턴 위치 어긋남의 분리를 행하여, 진정한 오버레이 에러를 검출할 필요가 있다.
[실시예 1]
본 실시예에서는 주로 이하의 순서로, 오버레이 오차의 측정을 실행한다.
스텝 1: 오버레이 측정 대상 패턴의 선택
스텝 2: 측정 레시피의 자동 생성
스텝 3: 레시피를 실행함으로써 화상을 취득
스텝 4: OPE 보정의 실행
스텝 5: 오버레이 오차 계측
이하에, 각 스텝에 대해서, 도면을 사용해서 상세하게 설명한다.
(1) 오버레이 측정 대상 패턴의 선택
우선, 이 스텝에서는 반도체의 설계 데이터(레이아웃 데이터), 또는 시뮬레이션 데이터를 사용해서, 오버레이 측정 대상 패턴의 선택을 행한다. 이 경우, 예를 들면 특정의 패턴(확산층과 게이트층과 같은 2층 구조로 이루어지는 트랜지스터 등)이나, 그 좌표 및 화상 취득 영역(시야)의 크기를, 레이아웃 데이터나 시뮬레이션 데이터 상에서 선택함으로써, 패턴 또는 평가 영역을 결정한다. 입력 장치(1004)는, 설계 데이터 기억 매체(1002)에 기억된 레이아웃 데이터나 시뮬레이션 데이터와 같은 도형 데이터로부터 원하는 측정 대상을 선택하기 위한 것이다.
(2) 측정 레시피의 자동 생성
다음으로, 선택 패턴, 및 평가 영역의 화상의 취득, 그리고 취득 화상에 의거하는 측정을 실행하기 위한 레시피를 자동 생성한다. 설계 데이터에는, 패턴의 좌표 정보 등이 기억되어 있기 때문에, 당해 좌표에 SEM 등의 시야가 위치 부여되도록, SEM의 스테이지 이동 조건, 어드레싱에 요하는 패턴의 자동 선택, 측장 박스의 설정을 자동적, 또는 반자동적으로 실행한다. 어드레싱 패턴은, 예를 들면 SEM의 빔 시프트 가능 영역 내에, 측정 대상 패턴과 어드레싱 패턴이 위치 부여되도록 선택한다. 어드레싱 패턴은, 오류 검출을 방지하기 위해서, 형상이 유니크한 것을 선택한다.
도 13은, 측정 조건을 설정하기 위한 GUI(Graphical User Interface) 화면의 일례를 나타내는 도면이다. 이 화면은 예를 들면, 입력 장치(1004)의 표시 화면에 표시한다. 이 GUI 화면에서는, 오버레이의 평가 대상이 되는 레이어(Layer), 평가 대상 영역, 또는 패턴 좌표(위치: Location), SEM의 주사 영역의 크기(FOV size)의 선택이 가능하게 되어 있다. 이 윈도우에의 입력에 의거하여, 스테이지의 이동 조건이나 빔의 편향 조건 등이 자동 설정된다. 또한, 측정 대상이 되는 패턴의 종류를 선택하는 윈도우(Pattern Type)나 광근접 효과(Optical Proximity Effect: OPE)의 거리를 선택하는 윈도우(Distance of OPE)(1301)가 설치되어 있다.
윈도우(1301)에는, 측정 대상과 근접하는 패턴 사이의 거리에 관한 정보를 입력한다. 광근접 효과에 의한 패턴의 시프트는, 주로 측정 대상 패턴과 인접하는 패턴 사이의 거리에 의존하며, 거리가 가까울수록 영향이 커진다. 따라서, 예를 들면 당해 윈도우에 입력된 거리 이하의 것을 미리 기억되어 있는 데이터베이스에 따라 위치 보정하고, 그 후 오버레이 측정을 행하면, 정확한 오버레이 오차의 측정이 가능해진다. 설계 데이터를 참조하면, 인접 패턴 간의 거리를 구할 수 있기 때문에, 평가 대상 영역 중으로서 동일한 레이어 중에 상기 거리 이하의 패턴 간 거리를 갖는 패턴이 있으면, 데이터베이스에 기억된 조건에 따라 패턴의 시프트분을 보정하도록 하면 된다. 또한, 거리 정보의 입력은 반드시 필요하지는 않고, 평가 대상 영역의 전체 패턴에 대해서 보정을 행하도록 해도 된다.
도 11은, 보정 조건 데이터베이스(1008)에 기억된 보정 데이터(테이블)의 일례를 나타내는 도면이다. 이 테이블에는, 측정 대상이 되는 패턴의 종류(Pattern Type)와, 근접하는 패턴(Adjacent pattern)의 조합마다, 보정량(Shift amount)과 보정 방향(Direction)이 기억되어 있다. 광근접 효과는 근접하는 패턴의 크기나 거리에 따라 변화되기 때문에, 이들의 조합마다 보정량과 보정 방향을 기억해 두면 된다.
도 12는, 패턴 A(1202)(상층 패턴), 패턴(1201)(하층 패턴), 및 인접 패턴 b(1205)의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 패턴 A(1202)와 패턴 b(1205)가 동층 패턴이며, 패턴(1201)은 이들 패턴의 하층 패턴이다. 또한, 선분(1203, 1204, 1206)은, 각각 패턴(1201), 패턴 A(1202), 인접 패턴 b(1205)의 레이아웃 데이터이다. 도 11에 나타내는 테이블에는, 패턴 A(1202)와, 인접 패턴b(1205)가 근접한 경우의 OPE에 의한 패턴의 시프트량과 그 방향이 기억되어 있다. 오버레이 측정시에는, 이 테이블에 기억된 보정 데이터를 사용해서, 패턴 A(1202)를 시프트시킨 후에, 오버레이의 측정을 행함으로써, OPE에 의한 시프트분을 제외한 오버레이 측정을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 광근접 효과에 의해 패턴이 시프트되는 패턴은, 오버레이 측정에는 적합하지 않다는 판단을 바탕으로, 측정 대상으로부터 제외한다는 견해도 있다. 도 14는 그 일례를 나타내는 도면이다. 이 예에서는 패턴의 종류로서 트랜지스터가 선택되어 있다. 트랜지스터(1401, 1402)에는 인근에 OPE가 우려되는 패턴이 없고, 트랜지스터(1403)의 인근에는, 인접 패턴(1404)이 위치하고 있다. 이 3개의 트랜지스터 중에서, OPE에 의한 패턴 시프트가 우려되는 패턴은 트랜지스터(1403)이기 때문에, 예를 들면 윈도우(1301)에의 입력값 X0과, 레이아웃 데이터 상의 트랜지스터(1403)의 상층 패턴과 인접 패턴(1404)의 거리 X01이, 「X0≥X01」이 되는 경우에, 트랜지스터(1403)를 오버레이 오차 측정 대상으로부터 제외한 후에, 레시피를 생성하도록 해도 된다.
(3) 레시피를 실행함으로써 화상을 취득
이상과 같이 해서 생성된 레시피를 사용해서, 자동 측정을 행하여, 오버레이 오차의 측정 대상인 패턴을 포함하는 화상을 취득한다. 취득된 화상은 후술하는 바와 같은 오버레이 오차 측정에 제공된다.
(4) OPE 보정의 실행
다음으로, 패턴 위치 보정부(1009)에서는, OPE에 의한 시프트분을 보정하도록, 상층 패턴의 위치를 시프트한다. 구체적으로는 도 12에 예시하는 바와 같이, 데이터베이스에 기억된 보정량(x1, y1)과 보정 방향(θ1)에 의거하여 패턴 A(1202)의 위치를 선택적으로 시프트시킨다. 이렇게 보정함으로써, 오버레이 오차와 OPE에 의한 패턴 시프트가 혼재하여, 오버레이의 평가를 행하는 것이 곤란한 패턴이어도, 적정한 평가를 행하는 것이 가능해진다. 또, 실제로 시프트시키지 않고, 연산만으로 오버레이 오차를 구하는 것도 가능하다. 또, SEM 화상은 윤곽선화되어 있으며, 당해 윤곽선 데이터에 대해서, 하층에 속하는 윤곽선은 움직이지 않고, 상층에 속하는 윤곽선을 선택적으로 이동시키도록 한다.
(5) 오버레이 오차 계측
오버레이 측정부(1010)에서는, 스텝 4에서 OPE에 의한 패턴 시프트분이 보정된 패턴 데이터를 사용해서, 오버레이 오차 측정을 실행한다. 이 경우, 도 15에 예시하는 바와 같이, 하층 패턴의 레이아웃 데이터의 에지(1501)와 하층 패턴의 윤곽선(1502) 사이에서 위치 맞춤(매칭)을 행하고, 위치 맞춤이 행해진 상층 패턴의 레이아웃 데이터의 에지(1503)의 중심 위치(1506)와, 상층 패턴의 윤곽선(1504)의 중심 위치(1507) 사이의 치수 측정을 실행한다. 하층 패턴 간의 위치 맞춤은, 예를 들면 레이아웃 데이터와 윤곽선의 대응점 간의 거리(1505)의 가산 평균값이 최소가 되는 위치를 탐색함으로써 실행한다. 도 10에 예시한 블록도에서는, 매칭부(1007)에 의해 레이아웃 데이터와 윤곽선의 위치 맞춤(매칭)을 행한 후에, 패턴 위치 보정부(1009)에 의한 패턴의 위치 보정을 행하고 있지만, 이 순서는 어느 것이라도 된다.
또한, 중심 위치 사이를 측정하는 이유는 패턴의 변형 등에 상관없이 안정적인 측정이 가능한 것에 의하지만, 레이아웃 데이터와 윤곽선의 에지 간의 거리를 측정함으로써 오버레이 오차를 측정하도록 해도 된다.
또한, 실제 패턴에 의한 계측을 행하는 경우, 하층이 상층에 덮여 SEM 화상 위에 표현되지 않는 경우도 있기 때문에, 그 경우에는, 오버레이 계측을 위한 전용 타깃 패턴을 칩 내 또는 숏 내에 복수 배치하고, 이 패턴을 사용해서 오버레이 계측을 행하면(In chip overlay) 된다. 이 경우, 하층이 보이는 전용 컨택트홀을, 전용 타깃으로 하는 것을 생각할 수 있다. 보다 구체적으로는 오버레이 계측을 행하는 경우, 반도체 제조 공정에 있어서의 프로세스 기인(예를 들면, 리소 공정, 에칭 공정, CMP 공정 등)에 의해 계측에 사용하는 실제 패턴 그 자체의 변동(변형 등의 성과 불량)이 포함되어 있는 경우가 있다. 따라서, 안정적인 오버레이 계측을 실현하기 위해서는, 당해 프로세스마다 최적의 오버레이 계측의 전용 패턴을 칩 내 또는 숏 내에 복수 배치하고, 이 패턴을 사용해서 오버레이 계측을 행하는 것이 바람직하다.
최근의 패턴의 미세 가공의 진보에 따라, 노광에 사용하는 스캐너의 렌즈 수차의 영향이 종래와 비교해서 상대적으로 현저해지고 있으며, 또한 스캐너의 연속 사용에 의한 렌즈의 축열(蓄熱)의 영향도 보다 현저해지고 있다. 따라서, 노광 영역 내의 서로 다른 부위마다 서로 다른 패턴 시프트가 발생하는 것을 생각할 수 있다. 따라서, 칩 내에 복수의 전용 패턴을 마련하고, 복수의 어긋남을 구하는 것은 매우 유효하다.
시료 위의 패턴의 배치 상황에 따라, OPE에 의거하는 패턴 시프트는, 각각 서로 다른 방향이나 거리에서 발생하기 때문에, 본 실시예에서는, 각 부위에서 어긋남의 보정을 행하여, 정확한 오버레이 오차 측정을 행하면 된다. 또한, 오버레이 오차를 안정적으로 측정하기 위해서, 각 부위에서의 오버레이 오차의 통계값(예를 들면, 평균값)을 구하도록 해도 된다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 광근접 효과에 의한 위치 어긋남의 추정은 X와 Y축에 각각 대칭인 패턴을 검출하고, 대칭 패턴 간의 거리로부터 위치 어긋남의 양을 산출하고, 이 양을 사용해서 오버레이 계측의 대상 패턴의 위치 보정을 행하는 예에 대해서 설명한다.
도 2는, 6개의 트랜지스터가 배치된 패턴 구조를 나타내는 도면이다. SRAM 등에서는 도 2에 예시하는 바와 같은 패턴 구조가 연속해서 배열된다. 게이트를 구성하는 상층(레이어 2)은, 도시하는 바와 같이, 2개의 라인 형상의 패턴(201, 202)이 인접해서 배치되어 있고, 또한 그 외측의 패턴(203, 204)은, 패턴(201, 202)의 중심에 대해서 대칭으로 배치되어 있다. 패턴(201, 202)과 같은 대칭성 패턴에 포함되는 한쪽의 패턴의 다른 쪽의 패턴에 대한 OPE와, 다른 쪽의 패턴의 한쪽의 패턴에 대한 OPE는 거의 동일하다고 생각되기 때문에, OPE에 의한 시프트량(절대값)도 거의 동일하다고 생각된다. 또한, 외측의 패턴(203, 204)도, 패턴(201)과 패턴(202)의 중심 위치에 대해서, 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 역시 패턴(201, 202)의 시프트량은 패턴(201, 202)의 중심을 기준으로 했을 때, 반대 방향으로 동일한 양을 시프트한다고 생각된다.
이렇게, 대칭 패턴의 OPE에 의한 시프트는, 대략 좌우 대칭으로 발생한다고 생각되기 때문에, 2개의 패턴(201, 202) 사이의 간격이, 설계 데이터와 동일하게 되도록 대칭으로 시프트시킨 위치가, OPE에 의한 패턴 시프트가 없는 상태의 패턴(201, 202)의 위치라고 생각된다.
본 실시예에서는, OPE에 의한 패턴 시프트의 파악이 용이한 대칭 패턴을 오버레이의 측정 대상으로 함과 함께, 당해 패턴 시프트를 보정한 후에 고정밀도로 오버레이 오차 측정을 행하는 예에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 이하의 순서로 오버레이 오차 측정을 실행하는 예에 대해서 설명한다.
스텝 1: 오버레이 대상 패턴의 결정
스텝 2: 대칭성 패턴의 탐색
스텝 3: 촬상 레시피의 자동 생성
스텝 4 :검사 및 OPE 보정용 화상 취득
스텝 5: OPE 보정 계산 처리
스텝 6: 오버레이 계측
본 실시예에 의하면 이하의 효과를 기대할 수 있다.
우선, 실제 디바이스 패턴의 오버레이를 직접 계측, 관리를 행하는 방법(장치)을 실현할 수 있으며, 노광 장치의 렌즈의 열수차나 게이트 부분의 스트레스에 의한 숏 내의 치수 불균일을 고려한 중첩 평가를 행할 수 있어, 크리티컬(critical)한 레이어의 처리 공정에서의 높은 수율을 기대할 수 있다.
또한, 실제 디바이스의 광근접 효과에 의한 패턴의 위치 어긋남을 보정할 수 있다. 이 결과, 복수 공정에서 취득한 패턴의 윤곽선(Contour)끼리를 겹친 레이어 간 성과 평가를 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, OPC 캘리브레이션(calibration)과 검증(패턴 간의 위치 보정)의 목적으로서, 본래의 바른 패턴 위치를 구할 수 있다. 따라서, 이 정보를 OPC 모델링에 반영함으로써 고정밀도 OPC가 가능해진다.
도 6은, 설계 데이터 상의, 대칭성 패턴(동일한 형상의 패턴이 근접해서 2개 이상 배열되어 있는 패턴)의 위치를 적정하게 보정한 후에, 오버레이 오차 측정을 행하는 공정을 나타내는 도면이다. 대칭성 패턴의 조건 선택은 예를 들면 입력 장치(1004)에서 행한다.
스텝 1: 오버레이 계측 패턴 결정
반도체의 설계 데이터(레이아웃 데이터)에 의거하여, 2개의 레이어의 중첩 부분의 좌표와 패턴 형상을 산출한다. 또한, 그 결과를 사용해서 촬상을 위한 레시피 정보를 자동 생성한다.
스텝 2: 대칭성 패턴 결정
반도체의 설계 데이터(레이아웃 데이터)에 의거하여, 상기 오버레이 계측 패턴에 대응한 대상성 패턴의 좌표와 패턴 형상을 산출한다. 또한, 그 결과를 사용해서 촬상을 위한 레시피 정보를 자동 생성한다. 대칭 패턴의 선택은 예를 들면, 동 형상의 패턴이 소정 간격보다 좁은 범위로 배열되어 있는지의 여부의 판정에 의거해서 행하도록 해도 되며, 상층 레이어 제조의 기초로 되어 있는 레이아웃의 설계 데이터를 사용해서 대칭 패턴의 추출을 행하도록 해도 된다. 패턴 선택부(1005)에서는, 입력 장치(1004)에 의해 입력된 대칭 패턴의 조건에 의거하여, 그 조건에 알맞는 패턴을 선택한다.
스텝 3: 대칭성 패턴에 의한 OPE 보정
CD-SEM에 의해 취득한 SEM 화상으로부터 윤곽 형상을 생성하고, 패턴 형상의 광근접 효과의 영향에 의한 위치의 보정을 행한다. 도 7은 광근접 효과의 영향에 의해, 대칭성 패턴이 동일량 시프트하는 예를 나타내고 있다. 도 7에 예시하는 바와 같이, 대칭성 패턴은 좌우로 동일한 양을 시프트한다. 따라서, OPE의 영향을 배제하기 위해서, 설계 데이터(레이아웃 데이터) 또는 시뮬레이션 형상 데이터로부터, 대칭성 패턴을 구성하는 두 패턴 간의 거리(예를 들면, 중심점 간의 거리) Δxd를 추출함과 함께, 윤곽선 데이터로부터 대칭성 패턴을 구성하는 두 패턴 간의 거리 Δxc를 구하고, (Δxc-Δxd)/2를 산출한다. 이 산출 결과를 하나의 패턴의 시프트량으로 하고, 패턴 위치 보정부(1009)는, 윤곽선 데이터 내의 대칭 패턴의 위치를 시프트시킨다.
스텝 4: 오버레이 계측
상기에서 위치의 보정을 행한 2개의 레이어의 윤곽선 형상 데이터의 중첩을 행하여, 오버레이 계측을 행한다.
오버레이 오차 측정은, 전술한 바와 같이 패턴의 중심점 간의 거리를 구하도록 해도 되고, 에지 간 거리를 측정하도록 해도 된다. 오버레이 측정부(1010)에서는, 시야의 크기에 대한 에지 간, 또는 중심점 간의 거리에 의거하여, 오버레이 오차 측정을 실행한다. 단, 패턴의 변형에 상관없이, 고정밀도한 어긋남을 구하기 위해서는, 중심 간의 어긋남을 구하는 것이 바람직하다. 오버레이 측정부(1010)는 두 패턴의 중심, 또는 에지 위치로부터, 오버레이 오차의 측정을 실행한다. 보다 구체적으로는 중심 위치 간의 측정을 행하는 경우에는, 레이아웃 데이터, 또는 시뮬레이션 데이터 내의 측정 대상 패턴의 중심과, SEM 화상에 의거해서 얻어지는 윤곽선 데이터 내의 측정 대상 패턴의 중심 간의 거리를 구함으로써, 오버레이 오차를 측정한다.
도 8은 오버레이 계측을 위한 전용 패턴을 사용한 계측 방법의 예이다. 계측 대상이 되는 당해 공정마다 상당하는 패턴(예를 들면, 컨택트홀과 배선 패턴의 조합)을 미리 제품 디바이스의 마스크의 빈 영역에 작성해 두고, 이 2개의 레이어 사이에서의 패턴의 거리나 폭을 계측하는 것이다. 실제 제조 공정에서는 배선과 컨택트홀의 상하 관계가 절연막 등에 의해 덮여 있는 경우가 있어, 계측 대상이 되는 2개의 패턴끼리의 에지가 적절하게 보이지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 전용 패턴에서는 예를 들면 구멍의 바닥에 배선 패턴이 보이는 구조로 해서, 2개의 레이어의 패턴의 에지를 검출 가능하게 한다.
또한, 이 패턴의 사이즈의 기준은 당해 공정의 디바이스 레이어의 디자인 룰에 대해서 가장 미세한 룰값으로 나타나는 패턴 사이즈를 사용한다. 이에 따라, 실제로 디바이스 제조시에 영향이 여러가지 프로세스의 영향과 동등한 조건하에서 이 오버레이 패턴도 제조되기 때문에, 프로세스 조건을 가미한 오버레이 계측이 가능해진다.
또, 이 전용 패턴의 그룹은 각 칩 내의 복수의 빈 영역이나 더미 패턴의 배치 영역에 배치(예를 들면, 수십~100개소)함으로써 칩 내 및 숏 내마다의 패턴 어긋남의 벡터를 검출할 수 있고, 이 정보를 노광 장치 관리의 기능에 피드백할 수 있다.
도 1은 하층 패턴과 상층의 배선이나 게이트 패턴의 오버레이를 계측하는 전용 타깃 패턴이다. 또한, 도 2는 하층의 배선과 상층의 컨택트홀을 개구하고, 오버레이를 계측하는 전용 패턴이다.
이상, 본 실시예에 의하면, 광학식 검사 장치에 비해서, 미세한 검사 패턴을 사용할 수 있으므로, 맞춤 어긋남의 허용 오차를 줄일 수 있다. 또한, 실제 디바이스 패턴과 동 사이즈의 검사 패턴의 사용에 의한 맞춤 어긋남 관리를 디바이스 레벨에서 실현할 수 있다. 또한, 광학식 장치에서 발생하는 렌즈 수차의 영향이 없는 오버레이 오차 측정이 가능해진다. 또한, 인-칩(In-Chip)에서 복수 개소를 계측할 수 있기 때문에 웨이퍼(Wafer)면 내에서의 분포를 관리할 수 있게 된다.
도 3은, 대칭성 패턴을 사용한 오버레이 오차 측정을 행하는 다른 예를 나타내는 도면이다. 대칭성 패턴에 포함되는 한쪽의 패턴의 다른 쪽의 패턴에 대한 OPE와, 다른 쪽의 패턴의 한쪽의 패턴에 대한 OPE는 거의 동일하다고 생각되기 때문에, OPE에 의한 시프트량(절대값)은 거의 동일하다고 생각된다. 즉, 오버레이 오차와 OPE에 의한 패턴 시프트가 혼재한 윤곽선 데이터(301, 302)의 중심(303, 304) 사이의 중심(305)은, OPE에 의한 패턴 시프트가 없는 오버레이 오차만의 패턴 간의 중심 위치와 동일한 위치에 있게 된다. 그래서 본 예에서는, 중심(305)과, 기준 패턴(306, 307)(레이아웃 데이터나 시뮬레이션 데이터의 도형 데이터)의 중심(308) 사이의 거리를, 오버레이 오차로 한다. 즉, 중심(305)의 좌표(x305, y305)와 중심(308)의 좌표(x308, y308)와의 차분(Δx, Δy)을 오버레이 오차량으로 하고, Atan(Δy/Δx)를 오버레이 오차의 방향으로 한다.
이러한 연산에 의하면, OPE의 대소에 상관없이, OPE의 영향을 배제한 오버레이 오차의 측정이 가능해진다.
[실시예 3]
또한, 오버레이 오차 측정을 고정밀도로 행하기 위해서는 높은 배율(좁은 시야 사이즈)에서의 화상 취득이 요구된다. 한편, 고배율에서의 화상 취득을 행하고자 하면, 상층 패턴과 하층 패턴이 1개의 시야에 들어오지 않는 경우가 있다. 그래서, 고배율로 취득한 화상을 서로 연결하여, 광범위에 걸쳐 분해능이 높은 화상을 형성하는 파노라마 기술을 사용해서, 오버레이 측정을 행하는 예에 대해서 설명한다.
파노라마 화상을 형성하는 경우에, 실시예 2에서 설명한 바와 같은 OPE에 의한 패턴의 시프트가 있으면, 본래 상정한 위치에 패턴이 없게 되기 때문에, 화상의 연결에 실패할 가능성이 있다. 도 4는 하층 레이어의 패턴(401)과, 상층 레이어의 패턴(402, 403)이 배치된 회로 패턴의 일례를 나타내는 도면이다. 레이아웃 데이터(404, 405)의 위치에 맞춰서 시야(407, 408)가 설정되고, 패턴(401)을 포함하는 시야(406)와의 사이의 중첩 영역(409, 410)이 설정되어 있다. 시야 간의 중첩 부분은, 정확한 연결을 행하기 위해서, 적어도 두 방향의 에지가 포함되어 있을 필요가 있다. 이것은, 한 방향에만 에지가 있으면, 2차원적인 위치를 특정할 수 없기 때문이다.
이하에, 정확한 연결을 가능하게 하기 위해, 실시예 1에서 설명한 바와 같은 데이터베이스를 참조하여, 적절한 위치에 시야를 설정하는 예를 설명한다.
도 5는, 패턴의 시프트분을 고려해서 시야 위치를 설정한 예를 나타내는 도면이다. 시야(501, 502)는 도 11에 예시한 바와 같은 데이터베이스를 참조해서, 패턴의 시프트분, 시야(407, 408)를 시프트한 예를 나타내는 도면이다. 도 5에서는, 초기의 시야 설정 위치(시야(407, 408))에 대해서, Δx분, 패턴을 시프트시킨 예를 나타내고 있다.
도 16은, 파노라마 화상을 작성할 때에, 시야의 초기 설정 위치를, 데이터베이스를 참조해서 보정하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
우선, 도 4에 예시하는 바와 같이, 레이아웃 데이터 상에서 파노라마 화상을 형성하기 위한 복수의 시야를 설정한다(스텝 1601). 이 경우, 복수의 시야 사이에서는 중첩 영역을 마련하며, 또한 당해 중첩 영역 중에는 적어도 두 방향의 선분이 포함되도록 한다. 다음으로, 도 11에 예시하는 바와 같은 데이터베이스를 참조해서(스텝 1602), 파노라마 화상 형성 영역 내에 OPE에 의한 패턴 시프트가 발생하는 것이 없는지 판정을 행하고, 패턴 시프트가 발생하는 패턴이 있는 경우에는, 데이터베이스에 기억된 시프트량이나 시프트의 방향에 의거하여, 시야 위치를 이동시킨다.
다음으로, 위치 보정 전에 시야의 일부가 중첩되어 있던 시야(시야(406))와, 시야 이동 후의 시야의 중첩 상태를 확인(스텝 1604)하고, 위치 맞춤에 필요로 하는 에지가 포함되어 있지 않다고 판단할 수 있는 경우(두 방향의 에지가 포함되어 있지 않은 경우, 시야가 소정의 크기보다 작은 경우(중첩 영역이 너무 작아 중첩 정밀도를 확보할 수 없는 경우) 등), 시야(406)를 분할해서 시야(503, 504)를 설정함과 함께, 시야(406)에 대해서 Δx분, 시야(501, 502)에 추종하도록, 위치를 시프트시킨다(스텝 1605). 이 경우, 시프트량＜Δx였다고 해도, 중첩 영역 내에 위치 맞춤에 필요로 하는 에지가 포함되어 있다고 판단할 수 있는 경우에는, 그 시프트량만큼, 시야(503, 504)를 이동시키도록 해도 된다.
또한, 시야 이동에 의한 다른 중첩 영역의 상태를 확인하고, 중첩 영역 내에 적절하게 에지가 포함되어 있다고 판단할 수 있는 경우에, 설정, 또는 보정된 시야 위치를 화상 취득 조건의 하나로 하는 SEM의 촬상 레시피로서 등록한다(스텝 1606). 이러한 촬상 레시피는, 예를 들면 제어 장치(914)나 입력 장치(1004)에 내장되는 메모리 등의 기억 매체에 기억시켜, SEM 가동시의 동작 프로그램으로서 판독된다.
이상과 같은 구성에 의하면, OPE의 존재에 상관없이, 적절한 위치에 시야를 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 오버레이 오차 측정을 행하는 경우, 광범위하게 확대되는 복수의 패턴을 사용하여, 고정밀도한 오버레이 오차 측정을 행하는 것이 가능해진다.
[실시예 4]
다음으로, 시뮬레이션 데이터를 사용해서, 파노라마 화상의 형성 조건을 설정하는 예에 대해서 설명한다. 시뮬레이션 데이터는, 설계 데이터 기억 매체(1002)에 기억된 레이아웃 데이터에 대해서, 패턴 형성 조건 등을 가미해서 패턴의 형상예측을 행한 결과가 얻어지는 것이며, 시뮬레이터(1003)에 의해 행해진다.
파노라마 화상의 형성 조건을 설정함에 있어서 중요한 점은 전술한 바와 같이 취득 화상(시야)에 적절한 겹치는 부분(중첩 영역)을 갖게 하는 것에 있다. 설계 데이터를 기준으로 해서 이 FOV 위치를 최적으로 배치하기 위해서는, OPE에 의한 패턴의 변형이나 시프트를 고려할 필요가 있다.
본 실시예에서는, 시뮬레이션 형상과, 설계 데이터에 의거하는 레이아웃 형상의 괴리의 정도를 구하고, 당해 괴리의 정도에 의거하여, 시야를 적절한 위치로 설정하는 예를 설명한다. 보다 구체적으로는, 레이아웃 데이터와 시뮬레이션 데이터의 대응점(패턴의 동일 부위라고 간주할 수 있는 점) 간의 EPE(Edge Placement Error) 측장 결과에 의거하여, 패턴의 각 부위의 성과를 평가하고, 당해 성과에 따라, 시야 위치를 설정하는 예에 대해서 설명한다.
도 17은, 레이아웃 형상(1701)과 시뮬레이션 형상(1702) 사이의 EPE 측장 결과(EPE값)에 의거하여, 패턴의 각 부위의 평가값(본 예에서는 양 형상 간의 괴리도)을 산출하고, 평가값의 산출에 의거하여, 평가맵(1703)을 작성하는 예를 나타내는 도면이다. 평가맵은 패턴을 매트릭스 형상으로 분할하고, 그 각 부위에 대해서, 평가값을 기억하기 위한 것이다. 각 부위의 평가값은, 당해 부위에 속하는 EPE 측장 결과, 또는 당해 부위에 속하는 EPE 측장 결과의 평균값으로 할 수 있다.
도 20은, SEM의 촬상 레시피 작성 장치가 되는 입력 장치(1004), 설계 데이터 기억 매체(1002), 및 시뮬레이터(1003)를 포함하는 촬상 레시피 작성 시스템의 개요를 나타내는 도면이다. 입력 장치(1004)는, 연산 장치(2001)와, 입력부(2002)를 구비하고 있다. 연산 장치(2001)에 포함되는 시야 위치 설정부(2003)는, 입력부(2002)로부터 입력된 조건 등에 의거하여 시야 위치를 설정한다. 예를 들면, 도 18에 예시하는 3개의 패턴(1801~1803)의 파노라마 화상을 작성하기 위한 조건으로서, 시야의 사이즈(배율), 중첩 영역의 크기, 다른 SEM의 광학 조건 등을, 입력부(2002)로부터 입력한다. 또한, 도 18의 예에서는, 도면의 우측에서 순서대로 시야(1804, 1805, 1806, 및 1807)를 설정하는 예를 예시하고 있지만, 이러한 화상 취득 순서의 입력도 가능해지고 있다.
EPE 측정부(2004)에서는, 도 17에 예시한 바와 같이, 패턴의 복수의 부위마다, 레이아웃 형상(1701)과, 시뮬레이션 형상(1702) 사이의 치수를 측정한다. 괴리도 분포 작성부(2005)에서는, 얻어진 EPE 측장 결과에 의거하여, 소정의 영역 단위에서의 레이아웃 데이터와 시뮬레이션 데이터의 괴리의 정도를 산출한다. 보다 구체적으로는 각 부위 단위에서의 EPE값, 평균값, 또는 방향마다의 가중 평균값 등, 양자의 괴리의 정도를 나타내는 지표값을 구하고, 예를 들면, 평가맵(1703)의 부위(1704, 1705) 단위로 메모리(2009)에 등록한다.
벡터 연산부(2006)는, 예를 들면 시야 간의 중첩 영역(1808)에 포함되는 에지의 벡터 계산을 행하고, 수평 성분(x성분), 수직 성분(y성분)의 분포를 계산한다. 예를 들면, 중첩 영역(1808)에 포함되는 에지 중에서 x성분이 어느 정도 포함되는지 그리고 y성분이 어느 정도 포함되는지를 연산한다. 가중 계수 연산부(2007)에서는, 괴리도 분포 작성부(2005)에서 구해진 지표값에 의거하여 가중 계수를 설정한다.
도 19는 도 18에 예시한 시야(1804, 1805)의 중첩 영역(1808)의 평가를 행하는 예를 나타내는 도면이다. 예를 들면, 부위 1901에 있어서의 지표값에 의거하여, 괴리도 분포 작성부(2005)에서는, 가중 계수를 설정한다. 구체적으로는 시뮬레이션 데이터와 레이아웃 데이터의 괴리가 큰 개소는, 실제 패턴의 형상이 안정적이지 않고, 소정의 에지 형상이 얻어지지 않는 개소라고 생각된다. 그래서, 예를 들면 각 부위(예를 들면, 부위 1901)에서, 벡터 연산을 행하고, x방향 성분과 y방향 성분의 존재량에 관한 지표값을 산출함과 함께, 레이아웃 데이터(1904)와 시뮬레이션 데이터(1902) 사이의 괴리의 정도에 따라, 당해 지표값의 계수를 설정한다. 괴리의 정도가 클수록 가중 계수는 작아진다.
시야 위치 설정부(2003)는, 중첩 영역(1808)에 포함되는 복수의 부위의 x방향 및 y방향의 「지표값×가중 계수」의 누적값이 소정의 조건(x방향, y방향 모두 중첩에 충분한 선분을 확보할 수 있었다고 판단할 수 있는 상태)을 만족시켰을 때에, 그 시야 위치를 화상 취득 조건으로서, 메모리(2009)에 등록한다.
패턴 매칭부(2008)에서는, 레이아웃 데이터와 시뮬레이션 데이터, 시뮬레이션 데이터와 SEM 화상에 의거하는 에지 데이터(예를 들면, SEM 화상으로부터 추출된 윤곽선 데이터), 또는 레이아웃 데이터와 SEM 화상에 의거하는 에지 데이터 사이에서 패턴 매칭을 실행한다.
도 21은, 파노라마 화상 형성을 위한 시야 위치를 선택하는 공정을 나타내는 플로차트이다.
우선, 설계 데이터 기억 매체(1002)에 기억된 레이아웃 데이터와, 시뮬레이터(1003)에서 작성된 시뮬레이션 데이터를 판독하고, 양자 사이에서 패턴 매칭을 실행한다(스텝 2101). 다음으로, 레이아웃 데이터와 시뮬레이션 데이터의 대응점 간의 치수 측정(EPE 측장)을 실행한다(스텝 2102). 이 EPE 측장 결과에 의거하여, 패턴의 부위마다의 괴리 상황을 맵화한다(스텝 2103). 다음으로, 시뮬레이션 형상에 대하여 에지의 벡터 계산을 행하고, x방향의 선분, 및 y방향의 선분의 분포를 연산한다(스텝 2104). 다음으로 지정된 시야 사이즈나 파노라마 화상 형성의 대상이 되는 영역 정보에 의거하여, 제 1 시야(도 18의 시야(1804))를 설정한다(스텝 2105). 도 18의 예의 경우, 도면의 우측에서 순서대로 시야를 위치 부여함과 함께, 패턴(1801)의 우측의 에지로부터 소정의 거리에 시야(1804)의 우측 단부가 위치하도록 설정하게 초기 조건이 설정되어 있다. 또한, 그 조건하에서 패턴(1801)과 시야(1804)의 중첩 영역이 가장 커지도록 설정되어 있다.
다음으로, 제 2 시야를 설정한다(스텝 2106). 제 2 시야(시야(1805))는, 제 1 시야와 소정의 크기의 중첩 영역을 마련하면서, 패턴(1802)이 최대한 시야에 들어오도록 설정된다. 이 때, 중첩 영역(1808)에 대해서, 전술한 바와 같이 소정의 선분 정보가 포함되어 있는지의 여부를 판단(스텝 2107)하고, 포함되어 있지 않다고 판단할 수 있는 경우에는, 중첩 영역(1808)의 크기를 크게 한다(스텝 2108).
이 경우, 예를 들면, 중첩 영역(1808)에 x방향의 선분이 충분히 포함되어 있지 않다고 판단할 수 있는 경우에는, 시야(1805)를 우측으로 시프트시킴으로써, 중첩 영역(1808)의 x방향의 선분(패턴(1801)의 하단부)을 보다 많이 중첩 영역(1808)에 포함시키도록 한다. 또는, 패턴(1802)의 상단부를 중첩 영역(1808) 내에 포함시키도록, 시야(1805)를 상측으로 시프트하도록 해도 된다. 도 18의 예의 경우, x방향의 선분을 중첩 영역에 보다 많이 포함시키도록, 중첩 영역 근방의 x방향 선분을 서치하고, 복수의 선택지 중에서, 중첩 영역의 크기가 가장 작아지는 시야 위치를 선택한다. 중첩 영역이 클수록 취득 화상의 수가 늘어나기 때문에, 상기와 같은 판단 기준에 의거하여, 중첩 영역에 소정의 선분을 포함하면서, 중첩 영역이 작아지도록 시야(1805)를 선택한다.
시야(1805)를 시프트 시키는 경우는, 시프트와 중첩 영역의 평가를 번갈아 행함으로써, 중첩 영역의 크기를 과도하게 크게 하지 않고, 적정한 시야 위치를 선택할 수 있다. 또한, 시야 설정 위치의 이동에 의해, 시야(1805)로부터 패턴(1802)의 일부가 밀려나와 버리는 경우에는, 밀려나온 만큼의 화상을 취득하기 위해, 새로운 시야를 선택하도록 한다.
이상과 같은 새로운 시야 위치의 설정과 중첩 영역의 평가 및 보정을 반복함으로써, 시야의 증가를 억제하면서 화상 간의 접속을 고정밀도로 실현할 수 있는 화상 취득 조건을 발견할 수 있다.
이상과 같은 공정을 거쳐, 원하는 모든 패턴 에지를 시야 내에 수용했다고 판단할 수 있는 경우에, 그 화상 취득 조건을 레시피로서 메모리(2009) 등에 등록한다.
[실시예 5]
파노라마 화상을 형성하기 위해서 복수의 화상을 합성하는 경우, 중첩 영역 내의 에지의 수가 충분하지 않으면 위치 맞춤 정밀도가 저하되는 경우가 있다. 이것은 전사 패턴의 성과나 촬상할 때의 장치의 스테이지 정밀도에 영향을 준다는 등의 이유에서이다.
이러한 상태를 보완하기 위해서, 본 실시예에서는 시야(1804)와 시야(1805) 사이에 새로운 시야(2201)를 설정하는 예에 대해서 설명한다. 시야(2201)를 새롭게 설정함으로써, 중첩 영역에 충분한 에지수를 확보하는 것이 가능해진다.
이 경우, 중첩의 위치 정밀도를 높이기 위해서 중첩하는 처리의 순서가 중요하며, 본 예의 경우, 시야(1804)→시야(2201)→시야(1805)의 순서로 중첩 처리를 실행한다. 이 순서는 설계 데이터 또는 시뮬레이션 데이터의 해석을 행하고, 각 에지끼리의 접속의 용이성과 신뢰성의 평가를 행하여 구할 수 있다.
또한, 중첩 영역(1808)에 포함되는 에지에 대해서, 앞의 실시예에서 설명한 바와 같은 평가를 행하고, 소정의 조건을 만족시키지 않는다고 판단할 수 있는 경우에 선택적으로 시야(2201)를 늘림으로써, 필요 최소한의 시야수로 고정밀도한 합성 처리를 행하는 것이 가능해진다.
901: 전자원
902: 인출 전극
903: 전자빔
904: 콘덴서 렌즈
905: 주사 편향기
906: 대물 렌즈
907: 진공 챔버
908: 시료대
909: 시료
910: 전자
911: 2차 전자
912: 변환 전극
913: 검출기
914: 제어 장치

Claims (10)

  1. 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 화상에 의거하여, 시료 상(上)에 형성된 패턴의 측정을 행하는 연산 처리 장치를 구비한 오버레이 오차 측정 장치로서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호를 사용해서, 서로 다른 레이어에 속하는 복수의 패턴 간의 치수를 측정함과 함께, 당해 치수의 측정시에, 광근접 효과에 의한 패턴의 시프트(shift)분을 보정해서 상기 복수의 패턴 간의 치수 측정을 실행하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 치수 측정 대상 패턴으로서, 대칭성 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 대칭성 패턴을 구성하는 2개의 패턴 간의 간격을, 당해 대칭성 패턴의 레이아웃 데이터, 또는 시뮬레이션 데이터와 동일하게 되도록 보정을 행한 후에, 상기 복수의 패턴 간의 치수 측정을 실행하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 레이아웃 데이터, 또는 시뮬레이션 데이터의 상기 대칭성 패턴을 구성하는 2개의 패턴 간의 중점과, 상기 하전 입자선 장치에 의해 얻어지는 신호에 의거하여 생성되는 윤곽선 데이터의 상기 대칭성 패턴을 구성하는 2개의 패턴 간의 중점의 치수를 측정하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 복수의 시야를 합성한 파노라마 화상에 의거하여, 상기 복수의 패턴 간의 치수 측정을 실행하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 치수 측정 대상 패턴으로서, 대칭성 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 대칭성 패턴의 시프트에 따라 상기 시야를 이동시키는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 복수의 시야 간의 중첩 영역 내에 소정의 에지(edge)가 포함되도록 상기 시야를 이동하는 것을 특징으로 하는 오버레이 오차 측정 장치.
  9. 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 화상에 의거하여, 시료 상에 형성된 패턴의 측정을, 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램으로서,
    당해 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터에, 상기 하전 입자선 장치에 의해 얻어진 신호를 사용해서, 서로 다른 레이어에 속하는 복수의 패턴 간의 치수를 측정 시킴과 함께, 당해 치수의 측정시에, 광근접 효과에 의한 패턴의 시프트분을 보정시켜서 상기 복수의 패턴 간의 치수 측정을 실행시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터에 상기 치수 측정 대상 패턴으로서, 대칭성 패턴을 선택시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
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