KR20190042068A

KR20190042068A - 패턴 평가 장치 및 컴퓨터 프로그램

Info

Publication number: KR20190042068A
Application number: KR1020197008528A
Authority: KR
Inventors: 야스따까 도요다; 히로유끼 신도
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2019-04-23
Also published as: JP2018056327A; TW201814244A; JP6759034B2; WO2018061480A1; US20200033122A1

Abstract

본 발명은 회로의 부위에 따라 상이한 제조 변동을 허용하여, 효율적이면서 정확한 결함 검사를 행하는 것을 목적으로 하는 패턴 평가 장치 및 컴퓨터 프로그램의 제공을 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위해, 검사 대상 패턴의 제조에 사용한 설계 패턴의 형상이 유사 또는 동일한 복수의 검사 대상 패턴의 계측 데이터를 통계 처리하고, 계측 데이터의 분포 상태에 따라서 결함 판정 역치를 조정하는 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램, 검사 시스템을 제안한다.

Description

패턴 평가 장치 및 컴퓨터 프로그램

본 개시는, 패턴 평가 장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이며, 특히 참조 데이터와의 비교에 기초하여, 결함 판정을 행하는 패턴 평가 장치, 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

근년의 반도체는 미세화, 다층화가 진행되고, 논리도 복잡화되고 있기 때문에, 그 제조가 매우 곤란한 상황에 있다. 그 결과로서, 제조 프로세스에 기인하는 결함이 다발하는 경향이 있어, 그 결함을 정확하게 검사하는 것이 중요해지고 있다.

광학식 검사 장치 등에 의해 검출된 결함의 좌표 정보에 기초하여, 결함을 리뷰하는 리뷰 SEM(Scanning Electron Microscope)이나, 검출된 신호에 기초하여 형성되는 파형 정보에 기초하여, 패턴의 치수를 측정하는 CD-SEM(Critical Dimension-SEM)은 이들 결함의 상세한 검사나 측정에 사용된다. 이들 SEM 검사 장치는, 반도체 제조 프로세스의 시뮬레이션에 기초하는 검사 좌표나, 광학식 검사 장치 등의 검사 결과에 기초하는 검사 좌표에 대응하는 패턴을 검사한다. 검사 방법은 다양하게 제안되어 있다. 특허문헌 1에는, 설계 데이터를 기준 패턴과, 화상으로부터 얻어진 패턴을 비교하는 비교 검사법이 개시되고, 또한 배선의 속성이나 패턴이 복잡하게 얽혀 있는 장소인지 여부에 따라서, 패턴의 변형의 허용량을 설정하는 것이 설명되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 패턴의 부위마다, 그 중요도가 상이한 것을 감안하여, 패턴의 부위에 따른 허용값을 설정하는 것이 설명되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-163420호 공보(대응 미국 특허 USP8,045,785) 일본 특허 공개 제2007-248087호 공보(대응 미국 특허 USP8,019,161)

미세화에 의해, 설계된 패턴의 형상을 충실하게 웨이퍼에 제조하는 것이 곤란해지고 있다. 특히 코너나 라인 엔드 등의 곡선 부위나, 패턴이 밀집된 부위는 제조가 어렵고, 제조 변동의 억제 작업이 행해지지만, 전체 패턴의 제조 변동을 일정하게 억제하는 것은 곤란하여, 반도체 디바이스의 성능에 영향을 미치지 않을 정도로까지 조정되어, 생산이 행해진다.

이 때문에, 검사의 단계에서도, 이와 같은 제조 변동을 고려하여 치명적인 결함만을 검출하는 것이 요구되고 있다. 특허문헌 1, 2에 설명되어 있는 바와 같은 패턴의 비교 검사법에 의하면, 결함인지 여부를 판정하기 위한 허용량을, 패턴 부위의 중요도에 따라서 설정할 수 있지만, 변동까지 고려한 허용량 설정을 행하는 것은 곤란하다. 특히, 변동은, 그 억제 작업을 거쳐, 서서히 작아져 가지만, 당해 억제 작업의 단계에 따라서 변화되는 결함으로 해야 할 형상 오차와, 변동을 구분하는 것은 어렵고, 반도체 디바이스를 구성하는 모든 회로 부위에 적절한 공차를 설정하는 작업은 매우 곤란하다.

이하에, 패턴의 부위에 따라 상이한 제조 변동을 허용하여, 고효율이면서 정확하게 결함 검사를 행하는 것을 목적으로 하는 패턴 평가 장치 및 컴퓨터 프로그램을 제안한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 검사 대상 패턴의 제조에 사용한 설계 패턴의 형상이 유사 또는 동일한 복수의 검사 대상 패턴의 계측 데이터의 분포 상태에 따라서 결함 판정 역치(허용값)를 조정하는 패턴 평가 장치, 및 컴퓨터 프로그램을 제안한다.

상기 구성에 의하면, 설계 정보가 동일 혹은 유사한 복수의 패턴의 계측값으로부터 결함을 검출하는 역치(허용값)를 생성함으로써, 패턴의 부위에 따라 상이한 제조 변동을 허용하여, 치명적인 결함만을 검출하는 검사를 정확하면서 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

도 1은 제조 변동을 근거로 하여 회로의 부위에 적절한 결함 판정 역치를 결정하는 수순을 설명하는 플로우차트이다.
도 2는 반도체 검사 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 검사 대상 패턴을 도시하는 도면이다.
도 4는 설계 패턴을 도시하는 도면이다.
도 5는 패턴 ID의 결정 수순을 설명하는 플로우차트이다.
도 6은 패턴에 의한 계측 방법의 차이를 도시하는 도면이다.
도 7은 계측 참조 테이블을 도시하는 도면이다.
도 8은 계측 데이터의 히스토그램을 도시하는 도면이다.
도 9는 계측 데이터의 히스토그램과 결함 판정 역치의 관계를 도시하는 도면이다.
도 10은 결함 판정 역치를 생성하는 수순을 설명하는 플로우차트이다.
도 11은 결함 판정 수순을 설명하는 플로우차트이다.
도 12는 시스티매틱 결함 판정 수순을 설명하는 플로우차트이다.
도 13은 시스티매틱 결함을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 검사 파라미터의 지시, 검사 결과를 표시하는 GUI의 도면이다.
도 15는 검사 결과의 GUI의 일례를 도시하는 도면이다.
도 16은 검사 시스템의 개요를 도시하는 도면이다.
도 17은 윤곽선 검출의 수순을 설명하는 플로우차트이다.
도 18은 윤곽선 추출의 개요를 도시한 도면이다.
도 19는 검사 수순을 설명하는 플로우차트이다.
도 20은 배선단의 윤곽점을 도시하는 도면이다.
도 21은 배선단의 형상 왜곡의 예를 도시하는 도면이다.
도 22는 곡률 통계량의 산출 수순을 설명하는 플로우차트이다.

이하에 설명하는 실시예는, 주로 설계 정보와 검사 패턴의 촬영 화상을 사용하여, 패턴의 측정이나 검사 등의 평가를 행하는 패턴 평가 장치, 당해 평가를 연산 처리 장치 등에 실행시키는 컴퓨터 프로그램, 및 당해 컴퓨터 프로그램을 기억한 판독 가능한 기억 매체에 관한 것이다.

처음에 검사 오퍼레이터가 검사 패턴에 대응하는 설계 패턴을 정의한다. 다음으로 설계 패턴과 검사 패턴을 중첩한다. 중첩은 수동 조정이나 패턴 매칭에 의한 자동 조정법을 사용한다. 다음으로 설계 패턴의 형상을 참고로 계측 참조 테이블을 생성하고, 계측값과 검사 좌표를 등록한다. 계측 참조 테이블이란, 검사 대상 패턴의 계측값과 검사 좌표를 등록하는 데이터베이스이다. 검사 대상 패턴의 이상 형상이 등가인 패턴마다 그룹화하여 등록할 수 있고, 검사 패턴의 제조에 사용한 설계 패턴을 참조함으로써 대상 그룹을 결정하고, 계측값과 검사 좌표를 등록한다.

계측 참조 테이블의 등록 시, 이미 대상 그룹이 존재하는 경우에는 그 그룹에 계측값과 검사 좌표를 등록하고, 존재하지 않으면 새롭게 그룹을 작성하여 계측값과 검사 좌표를 등록한다.

이상의 수순을 검사 포인트마다 행함으로써, 계측 참조 테이블에 이상 형상이 동일한 패턴의 그룹이 형성되고, 각 그룹에 검사 패턴의 계측값과 그것에 대응하는 검사 좌표가 축적된다. 각 그룹의 계측값이 일정 이상 축적된 후 혹은 검사 종료 후에 각 그룹의 계측값의 평균과 표준 편차를 산출하고, 제조 변동을 고려한 역치를 결정한다. 예를 들어 계측값의 (평균값-표준 편차) 내지 (평균값+표준 편차)의 범위 외의 계측값의 패턴을 결함으로서 판정하기 위한 역치를 생성한다. 마지막으로 그룹마다 생성한 역치와 계측값을 각각 비교하여, 결함을 검출한다. 이에 의해 회로의 부위에 따라 상이한 제조 변동을 허용한 결함 검사를 실현한다. 이하의 실시예에서 상세하게 설명한다.

실시예 1

이하, 도면을 사용하여 패턴 검사 방법 및 반도체 검사 시스템의 구체예에 대하여 설명한다.

도 2는 반도체 검사 시스템의 개요를 도시하는 도면이다. 반도체 검사 시스템은 회로 패턴의 화상 데이터를 취득하는 주사형 전자 현미경(201)(SCANNING ELECTRON MICROSCOPE : 이하, SEM)과 화상 데이터의 분석에 의해 회로 패턴을 검사하는 제어부(214)를 포함하고 있다. SEM(201)은 전자 디바이스가 제조된 웨이퍼 등의 시료(203)에 전자선(202)을 조사하고, 시료(203)로부터 방출된 전자를 2차 전자 검출기(204)나 반사 전자 검출기(205, 206)에 의해 포착하여, A/D 변환기(207)에 의해 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호는 제어부(214)에 입력되어 메모리(208)에 저장되고, CPU(209)나 ASIC나 FPGA 등의 화상 처리 하드웨어(210)에 의해 목적에 따른 화상 처리가 행해져, 회로 패턴이 검사된다.

또한 제어부(214)는, 입력 수단을 구비한 디스플레이(211)와 접속되어, 유저에 대하여 화상이나 검사 결과 등을 표시하는 GUI(GRAPHICAL USER INTERFACE) 등의 기능을 갖는다. 또한, 제어부(214)에 있어서의 제어의 일부 또는 모두를, CPU나 화상의 축적이 가능한 메모리를 탑재한 전자 계산기 등에 할당하여 처리·제어하는 것도 가능하다. 또한, 제어부(214)는, 검사에 필요로 되는 전자 디바이스의 좌표, 검사 위치 결정에 이용하는 패턴 매칭용의 템플릿, 촬영 조건 등을 포함하는 촬상 레시피를 수동 혹은, 전자 디바이스의 설계 데이터(213)를 활용하여 작성하는 촬상 레시피 작성 장치(212)와 네트워크 또는 버스 등을 통해 접속된다.

도 16은 제어부(214)에 내장되는 연산 처리 장치를 보다 상세하게 도시한 도면이다. 도 16에 예시한 반도체 검사 시스템은, 주사 전자 현미경 본체(1601), 주사 전자 현미경 본체를 제어하는 제어 장치(1604), 제어 장치(1604)에 소정의 동작 프로그램(레시피)에 기초하여 제어 신호를 전달함과 함께, 주사 전자 현미경에 의해 얻어진 신호(2차 전자나 후방 산란 전자 등)로부터 패턴의 형상 평가를 실행하는 연산 처리 장치(1605), 반도체 디바이스의 설계 데이터가 저장된 설계 데이터 기억 매체(1616), 설계 데이터의 작성이나 시뮬레이션을 사용한 설계 데이터의 수정 등을 행하는 설계 장치(1618), 및 소정의 반도체 평가 조건을 입력하거나, 측정 결과나 결함 판정 결과를 출력하거나 하는 입출력 장치(1617)가 포함되어 있다.

연산 처리 장치(1605)는, 얻어진 화상으로부터 패턴의 정상과 결함을 판정하기 위한 데이터 처리 장치로서 기능한다. 제어 장치(1604)는, 레시피 실행부(1606)로부터의 지시에 기초하여, 주사 전자 현미경 본체(1601) 내의 시료 스테이지나 편향기를 제어하여, 원하는 위치로의 주사 영역(시야)의 위치 결정을 실행한다. 제어 장치(1604)로부터는 설정 배율이나 시야의 크기에 따른 주사 신호가 주사 편향기(1602)에 공급된다. 주사 편향기(1602)는, 공급되는 신호에 따라서, 원하는 크기로 시야의 크기(배율)를 변화시킨다.

연산 처리 장치(1605)에 포함되는 화상 처리부(1607)는, 주사 편향기(1602)의 주사와 동기하여, 검출기(1603)에 의한 검출 신호를 배열함으로써 얻어지는 화상을 처리한다. 또한, 연산 처리 장치(1605)에는, 필요한 동작 프로그램이나 화상 데이터, 관측된 특징량 등이 기억되는 메모리(1609)가 내장되어 있다.

또한, 화상 처리부(1607)에는, 미리 기억된 템플릿을 사용하여 화상 내의 평가 대상을 특정하기 위한 매칭 처리부(1610), 후술하는 바와 같이 화상 데이터로부터 윤곽선을 추출하는 윤곽선 추출부(1611), 검사 위치에 대응하는 설계 패턴을 분석하여, 계측 참조 테이블을 생성하는 계측 참조 테이블 생성부(1612), 검사 패턴의 치수 계측이나, 형상 정량화나 기준 패턴과의 비교량의 산출을 행하는 계측부(1613), 패턴의 그룹마다 계측값의 통계량으로부터 결함을 판정하기 위한 역치를 생성하는 결함 판정 역치 생성부(1614), 패턴의 그룹마다 계측값과 역치를 비교하여, 패턴의 정상·결함을 판정하는 결함 판정부(1615)가 포함되어 있다.

시료로부터 방출된 전자는, 검출기(1603)에 의해 포착되어, 제어 장치(1604)에 내장된 A/D 변환기에 의해 디지털 신호로 변환된다. 화상 처리부(1607)에 내장되는 CPU, ASIC, FPGA 등의 화상 처리 하드웨어에 의해, 목적에 따른 화상 처리가 행해진다.

연산 처리 장치(1605)는, 입출력 장치(1617)와 접속되어, 당해 입출력 장치(1617)에 설치된 표시 장치에, 조작자에 대하여 화상이나 검사 결과 등을 표시하는 GUI(GRAPHICAL USER INTERFACE) 등의 기능을 갖는다.

또한, 입출력 장치(1617)는, 측정, 검사 등에 필요로 되는 전자 디바이스의 좌표, 위치 결정에 이용하는 패턴 매칭용의 템플릿, 촬영 조건 등을 포함하는 촬상 레시피를 수동 혹은, 전자 디바이스의 설계 데이터 기억 매체(1616)에 기억된 설계 데이터를 활용하여 작성하는 촬상 레시피 작성 장치로서도 기능한다.

입출력 장치(1617)는, 설계 데이터에 기초하여 형성되는 선도 화상의 일부를 잘라내어, 템플릿으로 하는 템플릿 작성부를 구비하고 있고, 매칭 처리부(1610)에 있어서의 템플릿 매칭의 템플릿으로서, 메모리(1609)에 등록된다. 템플릿 매칭은, 위치 정렬의 대상이 되는 촬상 화상과, 템플릿이 일치하는 개소를, 정규화 상관법 등을 사용한 일치도 판정에 기초하여 특정하는 방법이며, 매칭 처리부(1610)는, 일치도 판정에 기초하여, 촬상 화상의 원하는 위치를 특정한다. 또한, 본 실시예에서는, 템플릿과 화상의 일치의 정도를 일치도나 유사도라는 단어로 표현하지만, 양자의 일치의 정도를 나타내는 지표라는 의미에서는 동일한 것이다. 또한, 불일치도나 비유사도도 일치도나 유사도의 일 양태이다.

또한, 화상 처리부(1607)에는, SEM에 의해 얻어진 신호를 적산하여 적산 화상을 형성하는 화상 적산부(1608)가 내장되어 있다. 전자를 포착하는 검출기(1603)가 복수 있는 케이스에서는, 복수의 검출기에 의해 얻어진 복수의 신호를 조합한 화상을 작성한다. 이에 의해, 검사의 목적에 따른 상을 생성할 수 있다. 또한, 하나의 검출기에 의해 얻어진 복수의 화상을 적산함으로써 개개의 화상에 포함되는 노이즈를 억제한 화상을 생성할 수 있다.

윤곽선 추출부(1611)는, 예를 들어 도 17에 예시한 바와 같은 플로우차트에 따라서 화상 데이터로부터 윤곽선을 추출한다. 도 18은 그 윤곽선 추출의 개요를 도시하는 도면이다.

먼저, SEM 화상을 취득한다(스텝 1701). 다음으로, 화이트 밴드의 휘도 분포에 기초하여, 제1 윤곽선을 형성한다(스텝 1702). 여기에서는 화이트 밴드법 등을 사용하여 에지 검출을 행한다. 다음으로, 형성된 제1 윤곽선에 대하여 소정의 방향으로 휘도 분포를 구하고, 소정의 휘도값을 갖는 부분을 추출한다(스텝 1703). 여기에서 말하는 소정의 방향이란, 제1 윤곽선에 대하여 수직인 방향인 것이 바람직하다. 도 18에 예시한 바와 같이, 라인 패턴(1801)의 화이트 밴드(1802)에 기초하여, 제1 윤곽선(1803)을 형성하고, 당해 제1 윤곽선(1803)에 대해, 휘도 분포 취득 영역(1804 내지 1806)을 설정함으로써, 제1 윤곽선에 대하여 수직인 방향의 휘도 분포(1807 내지 1809)를 취득한다.

제1 윤곽선(1803)은 개략적인 윤곽선이지만, 패턴의 대략적인 형상을 나타내고 있기 때문에, 이 윤곽선을 기준으로 하여 보다 고정밀도의 윤곽선을 형성하기 위해, 당해 윤곽선을 기준으로 하여 휘도 분포를 검출한다. 윤곽선에 대해 수직 방향으로 휘도 분포를 검출함으로써, 프로파일의 피크 폭을 좁힐 수 있고, 결과로서 정확한 피크 위치 등을 검출하는 것이 가능해진다. 예를 들어 피크 톱의 위치를 서로 연결하도록 하면, 고정밀도의 윤곽선(제2 윤곽선)을 형성하는(스텝 1705) 것이 가능해진다. 또한, 피크 톱을 검출하는 것이 아니라, 소정의 밝기 부분을 서로 연결하도록 하여, 윤곽선을 형성하도록 해도 된다.

또한, 제2 윤곽선을 작성하기 위해, 제1 윤곽선(1803)에 대하여, 수직인 방향으로 전자 빔을 주사함으로써 프로파일을 형성(스텝 1704)하고, 당해 프로파일에 기초하여, 제2 윤곽선을 형성하는 것도 가능하다.

도 19는 패턴의 검사 수순을 설명하는 플로우차트이다. 본 실시예에서는, 외관 검사 장치나 반도체의 프로세스 시뮬레이션 평가 등에 의해 미리 특정된 웨이퍼 상의 결함 가능성 부위의 검사에 본 발명의 검사 방법을 적용하는 예를 설명한다. 또한, 결함 가능성 부위란, 결함의 발생이 예측되는 부위이다.

처음에 오퍼레이터가 레시피 작성 장치(212)를 이용하여 웨이퍼 상의 회로 패턴을 촬영, 검사하기 위한 검사 조건을 설정한다(스텝 1901). 검사 조건이란, SEM(201)의 촬영 배율이나 검사 대상이 되는 회로 패턴의 좌표(이하, 검사 좌표라 함) 등이다. 다음으로 설정된 검사 조건에 기초하여, 촬영 레시피를 생성한다(스텝 1902). 촬영 레시피는 SEM(201)을 제어하기 위한 데이터이며, 검사 오퍼레이터가 설정한 검사 조건이나, 촬영 화상으로부터 검사 위치를 특정하기 위한 템플릿이 정의된다. 다음으로 레시피에 기초하여, SEM(201)에 의해 회로 패턴을 촬영하고, 위치 결정용의 템플릿을 사용하여 패턴 매칭을 행하여, 촬영 화상 내의 검사 포인트를 특정한다(스텝 1903). 다음으로 설계 패턴에 기초하여 대상 패턴에 적합한 계측을 행하여, 적합한 패턴 라이브러리에 계측 데이터와 검사 좌표를 등록하고, 패턴 라이브러리의 계측값이 일정 이상 축적된 후, 계측값의 통계량에 기초하여, 결함을 판정하기 위한 역치를 생성한다(스텝 1904). 다음으로 계측값과 비교하여 결함을 판정한다(스텝 1905). 마지막으로 결과를 메모리(208)나 디스플레이(211)에 출력한다(스텝 1906).

이하, 구체예를 나타내어 패턴의 계측부터 결함 판정 역치를 생성할 때까지의 수순(스텝 1904)과, 결함을 판정하는 수순(스텝 1905)의 상세를 설명한다.

도 3은 웨이퍼 상의 제조 포인트가 상이한 4개의 검사 패턴(302)을 중첩한 도면이다. 이 4개의 검사 패턴(302)은 모두 동일 형상의 설계 패턴(301)에 의해 제조된 것이다. 패턴의 미세화에 수반하여 그 제조는 곤란해지고, 제조되는 패턴은, 파선 에어리어(303, 304)와 같이 그 형상은 변동된다. 또한, 변동의 크기도 패턴의 형상이나 주위의 패턴에 따라 상이하다. 이들 변동은 제조 프로세스의 개발 단계에서 반도체 디바이스의 성능에 영향을 미치지 않을 정도로 억제되지만, 완전히 억제할 수는 없다. 이 때문에, 특히 양산에 가까운 검사에서는, 이 제조 변동을 결함으로 판정하지 않을 대책이 필요로 된다. 한편, 참조 부호 305와 같이 다수의 패턴 형상이 이루는 제조 변동보다도 큰 변형은 결함의 가능성이 높기 때문에, 검사에서 검출되어야 할 대상이 된다.

이와 같은 패턴의 부위에 따라 상이한 제조 변동을 허용하여, 결함을 검출하기 위해, 화상 처리부(1607)에 의해 실행되는, 도 1 및 도 11에 도시한 수순으로 검사를 행한다. 도 1은 패턴의 계측으로부터 결함 판정을 위한 역치 생성에 관한 플로우차트이다.

먼저 검사 좌표에 대응하는 설계 패턴을 분석하여, 검사 좌표에 대응하는 패턴 ID를 결정한다(스텝 101).

패턴 ID는 동일한 설계값이 되도록 제조된 패턴의 계측값과 검사 좌표를 식별하기 위한 것이며, 도 5에 도시한 수순에 의해 결정된다. 먼저 검사 좌표에 대응하는 설계 패턴을 판독한다(스텝 501). 다음으로 설계 패턴을 계측 단위 에어리어로 분할한다(스텝 502). 계측 단위 에어리어는, 검사 좌표의 결함을 평가하기 위한 계측 데이터를 생성하는 영역 단위로 설정한다. 다음으로 검사 좌표를 포함하는 모든 계측 단위 에어리어에 패턴 ID를 설정하고, 검사 좌표로부터 패턴 ID를 참조할 수 있는 데이터로서 메모리에 등록한다(스텝 503). 이하 도 4를 사용하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 검사 좌표(403, 404, 405)를 포함하는 설계 패턴과 계측 단위 에어리어(파선 영역)의 예를 도시한 도면이다. 도면 중의 W1, W2, H1, H2, SW1, LE1, LE2가 패턴 ID이며, 설계 패턴의 형상이 동일한 계측 단위 에어리어에는 동일한 ID(식별 정보)가 설정된다. 예를 들어 검사 좌표(403, 404)를 포함하는 계측 단위 에어리어의 설계 패턴은 동일 형상이기 때문에, 동일한 패턴 ID가 설정된다. 또한, 패턴 ID의 설정 시에, 그 패턴에 적합한 계측 방법을 정의할 수도 있다. 도 6은 각 패턴의 부위에 적절한 계측 방법을 도시한 것이다. 도 6의 (a)는 배선 패턴의 중앙부에 계측 단위 에어리어(601)가 설정된 경우이며, 이 에어리어에 대응하는 패턴 ID에는 패턴의 수축을 계측하기 위해 패턴 치수(602)를 계측하는 방법을 정의한다. 도 6의 (b)는 배선단에 계측 단위 에어리어(603)가 설정된 경우이며, 이 에어리어에 대응하는 패턴 ID에는 배선단의 후퇴량을 계측하기 위해, 설계 패턴(604)과 패턴의 차분(EPE : Edge Placement Error)(605)을 계측하는 방법을 정의한다. EPE란 설계 데이터 등으로부터 생성되는 기준 패턴(기준 데이터)과, SEM 화상으로부터 추출되는 윤곽선 데이터의 대응점간의 어긋남이며, EPE를 구함으로써, 실제의 패턴과 패턴의 이상 형상의 형상의 괴리를 평가할 수 있다.

또한, 배선단은 형상의 왜곡 결함의 검출도 필요하기 때문에, 도 6의 (c)와 같이, 배선단의 패턴의 곡률을 계측하는 방법도 정의한다.

도 21에 배선단의 형상 왜곡의 예를 도시한다. 도 21의 (a) (b)는 형상이 왜곡된 배선단이며, 도 21의 (c)는 정상적인 형상의 배선단이다. 배선단의 위치에, 그 배선과 상하층의 배선을 연결하는 비아가 존재하는 경우, 도 21의 (a) (b)와 같이 형상이 왜곡되어 있으면 비아의 접속 면적이 작아져, 반도체 디바이스의 성능에 영향을 미쳐 버린다. 이 때문에, 배선단의 형상 왜곡량을 정확하게 정량화하는 것이 요구된다. 배선단의 형상 왜곡을 정량화하는 하나의 예를 이하에 설명한다.

도 20은 배선 단부의 패턴의 윤곽선을 구성하는 윤곽점(2000)의 집합을 도시한 것이다. 이 윤곽점 1점 1점에 대해, 수학식 1을 사용하여 곡률을 구한다.

도 21의 참조 부호 2101 내지 2103에 도 21의 (a) (b) (c)의 각 윤곽점의 곡률값을 X 좌표에 투영한 그래프를 도시한다. 이와 같이 배선단의 왜곡이 클수록 곡률값이 높아지는 것을 알 수 있다. 단, 하나의 윤곽선의 대표값을 곡률값으로서 채용한 경우, 윤곽에 포함된 노이즈 성분의 영향에 의해 정확한 형상 왜곡이 곡률값에 반영되지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 도 22와 같은 수순에 의해 곡률 통계량을 구하여, 배선단 등의 곡선 부위의 계측 데이터로 한다. 이하, 곡률 통계량의 생성 수순을 설명한다. 처음에 배선단 등의 왜곡을 평가하는 패턴 ID의 윤곽 데이터를 판독한다(스텝 2201). 다음으로 수학식 1 등을 사용하여 윤곽점마다의 곡률값을 계측한다(스텝 2202). 다음으로, 복수의 윤곽점의 곡률의 통계 연산을 행하여, 곡률 통계량을 산출한다(스텝 2203). 최후의 패턴 ID의 계측값으로서 계측 참조 테이블에 보존한다(스텝 2204). 곡률값의 통계 연산은 예를 들어 평균값, 표준 편차, 최댓값, 최댓값으로부터 내림차순으로 배열한 상기 n개분의 곡률값의 평균값 등이다.

도 6의 (d)는 홀 패턴에 계측 단위 에어리어(608)가 설정된 경우이며, 이 에어리어에 대응하는 패턴 ID에는 패턴의 긴 직경(609)이나 짧은 직경(610)이나 윤곽선으로 둘러싸인 에어리어의 면적을 계측하는 방법을 정의한다. 또한, 계측 단위 에어리어 내의 설계 패턴의 형상을 분석함으로써, 타깃이 되는 설계값을 구할 수도 있다.

이와 같은 패턴 ID, 설계값, 검사 좌표, 계측 방법의 관계를 도 7과 같은 계측 참조 테이블로서 메모리에 보존한다. 도 7에 예시한 참조 테이블은, 계측 대상이 되는 패턴 부위의 형상적 특징의 특징마다(예를 들어 카테고리와 설계값의 조합마다), 복수의 계측값을 기억할 수 있도록 되어 있다.

다음으로 검사 좌표 위치의 화상 계측을 행한다(스텝 102). 구체예를 이하에 설명한다. 처음에 계측 참조 테이블을 사용하여 검사 좌표에 대응하는 계측종을 결정하고, 그 계측 방법에 기초하여 화상 해석에 의한 계측 데이터를 생성한다. 라인 폭이나 스페이스 폭의 계측이면, 검사 좌표에 대응하는 패턴의 치수를 계측한다. 또한, 라인 엔드 형상의 계측이면, 설계 패턴과의 형상 오차(EPE)나, 곡률값을 계측한다. 또한 홀의 계측이면, 짧은 직경, 긴 직경, 윤곽선에 의해 둘러싸인 에어리어의 면적을 계측한다.

다음으로 화상 계측값을 대응하는 패턴 ID의 계측 참조 테이블에 등록한다(스텝 103). 이상의 스텝 101 내지 103의 수순을 전체 검사 좌표에 대하여 행한다(스텝 104).

전체 검사 종료 후에 전체 패턴 ID에 대하여, 결함 판정을 위한 역치를 생성한다(스텝 105). 근년의 검사 대상수는 수천 내지 수만에 달하지만, 패턴 형상의 베리에이션은 적기 때문에, 검사 종료 후에 각 패턴 ID의 형상의 변동을 평가하는 충분한 계측 데이터가 축적된다. 도 8에 각 계측 방법에 의한 계측 데이터의 히스토그램(횡축 : 계측값, 종축 : 빈도)을 도시한다. 이와 같은 계측 데이터의 분포 상태를 분석하여 결함 판정의 역치를 생성한다.

결함 판정의 역치의 생성 수순을 도 10의 플로우차트를 사용하여 설명한다.

도 9는 어떤 패턴 ID의 계측값의 히스토그램을 도시한 도면이며, 횡축이 계측값, 종축이 그 빈도를 나타내고 있다. 패턴 ID는 설계 패턴이 등가인 계측 단위 에어리어마다 설정되어 있기 때문에, 이상적으로는 계측값=설계값이지만, 제조 변동을 위해, 이와 같은 분포를 취한다. 처음에 계측 참조 테이블로부터, 하나의 패턴 ID에 등록된 전체 계측 데이터를 판독한다(스텝 1001). 다음으로 계측값의 통계량을 산출한다(스텝 1002). 계측값의 통계량이란 전체 계측값의 평균값이나 표준 편차값 등이다. 도 9의 예에 평균값(909), (평균값-표준 편차)(908), (평균값+표준 편차)(910)의 포인트를 나타낸다. 이 평균값이 현상의 제조 프로세스에 있어서의 평균값이며, 그 평균값으로부터 벗어남에 따라 결함의 가능성이 높아진다.

단, 마스크 결함 등의 시스티매틱 결함의 경우에는, 어느 패턴에도 동일한 결함이 생성되기 때문에, 계측 데이터의 평균값은 설계값으로부터 크게 괴리된 값이 된다. 이 때문에, 역치 생성 전에 이 설계값과의 괴리도를 어림하여 시스티매틱 결함의 유무를 판정한다(스텝 1003). 구체적인 시스티매틱 결함 판정 수순을 도 12에 도시한다. 먼저, 동 패턴 ID의 계측값을 모두 판독한다(스텝 1201). 다음으로 계측값의 평균값, 표준 편차 등의 통계량을 산출한다(스텝 1202). 다음으로 설계값이나 예측값 등의 기준 통계량과 계측 데이터로부터의 통계량의 차분을 산출한다(스텝 1203).

도 13은 계측 데이터의 히스토그램(1301)과 제조 프로세스의 시뮬레이션에 의해 구한 계측 예측값의 히스토그램(1302)을 도시한 도면이다. 계측 데이터의 평균값(1303)은 프로세스 시뮬레이션에 의한 설계 기준값(1304)에 대해, 크게 괴리되어 있다. 이와 같은 괴리를 통계량의 차분값과 소정의 역치의 비교에 의해 특정하여, 시스티매틱 결함으로서 판정한다(스텝 1204). 시스티매틱 결함 판정 후에, 예를 들어 (평균값-표준 편차) 내지 (평균값+표준 편차)의 구간을 정상적인 계측값으로 판정하는 역치를 생성한다(스텝 1004). 또한, 패턴 ID에 따라 상기 범위에 가중치 부여한 역치를 생성하는 것도 가능하다(스텝 1005). 스텝 1001 내지 스텝 1005를 대상 패턴 ID마다 실시하고, 구한 결함 판정 역치를 메모리에 등록한다. 또한, 상기 역치 범위의 일정한 구간(905, 907)을 설정하고, 그 부분에 상당하는 패턴은 결함 가능성 부위, 그 이외의 구간(904, 906)을 결함 부위로서 식별하는 역치 설정도 있을 수 있다. 이와 같은 역치 생성을 전체 패턴 ID에 대하여 행하여, 계측 참조 테이블에 등록한다(스텝 106).

또한, ID를 기초로 집계된 통계값은, 과거의 데이터이며, 이 통계값에 기초하여 구해지는 역치는, 이것으로부터 행해지는 제조 변동의 억제 작업의 목표값으로서는 낮은 경우가 생각된다. 따라서, (평균값-표준 편차) 내지 (평균값+표준 편차)보다 좁아지도록 소정의 계수를 승산하여 허용 범위를 설정하도록 해도 된다.

다음으로 결함의 판정 수순을 도 11의 플로우차트를 사용하여 설명한다. 처음에 계측 참조 테이블을 판독한다(스텝 107). 다음으로 계측 참조 테이블로부터 패턴 ID의 역치를 판독한다(스텝 108). 동일한 패턴 ID의 계측값을 순차적으로 판독하여(스텝 109), 역치와의 비교에 의해 결함을 판정하고, 검사 좌표와 함께 메모리에 등록한다(스텝 110). 이상의 스텝 108 내지 스텝 110을 패턴 ID 내의 모든 계측 데이터에 대해 실시한다(스텝 111). 이 수순을 계측 참조 테이블 내의 전체 패턴 ID의 계측 데이터에 대하여 실시한다(스텝 112).

이상에 의해, 회로의 부위에 따라 상이한 제조 변동을 허용한 결함 검사를 행한다.

다음으로 결함 검사에 유효한 GUI를 설명한다. 이 GUI를 통해 유저에게 검사 파라미터를 설정시킬 수도 있고, 유저가 결함 검사 결과를 확인할 수도 있다. 도 14가 GUI의 예이다. 이 GUI(1401)에는 패턴 ID를 나타내는 윈도우(1402), 그 상세 정보를 나타내는 윈도우(1403), 그 패턴 ID에 대응하는 계측값의 히스토그램을 나타내는 윈도우(1404), 웨이퍼 상의 검사 좌표(1408)를 비주얼화한 윈도우(1405), 칩이나 샷 내의 결함으로 판정된 좌표(1409), 결함 가능성이 있다고 판정된 검사 좌표(1410)를 나타내는 윈도우(1406), 검사 대상 패턴(1414)이나 설계 패턴(1411), 계측 단위 에어리어(1412)를 나타내는 윈도우(1407)를 포함하고 있고, 검사 좌표나, 패턴의 촬영 화상, 설계 패턴, 계측 참조 테이블, 결함 판정 결과에 기초하여 디스플레이에 표시한다. 이 GUI 프로그램은 CPU의 실행 프로그램으로서 기동한다. 또한, 결함 판정을 위한 역치에 의한 가중치(1417)나, 역치를 조정하는 슬라이더(1415), 패턴 ID의 전환 등은 유저의 지정이 가능하다.

이와 같은 GUI를 활용함으로써, 유저가 결함 판정 결과를 용이하게 확인할 수 있다.

또한, 도 15와 같이 결함으로 판정된 수가 많은 순으로 패턴 ID를 랭킹으로서 GUI에 표시함으로써, 유저가 위험한 결함 부위를 용이하게 확인할 수도 있다.

이상과 같은 패턴의 결함 판정 등은, 전용의 하드웨어에 의해 실행하도록 해도 되고, 범용의 컴퓨터에 상술하는 바와 같은 처리를 실행시키도록 해도 된다.

201 : SEM
202 : 전자선
203 : 시료
204 : 2차 전자 검출기
205 : 반사 전자 검출기 1
206 : 반사 전자 검출기 2
207 : A/D 변환기
208 : 메모리
209 : CPU
210 : 하드웨어
211 : 표시 수단
212 : 레시피 생성 시스템
213 : 설계 데이터
214 : 제어부
301 : 설계 패턴
302 : 검사 대상의 복수의 패턴
303 : 제조 변동 1
304 : 제조 변동 2
305 : 결함 1
306 : 결함 2
401 : 설계 패턴 1
402 : 설계 패턴 2
403 : 검사 좌표 1
404 : 검사 좌표 2
405 : 검사 좌표 3
601 : 계측 단위 에어리어
602 : 치수 계측 부위
603 : 계측 단위 에어리어
604 : 설계 패턴
605 : 설계 패턴과 검사 패턴의 오차량
606 : 계측 단위 에어리어
607 : 패턴에 피팅된 원
608 : 계측 단위 에어리어
609 : 홀의 긴 직경
610 : 홀의 짧은 직경
901 : 역치 내(정상)
902 : 역치 외(결함)
903 : 역치 외(결함)
904 : 결함 에어리어(하한)
905 : 결함 가능성 에어리어(하한)
906 : 결함 에어리어(상한)
907 : 결함 가능성 에어리어(상한)
908 : 결함 판정 역치(하한)
909 : 계측 데이터의 평균값
910 : 결함 판정 역치(상한)
1301 : 계측 데이터의 히스토그램
1302 : 프로세스 시뮬레이션 등에 의한 추정 히스토그램
1303 : 계측 데이터의 평균값
1304 : 추정 히스토그램의 평균값
1305 : 추정 히스토그램의 분포 범위
1401 : GUI 화면
1402 : 패턴 ID 윈도우
1403 : 패턴 ID 상세 데이터 윈도우
1404 : 계측 데이터 히스토그램 윈도우
1405 : 웨이퍼 맵 윈도우
1406 : 칩 맵 윈도우
1407 : 검사 패턴 윈도우
1601 : 주사 전자 현미경 본체
1602 : 주사 편향기
1603 : 검출기
1604 : 제어 장치
1605 : 연산 처리 장치
1606 : 레시피 실행부
1607 : 화상 처리부
1608 : 화상 적산부
1609 : 메모리
1610 : 매칭 처리부
1611 : 윤곽선 추출부
1612 : 계측 참조 테이블 생성부
1613 : 계측부
1614 : 결함 판정 역치 생성부
1615 : 결함 판정부
1616 : 설계 데이터 저장부
1617 : 입출력 장치
1618 : 설계 장치
1801 : 라인 패턴
1802 : 화이트 밴드
1803 : 제1 윤곽선
1804 내지 1806 : 휘도 분포 취득 영역
1807 내지 1809 : 제1 윤곽선에 대해 수직인 방향의 휘도 분포

Claims

패턴의 계측값과 소정의 역치의 비교에 기초하여, 상기 패턴의 결함을 검출하는 연산 처리 장치를 구비한 패턴 평가 장치에 있어서,
상기 패턴의 계측값을 기억하는 기억 매체를 구비하고,
상기 연산 처리 장치는, 상기 기억 매체에 기억된 설계 데이터상, 동일 패턴의 복수의 계측값의 변동을 나타내는 지표값을 구하고, 당해 지표값에 따라서 상기 역치를 설정하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 설계 데이터상, 동일 패턴의 복수의 계측값의 통계값을 구하고, 당해 통계값으로부터 상기 지표값을 구하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제2항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 지표값의 표준 편차에 기초하여, 상기 역치를 설정하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 설계 데이터를 사용하여 상기 복수의 계측값을, 상기 패턴의 부위의 종류마다 분류하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 계측값에 상기 패턴의 부위에 따른 식별 정보를 부여하고, 동일한 식별 정보를 갖는 계측값에 대하여 상기 지표값을 구하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 계측값은, 치수, 기준 데이터와 윤곽선 데이터의 차분, 상기 패턴의 일부의 곡률, 원형 패턴의 긴 직경, 및 원형 패턴의 짧은 직경, 원형 패턴의 면적 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제6항에 있어서,
상기 곡률은, 상기 패턴을 구성하는 복수의 부위의 곡률의 통계 연산에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 패턴의 정점을 포함하는 부위와, 상기 패턴의 정점을 포함하지 않는 부위로, 상기 패턴을 분류하고, 당해 분류된 부위 단위로, 상기 변동을 구하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 패턴의 에지를 복수의 영역으로 분할하고, 당해 분할된 영역 단위로, 상기 계측값의 통계 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산 처리 장치는, 상기 계측값의 히스토그램 중에, 2 이상의 피크가 존재하는 경우에, 2 이상의 피크 중, 설계 기준으로부터 상대적으로 괴리된 계측값을 포함하는 피크에 속하는 계측값을, 시스티매틱 결함으로 정의하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 장치.
컴퓨터에 패턴의 계측값과 소정의 역치의 비교 연산을 행하게 함으로써, 패턴의 결함을 검출시키는 컴퓨터 프로그램에 있어서,
당해 프로그램은 상기 컴퓨터에, 기억 매체에 기억된 설계 데이터상, 동일 패턴의 복수의 계측값의 변동을 나타내는 지표값을 구하게 하고, 당해 지표값에 따라서 상기 역치를 설정시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.