KR20230110173A - 프로세서 시스템, 반도체 검사 시스템 및 프로그램 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 단면 관찰을 행하기 전에 비파괴로, 웨이퍼 면내 혹은 웨이퍼 사이에서의 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상의 변화를 정량적으로 파악할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
반도체 검사 시스템의 프로세서 시스템은, 시료에 대한 전자 현미경(SEM)에 의한 촬상 화상을 취득하고(S102), 시료 면 위에 정의되는 기준 영역에 대하여, 기준 영역 내의 복수의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제1 특징량을 촬상 화상으로부터 계산하고(S103A), 복수의 개소에서의 제1 특징량으로부터, 제1 통계값을 계산하고(S103B), 기준 영역과 대응시켜 시료 면 위에 점 또는 영역으로서 정의되는 복수의 평가 영역의 각각의 평가 영역에 대하여, 평가 영역 내의 1 이상의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제2 특징량을, 제1 특징량과 동일한 종류의 특징량으로 하여, 촬상 화상으로부터 계산하고(S104A), 제2 특징량을 제1 통계값에 의해 변환하여 변환 후의 제2 특징량을 얻는다(S105).

Description

프로세서 시스템, 반도체 검사 시스템 및 프로그램{PROCESSOR SYSTEM, SEMICONDUCTOR INSPECTING SYSTEM, AND PROGRAM}

본 발명은, 반도체 검사 시스템 등의 기술에 관한 것이다.

종래 기술로서, 반도체 등의 시료를 파단하고, 단면 관찰 장치를 사용하여 파단면의 형상을 관찰하고, 단면 치수를 계측하여, 변화를 파악하는 방법이 알려져 있다.

또한, 예를 들어 일본 특허 공개 제2007-129059호 공보(특허문헌 1)에는, 반도체 디바이스 제조 프로세스 모니터 장치 등으로서, 피평가 패턴의 단면 형상, 프로세스 조건, 혹은 디바이스 특성을, 비파괴로 계측 가능하게 하는 취지의 기술이 기재되어 있다. 특허문헌 1에서는, 패턴의 SEM상으로부터, 패턴의 단면 형상을 추정하는 데 유효한 화상 특징량을 산출한다. 특허문헌 1에서는, 그 화상 특징량을, 미리 데이터베이스에 보존해 둔 패턴의 단면 형상 등과 SEM상으로부터 산출한 화상 특징량을 관련짓는 학습 데이터(추정 모델)와 대조한다. 특허문헌 1에서는, 이에 의해, 피평가 패턴의 단면 형상, 프로세스 조건, 혹은 디바이스 특성이 추정되는 취지가 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2007-129059호 공보

반도체 제조 프로세스의 예로서, 반도체 회로 패턴을 형성하는 에칭 프로세스의 최적화에 있어서는, 예를 들어 이하와 같은 제어가 행해진다. 가공 대상인 웨이퍼의 중심 부근을 타깃으로 패턴의 입체 형상이 원하는 형상이 되도록 가공 조건이 조정된다. 그 후, 웨이퍼 전체에서 형상이 균일화되는 가공 조건의 조정이 행해진다. 종래 기술예는, 입체 형상 중 패턴의 대표적인 폭을, 주사 전자 현미경(Scanning electron microscope: SEM)의 Top-view 화상으로부터 계측하고, 이 계측값이 균일화되도록 조정을 행하고 있다. 또한, Top-view 화상이란, 웨이퍼의 표면(바꾸어 말하면 상면)을 상측으로부터 촬상한 화상이다. 상세하게는, 이 화상의 촬상 방향은, 웨이퍼 표면에 대하여 수직인 방향을 기본으로 하지만, 수직에 대하여 기울어진 방향(틸트 방향 등)도 가능하다.

이에 대하여, 반도체 회로 패턴의 미세화가 진행되어, 반도체 패턴의 대표적인 선 폭뿐만 아니라, 입체적인 단면 형상이, 디바이스 특성에 크게 영향을 미치도록 되고 있다. 이 단면이란, Top-view 화상에 있어서의 웨이퍼 표면의 면내 방향에 대하여, 수직인 방향을 기본으로 한 면이다. 이에 수반하여, 웨이퍼면 위의 반도체 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상의 변화의 파악이 요구되고 있다. 이 변화란, 웨이퍼 면내 혹은 웨이퍼 사이의 패턴의 균일성을 이상이라고 한 경우에, 예를 들어 웨이퍼 면내 방향 혹은 웨이퍼 사이에서의 단면 형상의 변화, 차이가 발생하는 것이다.

단면 관찰 장치에 있어서 단면 관찰·단면 계측을 행하는 경우, 시료에 수렴 이온 빔(Focused ion beam: FIB) 가공 등의 파괴를 실시하여 단면이 노출된 단면 관찰용의 샘플을 작성할 필요가 있기 때문에, 비용이 높다. 그 때문에, 웨이퍼 면내를 망라적으로 평가할 수 있을 정도의 많은 개소에서의 단면 관찰을 행하는 것은 어렵다. 저비용으로 효율적으로 단면 형상 변화를 파악하기 위해서는, 웨이퍼면의 필요한 단면 관찰 개소를 적절하게 선정할 필요가 있다. 단면 관찰 개소의 결정 방법에 따라서는, 단면 형상 변화를 놓칠 우려가 있다. 또한, 단면 관찰 개소의 결정 방법에 따라서는, 동일한 복수의 단면 형상 개소를 중복하여 비효율적으로 관찰해 버릴 가능성이 있다.

또한, 특허문헌 1의 경우에는, 미리 단면 형상(예를 들어, 치수)과 화상 특징량의 관계를 학습함으로써, 단면 형상을 추정·계측하고 있다. 추정·계측의 정밀도를 확보하기 위해서는, 실제의 단면 형상의 베리에이션을 망라한 학습용의 데이터가 필요하다. 그러나, 베리에이션이 미지의 시료로부터 적절하게 학습용의 데이터의 단면 형상 취득 개소를 결정하는 것은 어렵다.

본 개시의 목적은, 시료인 반도체 디바이스의 검사, 관찰, 계측, 평가 등의 기술에 관하여, 단면 관찰을 행하기 전에 비파괴로, 웨이퍼 면내 혹은 웨이퍼 사이에서의 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상의 변화를 정량적으로 파악할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

본 개시 중 대표적인 실시 형태는 이하에 나타내는 구성을 갖는다. 실시 형태의 프로세서 시스템은, 시료인 반도체의 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상을 평가하는 프로세서 시스템이며, 적어도 하나의 프로세서와, 적어도 하나의 메모리 자원을 구비하고, 상기 프로세서는, 1 이상의 시료에 대한 전자 현미경에 의한 촬상 화상을 1 이상 취득하고, 상기 1 이상의 시료의 면 위에 정의되는 기준 영역에 대하여, 상기 기준 영역 내의 복수의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제1 특징량을 상기 촬상 화상으로부터 계산하고, 상기 복수의 개소에서의 제1 특징량으로부터, 제1 통계값을 계산하고, 상기 기준 영역과 대응시켜 상기 1 이상의 시료의 면 위에 점 또는 영역으로서 정의되는 복수의 평가 영역의 각각의 평가 영역에 대하여, 상기 평가 영역 내의 1 이상의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제2 특징량을, 상기 제1 특징량과 동일한 종류의 특징량으로 하여, 상기 촬상 화상으로부터 계산하고, 상기 제2 특징량을 상기 제1 통계값에 의해 변환하여 변환 후의 제2 특징량을 얻는다.

본 개시 중 대표적인 실시 형태에 의하면, 시료인 반도체 디바이스의 검사, 관찰, 계측, 평가 등의 기술에 관하여, 단면 관찰을 행하기 전에 비파괴로, 웨이퍼 면내 혹은 웨이퍼 사이에서의 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상의 변화를 정량적으로 파악할 수 있다. 상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과 등에 대해서는, 발명을 실시하기 위한 형태에 있어서 나타난다.

도 1은 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템을 포함하는, 시스템의 구성예를 나타낸다.
도 2는 실시 형태 1의 프로세서 시스템의 구성예를 나타낸다.
도 3은 실시 형태 1에서의 주사 전자 현미경(SEM)의 구성예를 나타낸다.
도 4는 실시 형태 1에서, 반도체 패턴에 대한 Top-view의 SEM 화상, 단면 형상 및 신호 파형의 예를 나타내는 설명도이다.
도 5는 실시 형태 1에서, 화상 특징량에 관한 설명도이다.
도 6은 실시 형태 1에서, 처리 플로를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 형태 1에서, 기준 영역과 평가 영역의 예를 나타내는 설명도이다.
도 8은 실시 형태 1에서, 기준 영역 내의 국소적인 형상 변동에 의한 특징량의 요동을 산출하는 처리에 대한 설명도이다.
도 9는 실시 형태 1에서, 화상 특징량의 웨이퍼 분포 및 단면 형상 지표의 웨이퍼 분포의 예를 나타내는 설명도이다.
도 10은 실시 형태 1에서, 화상 특징량이나 단면 형상 지표를 관련지은 데이터·정보의 테이블예를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시 형태 2의 반도체 검사 시스템에서의 처리 플로를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시 형태 2에서, 기준 관찰 영역과 단면 관찰 후보 영역의 예를 나타내는 설명도이다.
도 13은 실시 형태 2에서, 단면 관찰 후보 영역에 있어서의, 국소적인 단면 형상 변동에 기초한 단면 형상 치수의 빈도 분포와, 패턴 수 m인 경우의 표본 평균의 빈도 분포를 나타내는 설명도이다.
도 14는 실시 형태 2에서, 패턴 수 m에 관한 설명도이다.
도 15는 실시 형태 2에서, 단면 관찰 후보 영역에서 산출한 단면 형상 지표의 웨이퍼 분포의 예를 나타내는 설명도이다.
도 16은 실시 형태 2에서, 선택된 단면 관찰 영역을 나타내는 맵 및 단면 형상 지표를 나타내는 설명도이다.
도 17은 실시 형태 2에서, 단면 관찰 영역을 결정하기 위한 보조 맵을 나타내는 설명도이다.
도 18은 실시 형태 3의 반도체 검사 시스템에서의 처리 플로를 나타내는 도면이다.
도 19는 실시 형태 3의 변형예의 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 개시의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 도면에 있어서, 동일부에는 원칙으로서 동일 부호를 붙여, 반복의 설명을 생략한다. 도면에 있어서, 구성 요소의 표현은, 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 실제의 위치, 크기, 형상 및 범위 등을 나타내고 있지 않은 경우가 있다.

설명상, 프로그램에 의한 처리에 대하여 설명하는 경우에, 프로그램이나 기능이나 처리부 등을 주체로 하여 설명하는 경우가 있지만, 그것들에 대한 하드웨어로서의 주체는, 프로세서, 혹은 그 프로세서 등으로 구성되는 컨트롤러, 장치, 계산기, 시스템 등이다. 계산기는, 프로세서에 의해, 적절하게 메모리나 통신 인터페이스 등의 자원을 사용하면서, 메모리 위에 읽어내진 프로그램에 따른 처리를 실행한다. 이에 의해, 소정의 기능이나 처리부 등이 실현된다. 프로세서는, 예를 들어 CPU나 GPU 등의 반도체 디바이스 등으로 구성된다. 프로세서는, 소정의 연산이 가능한 장치나 회로로 구성된다. 처리는, 소프트웨어 프로그램 처리에 한정되지 않고, 전용 회로에서도 실장 가능하다. 전용 회로는, FPGA, ASIC, CPLD 등이 적용 가능하다.

프로그램은, 대상 계산기에 미리 데이터로서 인스톨되어 있어도 되고, 프로그램 소스로부터 대상 계산기에 데이터로서 배포되어도 된다. 프로그램 소스는, 통신망상의 프로그램 배포 서버여도 되고, 비일과성의 컴퓨터 읽어내기 가능한 기억 매체(예를 들어, 메모리 카드)여도 된다. 프로그램은, 복수의 모듈로 구성되어도 된다. 컴퓨터 시스템은, 복수대의 장치에 의해 구성되어도 된다. 컴퓨터 시스템은, 클라이언트 서버 시스템, 클라우드 컴퓨팅 시스템, IoT 시스템 등으로 구성되어도 된다. 각종 데이터나 정보는, 예를 들어 테이블이나 리스트 등의 구조로 구성되지만, 이것에 한정되지 않는다. 식별 정보, 식별자, ID, 이름, 번호 등의 표현은 서로 치환 가능하다.

<실시 형태 1>

도 1을 사용하여, 본 개시의 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템 등에 대하여 설명한다. 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, 실시 형태 1의 프로세서 시스템과 전자 현미경(특히 SEM)을 포함하여 구성된다. 실시 형태 1의 프로그램은, 실시 형태 1의 프로세서 시스템의 프로세서에 처리를 실행시키기 위한 프로그램이다.

실시 형태 1의 반도체 검사 시스템, 특히 그 중 프로세서 시스템은, 반도체 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상의 평가를 행하는 기능을 갖는다. 이 시스템은, SEM의 화상으로부터 산출되는 특징량(바꾸어 말하면 화상 특징량)에 기초하여, 그 평가를 위한 지표(바꾸어 말하면 변환 후의 특징량)을 계산하여 출력하는 기능을 갖는다. 실시 형태 1에서는, Top-view의 SEM 화상을 사용하여, 반도체 웨이퍼면 위의 패턴의 단면 형상 변화를, 지표로 하여 계산, 검지하고, 유저에 대하여 표시하는 예를 설명한다.

실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, Top-view의 SEM 화상으로부터 산출한 특징량에 기초하여, 웨이퍼면 내의 단면 형상의 변화를 정량적으로 파악한다. 화상 특징량의 변화는, 단면 형상의 변화에 의해 발생하기 때문에, 이 화상 특징량의 변화를 웨이퍼면 위에서 평가함으로써, 단면 형상의 변화의 가능성을 파악할 수 있다. 한편, 단면 형상 변화에는, 패턴의 선 폭의 변화나, 코너의 둥글림의 변화나, 밑단 당김의 변화나, 측벽의 경사각의 변화나, 높이의 변화 등의, 다양한 형상의 변화가 있다. 이들 단면 형상 변화와 화상 특징량의 관계를 일의적으로 정하는 것은 어렵다. 그 때문에, 화상 특징량으로부터 특정한 단면 형상의 치수(예를 들어, 선 폭)를 계측하는 것은 어렵다. 바꾸어 말하면, 종래, 화상 특징량의 변화의 크기가 단면 형상의 변화에 미치는 영향의 크기를 파악하는 것은 곤란하다.

그래서, 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, 웨이퍼면 위의 화상 특징량의 변화량을, 반도체 패턴의 국소적인 형상 변동에 의한 특징량의 요동을 기준으로 하여 정규화한 지표(단면 형상 지표라고도 기재)로 변환한다. 정규화의 구체예는 후술하는 수식으로 나타난다. 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, SEM 화상으로부터, 기준이 되는 영역에 있어서의 복수의 개소의 화상 특징량(제1 특징량으로 함)의 통계값(제1 통계값으로 함)을 산출하고, 평가 대상이 되는 영역에 있어서의 복수의 개소의 화상 특징량(제2 특징량으로 함)을 산출한다. 그리고, 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, 평가 대상이 되는 영역에서의 제2 특징량을, 기준이 되는 영역의 제2 통계값에 의해 변환함으로써, 변환 후의 제2 특징량을, 단면 형상 지표로서 얻는다. 이 단면 형상 지표는, 웨이퍼 면내 또는 웨이퍼 사이에서의 패턴의 균일성에 관한, 단면 형상의 변화를 정량적으로 평가하는 지표로서 사용할 수 있다.

[반도체 검사 시스템을 포함하는 시스템]

도 1은, 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템을 포함하여 구성되는 시스템의 전체를 나타낸다. 도 1의 시스템은, 주사 전자 현미경(SEM)(1)과, 단면 관찰 장치(2)와, 단면 형상 추정 시스템(3)과, 제조 파라미터 제어 시스템(4)과, 반도체 디바이스 제조 장치(5)와, 제조 실행 시스템(MES)(6)과, 클라이언트 단말기(7)를 갖는다. 이들 구성 요소는, 예를 들어 통신망(예를 들어, LAN)(9)에 접속되어 있고, 서로 통신 가능하다. 도 1의 시스템에 있어서, 실시 형태 1에서 주로 사용하는 구성 요소는, 주사 전자 현미경(SEM)(1)이다. 다른 구성 요소에 대해서는, 주로 후술하는 실시 형태 2 이후에 사용된다.

실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, 주로 주사 전자 현미경(SEM)(1)에 의해 구성되어 있다. SEM(1)은, 후술(도 3)의 본체와 프로세서 시스템(100)을 포함하고 있다. 프로세서 시스템(100)은, 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템의 주된 기능, 즉 단면 형상 지표를 계산하는 기능 등이 실장된 컴퓨터 시스템이다(후술하는 도 2). 또한, SEM(1)이 외부 장치(다른 구성 요소)와의 사이에서 적절하게 통신 등을 행해도 되고, 예를 들어 SEM(1)이 외부 장치로부터 필요한 데이터·정보를 참조하거나, 외부 장치로 필요한 데이터·정보를 보존하거나 해도 된다.

실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, 도 1의 구성예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반도체 검사 시스템의 주된 기능을 실현하는 프로세서 시스템(100)의 부분이, SEM(1)의 외부에 존재해도 되고, 도 1의 시스템의 어느 장치에 실장되어 있어도 된다. 또한, 예를 들어 프로세서 시스템(100)이, SEM(1)과는 독립적으로, 서버 장치 등의 양태로, 통신망(9)에 접속되어 존재해도 된다.

단면 관찰 장치(2)는, 후술하지만, 반도체 디바이스(특히 웨이퍼)를 단면 가공하여 단면 형상을 관찰하는 기능을 갖는 장치이고, 실시 형태 1의 예에서는 FIB-SEM을 적용한다. 단면 가공은, 반도체 디바이스의 단면의 구조가 노출되어 관찰 가능한 상태가 되도록, 반도체 디바이스의 일부를 파괴하는 가공이다. 단면 관찰은, 그 단면 가공에 의해 생긴 단면의 관찰이다. 또한, 단면 가공은, FIB-SEM에 한정되지 않고, 다른 종류의 장치에 의해서도 가능하다. 또한, 단면 관찰은, FIB-SEM에 한정되지 않고, 다른 종류의 장치, 예를 들어 단면 SEM이나 STEM(주사 투과형 전자 현미경) 등에 의해서도 가능하다.

단면 형상 추정 시스템(3)은, 후술하지만, 반도체 디바이스(특히 웨이퍼)의 단면 형상을 추정하는 기능을 갖는 시스템이다. 단면 형상 추정 시스템(3)은, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 시스템도 적용할 수 있다. 단면 형상 추정 시스템(3)은, 예를 들어 학습에 기초하여, 데이터베이스(DB)(3a)에, 추정을 위한 데이터·정보, 예를 들어 화상 특징량과 단면 형상 치수의 대응 관계를 나타내는 데이터·정보를 저장한다. 단면 형상 추정 시스템(3)은, DB(3a)의 데이터·정보를 사용하여, 화상 특징량으로부터, 반도체 디바이스의 단면 형상 치수를 추정한다.

제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 후술하지만, 반도체 디바이스 제조 장치(5)(일례로서는 에칭 장치)에 의한 반도체 디바이스의 제조(일례로서는 에칭 프로세스)에 관한 파라미터(일례로서는 에칭 파라미터)를 조정하도록 제어하는 시스템이다. 또한, 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, MES(6)가 일부여도 된다. MES(6)는, 반도체 디바이스 제조 장치(5)를 사용한 반도체 디바이스의 제조 실행을 관리하는 시스템이다. MES(6) 등은, 대상의 반도체 디바이스에 관한 설계 데이터나 제조 실행 관리 정보 등을 갖고 있다.

클라이언트 단말기(7)는, 통신망(9)을 통해 SEM(1) 등의 각 시스템(특히 그 중 서버 기능)에 액세스하는 기능을 갖는 정보 처리 단말 장치이다. 클라이언트 단말기(7)는, 일반적인 PC 등을 적용할 수 있고, 외부 입력을 위한 입력 장치나 표시 등을 위한 출력 장치를 내장하고 있거나, 그것들이 외부에 접속되어 있다. 오퍼레이터 등의 유저는, 클라이언트 단말기(7)로부터 SEM(1) 등의 각 시스템을 이용해도 된다.

또한, 변형예로서는, 인터넷 등의 통신망을 통해, 예를 들어 프로세서 시스템(100) 등과 클라이언트 단말기(7)가 접속되어도 된다. 또한, 예를 들어 프로세서 시스템(100) 등의 기능이 클라우드 컴퓨팅 시스템 등에서 실현되어도 된다.

또한, 통신망(9)에는, 도시하지 않은 프로그램 배신 서버가 마련되어도 된다. 프로그램 배신 서버는, 실시 형태 1의 프로그램 등의 데이터를, 예를 들어 SEM(1)의 프로세서 시스템(100)에 대하여 배신한다.

[프로세서 시스템]

도 2는, 프로세서 시스템(100)의 하드웨어 및 소프트웨어의 구성예를 나타낸다. 프로세서 시스템(100)은, 예를 들어 제어 PC 등에 의해 실장된다. 프로세서 시스템(100)은, 프로세서(201), 메모리(202), 통신 인터페이스 장치(203), 입출력 인터페이스 장치(204) 등을 구비한다. 그것들의 구성 요소는 버스에 접속되어, 서로 통신 가능하다.

프로세서(201)는, CPU 혹은 MPU나 GPU 등의 반도체 디바이스에 의해 구성된다. 프로세서(201)는, ROM이나 RAM, 각종 주변 기능 등을 구비한다. 프로세서(201)는, 메모리(202)의 제어 프로그램(211)을 따른 처리를 실행한다. 이에 의해, SEM 제어 기능(221)이나 반도체 검사 기능(222) 등이 실현된다. SEM 제어 기능(221)은, 컨트롤러로서 SEM(1)을 제어하는 기능이지만, 생략 가능하다. 반도체 검사 기능(222)은, 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템에서의 주된 기능이고, 단면 형상 지표를 계산하는 기능 등을 포함한다.

메모리(202)에는, 제어 프로그램(211), 설정 정보(212), 화상 데이터(213), 처리 데이터(214), 검사 결과 데이터(215) 등이 기억된다. 제어 프로그램(211)은, 반도체 검사 기능(222) 등을 실현한다. 설정 정보(212)는, 반도체 검사 기능(222) 등의 시스템 설정 정보나 유저 설정 정보이다. 화상 데이터(213)는, SEM(1)으로부터 취득되는 촬상 화상의 데이터이다. 처리 데이터(214)는, 반도체 검사 기능(222) 등에서의 처리 과정의 데이터이다. 검사 결과 데이터(215)는, 반도체 검사 기능(222) 등에서의 처리 결과로서 얻어진, 특징량이나 단면 형상 지표, 혹은 평가 결과 등을 포함하는 데이터이다.

통신 인터페이스 장치(203)는, SEM(1)이나 통신망(9) 등에 대한 통신 인터페이스가 실장되어 있는 장치이다. 입출력 인터페이스 장치(204)는, 입출력 인터페이스가 실장되어 있는 장치이고, 입력 장치(205)나 출력 장치(206)가 외부 접속되어 있다. 입력 장치(205)는, 예를 들어 키보드나 마우스를 들 수 있다. 출력 장치(206)는, 예를 들어 디스플레이나 프린터를 들 수 있다. 또한, 프로세서 시스템(100)에 입력 장치(205)나 출력 장치(206)가 내장되어 있어도 된다. 오퍼레이터 등인 유저는, 입력 장치(205)의 조작이나, 출력 장치(206)의 화면 표시를 통해, 프로세서 시스템(100)을 이용해도 된다. 유저는, 도 1의 클라이언트 단말기(7)로부터 통신망(9)을 통해 프로세서 시스템(100)에 액세스함으로써 프로세서 시스템(100)을 이용해도 된다.

또한, 프로세서 시스템(100)에 외부 기억 장치(예를 들어, 메모리 카드나 디스크)가 접속되어도 되고, 프로세서 시스템(100)의 입출력 데이터를 외부 기억 장치에 저장해도 된다.

도 1의 프로세서 시스템(100) 등의 시스템과 유저의 클라이언트 단말기(7) 사이에서의 클라이언트·서버 통신에서 기능을 이용하는 경우, 예를 들어 이하와 같이 실현할 수 있다. 유저는, 클라이언트 단말기(7)로부터, 예를 들어 SEM(1)의 프로세서 시스템(100)의 서버 기능에 액세스한다. 프로세서 시스템(100)의 서버 기능은, 예를 들어 GUI(그래피컬·유저·인터페이스)를 포함하는 웹페이지 등의 데이터를 클라이언트 단말기(7)로 송신한다. 클라이언트 단말기(7)는, 수신한 데이터에 기초하여, 디스플레이에 웹페이지 등을 표시한다. 유저는, 그 웹페이지 등을 보고, 반도체 검사에 관한 정보를 확인하고, 필요에 따라 설정이나 지시를 입력한다. 클라이언트 단말기(7)는, 유저가 입력한 정보를 프로세서 시스템(100)으로 송신한다. 프로세서 시스템(100)은, 유저가 입력한 정보에 기초하여, 반도체 검사에 관한 처리를 실행하고, 결과를 보존한다. 프로세서 시스템(100)은, 처리 결과 등을 포함하는 웹페이지 등의 데이터를 클라이언트 단말기(7)로 송신한다. 클라이언트 단말기(7)는, 처리 결과 등을 포함하는 웹페이지를 디스플레이에 표시한다. 유저는, 그 처리 결과 등을 확인한다.

[SEM]

도 3은, SEM(1)의 구성예를 나타낸다. SEM(1)은, 크게 구별하여, 본체(301)와, 본체(301)에 대하여 접속되는 제어부(302)를 갖는다. 본체(301)는, 촬상부(101)나 도시하지 않은 구동 기구 등을 갖는다. 제어부(302)는, 프로세서 시스템(100) 등을 포함하는 부분이다. 제어부(302)는, 전체 제어부(102), 신호 처리부(103), 외부 입력부(104), 기억부(105), 프로세서 시스템(100), 표시부(107) 등을 구비한다. 프로세서 시스템(100)은, 화상 연산부(106)를 포함하고 있다. 또한, 프로세서 시스템(100)에, 전체 제어부(102), 신호 처리부(103), 기억부(105) 등의 구성 요소가 일체로 실장되어도 된다.

촬상부(101)는, 경통(바꾸어 말하면 하우징)에 실장되는 구성 요소로서, 전자총(108), 가속 전극(110), 집속 렌즈(111), 편향 렌즈(112), 대물 렌즈(113), 스테이지(115), 검출기(117) 등을 구비한다. 전자총(108)은, 전자 빔(109)을 출사한다. 가속 전극(110)은, 전자총(108)으로부터 조사된 전자 빔(109)을 가속한다. 집속 렌즈(111)는 전자 빔(109)을 집속한다. 편향 렌즈(112)는, 전자 빔(109)의 궤도를 편향시킨다. 대물 렌즈(113)는, 전자 빔(109)의 집속하는 높이를 제어한다.

스테이지(115)는, 촬상 대상의 시료(300)(바꾸어 말하면 반도체 디바이스, 웨이퍼)를 적재하는 시료대이다. 스테이지(115)는, 예를 들어 도시의 X방향 및 Y방향으로 이동 가능한 기구이고, 이에 의해, 촬상의 시야를 설정할 수 있다.

검출기(117)는, 전자 빔(109)이 조사된 시료(300)로부터 발생한 2차 전자(116) 등의 입자를 검출한다.

전체 제어부(102)는, SEM(1)의 컨트롤러에 상당하고, 촬상부(101)의 전체 및 각 부를 제어한다. 전체 제어부(102)는, 각 부에 구동 제어 등의 지시를 내린다. 전체 제어부(102)는, 컴퓨터 시스템 또는 전용 회로에서 실장할 수 있다. 또한, 도 2의 SEM 제어 기능(221)과 전체 제어부(102)의 적어도 한쪽이 있으면 된다. SEM 제어 기능(221)으로부터 전체 제어부(102)를 제어해도 된다.

신호 처리부(103)는, 검출기(117)에서 검출된 신호를, 전체 제어부(102)로부터의 지시에 따라, 아날로그/디지털 변환 등에 기초하여, 화상 데이터로 변환하여, 기억부(105)에 보존한다. 신호 처리부(103)는, 컴퓨터 시스템 또는 전용 회로에서 실장할 수 있다. 기억부(105)는, 예를 들어 불휘발성 기억 장치 등에서 실장할 수 있다.

외부 입력부(104)는, 오퍼레이터에 의한 입력 조작에 기초하여, 전체 제어부(102)에 대하여 지시 등을 입력하는 부분이고, 컴퓨터 시스템 또는 입력 디바이스 등에서 실장할 수 있다. 표시부(107)는, 전체 제어부(102)에 접속되어, 전체 제어부(102)로부터의 정보를 오퍼레이터에 대하여 표시하는 부분이고, 컴퓨터 시스템 또는 출력 디바이스 등에서 실장할 수 있다.

프로세서 시스템(100)은, 기억부(105)로부터, 화상 데이터를 취득한다. 프로세서 시스템(100)의 화상 연산부(106)는, 도 2의 반도체 검사 기능(222)에 상당하는 처리를 행하는 부분이다. 화상 연산부(106)는, 프로그램 처리 등에서 실장할 수 있다. 화상 연산부(106)는, 그 화상 데이터의 화상(즉, SEM(1)의 Top-view 화상)에 대하여, 후술하는 화상 특징량의 산출 및 변환 처리를 행함으로써, 변환 후의 특징량으로서 산출된 단면 형상 지표를 얻는다. 화상 연산부(106)는, 그 단면 형상 지표를, 보존하여, 표시 화면(예를 들어, 도 2의 출력 장치(206))에 GUI와 함께 표시한다.

또한, 도 3의 구성예에 한정되지 않는다. 도 2의 SEM 제어 기능(221)과 도 3의 전체 제어부(102) 등의 기능이 하나로 병합되어도 된다.

[화상 특징량]

이어서, 도 4 등을 사용하여, 화상 특징량에 대하여 설명한다. 화상 특징량은, SEM 화상 위의 신호 파형을 범용적으로 정량화하는 지표(또한 후술하는 단면 형상 지표와는 다름)이다. 도 4에는, 반도체 디바이스(특히 웨이퍼)의 라인 패턴을 대상으로 한 SEM 화상 등의 예를 나타낸다. 도 4의 (A)는, 이차원의 SEM 화상(401)으로서, Top-view 화상의 예이다. 이 SEM 화상(401)에서는, 웨이퍼면에 대응한 도시의 X-Y 면내에 있어서, 예를 들어 Y방향으로 연장되는 하나의 라인 패턴(402)이 포함되어 있다. SEM 화상(401)인 화상은, 도시의 2차원의 (X, Y)의 좌표계에 있어서, 각 위치의 화소에 화소값(휘도나 색)을 갖는다.

(B)는, (A)의 a-b선의 위치에서의 반도체 패턴의 단면 형상의 예이고, X-Z 단면에 상당한다. (B)에 나타내는 단면 형상은, 이상적인 예를 나타내고 있고, X-Y면(404)에 대하여, 라인 패턴(402)의 측벽부(405)가 수직으로 평평하게 형성되어 있고, 상면부(406)가 평행하게 평평하게 형성되어 있는 경우를 나타낸다. 실제로는, 단면 형상은, 특허문헌 1의 도 1에도 예시되어 있는 바와 같이, 다양한 형상이 있을 수 있다. 예를 들어, 측벽의 경사, 측벽의 만곡, 측벽의 상단측의 코너의 둥글림, 측벽의 하단측의 코너의 둥글림(밑단 당김), 측벽의 상단측의 코너의 돌출 등이 있다.

(C)는, (A)의 화상 및 (B)의 단면 형상에 대응한, 신호 파형(407)의 예이고, 소위 라인 프로파일에 상당한다. (A)의 SEM 화상(401) 위에서, 라인 패턴(402)에 대하여 수직인 방향(X방향)으로서 a로부터 b로의 방향으로 잘라낸 화상 신호가, 신호 파형(407)이다.

일반적으로, 신호 파형(407)과 같은 신호 파형의 신호량은, 계측 대상의 경사각에 대하여 감도가 높게 변화되고, 패턴의 측벽부(예를 들어, 측벽부(405))에서의 신호량은, 패턴의 평탄부(예를 들어, 상면부(406))의 신호량보다도 커진다. 그 때문에, 패턴의 측벽부에서 신호량이 절대적으로 커져, 신호 파형(407) 위에, 화이트 밴드(WB라고도 기재)(403)라고 불리는 영역이 나타난다. 이와 같이, 신호 파형(407)의 신호량은, 패턴의 단면 형상에 따라 변화된다.

도 5는, 화상 특징량의 일례를 나타낸다. 도 5의 (A)는, 신호 파형(407)의 상세를 나타내고, (B)는, 신호 파형(407)의 1차 미분 파형을 나타낸다. 본예에서는, 화상 특징량으로서, (A)의 신호 파형(407)에 있어서, 좌우의 화이트 밴드 피크(501, 502)나, 좌우의 보텀 신호량(503, 504)이나, 톱 신호량(505)이나, 라인 프로파일의 폭(506)(바꾸어 말하면 선 폭)을 갖는다. 또한, (B)의 1차 미분 파형으로부터 산출되는 화상 특징량으로서, 기울기(507, 508, 509, 510)를 갖는다. 이것들의 화상 특징량은, 신호 파형의 특징을 정량적으로 표현하는 다양한 값이다.

일반적으로, 신호 파형의 신호량을 나타내는 특징량(예를 들어, WB 피크(501) 등)은, 패턴의 높이 방향(그것에 대응하는 단면)에 대한 변화를 파악하고, 신호 파형에서의 폭을 나타내는 특징량(예를 들어, 폭(506))은, 단면 형상의 선 폭 등의 폭 방향의 변화를 파악하고, 신호 파형의 기울기를 나타내는 특징량(예를 들어, 기울기(507) 등)은, 패턴의 코너의 둥글림이나 밑단 당김, 측벽의 경사각 등의 변화를 파악한다고 생각된다.

실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, 이러한 특징량을 하나 이상 사용하여, 특징량마다 단면 형상 지표를 산출하는 것이다.

[처리 플로(1-1)]

이어서, 도 6을 사용하여, 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템의 주된 처리 플로를 설명한다. 도 6은, 프로세서 시스템(100)에 의한 처리 플로이다. 이 처리 플로는, SEM(1) 및 도 5의 화상 특징량(501 내지 510) 중 하나 이상을 사용하여, 웨이퍼면 위의 패턴의 단면 형상 변화를 정량화하는 처리 스텝을 포함하고 있다. 본 처리 플로에서는, 반도체 패턴의 국소적인 형상 변동에 의한 화상 특징량의 요동을 기준으로 하여 화상 특징량을 정규화함으로써, 단면 형상 지표로 변환한다.

스텝 S101에서, 프로세서 시스템(100)은, SEM(1)의 외부 입력부(104)(또는 도 2의 입력 장치(205)나 도 1의 클라이언트 단말기(7). 이하 마찬가지.)에 기초하여, 대상의 웨이퍼면 위에서의 기준 영역 및 평가 영역을 설정한다. 평가 영역은, 평가 대상이 되는 영역이고, 기준 영역은, 평가 영역의 평가를 위해 기준이 되는 영역이다.

[기준 영역과 평가 영역]

도 7은, 기준 영역과 평가 영역의 예를 나타낸다. 도 7의 (A)는, 어느 대상의 웨이퍼(701)의 표면(X-Y면)에 있어서의, 기준 영역(71)과 평가 영역(72)의 정의·설정의 예를 나타낸다. (B)는, 기준 영역(71)과 평가 영역(72)의 예를 확대한 화상을 나타낸다. (C)는, 기준 영역(71)의 특징량의 분포도의 예 및 평가 영역(72)의 특징량의 분포도의 예를 나타낸다.

도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 평가 영역(72)은, 웨이퍼(701)면 위에서 대역적인 단면 형상의 변화를 평가하기 위한 대상이 되는 복수의 영역으로서 설정된다. (A)에서는, 각 평가 영역(72)을, 사선 패턴의 작은 사각형의 영역으로서 도시하고, 기준 영역(71)을 도트 패턴의 작은 사각형의 영역으로서 도시하고 있다. 평가 영역(72)은, 예를 들어 칩마다 설정된다. 웨이퍼(701)의 표면에는, 도시하지 않지만 일반적으로 칩 영역이 격자상으로 반복해서 형성되어 있다. 그 칩 영역마다, 평가 영역(72)이나 기준 영역(71)을 설정하면 된다. 평가 영역(72)이나 기준 영역(71)은, 칩 영역과 동일한 크기나 형상이 아니어도 된다. 본예에서는, 웨이퍼(701)면에 있어서, 복수의 평가 영역(72)은, X방향 및 Y방향으로 일정한 간격의 위치마다 설정되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다.

평가 영역(72)이나 기준 영역(71)은, 하나의 영역 내에서 복수의 개소를 샘플로서 취하기 위해, 설정된 사이즈의 2차원의 영역으로서 설정된다. 평가 영역(72)이나 기준 영역(71)은, 그 영역 내에 있어서 특징량을 산출 가능하도록, 패턴 형상(예를 들어, 적어도 하나의 라인 패턴)이 포함되어 있는 사이즈의 영역이라고 하면 된다. 또한, 변형예로서, 평가 영역(72)은, 2차원의 영역에 한정되지 않고, 단면 형상 지표의 계산식에 따라서는, 하나의 점으로서 설정되어도 된다.

기준 영역(71)은, 각 평가 영역(72)의 화상 특징량의 비교의 기준(바꾸어 말하면 정규화를 위한 기준)으로서 설정된다. 이 관점에서, 기준 영역(71)은, 비교적 이상 형상에 가까운 패턴이 형성되어 있다고 상정되는 영역이 선택된다. 본예에서는, 기준 영역(71)은, 웨이퍼(701)의 중심에 설정되어 있다. 이에 한정되지 않고, 기준 영역(71)은, 중심 이외의 임의의 위치에 설정되어도 된다.

(A)의 예과 같이, 대상의 1 이상의 시료(본예에서는 하나의 웨이퍼(701))에 있어서, 기준 영역(71)과 복수의 평가 영역(72)이 대응시켜 정의된다. 또한, 본예에서는, 웨이퍼(701)의 중심의 기준 영역(71)에 대하여, 웨이퍼(701)의 중심의 평가 영역(72)이 겹쳐져 있지만, 겹쳐 있어도 지표의 계산상 문제는 없다. 본 예에 한정되지 않고, 기준 영역(71) 및 평가 영역(72)은 유저가 표시 화면에서 임의로 설정 가능하다.

(B)의 예에서는, 1개의 기준 영역(71)으로서 기준 영역 R1의 SEM 화상(710)과, 2개의 평가 영역(72)으로서, 제1 평가 영역 E1의 SEM 화상(721) 및 제2 평가 영역 E2의 SEM 화상(722)을 나타내고 있다. 어느 화상도, Top-view 화상의 일부 화상이다. SEM 화상(710) 등의 어느 영역도, 도 4와 마찬가지의 라인 패턴이 포함되어 있다. SEM 화상(710) 등의 각 영역 내에는, 파선으로 나타낸 바와 같이, 어느 특징량(예를 들어, 도 5의 선 폭(506))을 계산하기 위한 복수의 개소를 샘플로서 취할 수 있다. 복수의 개소(샘플)는, 본예에서는, 라인 패턴에 대하여 수직인 방향(바꾸어 말하면 단면 관찰이 가능한 X-Z면)에 대응한 복수의 직선이다.

(B)의 SEM 화상(710, 721, 722)의 예에 나타낸 바와 같이, 반도체 패턴은, 국소적인 형상 변동을 갖는다. (B)의 각 영역 내의 라인 패턴은, Y방향의 각 개소에 있어서 선 폭이 변동되어 있어, 일정하지 않다. 이러한 국소적인 형상 변동은, 반도체의 제조의 상세에 따라 발생하고 있다.

(C)에서는, (B)의 각 영역의 SEM 화상으로부터 얻어지는 특징량의 예로서 선 폭(도 5에서의 선 폭(506))에 대한 빈도 분포를 나타내고 있다. 빈도 분포는, 바꾸어 말하면 국소적인 영역 내의 복수의 샘플의 통계이다. (C)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 라인 패턴의 선 폭에 대하여, 정규 분포에 가까운 변동을 갖는다. 분포(730)는, 기준 영역 R1의 SEM 화상(710)에 기초한 선 폭의 빈도 분포이다. 분포(730)는, 국소적인 형상 변동을 나타내고 있다. 분포(731)는, 제1 평가 영역 E1의 SEM 화상(721)에 기초한 선 폭의 빈도 분포이고, 분포(732)는, 제2 평가 영역 E2의 SEM 화상(722)에 기초한 선 폭의 빈도 분포이다. 도시한 바와 같이, 2개의 분포(731, 732)에는, 대역적 변화(국소적 변화보다도 큰 변화)가 발생하고 있고, 이것은 웨이퍼(701) 면내에서의 단면 형상 변화에 상당한다.

실시 형태 1에서는, 이러한 웨이퍼의 패턴 형상의 국소적인 형상 변동에 의한 화상 특징량의 요동을 기준으로, 웨이퍼 면내 또는 웨이퍼 사이에서의 화상 특징량의 변화를 정량화한다. 그 때문에, 기준 영역(71)의 범위(바꾸어 말하면 화상 사이즈)는, 국소적인 형상 변동이 통계적으로 충분한 정밀도로 평가할 수 있도록 설정된다. 구체예에서는, (B)와 같이, 기준 영역(71)의 범위 내에 적어도 하나의 라인 패턴이 포함되도록 설정된다. 그것과 함께, 기준 영역(71)의 범위와 대응시켜, 복수의 평가 영역(72)의 각 평가 영역(72)의 범위 내에도 적어도 하나의 라인 패턴이 포함되도록 설정된다.

[처리 플로(1-2)]

도 6으로 복귀된다. 스텝 S102에서, 프로세서 시스템(100)(또는 전체 제어부(102))은, SEM(1)을 제어함으로써, 대상의 웨이퍼에 대하여, 상기 기준 영역(71) 및 평가 영역(72)에 대하여, Top-view의 SEM 화상을 촬상한다.

스텝 S103은, 2개의 스텝 S103A, S103B를 포함하고 있다. 먼저 스텝 S103A에서, 프로세서 시스템(100)은, 기준 영역(71)의 SEM 화상으로부터, 특징량(제1 특징량이라고도 기재)을 산출한다. 이 특징량은, 실시 형태 1에서는, 미리 규정된 하나의 종류의 특징량이다. 일례는 상술한 선 폭(도 5의 선 폭(506))이다. 또한, 여기서 사용하는 특징량은, 유저가 표시 화면에서 지정이나 설정을 가능하게 해도 된다. 프로세서 시스템(100)은, 기준 영역(71) 내의 복수의 개소에 대하여, 각각의 개소의 특징량을 산출한다. 기준 영역(71)의 특징량(제1 특징량)을, 특징량 Fs라고 한다.

또한, 스텝 S103B에서, 프로세서 시스템(100)은, 특징량 Fs로부터, 소정의 통계값(제1 통계값이라고도 기재)을 산출한다. 기준 영역(71)의 통계값(제1 통계값)을, 통계값 Ss라고 한다.

[특징량 등의 산출]

도 8은, 특징량 등의 산출에 대한 설명도이다. 도 8의 (A)는, 영역(기준 영역(71) 또는 평가 영역(72), 예를 들어 기준 영역(71))의 SEM 화상의 예를 나타낸다. 본 예의 SEM 화상(800)은, 도 4의 SEM 화상(401)이나 도 7의 SEM 화상(710)과 동일하다. (B)는, 그 영역 내의 복수의 개소의 신호 파형의 예를 나타낸다. (C)는, 그 복수의 신호 파형으로부터 산출된 복수의 특징량의 빈도 분포를 나타낸다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 프로세서 시스템(100)은, 예를 들어 기준 영역(71)의 화상 내의 라인 패턴에 대하여 수직인 방향(단면 형상이 관찰 가능한 X-Z면)의 신호 파형을, 당해 화상 내의 복수의 위치의 개소(샘플)에서 산출한다. (A)에서는, 기준 영역(71) 내의 복수(n이라고 함)의 샘플을 1 내지 n으로서 나타내고 있다. 예를 들어, 샘플(1)은, 도시의 c-d선의 X-Z 단면에 상당하고, 샘플 n은, 도시의 e-f선의 X-Z 단면에 상당한다. 복수(n)의 개소의 신호 파형을, 제1 신호 파형으로부터 제n 신호 파형으로 한다.

(B)에서는, 복수(n)의 신호 파형을 신호 파형(801 내지 80n)으로서 나타내고 있다. 프로세서 시스템(100)은, 각 샘플의 신호 파형마다, 화상 특징량을 산출한다(스텝 S103A). (B)에서는, 복수의 신호 파형에 대응한 복수의 화상 특징량을, 특징량 Fs1 내지 Fsn으로서 나타내고 있다.

프로세서 시스템(100)은, (C)와 같이, 기준 영역(71) 내의 복수의 개소에서 산출한 복수의 화상 특징량(Fs1 내지 Fsn)에 대한 빈도 분포(810)를 얻는다. 프로세서 시스템(100)은, 빈도 분포(810)로부터, 화상 특징량 Fs의 통계값 Ss를 산출한다(스텝 S103B). 통계값 Ss로서는, 예를 들어 평균값(μs라고 함), 표준 편차(σs라고 함)를 들 수 있다. 이러한 처리에 의해, 기준 영역(71)에 있어서의 국소적인 형상 변동에 의한 화상 특징량의 요동이 산출된다. 표준 편차 σs는, 기준 영역 내의 패턴의 국소적인 형상의 변동에 대한 제1 특징량의 변동량이다.

[처리 플로(1-3)]

도 6으로 복귀된다. 스텝 S104에서, 프로세서 시스템(100)은, 각 평가 영역(72)에 대하여, 스텝 S103의 기준 영역(71)의 처리와 유사한 처리를 행한다. 스텝 S104는, 2개의 스텝 S104A, S104B를 포함하고 있다. 먼저 스텝 S104A에서, 프로세서 시스템(100)은, 각 평가 영역(72)의 SEM 화상으로부터, 영역 내의 라인 패턴에 대하여 수직인 방향(X-Z면)의 신호 파형을, 당해 화상 내의 복수의 위치의 개소(샘플)에서 산출한다. 프로세서 시스템(100)은, 각 개소의 신호 파형마다, 기준 영역(71)에서 산출한 화상 특징량 Fs와 동일한 종류의 화상 특징량(제2 특징량이라고도 기재)을 산출한다. 여기서, 평가 영역(72)에서 산출하는 화상 특징량(제2 특징량)을, 특징량 Fe라고 한다.

프로세서 시스템(100)은, 평가 영역(72) 내의 복수의 화상 특징량 Fe로부터, 통계값(제2 통계값이라고도 기재)을 산출한다. 실시 형태 1의 일례에서는, 프로세서 시스템(100)은, 통계값(제2 통계값)으로서, 예를 들어 평균값(μe라고 함)을 산출한다.

스텝 S105에서, 프로세서 시스템(100)은, 평가 영역(72)마다 단면 형상 지표(Ie라고 함)를 산출한다. 프로세서 시스템(100)은, 기준 영역(71)에서 산출한 통계값 Ss를 기준으로 하여, 평가 영역(72)에서 산출한 화상 특징량 Fe의 평균값 μe의 변화량을 정규화한 단면 형상 지표 Ie로 변환한다. 바꾸어 말하면, 프로세서 시스템(100)은, 평가 영역(72)의 화상 특징량 Fe의 통계값(예: μe)을, 기준 영역(71)의 화상 특징량 Fs의 통계값 Ss(예: μs, σs)에 의해 변환함으로써, 변환 후의 특징량으로서 단면 형상 지표 Ie를 산출한다.

이 변환은, 일례로서, 하기의 식 1로 표현된다. 식 1에서는, Ie는, μe와 μs의 차를, α×σs로 제산함으로써 산출된다. 식 1 중의 α는, 기준 영역(71)의 국소적인 형상 변동의 크기를 조정하는 파라미터이다.

식 1:

[특징량 및 지표의 분포]

도 9는, 도 6의 처리 플로의 결과 얻어진 특징량 및 단면 형상 지표의 예를 나타낸다. 도 9의 (A)는, 대상 웨이퍼면 내에서의 각 평가 영역(72)의 특징량 Fe의 분포를 나타낸다. (A)에서는, 어느 웨이퍼면 위의 각 평가 영역(72)에서 산출된, 어느 1종류의 화상 특징량(여기서는 특징량 A라고 함)의 웨이퍼 분포(901)와, 동일한 웨이퍼면 위의 각 평가 영역(72)에서 산출된, 다른 1종류의 화상 특징량(여기서는 특징량 B라고 함)의 웨이퍼 분포(902)의 예를 나타낸다. 이들 웨이퍼 분포는, 표시 화면에 표시하는 경우에는, 각 평가 영역(72)의 특징량 Fe를, 다치의 색으로 표현한다. 웨이퍼 분포의 우측에는, 특징량 Fe의 색의 스케일을 도시하고 있다. 또한, 도 9에서는, 특징량 Fe를, 다치의 색이 아니라, 간략화한 모식도로서, 예를 들어 4치의 모두 칠한 패턴 영역으로서 도시하고 있다. 예를 들어 도시의 스케일에 있어서, 도트 패턴 영역에 가까울수록 특징량이 마이너스로 큰 값이고, 흑색 영역에 가까울수록 특징량이 플러스로 큰 값인 것을 나타내고 있다.

화상 특징량의 변화는, 반도체 패턴의 단면 형상의 변화를 나타내고 있지만, 그 화상 특징량의 단위가 단면 형상 치수와 관련지어져 있지 않기 때문에, 화상 특징량의 변화로부터는 단면 형상의 변화의 크기를 평가할 수 없다. 바꾸어 말하면, 어느 특징량의 변화가 구체적으로 어느 단면 형상(예를 들어, 선 폭, WB, 측벽의 경사, 둥글림, 밑단 당김 등)의 변화를 나타내고 있는지는 특정할 수 없고, 화상 특징량만으로부터 단면 형상 변화에 관한 정량적인 평가는 할 수 없다.

그것에 대하여, 실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, 화상 특징량(예를 들어, 2개의 특징량 A, B)에 대하여, 도 6과 같은 처리에 따라, 국소적인 형상 변동에 의한 화상 특징량의 요동을 기준으로 하여 화상 특징량의 변화량을 정규화한 지표인 단면 형상 지표 Ie를 얻는다. 예를 들어, 도 9의 (B)에서는, 특징량 A의 웨이퍼 분포(901)로부터 얻어지는 단면 형상 지표(지표 A라고 함)의 웨이퍼 분포(903)와, 특징량 B의 웨이퍼 분포(902)로부터 얻어지는 단면 형상 지표(지표 B라고 함)의 웨이퍼 분포(904)를 나타내고 있다. 또한, 도 9에서는, 단면 형상 지표 Ie를, 특징량 Fe와 마찬가지로, 다치의 색이 아니라, 간략화한 모식도로서, 예를 들어 4치의 모두 칠한 패턴 영역으로서 도시하고 있다. 예를 들어 도시의 스케일에 있어서, 도트 패턴 영역에 가까울수록 지표가 -1에 가까운 값이고, 흑색 영역에 가까울수록 지표가 +2 이상의 값인 것을 나타내고 있다. 본예에서는, 지표 Ie의 값의 범위는, 정규화로서, -1부터 +2 이상의 범위로 하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다.

(B)에서, 단면 형상 지표 A의 웨이퍼 분포(903)는, 바꾸어 말하면, 국소적인 형상 변동에 의한 요동에 대한 화상 특징량 A의 변화량을 나타내고 있다. 단면 형상 지표 B의 웨이퍼 분포(904)는, 바꾸어 말하면, 국소적인 형상 변동에 의한 요동에 대한 화상 특징량 B의 변화량을 나타내고 있다.

(B)의 2종류의 단면 형상 지표 A, B의 결과예를 비교해 보자. 화상 특징량 A의 단면 형상 지표 A의 웨이퍼 분포(903)에서는, 국소적인 형상 변동 이상의 변화가 웨이퍼 면내에서 발생하고 있는 것을 나타내고 있다. 본예에서는, 웨이퍼면의 중심으로부터 직경 방향으로 외주를 향해, 지표 A의 변화가 나타나 있고, 예를 들어 외주 부근에는 검은 영역(지표값이 2 이상)을 갖는다. 이 웨이퍼 분포(903)에 의해, 화상 특징량 A에 상관이 있는 단면 형상 치수의 변화가, 웨이퍼 면내에서 국소적인 형상 변동 이상의 변화로서 발생하고 있는 것을, 정량적으로 판단할 수 있다.

한편, 화상 특징량 B의 단면 형상 지표 B의 웨이퍼 분포(904)에서는, 국소적인 형상 변동 이하의 변화밖에 발생하고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 본예에서는, 웨이퍼면의 전체에서, 지표 B가 -1부터 +1까지 정도의 영역으로 되어 있다. 이 웨이퍼 분포(904)에 의해, 화상 특징량 B에 상관이 있는 단면 형상 치수의 변화가, 웨이퍼 면내에서 국소적인 변동 이하의 변화에서밖에 발생하고 있지 않은 것을, 정량적으로 판단할 수 있다.

[효과 등(1)]

실시 형태 1에 의하면, Top-view의 SEM 화상에 기초하여 취득한 화상 특징량 및 단면 형상 지표를 사용하여, 단면 관찰 전에 비파괴로 반도체 패턴의 단면 형상의 변화를 정량적으로 평가하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 그 단면 형상 지표를 표시 화면에 표시하여 유저가 봄으로써, 웨이퍼면 중 단면 관찰용으로 단면 가공하기 위한 적합한 단면 관찰 개소를 결정할 수 있다. 이에 의해, 저비용으로 효율적인 단면 관찰, 검사 등이 가능해진다.

도 9와 같이, 실시 형태 1에 의하면, 화상 특징량으로부터 변환하여 얻어진 단면 형상 지표를 사용함으로써, 웨이퍼면 위에서 국소적인 형상 변동 이상의 대역적인 단면 형상 변화가 발생하고 있는지 여부 등을 정량적으로 평가 가능해진다. 실시 형태 1에 의하면, 예를 들어 유저에 대하여 단면 형상 지표를 표시함으로써, 웨이퍼면 위에서 국소적인 형상 변동 이상의 대역적인 단면 형상 변화가 발생하고 있는지 여부 등을 정량적으로 판단 가능해진다. 실시 형태 1에 의하면, 단면 형상 지표로부터, 단면 형상 변화가 큰 영역을 검지 가능해진다.

실시 형태 1의 반도체 검사 시스템은, 이렇게 하여 얻은 단면 형상 지표를 포함하는 정보를, 예를 들어 프로세서 시스템(100)(혹은 클라이언트 단말기(7) 등)의 표시 장치의 표시 화면에 GUI와 함께 표시해도 된다. 표시 화면의 내용은, 예를 들어 도 4, 도 5, 도 7, 도 8, 도 9와 마찬가지여도 된다. 프로세서 시스템(100)은, 표시 화면에, 예를 들어 SEM 화상, 신호 파형, 특징량, 통계값이나 빈도 분포, 단면 형상 지표 및 도 9와 같은 웨이퍼 분포를 관련지어 표시해도 된다. 프로세서 시스템(100)은, 표시 화면에, 유저가 지정한 정보만을 표시해도 된다. 예를 들어, 유저가 표시 화면에서 특징량 A를 지정한 경우에, 프로세서 시스템(100)은, 표시 화면에, 도 9와 같은 특징량 A의 웨이퍼 분포와 지표 A의 웨이퍼 분포를 표시해도 된다. 또한, 표시 화면에서, 예를 들어 지표 A의 웨이퍼 분포로부터 유저가 하나의 영역을 지정한 경우에, 프로세서 시스템(100)은, 그 하나의 영역의 SEM 화상이나 관련 정보를 확대로 표시 화면 내에 표시해도 된다. 또한, 프로세서 시스템(100)은, 유저가 표시 화면에서 지표의 크기(예를 들어, 「2 이상」 등)를 지정 한 경우에, 웨이퍼 분포 중에서 지정된 지표의 크기에 해당하는 영역만을 표시해도 된다.

프로세서 시스템(100)은, 도 6과 같은 처리의 과정에서 사용한 각종 데이터·정보를 관련지어 기억부(프로세서 시스템(100) 내의 메모리, 혹은 외부의 DB 등)에 기억한다. 그 각종 데이터·정보는, 대상 웨이퍼, 기준 영역, 평가 영역, SEM 화상, 신호 파형, 특징량, 통계값이나 빈도 분포, 단면 형상 지표 및 도 9와 같은 웨이퍼 분포 등이다.

도 10은, 프로세서 시스템(100)이 기억하는 데이터의 테이블예를 나타낸다. 이 테이블은, 항목으로서, 웨이퍼, 기준 영역, 평가 영역, SEM 화상, 신호 파형, 특징량, 통계값, 단면 형상 지표 등을 갖고 있다. 프로세서 시스템(100)은, 도 10과 같은 데이터를 표시 화면에 표시해도 된다.

실시 형태 1에서의 구성예에 한정되지 않고, 각종 변형예가 가능하다. 예를 들어 SEM(1) 대신에, 화상을 촬상할 수 있는 다른 종류의 전자 현미경이나 하전 입자 빔 장치 등을 적용해도 된다.

실시 형태 1에서는, 도 8과 같이 SEM 화상으로부터 산출되는 신호 파형으로부터 화상 특징량을 산출하는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 화상 특징량은, 신호 파형을 산출하지 않고 이차원 화상으로부터 산출하는 특징량을 사용해도 된다. 예를 들어, SEM 화상을 푸리에 변환하여 구해지는 특징량 등이어도 된다.

실시 형태 1에서는, 기준 영역(71)과 평가 영역(72)을 동일한 웨이퍼에 설정하여 웨이퍼면 내에서의 단면 형상의 균일성이나 변화를 평가하는 예를 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 다른 웨이퍼 사이에 있어서 기준 영역(71)과 평가 영역(72)을 설정하여, 웨이퍼 사이에서의 단면 형상의 균일성이나 변화를 평가하는 것도 마찬가지로 가능하다. 예를 들어, 제1 웨이퍼 면내에 기준 영역(71)이 설정되고, 제2 웨이퍼 면내에 평가 영역(72)이 설정된다. 또한, 복수의 웨이퍼로부터 복수의 평가 영역이 선택되어도 된다. 이들 경우라도, 실시 형태 1의 처리는 마찬가지로 적용할 수 있다.

실시 형태 1에서는, 대상의 반도체 패턴을 라인 패턴으로 한 예를 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 홀 등의 패턴에서도, 실시 형태 1의 처리를 마찬가지로 적용할 수 있다. 예를 들어, SEM 화상 내에 홀과 같은 타원 형상을 포함하고 있는 경우에, 그 홀에 대하여, 단면 관찰 가능한 방향에서 복수의 개소(샘플)를 취하여 특징량을 산출하면 된다.

실시 형태 1에서는, SEM 화상 내에 1개의 라인 패턴이 포함되는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 화상(바꾸어 말하면 촬상의 시야) 내에 주기 패턴과 같이 복수의 라인 패턴 등이 포함되어 있는 경우에도, 실시 형태 1의 처리를 마찬가지로 적용할 수 있다. 예를 들어, 영역 내의 복수의 라인 패턴의 복수의 개소(샘플)로부터 특징량을 산출하면 된다.

실시 형태 1에서는, 반도체 패턴의 단면 형상 변화(예를 들어, Z방향의 단면에 관한 변화)를 평가하는 예를 나타냈지만, 이것에 더하여, 2차원으로 촬상된 SEM 화상으로부터 웨이퍼면 및 반도체 패턴에 평행한 방향(예를 들어, X, Y방향)의 형상 변화도 파악하도록 해도 된다. 그 평행한 방향의 형상 변화에 대해서는 공지 기술을 적용해도 된다. 이에 의해, 반도체 패턴의 3차원의 입체 형상 변화가 평가 가능하다.

<실시 형태 2>

도 11 이후를 사용하여, 실시 형태 2의 반도체 검사 시스템 등에 대하여 설명한다. 실시 형태 2 등의 기본적인 구성은, 실시 형태 1과 공통·유사하고, 이하에는, 실시 형태 2 등에 있어서의 실시 형태 1과는 다른 구성 부분에 대하여 주로 설명한다.

실시 형태 2의 반도체 검사 시스템에서는, 실시 형태 1과 같이 하여 얻은 단면 형상 지표에 기초하여, 시료에 있어서의 단면 형상의 관찰 위치(그 관찰 위치에 대응하는 단면 관찰 영역)를 선정한다. 그리고, 실시 형태 2에서는, 선정한 관찰 위치를, 도 1의 단면 관찰 장치(2)에 의해 자동 관찰한다. 단면 관찰 장치(2)는, 웨이퍼의 관찰 위치를 단면 가공함으로써 단면 관찰 가능한 단면을 형성하고, 그 단면을 촬상하여 관찰한다. 유저는, 단면 관찰 장치(2)를 조작하여 표시 화면에서 그 단면을 관찰한다.

실시 형태 2에서는, 단면 형상 지표에 기초하여, 단면 형상 변화가 상정되는 적합한 위치·영역을 선택한다. 이에 의해, 단면 형상 변화의 간과나, 유사한 변화의 중복 관찰을 저감할 수 있다. 종래 기술로서, 웨이퍼면의 복수의 위치·영역을 망라적으로 차례로 조사해가는 경우나 랜덤하게 조사하는 경우 등에 비해, 실시 형태 2에서는, 처음부터, 적합한 관찰 위치로부터 차례로 단면 관찰이 가능해진다. 따라서, 실시 형태 2에 의하면, 단면 가공하는 개소나 횟수도 적어져, 효율적인 평가·검사가 가능해진다.

[반도체 검사 시스템]

실시 형태 2의 반도체 검사 시스템의 구성은, 도 1과 마찬가지의 시스템을 적용할 수 있다. 실시 형태 2에서는, 주로 도 1의 SEM(1)(프로세서 시스템(100)을 포함함)과 단면 관찰 장치(2)를 사용한다. 실시 형태 2에서의 특징적인 처리(즉, 단면 관찰 영역을 선정하는 처리)는 주로 프로세서 시스템(100)이 행한다. 또한, 실시 형태 2의 반도체 검사 시스템은, 유저의 조작에 기초하여 단면 관찰 조건을 입력하는 외부 입력부를 갖는다. 이 외부 입력부는, 도 2의 입력 장치(205)나 출력 장치(206), 도 3의 외부 입력부(104), 혹은 도 1의 클라이언트 단말기(7) 등을 적용할 수 있다. 또한, 실시 형태 2의 반도체 검사 시스템은, 유저에 대하여, 선정된 단면 관찰 위치·영역을 포함하는 정보를 출력하는 출력부를 갖는다. 이 출력부는, 도 2의 출력 장치(207), 도 3의 표시부(107), 혹은 도 1의 클라이언트 단말기(7) 등을 적용할 수 있다. 실시 형태 2의 예에서는, 도 2의 출력 장치(207)의 표시 화면에, GUI와 함께, 선정된 단면 관찰 위치·영역을 포함하는 정보가 표시된다.

단면 관찰 장치(2)는, 예를 들어 FIB-SEM이고, 단면 가공과 단면 관찰이 가능한 장치이다. 단면 관찰 장치(2)는, 프로세서 시스템(100)에 의해 선정된 단면 관찰 영역을 단면 관찰한다.

또한, 변형예로서, 단면 관찰 영역을 선정하는 처리를 행하는 기능 부분은, 도 1의 SEM(1)의 프로세서 시스템(100) 이외의 장치에 실장되어 있어도 된다. 단면 관찰 장치(2)에 그 기능 부분이 실장되어 있어도 된다. 통신망(9) 위에 그 기능 부분이 실장된 단면 관찰 위치 선정 시스템이 독립적으로 마련되어도 된다.

[처리 플로(2-1)]

도 11은, 실시 형태 2의 반도체 검사 시스템(특히 프로세서 시스템(100))에 있어서의, 웨이퍼면 위의 단면 형상 치수를 정량적으로 평가하기 위한 처리 플로를 나타낸다. 이 처리 플로는, 단면 형상 지표에 기초하여 단면 관찰 위치·영역을 선정하는 스텝이나, 선정된 단면 관찰 영역을 단면 관찰하여 단면 형상 치수를 계측하는 스텝 등을 포함하고 있다.

스텝 S201에서, 프로세서 시스템(100)은, 외부 입력부 및 유저의 조작에 기초하여, 단면 관찰 조건을 입력한다. 단면 관찰 조건은, 미리 설정되어 있어도 된다. 본예에서는, 단면 관찰 조건으로서, 대상 웨이퍼면 위에서의 단면 관찰 후보 영역과, 영역 내에서의 단면 관찰하는 패턴 수(m이라고 함)와, 기준 관찰 영역이 입력된다.

[단면 관찰 후보 영역과 기준 관찰 영역]

도 12는, 단면 관찰 후보 영역과 기준 관찰 영역의 예를 나타낸다. 도 12의 예에서는, 대상 웨이퍼(1200)에 있어서 중심에 기준 관찰 영역(1201)이 설정되어 있다. 또한, 대상 웨이퍼(1200) 면내에 있어서, 복수의 단면 관찰 후보 영역(1202)이 설정되어 있다. 유저는, 이들 영역을 임의로 설정할 수 있다. 또한, 실시 형태 2에서의 기준 관찰 영역(1201) 및 단면 관찰 후보 영역(1202)은, 실시 형태 1에서의 기준 영역(71) 및 평가 영역(72)과 대응한 유사한 개념이다. 대상 웨이퍼는 실시 형태 1과 마찬가지로 1 이상의 시료이다.

단면 관찰 후보 영역(1202)은, 대상 웨이퍼(1200)면 위에서 대역적인 단면 형상 변화를 평가하기 위한 후보가 되는 영역이다. 단면 관찰 후보 영역(1202)은, 예를 들어 칩마다 설정된다. 또한, 기준 관찰 영역(1201)은, 단면 형상 지표의 분포에 구애되지 않고, 유저가 반드시 취득하고 싶은 관찰 개소로서 선택된다. 기준 관찰 영역(1201)에 대하여, 단면 관찰 후보 영역(1202)이 비교된다. 기준 관찰 영역(1201)의 범위(바꾸어 말하면 화상 사이즈)는, 반도체 패턴의 국소적인 형상 변동이 망라되도록 설정된다. 이 범위는 구체예에서는 전술과 마찬가지로, 예를 들어 적어도 하나의 라인 패턴이 포함되는 영역으로서 설정된다. 일반적으로, 반도체 웨이퍼에 있어서는, 웨이퍼 중심을 기준으로 하여 프로세스 조건이 결정되기 때문에, 웨이퍼 중심의 개소는 단면 관찰이 행해진다. 그 때문에, 본예에서는, 웨이퍼 중심을 기준 관찰 영역(1201)으로서 설정하고 있다.

[처리 플로(2-2)]

도 11로 복귀된다. 스텝 S202에서, 프로세서 시스템(100)은, SEM(1)을 제어함으로써, 대상 웨이퍼의 기준 관찰 영역(1201) 및 단면 관찰 후보 영역(1202)에 대하여, Top-view의 SEM 화상을 촬상한다.

스텝 S203에서, 프로세서 시스템(100)은, 기준 관찰 영역(1201)에서 촬상된 SEM 화상으로부터, 당해 화상 내의 복수의 개소(샘플)의 신호 파형에 대응하는 화상 특징량 Fs를 산출한다(스텝 S203A). 프로세서 시스템(100)은, 그 화상 특징량 Fs에 기초하여, 통계값 Ss로서, 예를 들어 평균값 μs와 표준 편차 σs를 산출한다(스텝 S203B).

스텝 S204에서, 프로세서 시스템(100)은, 마찬가지로, 관찰 후보 영역(1202)에 대하여 촬상된 Top-view의 SEM 화상으로부터, 당해 화상 내의 복수의 개소(샘플)의 신호 파형에 대응하는 화상 특징량 Fe를, 기준 관찰 영역(1201)으로부터 산출한 화상 특징량 Fs와 동일한 종류의 특징량으로서 산출한다(스텝 S204A). 프로세서 시스템(100)은, 그 화상 특징량 Fe에 기초하여, 통계값으로서, 예를 들어 평균값 μe를 산출한다(스텝 S204B).

스텝 S205에서, 프로세서 시스템(100)은, 기준 관찰 영역(1201)에서 산출한 표준 편차 σs에 대하여, 스텝 S201에서 입력한 조건에 있어서의 패턴 수 m으로 단면 관찰하는 것을 상정하고, 패턴 수 m에 따른 표본 평균 분포의 표준 편차 σ's를 산출한다.

이 패턴 수 m에 따른 표본 평균 분포의 표준 편차 σ's는, 도 13에 나타낸 바와 같은 중심 극한 정리에 따라, 하기의 식 2로 산출된다.

식 2:

도 13에서, (A)는, 어느 단면 관찰 후보 영역에 있어서 발생하고 있는 국소적인 단면 형상 변동에 의한 단면 형상 치수 분포(1301)를 나타낸다. 횡축은 단면 형상 치수, 종축은 빈도이다. 표준 편차 σs는 그 국소적인 단면 형상 변동을 나타내고 있다. (B)는, 동일한 어느 단면 관찰 후보 영역에 있어서 단면 계측의 패턴 수 m인 경우의 표본 평균 분포(1302)를 나타낸다. 횡축은 단면 계측 결과의 표본 평균, 종축은 빈도이다.

도 11로 복귀된다. 스텝 S206에서, 프로세서 시스템(100)은, 단면 관찰 후보 영역(1202)에서 산출한 특징량 Fe를, 기준 관찰 영역(1201)에서 산출한 특징량 Fs로부터 산출한 통계값(μs, σ's)을 사용하여, 단면 형상 지표 Ie로 변환한다. 실시 형태 2에서의 일례에서는, 단면 형상 지표 Ie는, 하기의 식 3에 따라, 변환에 의해 산출된다.

식 3:

[패턴 수]

도 14는, 영역 내의 패턴 수 m에 대한 보충 설명도를 나타낸다. 도 14의 (A)는, 도 12의 단면 관찰 후보 영역(1202)의 SEM 화상(1400)의 예이다. 이 SEM 화상(1400) 내에는, 복수(도시의 예에서는 4개)의 라인 패턴(1401)이 포함되어 있다. (B)는, (A)의 A-A선에 대응한 반도체 패턴의 단면 형상의 X-Z 단면도를 도시한다. (C)는, (A), (B)에 대응한 신호 파형의 예를 나타낸다. (C)에서는, 신호 파형에 대하여, 단면 관찰 후보 영역(1202) 내에서의 패턴 수 m을 예시(본예에서는m=4)하고 있다. 단면 관찰 후보 영역(1202) 내에서의 패턴 수 m은, 실제의 단면 관찰 시에 고려하는 패턴의 수를 설정하는 것이고, 단면 형상 지표 Ie의 계산에 반영된다.

[단면 형상 지표]

도 15는, 상기 도 11의 스텝 S206까지의 처리에서 산출된 단면 형상 지표 Ie의 예를 나타낸다. 좌측의 (A)에는, 대상 웨이퍼에 대하여 어느 화상 특징량(특징량 A라고 함)에 기초한 단면 형상 지표 Ie(지표 A라고 함)의 웨이퍼 분포(1501)를 나타낸다. 이 웨이퍼 분포(1501)는, 국소적인 형상 변동에 의한 요동에 대한 특징량 A의 변화량을 나타내고 있다. 웨이퍼 분포(1501)에 있어서, 단면 관찰 후보 영역(1202)마다 지표 A를 다치로 갖는다. 도 15에서도 이 지표 A의 값을 간략화한 모식도로서 4치로 도시하고 있다. 지표 A의 범위는, 예를 들어 -1부터 2 이상의 범위이다.

우측의 (B)에는, 단면 형상 지표 Ie(지표 A)의 상세를 나타낸다. 지표 A의 값은, 본예에서는, 약 -2부터 약 +3까지의 레인지 내에 분포하고 있다. 이 지표 A는, 전술한 정규화에 의해, 정량적인 평가가 가능한 눈금으로서 기능한다.

도 11로 복귀된다. 스텝 S207에서, 프로세서 시스템(100)은, 상기 산출된 단면 형상 지표 Ie에 기초하여, 단면 관찰 후보 영역(1202)으로부터 단면 관찰 영역을 선택·결정한다. 단면 관찰 영역은, 실제로 단면 관찰 장치(2)에서 단면 관찰하는 영역이다. 본 스텝 S207에서는, 대상 웨이퍼면 위의 단면 형상 변화를 놓치는 일 없이, 또한 낭비 없이, 효율적으로 단면 관찰 장치(2)에서 단면 관찰하여 평가하기 위한 단면 관찰 위치를 산출·선정하는 것을 목적으로 한다. 그 때문에, 실시 형태 2에서는, 이하에 두 관점에 기초하여, 단면 형상 지표 Ie로부터 단면 관찰 영역을 산출한다.

첫번째 관점은 이하이다. 단면 형상 지표 Ie는, 단면 형상 변화를 나타내고 있다. 그 때문에, 이 변화의 레인지를 커버하도록, 복수의 단면 관찰 후보 영역(1202)으로부터 단면 관찰 영역을 선택하는 것이, 제1 조건이다. 이에 의해, 웨이퍼면 위에서 발생하고 있는 단면 형상 변화의 간과를 피할 수 있다.

두번째 관점은 이하이다. 국소적인 형상 변동 이하의 단면 형상 변화(예를 들어, 전술한 도 9의 지표 B의 웨이퍼 분포(904)의 예)는, 단면 관찰에서는 차이를 평가할 수 없다. 그 때문에, 단면 형상 지표 Ie에 기초하여 선택된 단면 관찰 영역 사이에서 국소적인 형상 변동 이상의 변화를 갖도록 그 단면 관찰 영역을 선택하는 것이, 제2 조건이다. 이에 의해, 동일한 단면 형상으로 되어 있는 영역을 중복하여 관찰해 버리는 것을 피할 수 있다.

[단면 관찰 영역의 선정]

도 16은, 도 15의 단면 형상 지표 Ie에 기초하여 선택된 단면 관찰 영역의 예를 나타낸다. 좌측의 (A)에는, 프로세서 시스템(100)에 의해 선택된 단면 관찰 영역을 나타내는 맵(1600)을 나타낸다. 단면 형상 지표 Ie로부터, 상기 조건을 충족시키도록, 맵(1600)의 면내에 있어서의 본예에서는 4개의 단면 관찰 영역(영역 C1, C2, C3, C4)이 선택되어 있다. 맵(1600) 위의 4개의 영역 C1 내지 C4는, 하측에 나타내는 웨이퍼 분포에서의 4개의 단면 관찰 후보 영역(도 15와 동일함)과 대응하고 있다. 이들 단면 관찰 영역(영역 C1 내지 C4)은, 도시와 같이, 단면 형상 지표 Ie의 레인지(예를 들어, 약 -2부터 약 +3까지)를 커버하도록 선택되어 있다.

우측의 (B)에는, 도 15의 우측과 마찬가지의 단면 형상 지표 Ie(지표 A)의 눈금에 있어서, 선택된 단면 관찰 영역에 대응하는 지표값을 나타내고 있다. 선택된 지표값은, 4개의 지표값 v1, v2, v3, v4이다. 지표값 v1은 0, 지표값 v2는 약 -1.8, 지표값 v3은 약 +1.3, 지표값 v4는 약 +2.8이다.

상기 4개의 단면 관찰 영역을 프로세서 시스템(100)이 자동적으로 선택할 때의 상세한 처리예를 설명하면 이하와 같이 된다. 프로세서는, 먼저, 지표값 v1이 0인 영역 C1을 선택한다. 이 영역 C1은, 기준 관찰 영역과 동일하다. 이어서, 프로세서는, 지표 A의 레인지의 최솟값인 지표값 v2에 대응하는 영역 C2와, 최댓값인 지표값 v4에 대응하는 영역 C4를 선택한다. 이어서, 프로세서는, 영역 C1에 대하여, 지표값의 차가 +1 이상이 되는 영역으로서, 지표값 v3에 대응하는 영역 C3을 선택한다. 또한, 지표값의 차가 1 이하인 것은, 국소적인 형상 변동 이하의 변화밖에 없는 것을 나타내고 있고, 지표값의 차가 1 이상인 것은, 국소적인 형상 변동 이상의 변화가 있는 것을 나타내고 있다.

[처리 플로(2-3)]

도 11로 복귀된다. 스텝 S207에서, 프로세서 시스템(100)은, 도 16의 예와 같이, 단면 형상 지표 Ie에 기초하여, 단면 관찰 후보 영역으로부터, 조건을 충족시키는 적합한 단면 관찰 영역을 선택한다. 프로세서 시스템(100)은, 도 16의 좌측에 나타낸 바와 같은, 선택된 단면 관찰 영역(예를 들어, 영역 C1 내지 C4)을 나타내는 정보, 예를 들어 웨이퍼 면내의 위치 좌표를 취득한다. 프로세서 시스템(100)은, 선택된 단면 관찰 영역(예를 들어, 영역 C1 내지 C4)을 나타내는 정보를, 도 1의 단면 관찰 장치(2)(FIB-SEM)에 입력한다. 바꾸어 말하면, 단면 관찰 장치(2)는, SEM(1)의 프로세서 시스템(100)으로부터, 그와 같은 정보를 취득한다.

스텝 S208에서, 단면 관찰 장치(2)는, 입력된 단면 관찰 영역의 위치 좌표에 있어서, 단면이 나타나도록 단면 가공하고, 가공 후의 단면 관찰 영역의 단면의 단면 SEM상을 취득한다. 또한, 이때, 단면 관찰 장치(2)는, 스텝 S201에서 입력된 패턴 수 m에 따라, 복수(m)의 패턴을 포함한 단면 SEM상, 혹은 패턴마다 나뉜 복수(m)의 단면 SEM상을 취득한다. 또한, 단면 SEM상은, 도 14의 (C)의 신호 파형과 유사한 화상으로 된다.

스텝 S209에서, 단면 관찰 장치(2)는, 단면 SEM상을 사용하여, 단면 형상 치수를 계측한다.

단면 관찰 장치(2) 또는 프로세서 시스템(100)은, 상기 도 11과 같은 처리의 과정에서 얻은 각종 데이터·정보를 관련지어 메모리 또는 데이터베이스 등에 보존함과 함께, 유저에 대하여 표시 화면(실시 형태 1과 마찬가지)에서 GUI와 함께 표시한다. 예를 들어, 유저는, 표시 화면에서, 관찰 후보 영역, 기준 관찰 영역, 영역 내의 패턴 수 m, SEM 화상, 특징량, 통계값, 단면 형상 지표, 선정된 단면 관찰 영역, 단면 SEM상, 단면 형상 치수 등을 보고 확인할 수 있다. 표시 화면은, 도 15나 도 16과 마찬가지로 해도 된다.

[효과 등(2)]

상기한 바와 같이 실시 형태 2에 의하면, 단면 형상 지표에 기초하여 적합한 단면 관찰 영역을 선정하므로, 단면 관찰 장치(2)를 사용하여 웨이퍼면 위의 단면 형상 변화를 놓치는 일 없이, 또한 낭비 없이, 효율적으로 단면 관찰하는 것이 가능하다.

실시 형태 2의 도 11의 처리의 변형예로서 이하로 해도 된다. 프로세서는, 단면 관찰 후보 영역에 있어서 실시 형태 1(도 8)과 마찬가지로 영역 내의 복수의 개소(샘플)에서 산출한 신호 파형으로부터 특징량 Fe를 산출한다. 프로세서는, 그 특징량 Fe의 분포로부터, 단면 관찰 후보 영역측에서도 통계값 Ss로서 평균값 μe 및 표준 편차 σe를 산출하고, 이 통계값 Ss를 단면 형상 지표 Ie로의 변환에 사용해도 된다. 이 변형예의 경우, 프로세서는, 예를 들어 하기의 식 4와 같이, 기준 관찰 영역과 단면 관찰 후보 영역의 양쪽의 통계값을 사용하여, 단면 형상 지표 Ie를 산출한다. 식 4에서는, Ie는, μe와 μs의 차를, σe와 σs의 합에 의해 제산함으로써 산출된다.

식 4:

식 4의 단면 형상 지표 Ie는, 단면 관찰 후보 영역에서의 화상 특징량의 빈도 분포와, 기준 관찰 영역에서의 화상 특징량의 빈도 분포의 통계적인 분리도를 나타내고 있다. 이 지표의 경우, 단면 관찰 후보 영역의 국소적인 형상 변동도 고려되기 때문에, 기준 관찰 영역과 단면 관찰 후보 영역에서 크게 형상 변동이 다른 경우라도 당해 지표가 적용 가능하다. 또한, 이 변형예의 식 4는, 실시 형태 1(스텝 S104)에도 마찬가지로 적용 가능하다.

실시 형태 2에서는, 도 11의 단면 관찰 영역을 산출·선택하는 스텝 S207에 있어서, 프로세서가 단면 형상 지표를 사용하여 자동으로 단면 관찰 영역을 산출·선택하는 예를 설명했다. 이것에 한정되지 않고, 유저에 대한 입출력을 사용하여, 인터랙티브로, 축차적으로, 단면 관찰 영역을 산출·선택하는 것도 가능하다. 그와 같은 예를 이하에 나타낸다.

[인터렉티브한 단면 관찰]

예를 들어, 프로세서 시스템(100)은, 도 15에 나타내는 단면 형상 지표 Ie를 사용하여, 기준 관찰 영역(1201)에 대하여 국소적인 형상 변동 이상의 변화가 있는 단면 관찰 후보 영역과, 기준 관찰 영역(1201)에 대하여 국소적인 형상 변동 이하의 변화밖에 없는 단면 관찰 후보 영역을 산출한다. 그러면, 예를 들어 도 17과 같은, 단면 관찰 영역을 선정하기 위한 보조 맵(1700)이 얻어진다.

도 17의 보조 맵(1700)에서는, 웨이퍼에 대응한 면 위에, 흑색의 사각으로 나타내는 제1종 후보 영역과, 백색의 사각으로 나타내는 제2종 후보 영역과, 기준 관찰 영역의 예를 나타내고 있다. 제1종 후보 영역은, 기준 관찰 영역에 대하여 국소적인 형상 변동 이상의 변화가 보여지는 단면 관찰 후보 영역이다. 제2종 후보 영역은, 기준 관찰 영역에 대하여 국소적인 형상 변동 이하의 변화밖에 보여지지 않는 단면 관찰 후보 영역이다. 즉, 본예에서는, 복수의 단면 관찰 후보 영역이, 지표의 크기에 따라 대략 2종류의 후보 영역으로 나누어져 있다.

국소적인 형상 변동 이상의 변화가 있는 단면 관찰 후보 영역(제1종 후보 영역)을 단면 관찰 영역으로서 단면 관찰한 경우, 기준 관찰 영역과의 차이를 평가할 수 있다. 따라서, 변형예에서는, 프로세서 시스템(100)은, 이러한 보조 맵(1700)을, 표시 화면에 GUI와 함께 표시한다. 유저는, 보조 맵(1700)을 보고, 국소적인 형상 변동 이상의 변화가 있는 단면 관찰 후보 영역 영역(제1종 후보 영역)으로부터, 예를 들어 하나의 단면 관찰 영역을 선택한다.

이어서, 프로세서 시스템(100)은, 단면 형상 지표 Ie를 사용하여, 유저가 선택한 단면 관찰 영역과 기준 관찰 영역의 2개의 영역에 대하여, 국소적인 형상 변동 이상의 변화가 있는 단면 관찰 후보 영역(제1종 후보 영역)과, 국소적인 형상 변동 이하의 변화밖에 없는 단면 관찰 후보 영역(제2종 후보 영역)을 마찬가지로 산출한다. 그리고, 프로세서 시스템(100)은, 마찬가지로, 그것들의 영역을 포함한 보조 맵을 표시한다. 유저는, 이 갱신된 보조 맵을 보고, 다음의 단면 관찰 영역을 선택할 수 있다. 이러한 처리와 작업을 순차적으로 반복하는 구성에 의해, 전술한 2개의 관점을 충족시키도록 적합한 단면 관찰 영역의 선정이 가능하다.

상기 변형예는, 이하와 같이 해도 된다. 프로세서 시스템(100)은, 순차적으로 하나씩 단면 관찰 영역을 선정한다. 프로세서 시스템(100), 또는 유저는, 단면 형상 지표에 기초하여, 예를 들어 먼저 하나의 단면 관찰 영역(제1 영역이라고 함)을 선정한다. 프로세서 시스템(100)은, 단면 관찰 장치(2)에서 그 제1 영역을 단면 가공하여 단면 관찰시킨다. 유저는, 그 제1 영역의 단면을 관찰한다. 이어서, 유저는, 다른 영역을 단면 관찰하고 싶은 경우에는, 프로세서 시스템(100)에 다음의 하나의 단면 관찰 영역(제2 영역이라고 함)을 선정시킨다. 또한, 그때에는, 최초의 제1 영역을 기준 관찰 영역으로서 설정할 수도 있다. 프로세서 시스템(100) 또는 유저는, 그 제2 영역을 선정하고, 단면 관찰 장치(2)에 그 제2 영역을 단면 가공하여 단면 관찰시킨다. 유저는, 제2 영역의 단면을 관찰한다. 마찬가지로, 다음의 단면 관찰의 필요에 따라, 순차적으로 단면 관찰 영역이 선정된다. 이에 의해, 시료의 일부를 파괴할 필요가 있는 단면 가공을 최저한으로 하여, 단면 관찰의 작업이 가능하다.

실시 형태 2에서는, 하나의 단면 형상 지표(예를 들어, 지표 A)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명했다. 이것에 한정되지 않고, 복수의 특징량에 대응한 복수의 단면 형상 지표를 사용하는 것도 마찬가지로 가능하다. 웨이퍼면 위에서 복수의 독립적인 단면 형상 지표의 변화가 발생하고 있는 경우에는, 각 단면 형상 지표의 변화 레인지를 커버하도록, 단면 관찰 영역을 선정하면 된다. 처리예로서는, 도 11의 플로에서, 특징량 및 지표의 종류마다 스텝 S203 내지 S206을 반복하여 각 지표를 산출하고, 스텝 S207에서, 지표마다 단면 관찰 영역을 선택하면 된다. 혹은, 스텝 S207에서, 복수의 지표를 종합적으로 고려하여 단면 관찰 영역을 선택하도록 해도 된다.

또한, 다른 변형예에서는, 웨이퍼면 위에서 독립적으로 변화되는 복수의 단면 형상 지표가 존재하는 경우에, 프로세서는, 그것들의 지표를 비교하여, 국소적인 형상 변동에 대하여 웨이퍼 면내의 변화가 더 큰 지표를 자동으로 선택하고, 그 선택한 지표에 대하여 단면 관찰 영역을 선택하도록 해도 된다. 복수의 지표는, 각각 정규화되어 있으므로, 이러한 비교도 가능하다.

실시 형태 2에서는, 도 1과 같이 SEM(1)과 단면 관찰 장치(2)인 FIB-SEM을 접속하여 자동적인 단면 관찰, 단면 형상 치수 계측을 행할 수 있는 시스템의 예를 나타냈다. 이것에 한정되지 않고, FIB-SEM을 사용하지 않고, 이하와 같은 변형예도 가능하다. SEM(1)의 프로세서 시스템(100)이 단면 관찰 영역을 산출·선정한다. 그 단면 관찰 영역에 대하여, 유저가 수동으로 임의의 단면 가공 장치(예를 들어, 연마 장치)를 사용하여 단면 가공을 행한다. 가공 후의 단면을 대상으로 하여, 단면 SEM이나 STEM 등의 단면 관찰 장치(단면 가공 기능을 갖지 않지만 단면 관찰 기능을 갖는 장치)에 의해 단면 관찰을 행한다. 이에 의해, 실시 형태 2와 마찬가지로, 반도체 패턴의 단면 형상 변화를 파악하는 것이 가능하다.

실시 형태 2에서는, 도 11의 스텝 S209에서 단면 관찰 장치(2)가 단면 SEM상에 대하여 단면 형상 치수를 계측한 결과와, 단면 관찰 영역을 선택하기 위해 SEM(1)이 산출한 단면 형상 지표 등을 관련짓는 것이 가능하다. SEM(1) 또는 단면 관찰 장치(2) 등의 장치는, 그것들의 데이터·정보를 관련지어 데이터베이스 등에 보존하고, 보존한 데이터·정보를 임의로 이용할 수 있다.

또한, 실시 형태 2에 의한 결과로서 얻어진 데이터·정보는, 도 1의 단면 형상 추정 시스템(3)에도 이용 가능하다. 단면 형상 추정 시스템(3)은, SEM(1)에서 취득하는 Top-view 화상으로부터 산출한 화상 특징량을 사용하여, 단면 형상 치수를 추정하는 기능을 갖는다. 단면 형상 추정 시스템(3)은, 단면 형상 치수를 추정하는 단면 형상 추정부를 포함하고 있다. 단면 형상 추정부는, 컴퓨터 시스템에서 실장할 수 있다. 단면 형상 추정 시스템(3)은, 미리 데이터베이스(3a)에 보존해 둔 반도체 패턴의 단면 형상과, Top-view의 SEM 화상으로부터 산출한 화상 특징량을 관련짓는다. 단면 형상 추정 시스템(3)은, 그 단면 형상과 화상 특징량의 관계에 따라, 화상 특징량으로부터 단면 형상 치수를 추정하는 시스템이다.

이 때문에, 변형예에서는, 실시 형태 2에 의한 결과로서의 단면 형상 치수와 단면 형상 지표의 관련지음의 데이터·정보를, 단면 형상 추정 시스템(3)의 데이터베이스(3a)(단면 형상과 화상 특징량의 관련지음의 데이터·정보)에 추가하여 등록한다. 바꾸어 말하면, 데이터베이스(3a)에는, 화상 특징량과 단면 형상 지표와 단면 형상 치수가 관련지어진 데이터·정보가 기억된다. 이에 의해, 단면 형상 추정 시스템(3)에 있어서, 효율적으로, 반도체 패턴의 단면 형상 변화를 망라한 데이터베이스(3a)를 작성할 수 있다. 바꾸어 말하면, 실시 형태 2에서의 기능에 기초하여, 단면 형상 추정 시스템(3)에서의 추정을 위한 학습에 사용하는 데이터베이스(3a)의 정보를 효율적으로 작성할 수 있다. 이에 의해, 그 데이터베이스(3a)에 기초한 단면 형상 추정의 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 그때, 도 11의 스텝 S207에서는, 복수의 지표를 사용하는 경우에, 전술한 두 관점에 추가하여, 이하의 관점도 더하여 고려하고, 단면 관찰 영역을 선정하면 된다. 즉, 그 관점은, 데이터베이스(3a)의 구축에 관하여, 복수의 단면 형상 지표 사이에서 상관을 갖지 않도록, 바꾸어 말하면 상관이 가능한 한 작도록, 독립적으로 변화되는 영역을 취득한다는 관점이다. 상기 독립된 복수의 지표에 대응하여 선정된 복수의 단면 관찰 영역 등의 정보가 데이터베이스(3a)에 등록된다. 이에 의해, 단면 형상 추정 시스템(3)에서는, 그러한 상관을 갖지 않는 정보를 사용하여, 효율적인 학습이 가능하다.

<실시 형태 3>

도 18을 사용하여, 실시 형태 3의 반도체 검사 시스템에 대하여 설명한다. 실시 형태 3의 반도체 검사 시스템은, SEM 화상의 화상 특징량에 기초하여 반도체 디바이스의 제조 파라미터를 제어(바꾸어 말하면 조정 등)하는 기능을 갖는 시스템이다.

실시 형태 1에서 설명한, 화상 특징량을 변환하여 얻은 단면 형상 지표 Ie는, 국소적인 형상 변동에 대한, 웨이퍼면 위에서의 대역적인 변화를 나타내는 지표이고, 웨이퍼면 위의 단면 형상의 균일성을 정량적으로 나타내는 지표이다. 실시 형태 3은, 이 단면 형상 지표 Ie를 이용하여, 제조 파라미터의 제어를 행한다.

[제조 파라미터 제어 시스템]

실시 형태 3의 반도체 검사 시스템은, 도 1의 시스템을 마찬가지로 적용할 수 있다. 실시 형태 3에서는, 특히, SEM(1)과, 제조 파라미터 제어 시스템(4)과, 반도체 디바이스 제조 장치(5)를 사용한다. 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 제조 프로세스 파라미터 조정부를 포함하고 있다. 제조 프로세스 파라미터 조정부는, 프로세서의 처리 등에 의해 실현된다. 제조 프로세스 파라미터 조정부는, 제조 프로세스의 제조 파라미터를 조정하는 처리를 행하는 부분이다. 또한, 실시 형태 3은, 단면 형상 지표를 제조 파라미터 제어 시스템(4)의 제조 프로세스 파라미터 조정부에 입력하기 위한 입출력부를 갖는다. 이 입출력부는, 프로세서 시스템(100), 입력 장치(205)나 출력 장치(206), 혹은 클라이언트 단말기(7) 등을 마찬가지로 적용할 수 있다.

또한, 실시 형태 3은, 도 1의 제조 파라미터 제어 시스템(4) 내에 프로세서 시스템을 갖는 구성이라고 파악해도 된다. 이 제조 파라미터 제어 시스템(4) 내의 프로세서 시스템이 제조 프로세스 파라미터 조정부로서 실시 형태 3에서의 특징적인 처리(즉, 지표에 기초한 제어 파라미터의 조정)를 실행한다고 파악해도 된다. 또한, 실시 형태 3에서의 필요한 처리는, SEM(1)이나 제조 파라미터 제어 시스템(4) 등의 복수의 구성 요소로 나뉘어 실장된 복수의 프로세서 시스템이 실행하는 것이라고 파악해도 된다.

[처리 플로]

도 18은, 실시 형태 3의 반도체 검사 시스템(특히 제조 파라미터 제어 시스템(4) 내의 프로세서)의 처리 플로를 나타낸다. 스텝 S301은, 실시 형태 1의 도 6의 처리 플로와 마찬가지의 처리이고, 대상 웨이퍼에 대하여, SEM 화상의 화상 특징량으로부터 변환에 의해 단면 형상 지표 Ie를 취득하는 처리이다. 예를 들어, SEM(1) 내의 프로세서는, 이 단면 형상 지표 Ie를 취득한다. 혹은, 제조 파라미터 제어 시스템(4) 내의 프로세서가, SEM(1)으로부터 취득한 화상에 기초하여, 마찬가지로 단면 형상 지표 Ie를 계산해도 된다.

스텝 S302는, 입출력부를 통해 제조 파라미터 제어 시스템(4)에 상기 단면 형상 지표 Ie를 입력하는 처리이다. 바꾸어 말하면, 제조 파라미터 제어 시스템(4)이 상기 단면 형상 지표 Ie를 취득하여 메모리에 기억한다.

또한, 스텝 S303에서, 유저는, 입출력부를 통해, 시스템(예를 들어, 제조 파라미터 제어 시스템(4))이 제공하는 표시 화면에 대하여, 단면 형상의 균일성을 제어하기 위한 목표값을 입력한다. 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 입력된 목표값의 정보를 취득하여 메모리에 기억한다.

또한, 스텝 S302 시에는, 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 입력된 단면 형상 지표에 대하여, 변환 전의 화상 특징량을 참조한다. 실시 형태 1에서 화상 특징량과 단면 형상 지표를 포함하는 각종 데이터·정보가 관련지어져 기억되어 있으므로(예를 들어, 도 10), 그 데이터·정보를 참조하면 화상 특징량 등도 얻어진다.

제조 파라미터 제어 시스템(4)의 데이터베이스(4a)에는, 미리, 반도체 디바이스 제조 장치(5)에서의 반도체 디바이스의 제조에 관한 제조 파라미터 등의 정보가 보존되어 있다. 이 제조 파라미터 등의 정보는, MES(6)가 관리하고 있는 정보를 이용해도 된다. 제조 파라미터의 일례는, 반도체 디바이스 제조 장치(5)가 에칭 장치인 경우의 에칭 파라미터이다. 에칭 파라미터의 일례는, 건식 에칭인 경우라면 가스압이나 바이어스 전력 등을 들 수 있다.

스텝 S304에서, 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 미리 데이터베이스(4a)에 보존되어 있는 제조 파라미터(예를 들어, 에칭 파라미터)와, 화상 특징량을 관련짓는다.

스텝 S305에서, 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 제조 파라미터와 화상 특징량의 관계성에 따라, 선택된 화상 특징량의 균일성(예를 들어, 웨이퍼면 내에서의 균일성)이, 입력된 목표값보다도 양호해진다는 조건을 충족시키도록, 제조 파라미터, 즉 조정 후의 제조 파라미터를 산출한다. 이때, 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 단면 형상 지표에 기초하여, 균일성을 정량적으로 평가한다. 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 산출한 조정 후의 제조 파라미터를, 메모리에 기억, 또는 데이터베이스(4a)에 보존한다. 또한, 제조 파라미터의 조정은, 원래의 파라미터값에 대하여 조정용의 계수를 승산한다는 것을 들 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.

스텝 S306에서, 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 산출한 조정 후의 제조 파라미터를, 입출력부를 통해, 반도체 디바이스 제조 장치(5)에 입력한다. 바꾸어 말하면, 반도체 디바이스 제조 장치(5)는, 조정 후의 제조 파라미터를 입력하고, 조정 후의 제조 파라미터가 반도체 디바이스 제조 장치(5)에 설정된다. 그 후, 반도체 디바이스 제조 장치(5)는, 그 조정 후의 제조 파라미터에 따라 제조 프로세스(예를 들어, 에칭 프로세스)를 실행한다. 또한, 조정 후의 제조 파라미터가 MES(6)에 입력되어 설정되어도 된다. 상기와 같은 제조 파라미터의 조정은, 적절하게 반복하여 실행할 수 있다.

[효과 등(3)]

실시 형태 3에 의하면, 화상 특징량 및 단면 형상 지표에 기초하여, 제조 파라미터를 적합하게 조정할 수 있어, 웨이퍼면 위의 단면 형상의 균일성을 향상시킬 수 있다.

실시 형태 3에서는, 화상 특징량의 변화량을 국소적인 형상 변동에 의한 화상 특징량의 요동으로 정규화한 단면 형상 지표에 기초하여, 제조 파라미터를 조정하고 있다. 이것에 한정되지 않고, 실시 형태 2의 도 1의 단면 형상 추정 시스템(3)에도, 이것과 마찬가지의 것을 적용할 수 있다.

도 19는, 실시 형태 3의 제조 파라미터 조정을 실시 형태 2의 단면 형상 추정 시스템(3)에 조합한 변형예의 구성을 나타낸다. 이 변형예의 시스템은, 화상 특징량 및 단면 형상 지표와, 단면 형상(예를 들어, 단면 형상 치수)과, 제조 파라미터를 관련짓는다. 이 변형예에서는, 프로세서는, 단면 형상 추정 시스템(3)에 있어서 화상 특징량으로부터 추정에 의해 출력하는 단면 형상 치수에 대하여, 단면 형상 치수의 변화량을 국소적인 형상 변동으로 정규화한 단면 형상 지표(바꾸어 말하면 단면 형상 치수 지표)에 기초하여, 특정한 단면 형상 치수(예를 들어, 선 폭)의 균일성이 높아지도록, 제조 파라미터를 조정한다.

도 19의 시스템 구성예는, 실시 형태 1 내지 3을 병합한 구성으로 되어 있다. 먼저, SEM(1)의 프로세서 시스템(100)은, 적어도 특징량과 단면 형상 지표를 관련지어 데이터·정보를 유지하고 있다. 단면 형상 추정 시스템(3)은, 적어도 특징량과 단면 형상 치수를 관련지어 데이터·정보를 유지하고 있다. 제조 파라미터 제어 시스템(4)은, 화상 특징량 및 단면 형상 지표와 제조 파라미터를 관련지어 데이터·정보를 유지하고 있다.

그리고, 도 19의 예에서, 시스템 내의 어느 것에 마련된 프로세서 시스템(1900)은, 화상 특징량 및 단면 형상 지표와, 단면 형상 치수와, 제조 파라미터를 관련짓는다. 프로세서 시스템(1900)은, 추정된 단면 형상 치수의 웨이퍼 면내 등에서의 균일성이 높아지도록, 단면 형상 지표에 기초하여, 제조 파라미터를 조정한다. 조정 후의 제조 파라미터가, 반도체 디바이스 제조 장치(5)에 설정된다. 도 19의 프로세서 시스템(1900)은, 독립된 시스템의 예를 도시하고 있지만, SEM(1), 단면 형상 추정 시스템(3), 또는 제조 파라미터 제어 시스템(4) 등에 실장되어 있어도 된다.

이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다. 각 실시 형태는, 필수 구성 요소를 제외하고, 구성 요소의 추가·삭제·치환 등이 가능하다. 특별히 한정하지 않는 경우, 각 구성 요소는, 단수여도 되고 복수여도 된다. 각 실시 형태를 조합한 형태도 가능하다.

1: 주사 전자 현미경(SEM)
2: 단면 관찰 장치
3: 단면 형상 추정 시스템
4: 제조 파라미터 제어 시스템
5: 반도체 디바이스 제조 장치
6: 제조 실행 시스템
7: 클라이언트 단말기
100: 프로세서 시스템

Claims (14)

1. 시료인 반도체의 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상을 평가하는 프로세서 시스템이며,
   적어도 하나의 프로세서와, 적어도 하나의 메모리 자원을 구비하고,
   상기 프로세서는,
   1 이상의 시료에 관한 전자 현미경에 의한 촬상 화상을 1 이상 취득하고,
   상기 1 이상의 시료의 면 위에 정의되는 기준 영역에 대하여, 상기 기준 영역 내의 복수의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제1 특징량을 상기 촬상 화상으로부터 계산하고,
   상기 복수의 개소에서의 제1 특징량으로부터, 제1 통계값을 계산하고,
   상기 기준 영역과 대응시켜 상기 1 이상의 시료의 면 위에 정의되는 복수의 평가 영역의 각각의 평가 영역에 대하여, 상기 평가 영역 내의 1 이상의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제2 특징량을, 상기 제1 특징량과 동일한 종류의 특징량으로 하여, 상기 촬상 화상으로부터 계산하고,
   상기 제2 특징량을 상기 제1 통계값에 의해 변환하여 변환 후의 제2 특징량을 얻는,
   프로세서 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
   상기 제1 통계값으로서, 상기 기준 영역 내의 패턴의 국소적인 형상의 변동에 대한 상기 제1 특징량의 변동량 및 평균값을 계산하고,
   제2 통계값으로서, 상기 평가 영역 내의 패턴의 국소적인 형상의 변동에 대한 상기 제2 특징량의 평균값을 계산하고,
   상기 제2 특징량의 평균값과 상기 제1 특징량의 평균값의 차분을, 상기 제1 특징량의 변동량에 의해 정규화하는,
   프로세서 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 특징량 및 상기 제2 특징량은, 상기 촬상 화상의 신호 파형에 기초하여 산출되는, 선 폭, 화이트 밴드 피크, 보텀 신호값, 톱 신호값, 기울기, 또는 상기 촬상 화상으로부터 연산에 의해 산출되는 값 중 적어도 하나의 특징량인,
   프로세서 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 변환 후의 제2 특징량을 지표로 하여, 대상 시료 면내 또는 대상 시료 사이에서의 상기 반도체의 패턴의 단면 형상 변화를 정량화하여 평가하는,
   프로세서 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 대상 시료의 상기 평가 영역에 대한 상기 변환 후의 제2 특징량을, 표시 화면에 표시시키는,
   프로세서 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 변환 후의 제2 특징량에 기초하여, 단면 관찰을 위한 단면 관찰 위치를 선정하는,
   프로세서 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 단면 관찰 위치에 기초하여, 단면 관찰 장치에 단면 관찰을 행하게 하여 단면 형상 치수를 계측시키는,
   프로세서 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 프로세서는, 시료의 동일한 영역에 대하여, 상기 제2 특징량과, 상기 변환 후의 제2 특징량과, 상기 단면 형상 치수를 관련지어, 상기 메모리 자원에 데이터로서 기억하는,
   프로세서 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는,
   추정 대상 시료에 대한 전자 현미경에 의한 촬상 화상을 취득하고,
   상기 촬상 화상으로부터 특징량을 산출하고,
   산출된 상기 특징량으로부터, 상기 관련지은 데이터로 나타내는 관계에 따라, 추정 대상 시료의 패턴의 단면 형상 치수를 추정하는,
   프로세서 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 시료의 동일한 영역에 대하여, 상기 제2 특징량과, 상기 변환 후의 제2 특징량과, 상기 시료의 제조 파라미터를 관련지어, 상기 메모리 자원에 데이터로서 기억하는,
    프로세서 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 프로세서는,
    조정 대상 시료에 대한 전자 현미경에 의한 촬상 화상을 취득하고,
    상기 촬상 화상으로부터 특징량을 산출하고,
    산출된 상기 특징량으로부터, 상기 관련지은 데이터로 나타내는 관계에 따라, 조정 대상 시료 면내 또는 조정 대상 시료 사이에서의 상기 반도체의 패턴의 단면 형상 변화의 균일성이 전보다도 높아지도록, 상기 제조 파라미터를 조정하는,
    프로세서 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 시료의 동일한 영역에 대하여, 상기 제2 특징량과, 상기 변환 후의 제2 특징량과, 단면 관찰의 결과의 단면 형상 치수와, 상기 시료의 제조 파라미터를 관련지어, 상기 메모리 자원에 데이터로서 기억하는,
    프로세서 시스템.
13. 시료인 반도체의 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상을 검사하는 반도체 검사 시스템이며,
    전자 현미경과,
    적어도 하나의 프로세서와, 적어도 하나의 메모리 자원을 구비하는 프로세서 시스템
    을 구비하고,
    상기 프로세서는,
    1 이상의 시료에 대한 상기 전자 현미경에 의한 촬상 화상을 1 이상 취득하고,
    상기 1 이상의 시료의 면 위에 정의되는 기준 영역에 대하여, 상기 기준 영역 내의 복수의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제1 특징량을 상기 촬상 화상으로부터 계산하고,
    상기 복수의 개소에서의 제1 특징량으로부터, 제1 통계값을 계산하고,
    상기 기준 영역과 대응시켜 상기 1 이상의 시료의 면 위에 정의되는 복수의 평가 영역의 각각의 평가 영역에 대하여, 상기 평가 영역 내의 1 이상의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제2 특징량을, 상기 제1 특징량과 동일한 종류의 특징량으로 하여, 상기 촬상 화상으로부터 계산하고,
    상기 제2 특징량을 상기 제1 통계값에 의해 변환하여 변환 후의 제2 특징량을 얻는,
    반도체 검사 시스템.
14. 시료인 반도체의 패턴의 단면 형상을 포함하는 입체 형상을 평가하는 프로세서 시스템에 처리를 실행시키기 위한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장된 프로그램이며,
    상기 프로세서 시스템의 프로세서에,
    1 이상의 시료에 대한 전자 현미경에 의한 촬상 화상을 1 이상 취득하는 처리와,
    상기 1 이상의 시료의 면 위에 정의되는 기준 영역에 대하여, 상기 기준 영역 내의 복수의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제1 특징량을 상기 촬상 화상으로부터 계산하는 처리와,
    상기 복수의 개소에서의 제1 특징량으로부터, 제1 통계값을 계산하는 처리와,
    상기 기준 영역과 대응시켜 상기 1 이상의 시료의 면 위에 정의되는 복수의 평가 영역의 각각의 평가 영역에 대하여, 상기 평가 영역 내의 1 이상의 개소의 각각의 개소에 대응하는 제2 특징량을, 상기 제1 특징량과 동일한 종류의 특징량으로 하여, 상기 촬상 화상으로부터 계산하는 처리와,
    상기 제2 특징량을 상기 제1 통계값에 의해 변환하여 변환 후의 제2 특징량을 얻는 처리
    를 실행시키기 위한, 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장된 프로그램.

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