JP2009206453A - 製造プロセスモニタリングシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体ウェーハの少数のチップまたは領域を、それぞれ製造プロセス条件が異なる状態で製造し、その外観SEM画像を比較してその差分の大なるポイントを半導体ウェーハの製造における製造プロセス条件(露光条件)の狭い、狭プロセスウインドウ、即ち量産において管理すべきプロセスモニタリングポイントとして出力し、CD−SEM装置による計測ポイントとして設定するホットスポット探索装置11,12を備えたことを特徴とする。
【選択図】図4
Description
そこで、本発明は、図4に示すようなSEM装置等で構成されたホットスポット探索装置(ホットスポットサーチャ)11、12等を用いて比較的広い領域、あるいはチップ内のプロセス変動の影響を受けやすい領域、すなわちホットスポット(CD−SEM装置等で計測するプロセスモニタリングポイント)を決定する技術を提供することにある。図2(a)(b)には本発明に係るプロセスモニタリングポイント探索装置11、12がプロセス変動の影響を受けやすい領域を探索(抽出)するウェーハの一実施例を示す。図2(a)に示す201はFEM(Focus Exposure Matrix)ウェーハであり、各ショット(1回の露光で照射される領域)はレジストにパターンを転写する際にフォーカス値と露光量(露光ドーズ量)を変化させたものである。レジストに転写されるパターンはフォーカス値と露光量を変化させると変形していき、この変形量の大きい箇所はプロセス変動に対して影響を受けやすいホットスポット(CD−SEM等で計測するプロセスモニタリングポイントの候補)の箇所となる。FEMウェーハ201は、連続的にフォーカス値と露光量を変化させて回路パターンが形成されるものである。なお、FEMウェーハ201は、複数回の露光に用いるマスク同士のそれぞれの相対位置を変化させて回路パターンを形成したものも含んでいても良い。
次に、本発明に係るプロセスモニタリングシステムの第2の実施の形態について図14を用いて説明する。図3で示した第1の実施の形態では、ホットスポット探索装置(ホットスポットサーチャ)11、12が第1の撮像条件と第2の撮像条件とを切り替えて、第1の撮像条件(5千倍〜2万倍程度の低倍の撮像条件)で検出したPMPの候補を第2の撮像条件(2万倍〜10万倍程度の高倍の撮像条件)でより高解像度のSEM撮像を行い、PMPとするかどうかを判定する方式について説明したが、第2の実施の形態は、上記第2の撮像条件でのSEM撮像について、前記抽出対象ウェーハ308を別装置(レビューSEM装置等で構成されるホストスポット監視装置)18においてSEM撮像して評価する場合である。即ち、第2の実施の形態のシステムは図14に示すように構成される。図14における、11〜17は図3と同一の構成であるが、レビューSEM等で構成されるホットスポット監視装置(ホットスポットチェッカー)18が新たに加えられている。ホットスポット監視装置18は、ホットスポット探索装置11、12が出力するPMP候補の座標を入力として、第1の撮像条件の画像の解像度よりも良好な第2の撮像条件にてPMP候補の画像を撮像し、該撮像した画像とその座標をコンピュータ12(GUI端末350)に送信する。ホストスポット監視装置18は、典型的には、そのときに取得した画像を解析し、欠陥種類を自動的に特定し、異物等のプロセス変動については、ホットスポット探索装置18の出力した画像をコンピュータ12(GUI端末350)に送信してGUIに表示し、ユーザにGUIから図10(d)で説明したようにカテゴリを入力させ、PMP候補から除くかどうかを判定する。図4に示す構成ではホットスポット探索装置11、12は設計データとのアライメントを行うように説明したが、設計データとのアライメントが行われない場合も考えられ、その場合には、ホットスポット探索装置11、12が出力する座標は、数μmから数百nm程度の精度の誤差が発生し、ハーフピッチ45nmパターンを高解像度で撮像する第2の撮像条件に比べて極めて大きな誤差が発生することになる。そこで、まず、ホットスポット探索装置11、12はウェーハ上のアライメントパターンの座標をもとに、低倍SEM撮像を行い、次いで、この画像から形状変形が大きい箇所を特定し、ホットスポット監視装置18において第2の撮像条件で高倍SEM撮像を行うことが必要である。さらに、ホットスポット監視装置18は、ホットスポット探索装置11、12と同様に画像比較を行う方法が考えられる。ただし、ホットスポット探索装置11、12は、必ずしも隣接したダイ、あるいはショットを比較してはおらず、また、PMP候補抽出対象として、例えば通常のFEMウェーハを用いた場合、隣接しているショットは極めてプロセス条件が近接している。近接したプロセス条件のショット同士を比較してもプロセス条件の変動によりパターンの形状が変形する部分は抽出できない。そこで、ホットスポット監視装置18は、ホットスポット探索装置11、12が比較した2つのショットの座標を入力することによって、ホットスポット探索装置11、12と等価な比較を、高解像度を有する高倍率のSEM画像を用いて行うことが可能になる。
301…電子銃、302、303…コンデンサレンズ(電子レンズ)、304…絞り、305、306…偏向器、307…対物レンズ、308…ウェーハ、310…ExB、311…電子検出器、312…A/Dコンバータ、317…XYステージ、330…全体制御系、331…偏向制御部、332…電子光学系の動作条件設定部、333…ステージ制御部、334…画像入力及び処理部の制御部、335…外部入出力制御部、340…画像処理部、341…分配部、342…記憶部、343…第1記憶部、344…第2記憶部、345…アライメント部、346…差分算出部、347…差分大領域抽出部、348…プロセスモニタリングポイント(PMP)候補絞込み部、349…二次記憶装置、350…GUI端末、361…設計データ入力部、362…画像変換部、363…第3記憶部、644…コード入力エントリ、
701…電子銃、702、703…コンデンサレンズ(電子レンズ)、704…絞り、705、706…偏向器、707…対物レンズ、708…ウェーハ、710…ExB、711…電子検出器、712…A/Dコンバータ、717…XYステージ、730…全体制御系、731…偏向制御部、732…電子光学系の動作条件設定部、733…ステージ制御部、734…画像入力及び処理部の制御部、735…外部入出力制御部、740…画像処理部、742…記憶部、743…第1記憶部、744…第3記憶部、745…アライメント部、346…計測ポイント設定部、747…計測部、749…二次記憶装置、750…GUI端末、761…プロセスモニタリングポイント(PMP)データ入力部。
Claims (11)
- 製造プロセスモニタリングシステムであって、
互いに異なる製造プロセス条件によって回路パターンが形成された複数の領域を有する半導体ウェーハから前記領域毎のSEM画像を撮像し、該撮像した前記領域毎のSEM画像同士を比較して差分を求め、該求めた差分が基準値を超えた点をプロセスモニタリングポイント候補として抽出し、該抽出されたプロセスモニタリングポイント候補から絞込みを行ってプロセスモニタリングポイントを探索するSEM装置で構成されたホットスポット探索装置と、
前記半導体ウェーハとは異なる半導体ウェーハ上における領域又は前記半導体ウェーハ上における前記領域とは異なる領域において、前記ホットスポット探索装置で探索されたプロセスモニタリングポイントを基に該プロセスモニタリングポイントの画像を撮像し、該撮像した画像を基にプロセスモニタリングポイントの回路パターンの形状又は寸法を評価するプロセスモニタリングポイント観察装置とを備えたことを特徴とする製造プロセスモニタリングシステム。 - 前記ホットスポット探索装置は、さらに、前記撮像した所定の領域のSEM画像と設計データから得られる画像とのアライメントを実行することによって、前記抽出したプロセスモニタリングポイント候補と前記設計データとを比較できるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記ホットスポット探索装置において、前記基準値は、前記領域の設計データの回路パターンと対応付けられていることを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記ホットスポット探索装置において、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補からプロセスモニタリングポイントの絞込みを行う際、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補の座標が設計データに基づいて得られる非抽出領域に属するものを除くように構成したことを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記ホットスポット探索装置において、前記領域毎のSEM画像同士を比較して差分を求める際、前記領域毎のSEM画像から各々の回路パターンのエッジ部を抽出し、該抽出されたエッジ部を比較して差分を求めるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記ホットスポット探索装置において、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補からプロセスモニタリングポイントの絞込みを行う際、リソグラフィーシミュレータによるリソグラフィーシミュレーションによって得られるプロセスウインドウが狭いと判定されたホットスポット情報を用いるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記ホットスポット探索装置は、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補からプロセスモニタリングポイントの絞込みを行う際、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補の中から所定のプロセスモニタリングポイント候補について高倍の撮像条件でSEM撮像し、該SEM撮像した高倍のSEM画像に対してプロセスモニタリングポイントにするか否かの情報を付与し、該付与された情報を基に前記プロセスモニタリングポイントの絞込みを行うように構成したことを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補の中から所定のプロセスモニタリングポイント候補を選択する際、前記プロセスモニタリングポイント候補のSEM画像と設計データから得られる画像とをアライメントして比較して差分が大きいものを前記所定のプロセスモニタリングポイント候補として選択するように構成したことを特徴とする請求項7に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記ホットスポット探索装置において、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補を表示するグラフィックユーザインターフェースを備えることを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記グラフィックユーザインターフェースは、前記プロセスモニタリング候補と共に設計データのリソグラフィーシミュレーションによって求めた抽出領域を同時に表示することを特徴とする請求項9に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
- 前記プロセスモニタリングポイント観察装置は、CD−SEM装置で構成されることを特徴とする請求項1に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
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