JP3745629B2 - 完全な2次元サブミクロン形状の測定の方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的にはサブミクロン構造またはサブミクロン形状の測定に関し、具体的には、本発明は、形状の電子ビーム画像からのそのような形状の測定に関する。さらに具体的には、本発明は、半導体ウェハ上にホトリソグラフィによって形成されたサブミクロン構造またはサブミクロン形状のエッジの相対位置の判定に特に適した測定手順および測定システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ホトリソグラフィのK因子が減少し続け、複合レティクル・エンハンスメント(complex reticle enhancement)技術が使用されるにつれて、ウェハ上に現れる印刷された形状が、形状と位置の両方において設計から劇的に変化する可能性がある。線幅およびオーバーレイの従来のメトリックは、まだ有用ではあるが、製品に対する多数の影響を予測するには不適切であることがしばしばである。完全な2次元でウェハ画像を正確に測定する手段が、結像、エッチング、および他のウェハ処理の製品性能に対する影響を完全に理解することを含むさまざまな応用分野で必要である。2次元形状計測学の特に重要なもう1つの応用分野が、半導体産業で幅広く提供されるようになりつつある形状予測モデルの較正での使用である。
【0003】
完全な2次元サブミクロン形状計測学の領域では、ほとんど何も行われてこなかった。早期の2次元サブミクロン測定は、一般に、トップ・ダウンSEMを用いて達成された。計測学SEMは、一般に1次元計器であり、検出されるエッジに対しておおむね垂直の単一方向に走査する。その後、この信号にエッジ検出アルゴリズムが適用される。SEMを用いる2次元計測学の早期の試みは、複数の1次元測定からなる(たとえば、棒を評価するためには、幅に沿った走査の後に、長さに沿った異なる走査を行う)。この形状の扱いは、一般に、データの質に関して多くの応用分野に不適切であり、走査が独立である(すなわち、2つの走査が単一の原点を有する座標系によって接続されない)ことが通例である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、サブミクロン形状を測定する改良された方法およびシステムを提供することである。
【0005】
本発明のもう1つの目的は、サブミクロン形状の画像を使用して、その形状のエッジの相対位置を識別することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記および他の目的は、画素アレイ上の画像データから2次元画像形状を抽出する方法および装置を用いて達成される。この方法には、画像形状のエッジの付近で少なくとも1つの方向で輝度対画素情報を選択するステップと、十分なコントラストを有する走査を、エッジ情報を含むものとして認識するステップが含まれる。許容可能な走査は、エッジ検出アルゴリズムにかけられ、エッジ位置が検出される。画像の周囲の複数の点でエッジ検出を適用することから生成される点の位置によって、画像の2次元形状が画定される。
【0007】
適当なエッジ検出アルゴリズムであれば、どれでも使用することができる。そのアルゴリズムは、応用分野に合わせて調整されたユーザ定義エッジ検出アルゴリズムとすることができ、たとえば、閾値エッジ検出アルゴリズムを使用することができる。また、好ましい実施形態では、選択ステップに、少なくとも4つの方向で輝度対画素情報を選択するステップが含まれ、複数の方向は、角度的に少なくとも約45°離隔される。一実施形態では、これらの方向の1つを、近似エッジ位置に垂直にすることができる。
【0008】
本発明の他の利益および長所は、本発明の好ましい実施形態を指定し、図示する添付図面に関連して下の詳細な説明を検討することから明白になる。
【0009】
【発明の実施の形態】
開示される方法は、電子ビームの位置との1対1対応を有する検出器信号値の規則的なグリッドからなる2次元SEM画像を使用する。検出器信号は、調査中のサンプル上のビーム位置の関数として、1つまたは複数の検出器によって収集された電子の数に関係する。
【0010】
図1に、通常のSEM顕微鏡写真を示す。図1の画像には、エッジが水平から垂直までのすべての角度に向く角を含む「L」字形の組が含まれる。このようなサンプルの従来のSEM測定学は、さまざまな回転状態のサンプルの複数の取付けまたは回転するビームを用いる複数の走査を必要とする。高精度測定のためには、ビーム回転状態のそれぞれで、別々の較正が必要になる。
【0011】
本明細書で開示する方法は、図3に示されたものなどの、検出器信号がエッジの付近でピークを有するという事実を使用する。エッジは、残りの背景より輝度が高いので、比較的高い一定の輝度の輪郭線が、図2の輪郭線プロットに示されるように、エッジ位置の近似推定を与える。この近似エッジ位置を出発点として使用して、多数の方向のいずれかで近似エッジ画素位置を通過する画素輝度の線または走査を選択することができる。
【0012】
近似エッジ位置に対する法線および補間を使用して、法線に非常に近い位置で近似エッジを通過する線の輝度対位置を作ることが可能である。しかし、実際には、4つの方向の輝度対画素位置を選択することによって、信頼性のある形でエッジを検出できることがわかっている。4つの走査によって、ある走査が法線からエッジまでの間で22.5°を超えて外れないことが保証される。これより多数または少数の走査も、一般に、許容可能な結果を作るはずである。
【0013】
図4ないし8に、図3の形状の最下部の指定された(円で囲まれた)区域の、x方向、y方向、および2つの±45°方向のそれぞれの、選択された画素輝度対画素番号を示す。4つの走査のうちの3つは、エッジを横切るので、よい「コントラスト」(または輝度変動の範囲)を示す。水平走査は、画素番号に伴う輝度の大きい変化を示さないが、これは、走査がエッジの方向に沿っているからである。このコントラストに基づいてデータをソートすることによって、誤ったエッジ位置値を作る低品質の走査(特に、エッジにほぼ平行に走る走査)を検出し、データから破棄することができる。
【0014】
この4走査方法を、問題の形状のエッジ付近のすべての画素に適用することによって、エッジ上の各点が共通の原点を共有する、完全な2次元画像形状を作ることが可能になる。その結果を、図9に示す。具体的に言うと、図9に示された結果を得るために、形状全体がテストされるまで、一定輝度の点のそれぞれで、4走査を適用した。
【0015】
図10に、定輝度法を使用することによって測定された形状と、本発明を実施する方法を使用することによって測定された形状の両方を示す。図11および図12に、図10の一部の拡大図を示す。本発明の方法は、定輝度近似方法と比較して、ここで使用された一定輝度値およびエッジ検出アルゴリズムに関してより狭い垂直線幅をもたらすことに留意されたい。
【0016】
本明細書で開示する技法は、SEM測定学用に開発されたが、光学式、AFM、およびSFMなどの他の検出装置にも同等に良好に適用される。
【0017】
本発明を実行するのに必要なデータ処理は、適当なコンピュータ上で行うことができ、図13に、1例として、本発明の実践に使用することができる種類のコンピュータを示す。図13では外部から眺められているコンピュータ・システムは、ディスク・ドライブ44Aおよび44Bを有する中央処理装置42を有する。ディスク・ドライブ44Aおよび44Bは、単に、コンピュータ・システムに収納することができる複数のディスク・ドライブの象徴である。通常は、ディスク・ドライブ44Aなどのフロッピ・ディスク・ドライブと、ディスク・ドライブ44Bのスロットによって示されるハード・ディスク・ドライブ(外部には図示されない)およびCD−ROMドライブが含まれるはずである。ドライブの数および種類は、通常は異なるコンピュータ構成に伴って変化する。コンピュータは、その上に情報が表示されるディスプレイ46を有する。通常は、キーボード50およびマウス52が、入力装置として使用可能である。
【0018】
図14は、図13のコンピュータの内部ハードウェアのブロック図である。バス54が、コンピュータの他の構成要素を相互接続する、主情報ハイウェイとして働く。CPU56が、システムの中央処理装置であり、プログラムを実行するのに必要な計算および論理演算を実行する。読取専用メモリ60およびランダム・アクセス・メモリ62が、コンピュータの主記憶を構成する。ディスク・コントローラ64が、1つまたは複数のディスク・ドライブをバス54にインターフェースする。これらのディスク・ドライブは、符号66などのフロッピ・ディスク・ドライブ、符号70などの内蔵または外付けのハード・ドライブ、または、符号72などのCD−ROMドライブまたはDVDドライブとすることができる。ディスプレイ・インターフェース74が、ディスプレイ76とインターフェースし、バスからの情報をディスプレイ上で見られるようにする。外部デバイスとの通信は、通信ポート78を介して行うことができる。
【0019】
図15に、本発明を実施するためのコンピュータ・プログラムを保持するのに使用することができる記憶媒体80を示す。この媒体は、適当なコンピュータを用いて本発明を実行するのに適した形で使用することができる。通常、フロッピ・ディスク、CD−ROM、またはDVDなどの記憶媒体には、コンピュータが本発明に従ってその機能を実行できるようにするためにコンピュータを制御するプログラム情報が含まれる。
【0020】
本明細書で開示される発明は、上で述べた目的を満たすように十分に計算されていることは明白であるが、当業者が多数の修正形態および実施形態を考案することができることを諒解されたい。また、添付の請求項が、そのような修正形態および実施形態のすべてを、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして包含することが意図されている。
【0021】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【0022】
(1)画素データの2次元アレイから2次元画像形状を抽出する方法であって、
前記画像形状のエッジの付近で少なくとも1つの方向で輝度対画素情報を選択するステップと、
十分なコントラストを有する走査を、エッジ情報を含む走査として認識するステップと、
許容可能な走査をエッジ検出アルゴリズムにかけるステップと、
前記エッジ位置を検出するステップと、
前記検出されたエッジの値から、前記画像の前記2次元形状を画定する点の位置を生成するステップと
を含む方法。
(2)前記エッジ検出アルゴリズムが、応用分野に合わせて調整されたユーザ定義エッジ検出アルゴリズムである、上記(1)に記載の方法。
(3)前記選択ステップが、前記画像形状のエッジの付近で複数の方向で輝度対画素情報を選択するステップを含む、上記(1)に記載の方法。
(4)前記選択ステップが、少なくとも4つの方向で輝度対画素情報を選択するステップを含む、上記(3)に記載の方法。
(5)前記少なくとも1つの方向が、近似エッジ位置に垂直である、上記(1)に記載の方法。
(6)サブミクロン構造の、検出器のアレイ上に形成される画像から2次元形状情報を抽出する装置であって、
前記画像のエッジの付近で少なくとも1つの方向で少なくとも1つの走査での検出器に関する輝度対検出器位置情報を判定する手段と、
前記画像の前記エッジ上の点を識別するために、エッジ検出アルゴリズムに従って、識別された走査を処理する手段と、
前記識別されたエッジの点から、前記構造の前記2次元形状を画定する点の位置を生成する手段と
を含む装置。
(7)前記エッジ検出アルゴリズムが、応用分野に合わせて調整されたユーザ定義エッジ検出アルゴリズムである、上記(6)に記載の装置。
(8)前記選択手段が、前記画像形状のエッジの付近で複数の方向で輝度対画素情報を選択する手段を含む、上記(6)に記載の装置。
(9)前記複数の方向が、少なくとも4つの方向を含む、上記(8)に記載の装置。
(10)前記少なくとも1つの方向が、近似エッジ位置に垂直である、上記(6)に記載の装置。
(11)画素アレイ上の画像データから2次元画像形状を抽出する方法ステップを実行するために計算機によって実行可能な命令のプログラムを具体的に実施する、計算機によって読み取り可能なプログラム記憶装置であって、前記方法ステップが、
前記画像形状のエッジの付近で少なくとも1つの方向で輝度対画素情報を選択するステップと、
十分なコントラストを有する走査を、エッジ情報を含む走査として認識するステップと、
許容可能な走査をエッジ検出アルゴリズムにかけるステップと、
前記エッジ位置を検出するステップと、
前記検出されたエッジの値から、前記画像の前記2次元形状を画定する点の位置を生成するステップと
を含むプログラム記憶装置。
(12)前記エッジ検出アルゴリズムが、応用分野に合わせて調整されたユーザ定義エッジ検出アルゴリズムである、上記(11)に記載のプログラム記憶装置。
(13)前記選択ステップが、前記画像形状のエッジの付近で複数の方向で輝度対画素情報を選択するステップを含む、上記(11)に記載のプログラム記憶装置。
(14)前記選択ステップが、少なくとも4つの方向で輝度対画素情報を選択するステップを含む、上記(13)に記載のプログラム記憶装置。
(15)前記方向の1つが、近似エッジ位置に垂直である、上記(11)に記載のプログラム記憶装置。
【図面の簡単な説明】
【図1】レジストの「L」字形の構造のSEM顕微鏡写真を示す図である。
【図2】定輪郭線輝度近似を使用する形状のプロットを示す図である。
【図3】走査のために選択された、「L」字形の区域を示す図である。
【図4】45°走査に沿った画素の輝度値対画素位置のグラフを示す図である。
【図5】水平走査に沿った画素の輝度値対画素位置のグラフを示す図である。
【図6】エッジ検出に適する2つの追加走査に沿った画素の輝度値対画素位置のグラフを示す図である。
【図7】エッジ検出に適する2つの追加走査に沿った画素の輝度値対画素位置のグラフを示す図である。
【図8】図4ないし7を重ね合わせたグラフを示す図である。
【図9】本発明を実施する方法からもたらされる、測定された形状を示す図である。
【図10】定輝度法を使用することによって判定された構造の形状と、本発明を実施する方法を使用することによって判定された同一の構造の形状を示す図である。
【図11】図10の一部の拡大図である。
【図12】図10の一部の拡大図である。
【図13】本発明に使用することができるコンピュータ・システムを示す図である。
【図14】本発明に使用することができるコンピュータ・システムを示す図である。
【図15】本発明を実行するコンピュータ・プログラムを保持するのに使用することができる記憶媒体を示す図である。
【符号の説明】
42 中央処理装置
44A ディスク・ドライブ
44B ディスク・ドライブ
46 ディスプレイ
50 キーボード
52 マウス
54 バス
56 CPU
60 読取専用メモリ
62 ランダム・アクセス・メモリ
64 ディスク・コントローラ
66 フロッピ・ディスク・ドライブ
70 内蔵または外付けのハード・ドライブ
72 CD−ROMドライブまたはDVDドライブ
74 ディスプレイ・インターフェース
76 ディスプレイ
78 通信ポート
80 記憶媒体
Claims (12)
- 画素データの2次元アレイから2次元画像形状を抽出する方法であって、
前記画像形状のエッジの付近の画素である近似エッジ画素を通過し、互いに異なる方向に延伸する複数の線に沿った、前記複数の線毎の輝度対画素情報を選択するステップと、
前記複数の線毎の輝度対画素情報のうち、十分なコントラストを有する輝度対画素情報を、エッジ情報を含む輝度対画素情報として認識するステップと、
前記エッジ情報を含む輝度対画素情報をエッジ検出アルゴリズムにかけるステップと、
前記エッジ位置を検出するステップと、
前記検出されたエッジの値から、前記画像の前記2次元形状を画定する点の位置を生成するステップと
を含む方法。 - 前記エッジ検出アルゴリズムが、応用分野に合わせて調整されたユーザ定義エッジ検出アルゴリズムである、請求項1に記載の方法。
- 前記選択ステップが、少なくとも4つの線に沿った輝度対画素情報を選択するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の線の方向のうち、少なくとも1つの方向が、近似エッジ位置に垂直である、請求項1に記載の方法。
- サブミクロン構造の、検出器のアレイ上に形成される画像から2次元形状情報を抽出する装置であって、
前記画像のエッジの付近の画素である近似エッジ画素を通過し、互いに異なる方向に延伸する複数の線に沿った、前記複数の線毎の輝度対画素情報を選択する手段と、
前記画像の前記エッジ上の点を識別するために、エッジ検出アルゴリズムに従って、前記複数の線毎の輝度対画素情報のうち、識別された輝度対画素情報を処理する手段と、
前記識別されたエッジの点から、前記構造の前記2次元形状を画定する点の位置を生成する手段と
を含む装置。 - 前記エッジ検出アルゴリズムが、応用分野に合わせて調整されたユーザ定義エッジ検出アルゴリズムである、請求項5に記載の装置。
- 前記複数の線が、少なくとも4つの線を含む、請求項5に記載の装置。
- 前記複数の線の方向のうち、少なくとも1つの方向が、近似エッジ位置に垂直である、請求項5に記載の装置。
- 画素アレイ上の画像データから2次元画像形状を抽出する方法ステップを実行するために計算機によって実行可能な命令のプログラムを具体的に実施する、計算機によって読み取り可能なプログラム記憶装置であって、前記方法ステップが、
前記画像形状のエッジの付近の画素である近似エッジ画素を通過し、互いに異なる方向に延伸する複数の線に沿った、前記複数の線毎の輝度対画素情報を選択するステップと、
前記複数の線毎の輝度対画素情報のうち、十分なコントラストを有する輝度対画素情報を、エッジ情報を含む輝度対画素情報として認識するステップと、
前記エッジ情報を含む輝度対画素情報をエッジ検出アルゴリズムにかけるステップと、
前記エッジ位置を検出するステップと、
前記検出されたエッジの値から、前記画像の前記2次元形状を画定する点の位置を生成するステップと
を含むプログラム記憶装置。 - 前記エッジ検出アルゴリズムが、応用分野に合わせて調整されたユーザ定義エッジ検出アルゴリズムである、請求項9に記載のプログラム記憶装置。
- 前記選択ステップが、少なくとも4つの線に沿った輝度対画素情報を選択するステップを含む、請求項9に記載のプログラム記憶装置。
- 前記複数の線の方向の1つが、近似エッジ位置に垂直である、請求項9に記載のプログラム記憶装置。
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