JP5439106B2 - 走査荷電粒子顕微鏡を用いたパターン形状評価装置およびその方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明においては、
(1)回路パターンの形状評価装置およびその方法において、評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定ステップと,前記撮像領域に対して照射する荷電粒子の照射方向(撮像方向)を指定する撮像方向指定ステップと,前記撮像領域を前記撮像方向から撮像して撮像画像を得る撮像ステップと,前記撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップと,前記撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位置(予想輪郭線)を前記設計データと前記撮像方向から算出する予想輪郭線算出ステップと,前記撮像画像と前記予想輪郭線との対応関係を求める照合ステップと,前記予想輪郭線を基に,前記撮像画像を処理する画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定する画像処理範囲・方法設定ステップと,前記画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って前記撮像画像を処理することによって回路パターンの形状を評価する形状評価ステップを含むように構成した。
(7)更に、回路パターンの形状評価装置およびその方法において、評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定ステップと,前記撮像領域に対して照射する荷電粒子の照射方向(撮像方向)を指定する撮像方向指定ステップと,前記撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップと,前記撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位置(予想輪郭線)を前記設計データと前記撮像方向から算出する予想輪郭線算出ステップと,前記予想輪郭線を画面上に表示する予想輪郭線表示ステップと,前記表示された予想輪郭線を基に撮像方向の決定を行う撮像方向決定ステップと,前記撮像方向決定ステップにおいて決定した撮像方向から撮像領域を撮像して撮像画像を得る撮像ステップを含むように構成した。
1.1SEM構成要素
図1に試料の二次電子像(Secondary Electron:SE像)あるいは反射電子像(Backscattered Electron:BSE像)を取得するSEMの構成概要のブロック図を示す。また,SE像とBSE像を総称してSEM画像と呼ぶ。また,ここで取得される画像は測定対象を垂直方向から電子ビームを照射して得られたトップダウン画像,あるいは任意の傾斜させた方向から電子ビームを照射して得られたチルト像の一部または全てを含む。
撮像レシピと計測レシピについて詳細を説明する。
まず,撮像レシピとは,評価対象となる撮像領域を位置ずれなく,かつ高精細に撮像するための撮像シーケンスや撮像条件を指定するファイルである。例えば,前述のステージシフトやイメージシフトの位置決め精度により,撮像位置がすれてしまう危険性がある。その対策として、特開2007−250528号公報(特許文献1)の図3に記載されているように、位置とパターンとが与えられた位置決め用のテンプレート(アドレッシング点。以降,APと呼ぶ)を予め登録し,評価対象となる撮像領域を撮像する前に,一旦前記テンプレートの位置を撮像することで位置ずれ量を検出し,前記位置ずれ量を補正するように評価対象となる撮像領域に視野移動することで,視野ずれの少ない撮像画像を得ることができる。
本発明は,前述のように複雑な構造を含む半導体パターンのチルト像から安定かつ自動で形状評価を行う方法を提供する。以下,本発明の処理フローを説明する。図3,図4を用いて処理フローの概要を説明しながら,必要に応じて他の図で詳細を補足説明する。
まず,評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する(ステップ301)。評価対象となる回路パターンの座標は,例えばEDA(Electronic Design Automation)ツールで実行される露光シミュレーション等の結果を基に検出されたホットスポット(危険ポイント)の座標が入力される。あるいは,ユーザが自身の判断により(必要に応じて前記EDAツールの情報も参考にしながら)入力される場合もある。また,前記撮像領域における撮像条件を入力する(ステップ302)。撮像条件には前述のように撮像する際のプローブ電流,加速電圧,電子ビームの走査方向や走査範囲(撮像範囲),加算フレーム数や,前記撮像領域に対して照射する荷電粒子の照射方向(撮像方向)が含まれる。
ステップ303で入力した設計データを基に撮像領域に含まれる回路パターン形状の擬似的な三次元形状(擬似3Dパターン)を計算機内で算出する(ステップ305)。
ステップ305で推定した擬似3Dパターンと,ステップ302の入力情報の一つであるSEMの撮像方向を基に,前記擬似3Dパターンを前記撮像方向から観測した際に得られる輪郭線を算出することによって,前記撮像方向からのチルト像上において実際に観察されるパターン輪郭線の予想位置(予想輪郭線)を推定する(ステップ306)。すなわち,設計データを基に算出した予想輪郭線により,評価対象となるパターンあるいはその周辺パターンの各輪郭線がチルト像中のどの辺りに存在しうるかを推定することができ,前記評価対象となるパターンを評価する上で適切な画像処理範囲や画像処理方法(計測レシピの説明で述べた測長カーソルの位置や形状,測長方法等)を設定することが可能となる。
ステップ306で推定した前記予想輪郭線と実際に撮像画像上で観測される輪郭線との位置ずれ予想範囲を推定する(ステップ307)。前記予想輪郭線と実際に撮像画像上で観測される輪郭線との間には形状乖離が発生しうる。原因としては,図6に例示するように製造プロセスにおいて発生する(a)のパターン601の(b)太り602/(c)細り603,(d)角の丸まり604,(e)ラフネス605,(f)パターンの平行移動607や,二次電子の発生メカニズムに起因するSEM画像上でのパターンの位置ずれ(実際のパターンのエッジ位置と画像上におけるパターンのエッジ位置とが一致するとは限らない)等が挙げられる。前記形状乖離によってパターンの形状評価が失敗するのを避けるため,予め位置ずれ予想範囲を設定し,同範囲で位置ずれが発生しても処理が失敗しないように画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定することで,形状乖離にロバストな形状評価が実現する。前記位置ずれ予想範囲の推定方法としては,次の(a)〜(c)が挙げられる。
発生しうる形状変形量や前記位置ずれ予想範囲の参考値はステップ304における入力情報の一つとすることができ,ステップ307では前記入力情報を基に位置ずれ予想範囲を推定してもよい。
前記予想輪郭線と前記位置ずれ予想範囲とを基に前記画像処理範囲(測長カーソルとも呼ばれる)あるいは画像処理方法を設定する(ステップ308)。図4の推定チルト像416に測長カーソルの例として,パターン406のフッティングエッジを検出するための画像処理範囲417,パターン406と407が交差するコーナ部の丸まり度合いを評価するための画像処理範囲418,パターン407のフッティングエッジを検出するための画像処理範囲419を示す。推定チルト像416中では画像処理範囲の設定の一例として点線で示した位置ずれ予想範囲411まで画像処理範囲がカバーするように画像処理範囲が設定されている。このような設定によって,評価部位の変形あるいはシフトが前記位置ずれ予想範囲内であれば,評価部位が前記画像処理範囲外になることはない。
図8A及びBはチルト像におけるラインパターンの側壁幅の計測例である。図8Aの801はラインパターンの断面形状を示しており,802は対象に対して斜めから照射した電子ビームの方向を示す。前記方向からラインパターン801を観察した際のチルト像を図8Bの803に示す。領域804はラインパターンの上面部,領域805はラインパターン右側壁部に相当する領域である。チルト像803において前記右側壁部に相当する領域805の幅807を計測するためには,測長カーソル806A,806Bを設定することで,それぞれ上面部と右側壁部の境界エッジと,右側壁部と下地の境界エッジを検出する。
一方,前記パラメータ変動等によるパターンの変形やシフトに対しても線分a−bが測長カーソルの範囲外とならないように,図9Cの測長カーソル905のように大きめの測長カーソルを設定すると,他の線分(例えば線分c−dや線分e−f)まで含んでしまい,線分a−bの検出が困難となる。また,逆に図9Dの測長カーソル907のように小さめの測長カーソルを設定すると,線分a−bを画像処理により検出することが困難となる危険性がある。なぜならば,図7A〜Dを用いて説明したようにエッジ位置におけるSEM信号プロファイルはエッジ位置のみ明度値が高くなるインパルス信号のような波形ではなく,なだらかな広がりをもった波形だからである。そのため同エッジを検出するための画像処理範囲はエッジ位置を中心にある程度の幅をもつ必要がある。
前記予想輪郭線推定ステップ306において算出された予想輪郭線と,前記の画像処理範囲・方法設定ステップ307において設定された画像処理範囲あるいは画像処理方法を計測レシピとして保存する(ステップ309)。このように,画像処理範囲や画像処理方法を指定するファイルを計測レシピとして作成することにより,前記計測レシピに基づきチルト像におけるパターンの形状評価を自動で行うことができる。また,前述のように画像処理範囲あるいは画像処理方法の決定に設計データを用いることで計測レシピの作成にウェーハやSEM装置が不要となり(オフライン化),テープアウト後は直ぐに計測レシピを作成することできる。これにより,レシピ生成を含む評価の準備から実際のSEM撮像・形状評価までを含めた総合的なスループットを向上させることができる。更に計測レシピをファイルとして管理することで,同種パターンの形状評価時や,複数のSEMを用いた形状評価において計測レシピを共通に用いることができる。
ステップ301で入力した撮像領域をステップ302で入力した撮像方向から撮像して撮像画像を得る(ステップ310)。図4に撮像したチルト像420を示す。
ステップ310で撮像した撮像画像とステップ306で推定した予想輪郭線とをマッチングし,位置の対応関係を求める(ステップ311)。前記撮像画像と予想輪郭線の位置の対応関係が分かると,ステップ308において前記予想輪郭線に対して画像処理範囲や画像処理方法を設定しているため,前記撮像画像と前記画像処理範囲の位置の対応関係も分かり,前記撮像画像上に前記画像処理範囲や画像処理方法を設定することができる(ステップ312)。図4の実際に撮像したチルト像421において配置された測長カーソル417,418,419を示す。
ステップ312において撮像画像上に設定した前記画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って前記撮像画像を処理することによって回路パターンの形状を評価する。形状評価には,パターンの測長(ステップ313),画像特徴量算出(ステップ314),パターンの輪郭線抽出(ステップ315),パターンの3D形状計測(ステップ316)等のバリエーションがある。
図11A〜Dはチルト像から画像特徴量を用いてパターンフッティング部のへこみ(ノッチ形状)を評価する例である。図11Aの1101と図11Bの1103はラインパターンの断面形状を示しており,図11Aのパターン1101のフッティング部には小さなノッチ1102,図11Bのパターン1103のフッティング部には大きなノッチ1104が存在する。図11Aの1100は対象に対して斜めから照射した電子ビームの方向を示す。前記方向からラインパターン1101あるいは1103を観察した際のチルト像を図11Cの1105に示す。図11Cの領域1106はラインパターンの上面部,領域1107はラインパターン右側壁部に相当する領域である。
チルト像1105においてフッティング部付近に相当するa−b間のSEM信号プロファイルの概形を図11Dの1109に示す。前記プロファイル1109においてフッティング部1110における明度値が低くなっているが,この度合いはノッチの大きさに依存して変化することがある(ノッチが大きいほど,暗くなる等)。そのためノッチ形状の評価においては,前記ノッチ形状を直接計測するのではなく,フッティング部1110における明度値を画像特徴量として算出し,その値に応じてノッチ形状の大小を評価することができる。このようなパターンの三次元形状と相関のある前記画像特徴量を算出するためのプロファイルを算出する画像処理範囲として,図11Cに示すようにフッティング部を適切に捉える測長カーソル1108を配置する。
図12A〜Dはチルト像から画像特徴量を用いてパターン表面の凹凸度合いを評価する例である。ラインパターンを例にとると図12Aのパターンは1201に示すように理想的な直方体ではなく,図12Bの1204に模式的に示すように表面にラフネスと呼ばれる細かな凹凸が存在する場合がある。図12Aのラインパターン1201あるいは図12Bの1204を観察した際のチルト像を図12Cの1205に示す。領域1206はラインパターンの上面部,領域1207はラインパターン右側壁部に相当する領域である。
また,図20Aのパターン2001の任意の場所における高さ情報を推定する場合について説明する。例えば図20Bのチルト像2004上の点2014における高さを推定する場合, 点2014に対応する図20Cのチルト像2009上の点を探索する必要がある。例えば図20Cのチルト像2009内でテンプレート2015をずらしながら,点2014を似た画像パターンをもつ位置を探索することになる。この際,チルト像2004,2009間で対応する点が見つかれば,同点における高さ情報が計測できる。
ステップ306で推定した予想輪郭線を画面上に表示し(ステップ317),前記表示された予想輪郭線を基に撮像方向の決定を行うことができる(ステップ302において撮像方向として再入力)。前記決定した撮像方向は,撮像レシピに出力することができ,前記撮像レシピを基にステップ310で撮像画像を得る。
すなわち,チルト像を用いた形状評価を行うためには,評価対象となるパターンの適切な形状評価が可能な撮像方向を設定する必要がある。撮像方向によっては,撮像画像において評価対象となるパターン(あるいはその一部)が周辺パターンの陰になってしまう場合がある。
一方,図13C(a)に示すように撮像方向1305の場合,図13C(b)に示すような擬似チルト像1308において評価すべき線分a−bは,隣のラインパターン1302の陰となってしまい,観察が困難である。図13D(a)に示すように撮像方向1306であれば,擬似チルト像1309において評価すべき線分a−bを十分に観察することができる。このように擬似チルト像を表示することにより,実際にパターンを撮像することなく,撮像方向の良否を判定,及び決定を行うことができる。特に,本例のようにトップダウン方向からは観察しにくいフッティング部の観察においてはなるべく大きなチルト角で斜め方向から観察した方が有効な場合が多いが,高アスペクトなラインアンドスペース等においては,周囲のパターンの陰となってしまうことが多い。
本発明におけるシステム構成の実施例を図16を用いて説明する。
図16Aにおいて1601はマスクパターン設計装置,1602はマスク描画装置,1603はマスクパターンのウェーハ上への露光・現像装置,1604はウェーハのエッチング装置,1605および1607はSEM装置,1606および1608はそれぞれ前記SEM装置を制御するSEM制御装置,1609はEDA(Electronic Design Automation)ツールサーバ,1610はデータベースサーバ,1611はデータベースを保存するストレージ,1612は撮像・計測レシピ作成装置,1613は撮像・計測レシピサーバ,1614はパターン形状の計測・評価を行う画像処理装置画像処理サーバであり,これらはネットワーク1615を介して情報の送受信が可能である。
125・・・画像処理装置(形状計測・評価) 127・・・データベース(ストレージ) 703A,703B・・・測長カーソル 1601・・・マスクパターン設計装置 1602・・・マスク描画装置 1603・・・露光・現像装置 1604・・・エッチング装置 1605,1007・・・SEM装置 1606,1608・・・SEM制御装置 1609・・・EDAツールサーバ 1610・・・データベースサーバ 1612・・・撮像・計測レシピ作成装置 1613・・・撮像・計測レシピサーバ 1614・・・画像処理装置サーバ(形状計測・評価) 1615・・・ネットワーク。
Claims (9)
- 走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスの回路パターンを撮像し,撮像画像から前記
回路パターンの形状を評価する装置であって,
評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定手段と,
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域に対して前記走査荷電粒子顕微鏡で照射する荷
電粒子の照射方向(撮像方向)を指定する撮像方向指定手段と,
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域を前記撮像方向から撮像して撮像画像を得る撮
像手段と,
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力
する設計データ入力手段と,
前記撮像手段で撮像して得られる撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位
置(予想輪郭線)を前記設計データ入力手段に入力した設計データと前記撮像方向の情報を用いて算出する予想輪郭線算出手段と,
前記撮像手段で撮像して得られた撮像画像と前記予想輪郭線算出手段で算出した予想輪郭
線との対応関係を求める照合手段と,
前記予想輪郭線算出手段で算出した予想輪郭線を基に,前記撮像手段で撮像して得られた
撮像画像を処理する画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定する画像処理範囲・方法設
定手段と,
前記画像処理範囲・方法設定手段で設定した画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って
前記撮像手段で撮像して得られた撮像画像を処理することによって前記回路パターンの形
状を評価する形状評価手段と
を含むことを特徴とする回路パターンの形状評価装置。 - 走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスの回路パターンを撮像し,撮像画像から前記
回路パターンの形状を評価する装置であって,
評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定手段と,
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域に対して前記走査荷電粒子顕微鏡で照射する荷
電粒子の照射方向(第一の撮像方向)を指定する撮像方向指定手段と,
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力
する設計データ入力手段と,
前記撮像領域を撮像して得られる撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位
置(予想輪郭線)を前記設計データ入力手段に入力した設計データと前記第一の撮像方向の情報を用いて算出する予想輪郭線算出手段と,
前記予想輪郭線算出手段で算出した予想輪郭線を画面上に表示する表示手段と,
前記表示手段に表示された予想輪郭線を基に第二の撮像方向の決定を行う撮像方向決定手段と,
前記撮像方向決定手段において決定した前記第二の撮像方向から前記撮像領域を撮像して撮像画像を得る撮像手段と
を含むことを特徴とする回路パターンの形状評価装置。 - 走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスの回路パターンを撮像し,撮像画像から前記
回路パターンの形状を評価する方法であって,
評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定ステップ
と,
前記指定した撮像領域に対して前記走査荷電粒子顕微鏡で照射する荷電粒子の照射方向(
撮像方向)を指定する撮像方向指定ステップと,
前記指定した撮像領域を前記撮像方向から前記走査荷電粒子顕微鏡で撮像して撮像画像を
得る撮像ステップと,
前記指定した撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する設計データ入力
ステップと,
前記撮像して得た撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位置(予想輪郭線
)を前記入力した設計データと前記指定した撮像方向の情報を用いて算出する予想輪郭線
算出ステップと,
前記撮像して得た撮像画像と前記算出した予想輪郭線との対応関係を求める照合ステップ
と,
前記算出した予想輪郭線を基に,前記撮像して得た撮像画像を処理する画像処理範囲ある
いは画像処理方法を設定する画像処理範囲・方法設定ステップと,
前記設定した画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って前記撮像画像を処理することに
よって前記回路パターンの形状を評価する形状評価ステップと
を含むことを特徴とする回路パターンの形状評価方法。 - 前記予想輪郭線算出ステップにおいて算出された予想輪郭線と,前記画像処理範囲・方法
設定ステップにおいて設定された画像処理範囲あるいは画像処理方法を計測レシピとして
保存し,前記計測レシピを基に前記形状評価ステップを行うことを特徴とする請求項3記
載の回路パターンの形状評価方法。 - 前記撮像ステップにおいて前記撮像方向からの撮像は,前記撮像方向に荷電粒子の照射方
向を偏向する方式,あるいは評価対象を載せた試料台を傾斜させる方式,あるいは荷電粒
子顕微鏡電子光学系自体を機械的に傾斜させる方式により行い,請求項1記載の予想輪郭
線算出ステップにおいては前記撮像の方式に応じて予想輪郭線を算出することを特徴とす
る請求項3記載の回路パターンの形状評価方法。 - 前記予想輪郭線算出ステップにおいて,前記撮像領域に含まれる回路パターン形状の二次
元のレイアウト情報が書き込まれた設計データと前記回路パターンの高さの設計値とをそ
れぞれ入力し,前記設計データと前記高さの設計値から前記回路パターンの擬似的な三次
元形状を算出し,前記撮像方向から観測される前記擬似的な三次元形状の輪郭線を算出す
ることによって予想輪郭線を算出することを特徴とする請求項3記載の回路パターンの形
状評価方法。 - 前記画像処理範囲・方法設定ステップにおいて,前記予想輪郭線と実際に撮像画像上で観
測される輪郭線との位置ずれ予想範囲を設定し,前記予想輪郭線と前記位置ずれ予想範囲
とを基に前記画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定することを特徴とする請求項3記
載の回路パターンの形状評価方法。 - 前記形状評価ステップにおいて,前記画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って回路パ
ターンの寸法を計測する,あるいは回路パターンの輪郭線を検出する,あるいは回路パタ
ーンの三次元形状と相関のある画像特徴量を算出することを特徴とする請求項3記載の回
路パターンの形状評価方法。 - 走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスの回路パターンを撮像し,撮像画像から前記
回路パターンの形状を評価する方法であって,
評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定ステップ
と,
前記指定した撮像領域に対して前記走査荷電粒子顕微鏡で照射する荷電粒子の照射方向(第一の撮像方向)を指定する撮像方向指定ステップと,
前記指定した撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する設計データ入力
ステップと,
前記撮像領域を撮像することにより得られる撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭
線の予想位置(予想輪郭線)を前記入力した設計データと前記指定した第一の撮像方向の情報を用いて算出する予想輪郭線算出ステップと,
前記算出した予想輪郭線を画面上に表示する予想輪郭線表示ステップと,
前記画面上に表示された予想輪郭線を基に第二の撮像方向の決定を行う撮像方向決定ステップと,
前記撮像方向決定ステップにおいて決定した前記第二の撮像方向から前記指定した撮像領域を撮像して撮像画像を得る撮像ステップと
を含むことを特徴とする回路パターンの形状評価方法。
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