JP6305423B2 - 相対的なクリティカルディメンションの測定のための方法および装置 - Google Patents

相対的なクリティカルディメンションの測定のための方法および装置 Download PDF

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Description

関連出願へのクロスリファレンス
本願は、発明者Hong Xiaoによって2012年11月30日に出願された、タイトル「Relative Critical Dimension Measurement for Hotspot Inspection and Control」の米国特許仮出願第61/731,580号の利益を主張するものであり、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、基板、例えば半導体ウェハおよびレチクルなどの検査およびレビューに関する。
従来の荷電粒子ビーム機器、例えば電子ビーム(e−ビーム)検査機器では、製造された基板(例えば、シリコンウェハまたはレチクル)が、基板表面からの二次電子の放出をもたらす集束された電子ビームによって走査される。放出された電子は検出されて、検出データが試料の表面の画像に典型的には変換される。これらの画像は、次いで数値解析されて、製造された基板における異常(欠陥と称される)を検出する。
一実施形態は、ターゲット基板の電子ビーム検査の際の相対的なクリティカルディメンション(RCD)を測定する方法に関する。参照画像を得る。参照画像において対象領域を画定する。電子ビーム画像化装置を用いてターゲット画像を得る。ターゲット画像および参照画像の位置合わせをし、ターゲット画像中に対象領域を設置する。次いで、ターゲット画像における対象領域内でRCDの測定を行う。
別の実施形態は、RCDを測定する方法であって、RCDに垂直な走査長さに沿って走査することを含む方法に関する。走査長さに沿って点RCDを測定する。点RCDにフィルタを適用し、点RCDの平均を計算する。
別の実施形態は、入射電子ビームの発生源と、入射電子ビームを制御可能に偏向させて表面上で入射電子ビームを走査することにより二次電子が放出されるようにするための走査システムと、二次電子を検出して画像データを生成するようにするための検出システムとを含む装置に関する。該装置は、参照画像を得、参照画像において対象領域を画定し、ターゲット画像を得、ターゲット画像および参照画像の位置合わせをし、ターゲット画像中に対象領域を設置し、ターゲット画像における対象領域内でRCDを測定するようにプログラミングされている制御処理システムをさらに含む。
他の実施形態、態様および特徴も開示する。
本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本発明の実施形態による、ホットスポット欠陥検査と併せた相対的なクリティカルディメンションの測定のための方法のフロー図である。 本発明の実施形態による、参照部位検査からの参照画像の実例を示す。 本発明の実施形態による、参照画像検査内の対象領域(ROI)の実例を示す。 本発明の実施形態による、検査部位検査のターゲット画像の実例を示す。 本発明の実施形態による、互いの検査に対して位置合わせされているターゲット画像および参照画像を示す実例を示す。 本発明の実施形態による、ターゲット画像中に設置されたROIを示す実例を示す。 本発明の実施形態による、ターゲット画像中に設置されたROI内のギャップフィーチャの実例を示す。 本発明の実施形態による、ROI内での相対的なクリティカルディメンションを測定する方法のフロー図である。
荷電粒子ビーム装置を用いた相対的なクリティカルディメンションの測定のための方法および装置を本明細書に開示する。これらの方法および装置は、「ホットスポット」欠陥検査と併せて有利に使用され得る。
図1は、本発明の実施形態によって利用され得る走査型電子顕微鏡(SEM)をベースとした荷電粒子ビーム画像化装置100の断面図を付与する。図1に示すように、ソース101は、入射電子ビーム(一次電子ビーム)102を発生させる。入射荷電粒子ビームである電子ビーム102が、ウィーンフィルタ104を通過する。ウィーンフィルタ104は、互いに交差する電界および磁界を発生させるように構成された光学要素である。走査偏向器106および集束電子レンズ107が利用される。走査偏向器106は、ターゲット基板110の表面を横断して荷電粒子ビームを走査するのに利用される。ターゲット基板110は、例えば、パターン化基板、例えば、製造される集積回路、またはリソグラフィ用のレチクルであってよい。
集束電子レンズ107は、ウェハまたは他の基板サンプル110の表面におけるビームスポット内に入射電子ビーム102を集束させるのに利用される。一実施形態によると、集束レンズ107は、電界および/または磁界を発生させることによって作動することができる。
入射電子ビーム102の走査の結果として、二次電子が、ターゲット基板110(例えば、半導体ウェハまたはレチクルであってよい)の表面から放出または散乱される。ターゲット基板110は、可動ステージ111によって保持されていてよい。次いで、二次電子が、対物(最終)レンズ108の電磁界への暴露によってターゲット基板110から抽出される。電磁界は、入射電子ビームの光学軸から比較的小さな距離内に放出電子を閉じ込め、これらの電子をカラム内へと加速させるように働く。このようにして、二次電子から二次電子ビーム112が形成される。
ウィーンフィルタ104は、二次電子112を入射電子ビーム102の光学軸から検出軸(装置の検出システム114のための光学軸)に偏向させる。これは、二次電子112を入射電子ビーム102から分離する機能をする。検出システム114は、二次電子112を検出して、ターゲット基板の表面の画像を作り出すのに利用され得るデータ信号を発生させる。
機器制御およびデータ処理(制御/処理)システム150は、1つ以上のプロセッサ(すなわち、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ)152、データ記憶装置(例えば、ハードディスクドライブ記憶装置およびメモリーチップを含む)154、ユーザーインターフェース156および表示システム158を含んでいてよい。データ記憶装置154は、コンピュータ読み取り可能なプログラムコード(指示)155およびデータを記憶または保持するように構成されていてよく、プロセッサ152は、プログラムコード155を実行してデータを処理するように構成されていてよい。ユーザーインターフェース156は、ユーザー入力を受け取るように構成されていてよい。表示システム158は、基板表面の視像をユーザーに表示するように構成されていてよい。
制御/処理システム150は、本明細書に開示されている手順を実施するように荷電粒子ビームカラムの種々の部品に接続されていてもよく、また、これらを制御するのに用いられてもよい。例えば、ステージ111の動作、および偏向器106による走査は、制御/処理システム150によって実行されるコンピュータ読み取り可能なプログラムコード155によって制御されていてよい。
また、制御/処理システム150は、検出システム114から電子画像データを受け取って処理するように構成されていてよい。特に、制御/処理システム150におけるコンピュータ読み取り可能なプログラムコード155は、本明細書に記載されている相対的なクリティカルディメンションの測定技術に関係する手順を実施するのに用いられてよい。
さらに、本発明の実施形態によると、制御/処理システム150は、データサーバー170と連動するように構成されていてよい。データサーバー170は、設計パターンデータ172および抽出された画像データ174を記憶するように構成されていてよい。データサーバー170は、検査の実行の際、荷電粒子ビーム画像化装置100の制御/処理システム150のリクエストに応じてリアルタイムで上記データを付与してよい。
図2は、本発明の実施形態による、欠陥検査と併せた相対的なクリティカルディメンションの測定のための方法200のフロー図である。方法200は、例えば、荷電粒子ビーム画像化装置100を用いて行われてよい。
ステップ202によって、部位の位置情報(すなわち、検査される部位の位置)が、ソースからデータ処理システムによって読み込まれてよい。部位の位置情報は、例えば、設計ルールチェックの「ホットスポット」であってよい。代替的には、部位の位置情報は、荷電粒子ビーム画像化装置100によるまたは別の検査装置による事前検査からの検査結果における欠陥位置を含んでいてよい。
各部位の位置に関して、ホットスポット検査およびRCD測定のための手順210が実施されてよい。示すように、手順210は、以下のステップを実施することを含んでいてよい。
ステップ212によって、参照画像を、例えば制御/処理システム150などのデータ処理システム内に読み込むことができる。一実施形態において、参照画像は、例えば荷電粒子ビーム画像化装置100などの画像化装置によって参照部位から取得したSEM画像であってよい。参照部位は、好ましくは、検査部位に相当する既知の良好な(欠陥フリー)部位である。別の実施形態において、参照画像は、例えばデータサーバー170から荷電粒子ビーム画像化装置100によって取り出すことができる設計データから描画されてよい。
参照部位からの参照画像の実例を図3に示す。図示のように、参照画像300は、複数のフィーチャ(302、304、306、308、310、312、314、316、318、および320)を含むことができる。実例は、各フィーチャの外形のみを示すが、各フィーチャは、背景または周囲のピクセルに対するコントラストによって参照画像において区別可能であり得る。例えば、各フィーチャは、参照画像のより明るいピクセルの背景に対してより暗いピクセルを有することができる。代替的には、各フィーチャは、より暗いピクセルの背景に対してより明るいピクセルを有することができる。SEM画像では、より明るいピクセルは、検出されるより高強度の二次電子に典型的には相当し、より暗いピクセルは、検出されるより低強度の二次電子に典型的には相当する。
ステップ214によって、参照画像内の対象領域(ROI)が画定され得る。参照画像内のROI400の実例を図4に示す。図示のように、ROI400は、矩形状であってよい。この特定の例において、ROI400は、互いに近傍するまたはすぐ近くにある2つのフィーチャ(304および306)部分を含む。
ステップ216によって、検査部位のターゲット画像を収集または取得することができる。ターゲット画像は、SEM画像であってよく、また、例えば荷電粒子ビーム画像化装置100を用いて収集されてよい。
ターゲット画像500の実例を図5に示す。このターゲット画像500は、図3に示す参照画像300に相当する。図示のように、ターゲット画像500は、複数のフィーチャ(502、504、506、508、510、512、514、516、518、および520)を含むことができ、これらは、参照画像300における複数のフィーチャ(302、304、306、308、310、312、314、316、318、および320)に相当する(しかし、これらといくらか異なっていてもよい)。同様に、実例は、各フィーチャの外形のみを示しているが、各フィーチャは、背景または周囲のピクセルに対するコントラストによって参照画像において区別可能であり得る。
ステップ218によって、ターゲット画像および参照画像を互いに対して位置合わせをすることができる。位置合わせプロセスは、例えば、参照画像に対してのターゲット画像の位置付けを、これらの間で良好な一致がなされるまでシフトさせることを含んでいてよい。一致の良好さは、例えば、最小二乗法の適合によって決定され得る。他の実施において他の位置合わせプロセスが用いられてもよい。
互いに位置合わせされているターゲット画像および参照画像を示す実例を図6に示す。図6において、ターゲット画像のフィーチャ(502から520)の外形を実線で示し、参照画像からの一致するフィーチャ(それぞれ302から320)の外形を破線で示す。示すように、ターゲットおよび参照のフィーチャは互いに対応しているが、これらの正確な形状および位置付けは異なる場合がある。
ステップ220によって、図7に示すように、ROI700をターゲット画像500中に設置することができる。この特定の例において、ROI700は、参照画像300中に設置されている対応するROI400における2つの参照フィーチャ(それぞれ304および306)に対応する2つのターゲットフィーチャ(504および506)部分を含む。
ステップ222によって、ROIが欠陥を有しおよび/または欠陥を分類する必要があるかどうかを決定するために検査またはレビュー手順を実施することができる。この手順は、既存の技術を用いて実施されてよい。
ステップ224によって、相対的なクリティカルディメンション(RCD)の測定を実施することができる。RCD測定を実施して、ROI内の特定されたフィーチャに関してのRCDを決定することができる。ステップ224によるRCD測定を、ステップ222による欠陥検出および/または分類と並行して実施することができる。
実例において、特定されたフィーチャは、ROI700における2つのラインフィーチャ(504および506)の縁部間のギャップフィーチャの幅であってよい。このギャップフィーチャを図8に示す。この例において、間におけるギャップが閉鎖しているように見える2つのギャップ部分(802および804)がある。別の例において、特定されたフィーチャは、ギャップよりもむしろラインであってよい。
特定されたフィーチャ(例えば、ギャップまたはラインの幅)のRCDを、ピクセルサイズと比較して測定することができる。換言すると、特定されたフィーチャのRCDを、ピクセル数として決定することができる。ピクセル数は、画像の倍率に基づいて距離(例えばナノメータ)に変換することができる。画像ピクセルに基づいたかかるフィーチャの幅は、ナノメータでの絶対的な測定というよりもむしろ画像ピクセルと比較した測定であるため、RCD測定と称されてよい。
本発明の実施形態によって、RCDを、図9に示す例示的な方法900によって測定することができる。代替的には、他の同様の方法を利用することができる。
例示的な方法900において、特定されたフィーチャを、クリティカルディメンションと垂直の長さ(該長さは、本明細書において、「走査長さ」または「垂線長さ」とも称される)に沿って走査することができる。該走査は、1つ以上のピクセル単位で行われ得る。例えば、ROI内のRCDに垂直の長さは、1024ピクセル長であってよく、1から1024に番号付けされてよい。この場合、例えば、1ピクセルずつの走査は、結果として1024個の走査点となり、2ピクセルずつの走査は、結果として512個の走査点となる。走査における増分は、ステップ901によって決定または選択されてよい。1ピクセルの走査増分が典型的には選択され得ることが認識されよう。
ステップ902によって、垂線長さに沿った次の走査点を選択することができる。次いで、走査点におけるRCD(「点RCD」)をステップ904によって測定することができる。点RCDをピクセル数として測定することができる。2つのライン(504および506)間の例としてのギャップフィーチャに関する例としての点RCD1002を図10における矢印によって示す。
図10に示す例において、各点RCDを、横の走査点におけるピクセルの縦の列を考慮することによって測定することができる。ピクセルの列におけるピクセル強度について微分を実施して、列に沿ったピクセル強度の変化を示す関数を決定することができる。次いで、ピクセル強度の変化に正および負の閾値を適用して、当該点における特定されたフィーチャの開始および終了ピクセルを選択することができる。次いで、点RCDを、開始ピクセルから終了ピクセルまでのピクセル数として決定することができる。
方法900は、選択されるべきさらなる走査点がないとステップ906によって判断されるまで、垂線長さに沿った次の走査点を選択し、該走査点において点RCDを測定し続けることができる。本発明の実施形態によると、一旦全ての点RCDを測定したら、次いで、ステップ908によって、点RCDデータにおいて場合によるフィルタ処理を実施してよい。
一実施形態において、適用されるフィルタは、最近傍(NN)フィルタであってよい。NNフィルタは、最近傍点RCDによって各点RCDの平均値を求める。換言すると、走査点jに関してNNフィルタ処理された点RCDは、走査点j−1、jおよびj+1に関しての3つの未処理点RCDの平均であってよい。代替的には、NNフィルタは、重み付け係数によって中点jに関して未処理点RCDを重み付けしてよい。例えば、重み付け係数が2であるとき、走査点jに関してNNフィルタ処理された点RCDは、走査点j−1、j、jおよびj+1に関しての4つの未処理点RCDの平均値を効果的に求めることができる。
別の実施形態において、適用されるフィルタは、第2近傍(NNN)フィルタであってよい。NNNフィルタは、最近傍および第2近傍点RCDによって各点RCDの平均値を求めることができる。換言すると、走査点jに関してNNNフィルタ処理された点RCDは、走査点j−2、j−1、j、j+1およびj+2に関しての5つの未処理点の平均であってよい。代替的には、NNNフィルタは、重み付け係数によって中点jに関して未処理点RCDを重み付けしてよい。例えば、重み付け係数が2であるとき、走査点jに関してNNNフィルタ処理された点RCDは、走査点j−2、j−1、j、j、j+1およびj+2に関しての5つの未処理点RCDの平均値を効果的に求めることができる。
別の実施形態において、適用されるフィルタは、第3近傍(NNNN)フィルタであってよい。NNNNフィルタは、最近傍、第2近傍、および第3近傍点RCDによって各点RCDの平均値を求めることができる。換言すると、中点jに関してNNNNフィルタ処理された点RCDは、走査点j−3、j−2、j−1、j、j+1、j+2およびj+3に関しての7つの未処理点RCDの平均であってよい。代替的には、NNNNフィルタは、重み付け係数によって中点jに関して未処理点RCDを重み付けしてよい。例えば、重み付け係数が2であるとき、走査点jに関してNNNNフィルタ処理された点RCDは、走査点j−3、j−2、j−1、j、j、j+1、j+2およびj+3に関しての8つの未処理点RCDの平均値を効果的に求めることができる。
境界値は、様々な方法で取り扱われてよい。jが1からMの範囲であるようなM個の走査点があると考える。境界値を取り扱う1つの方法を以下に記載するが、他の実施も可能である。
一実施において、平均を計算する際に、実在しない最近傍走査点を無視することができる。例えば、NNフィルタ処理された点RCD(中点の重み付けをしていない)は、走査点1において計算されて、走査点1および2に関する2つの点RCDの平均となることができ、また、走査点Mにおいて計算されて、走査点M−1およびMに関する2つの点RCDの平均となることができる。別の例として、中点の二重の重み付けによってNNフィルタ処理された点RCDは、走査点1において計算されて、走査点1、1および2に関して3つの点RCDの平均値を効果的に求めることができ、また、走査点Mにおいて計算されて、走査点M−1、MおよびMに関して3つの点RCDの平均値を効果的に求めることができる。
図9を参照すると、ステップ908による場合によるフィルタ処理の後、ステップ910によって種々のRCD特性を計算することができる。一実施形態において、RCD特性として、平均RCD、最大RCD、最小RCD、ならびにRCDに関しての標準偏差、ショート/オープンフラグおよびショート/オープン長さが挙げられる。
各RCD特性は、未処理のおよび/またはフィルタ処理された点RCDデータに基づいて計算され得る。平均RCDは、全ての未処理点RCD、代替的には全てのフィルタ処理された点RCDの平均値を求めることによって計算され得る。最小RCDは、最短の未処理点RCDを見出すこと、代替的には最短のフィルタ処理された点RCDを見出すことによって決定され得る。最大RCDは、最長の未処理点RCDを見出すこと、代替的には最長のフィルタ処理された点RCDを見出すことによって決定され得る。標準偏差は、未処理点RCDの標準偏差として、代替的にはフィルタ処理された点RCDの標準偏差として計算され得る。
ショート/オープンフラグは、2つのライン間の短絡を示す閉鎖ギャップまたは開回路を示す破断ラインが存在するかどうかを示すのに用いられ得る。ショート/オープンフラグは、最小RCDがゼロであると判断されたときに設定され得る。ショート/オープン長さは、ショート/オープンフラグが設定されたときに付与され得る。ショート/オープン長さは、例えば、点RCD(未処理またはフィルタ処理後のいずれか)に関してゼロを有するギャップまたはラインの長さに沿ってピクセル数に基づいて計算され得る。換言すると、ショート/オープンのランレングスが計算および出力されてよい。
上記の詳細な説明において、本発明の実施形態の全体の理解を提供するのに多くの具体的な詳細が付与されている。しかし、本発明の示されている実施形態の上記の詳細な説明は、包括的であることまたは本発明を開示されている正確な形態に限定することは意図されていない。当業者は、本発明が、具体的な詳細の1つ以上によらずに、または他の方法、構成要素によって実施され得ることを認識する。他の例において、周知の構造または操作は、本発明の態様を不明瞭にすることを回避するために、詳細に示されておらず、または記載されていない。本発明の具体的な実施形態、および例は、本明細書において例示目的で記載されているが、当業者が認識するように、本発明の範囲内で種々の等価の変更が可能である。
これらの変更は、上記の詳細な説明に照らして本発明に対してなされ得る。以下の特許請求の範囲において用いられている用語は、本発明を、明細書および特許請求の範囲に記載されている具体的な実施形態に限定すると解釈されてはならない。むしろ、本発明の範囲は、特許請求の範囲の解釈の確立された原則に従って解釈されるべきである、以下の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

Claims (19)

  1. ターゲット基板の電子ビーム検査の際のフォトリソグラフィ−センシティブ用パターン内における相対的なクリティカルディメンションを測定する方法であって、
    参照画像を得ることと、
    関心部位の場所に矩形のボックスを描画することで前記参照画像において対象領域を画定することと、
    電子ビーム画像化装置を用いてターゲット画像を得ることと、
    前記ターゲット画像および参照画像の位置合わせをすることと、
    前記ターゲット画像中に前記対象領域を設置することと、
    前記ターゲット画像中の前記対象領域内で第一方向の寸法を示す相対的なクリティカルディメンション(RCD)を測定することと、
    を含み、前記RCDを測定することが、
    前記第一方向に垂直な走査方向に沿って走査することと、
    前記走査方向に沿って規定される複数の走査位置ごとに前記RCDを点RCDとして測定することと、
    を含み、前記点RCDを測定することが、
    前記走査位置において前記第一方向に並ぶピクセルの強度について微分を実施して、前記第一方向に並ぶピクセルの強度の変化を示す関数を決定することと、
    前記ピクセルの強度の変化に正および負の閾値を適用することと、
    を含む、方法。
  2. 前記RCDを測定することが、
    前記点RCDの平均値を求めること、
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. フィルタを前記点RCDに適用すること、をさらに含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記フィルタが、近傍する点RCDによって点RCDの平均値を求める最近傍型フィルタを含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記最近傍型フィルタが、前記走査方向に沿った先行点RCDおよび後続点RCDによる点RCDの平均値を求める、請求項4に記載の方法。
  6. 前記最近傍型フィルタが、前記走査方向に沿った2つの先行点RCDおよび2つの後続点RCDによる点RCDの平均値を求める、請求項4に記載の方法。
  7. 前記最近傍型フィルタが、前記走査方向に沿った3つの先行点RCDおよび3つの後続点RCDによる点RCDの平均値を求める、請求項4に記載の方法。
  8. 前記最近傍型フィルタが、前記点RCDを重み付けする、請求項4に記載の方法。
  9. 前記点RCDがゼロ値を含むときショート/オープン特性を検出するように決定することをさらに含む、請求項2に記載の方法。
  10. 前記ショート/オープン特性のランレングスを計算することをさらに含む、請求項9に記載の方法。
  11. 最小RCD、最大RCD、および前記RCDに関しての標準偏差を計算することをさらに含む、請求項2に記載の方法。
  12. フォトリソグラフィ−センシティブ用パターン内における相対的なクリティカルディメンションを測定する装置であって、
    入射電子ビームの発生源と、
    前記入射電子ビームを制御可能に偏向させて表面上で入射電子ビームを走査することにより二次電子が放出されるようにするための走査システムと、
    前記二次電子を検出して画像データを生成するようにするための検出システムと、
    制御処理システムにおいて、
    参照画像を得、
    関心部位の場所に矩形のボックスを描画することで前記参照画像において対象領域を画定し、
    ターゲット画像を得、
    前記ターゲット画像および参照画像の位置合わせをし、
    前記ターゲット画像中に前記対象領域を設置し、
    前記ターゲット画像中の前記対象領域内で第一方向の寸法を示す相対的なクリティカルディメンション(RCD)を測定する
    ようにプログラミングされた前記制御処理システムと、
    を含み、前記RCDの測定は、
    前記第一方向に垂直な走査方向に沿って走査し、
    前記走査方向に沿って規定される複数の走査位置ごとに前記RCDを点RCDとして測定すること
    によって実施され、前記点RCDの測定は、
    前記走査位置において前記第一方向に並ぶピクセルの強度について微分を実施して、ピクセルの前記第一方向に並ぶピクセルの強度の変化を示す関数を決定し、
    前記ピクセルの強度の変化に正および負の閾値を適用すること
    によって実施される、装置。
  13. 前記制御処理システムが、前記走査方向に沿って前記点RCDの平均値を求めることによって、前記RCDを測定するようにさらにプログラミングされている、請求項12に記載の装置。
  14. 前記制御処理システムが、前記点RCDにフィルタを適用するようにさらにプログラミングされている、請求項13に記載の装置。
  15. 前記フィルタが、近傍点RCDによって点RCDの平均値を求める最近傍型フィルタを含む、請求項14に記載の装置。
  16. 前記最近傍型フィルタが、前記点RCDを重み付けする、請求項15に記載の装置。
  17. 前記制御処理システムが、前記点RCDがゼロ値を含むときショート/オープン特性を検出するように決定するようにさらにプログラミングされている、請求項13に記載の装置。
  18. 前記制御処理システムが、前記ショート/オープン特性のランレングスを計算するようにさらにプログラミングされている、請求項17に記載の装置。
  19. 前記制御処理システムが、最小RCD、最大RCD、および前記RCDに関しての標準偏差を計算するようにさらにプログラミングされている、請求項13に記載の装置。
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