(57)【要約】【課題】ＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチング率を向上させるグローバルマッチング方法を提供する。【解決手段】半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法において、グローバルマッチングを実施するウェハ上の所定の領域に対しＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージを抽出する段階と、抽出したイメージからそれぞれＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、ＧＤＳイメージから分離抽出したＸ方向信号及びＹ方向信号のうち、相対的に小さな信号にＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとを１次的にマッチングする段階と、マッチングした結果を基準にＧＤＳイメージから分離抽出したＸ方向信号及びＹ方向信号のうち、相対的に大きな信号にＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとを２次的にマッチングすることにより、パターンマッチングを完了する段階と、を含む。【選択図】図１
2008109078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法において、
グローバルマッチングを実施しようとするウェハ上の所定領域に対しＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージを抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージからそれぞれＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージから分離抽出した前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号のうち、相対的に小さい数値を有する信号に前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージを１次的にマッチングする段階と、
１次的にマッチングした結果を基準に前記ＧＤＳイメージから分離抽出した前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号のうち、相対的に大きい数値を有する信号に前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージを２次的にマッチングすることにより、前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージに対するパターンマッチングを完了する段階と、
を含むことを特徴とする半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法。
【請求項２】
前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階は、前記ＳＥＭイメージに対しエッジ領域を定義する段階と、
定義された前記エッジ領域を平坦化してラウンディング処理された部分を直線に表現する段階と、
平坦化された前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法。
【請求項３】
半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法において、
グローバルマッチングを実施しようとするウェハ上の所定領域に対しＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージを抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージからＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージから分離抽出した前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号のうち、第１信号に前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージを１次的にマッチングする段階と、
１次的にマッチングした結果を基準に前記ＧＤＳイメージから分離抽出した前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号のうち、第２信号に前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージを２次的にマッチングすることにより、前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージに対するパターンマッチングを完了する段階と、
を含むことを特徴とする半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法。
【請求項４】
前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階は、
前記ＳＥＭイメージに対しエッジ領域を定義する段階と、
定義された前記エッジ領域を平坦化してラウンディング処理された部分を直線に表現する段階と、
平坦化された前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法。
【請求項５】
半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法において、
グローバルマッチングを実施しようとするウェハ上の所定領域に対しＧＤＳイメージを抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージからＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージを抽出したウェハ領域に対するＳＥＭイメージを計測した後、前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージから分離抽出した前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号のうち、相対的に小さい数値を有する信号に前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージを１次的にマッチングする段階と、
１次的にマッチングした結果を基準に前記ＧＤＳイメージから分離抽出した前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号のうち、相対的に大きい数値を有する信号に前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージを２次的にマッチングすることにより、前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージに対するパターンマッチングを完了する段階と、
を含むことを特徴とする半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法。
【請求項６】
前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階は、
前記ＳＥＭイメージに対しエッジ領域を定義する段階と、
定義された前記エッジ領域を平坦化してラウンディング処理された部分を直線に表現する段階と、
平坦化された前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法。
【請求項７】
半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法において、
グローバルマッチングを実施しようとするウェハ上の所定領域に対しＧＤＳイメージを抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージからＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージを抽出したウェハ領域に対するＳＥＭイメージを計測した後、前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階と、
前記ＧＤＳイメージから分離抽出した前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号のうち、第１信号に前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージを１次的にマッチングする段階と、
１次的にマッチングした結果を基準に前記ＧＤＳイメージから分離抽出した前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号のうち、第２信号に前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージを２次的にマッチングすることにより、前記ＧＤＳイメージ及び前記ＳＥＭイメージに対するパターンマッチングを完了する段階と、
を含むことを特徴とする半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法。
【請求項８】
前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階は、
前記ＳＥＭイメージに対しエッジ領域を定義する段階と、
定義された前記エッジ領域を平坦化してラウンディング処理された部分を直線に表現する段階と、
平坦化された前記ＳＥＭイメージから前記Ｘ方向信号及び前記Ｙ方向信号を分離抽出する段階と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体メモリ素子の製造方法に係るもので、詳しくは、ＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチング率を向上させることができる半導体メモリ素子を製造するためのグローバルマッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体メモリ素子はウェハの表面上部に種々の機能を行う薄膜を蒸着し、これをパターニングして多様な回路幾何構造を形成することにより製造される。このような半導体メモリ素子を製造するための単位工程は、半導体内部に３Ｂ族（例えば、Ｂ）または５Ｂ（例えば、ＰまたはＡｓ）族の不純物イオンを注入する不純物イオン注入工程、半導体基板上に物質膜を形成する薄膜蒸着工程、前記物質膜を所定のパターンに形成する食刻工程、そして、ウェハ上部に層間絶縁膜などを蒸着した後に一括的にウェハ表面を研磨して段差をなくす平坦化工程をはじめとして、不純物除去のためのウェハ及びチャンバ洗浄工程などのような種々の単位工程に大きく区分することができる。
【０００３】
一方、最近では情報通信分野の急速な発達とコンピューターのような情報媒体の急速な大衆化に伴って半導体メモリ素子も飛躍的に発展している。このため、その機能的な面において高速で動作しながら大容量の保存能力を有することが求められる。従って、半導体メモリ素子の集積度は次第に増加されており、このように半導体メモリ素子の集積度が増加されるに従いデザインルールは縮小されているのが実情である。従って、このような種々の単位工程を利用して半導体メモリ素子を製造するにあたって、隣接パターンとの段差に起因して物質膜のステップカバレッジが不良になり、フォトリソグラフィ工程のときに解像度が低下されて正確なプロファイルが得られず、工程マージンの不足のため誤整列が誘発される。つまり、半導体メモリ素子の信頼性が低下されるのは勿論、さらに収率低下にも大きな悪影響を及ぼす。
【０００４】
そこで、本分野では半導体メモリ素子の大容量化及び高集積化の趨勢に従いメモリセルを構成するそれぞれの単位素子サイズが縮小され、このため、工程マージンが減少されて、制限された面積内に多層構造を形成する高集積化技術が年々発展してきている。このような多層構造のための高集積化技術の一環として、例えば、多数のメタル層を金属のビアコンタクトを通じて互いに連結するダブルレイヤ工程、または半導体基板の同一垂直線上に二つ以上のトランジスタを垂直構造に形成する積層トランジスタ工程が常用されている。例えば、ＳＲＡＭの場合に他のメモリと比較してみると、消費電力は少ないながらも、その速度が非常に速いので、大容量で高性能コンピューターのキャッシュメモリなどに広く使用されている。しかし、６個のトランジスタが一つのセル構造をなしていて、集積度の面では他のメモリに比べ多少脆弱であるとの短所がある。従って、ダブルレイヤ工程及びトランジスタを少なくとも２層以上で垂直に積層させて具現する積層トランジスタ構造などが積極的に利用されている。
【０００５】
このように半導体メモリ素子の高集積化に応ずるための技術としてダブルレイヤ工程または積層トランジスタ構造などが適用されると共に、上述の高集積技術などを具現するための単位工程を実施するに当たって、最上の精密性が求められている。
例えば、半導体メモリ素子の製造に適用される種々の単位工程のうち食刻工程はウェハ表面上部に種々の機能を有する物質膜パターンを形成するために進行されるメイン工程中の一つである。このような食刻工程は半導体基板上部に蒸着された全体物質膜のうち必要な部分を残し、不要な部分を除去するための工程であって、湿式食刻と乾式食刻とに大きく区分される。湿式食刻は溶液性化学物質を使用して物質膜をパターニングする食刻方法であり、乾式食刻は溶液性化学物質を使用せずにガスプラズマやイオンビームまたはスパッターリングを利用して物質膜をパターニングする食刻方法である。しかし、半導体素子の高集積化の趨勢が加速されるに従い、メモリセルを構成するそれぞれの単位領域間の段差が増加して縦横比が増加され、このような半導体素子の高集積化に対応するために回路パターンの線幅が一層微細になり、より精密なパターン形成が可能な乾式食刻が広く利用されている。
【０００６】
特に、上記の乾式食刻中でもレティクル（マスク）に刻まれたパターンをウェハ上に移す写真食刻工程は、ウェハの全面上部に感光膜を塗布する段階と、ウェハの全面上部に塗布された感光膜の均一度を維持するために熱を加えるベーク（bake）段階と、紫外線などの光を照射してレティクル（マスク）に形成されたパターン通りに該当部位の感光膜を局部的に露光する段階と、露光済みのウェハに現像溶液を噴射させて、露光のときに光の照射された部分または光の照射されなかった部分を化学作用により除去する現像段階と、現像された状態及び整列された状態を測定し欠陥を検査する段階と、からなる。
【０００７】
特に、検査段階においてはオーバーレイ測定装置を利用して以前に行われた写真食刻工程により形成されたパターンと現在行われた写真食刻工程とにより形成されたパターンとの位置整列が正しくなされたかどうかを確認する。このように以前の段階で既に形成されたパターンと現在の段階で新しくパターニングされるパターン間のオーバーレイ程度を必ず確認する理由は、半導体メモリ素子が高集積化及び小型化されるに従いこのような下部層と上部層間のオーバーレイ程度が半導体メモリ素子の収率及び信頼性を左右する主要因として作用するからである。このような下部層と上部層との間のオーバーレイは通常主尺と副尺とから構成されたオーバーレイマークを通じて測定され、このようなオーバーレイマークはメモリセル領域に影響を及ぼさないように大抵スクライブ領域に形成される。
【０００８】
また、検査段階では上述のようなオーバーレイ確認作業と共に、電子走査ビーム顕微鏡を利用してウェハ上に転写されたパターンの幅が所望の大きさに形成されたかどうかを確認する。しかし、半導体チップ製造工程において集積度の増加のため各工程段階別に検査すべき測定ポイント数が次第に増えており、ＡＵＴＯ  ＣＤＳＥＭ設備が積極的に利用されている。
【０００９】
また、最近ではレイアウトの貯蔵フォーマットのＧＤＳ（Graphic Data System）イメージとＣＤＳＥＭとを連動し、測定位置のＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭイメージとをマッチングしてグローバルマッチングを行い得る計測自動化設備が導入され、多量の測定ポイントを一度のレシピ作成により測定することができるようになった。しかし、ＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭとで獲得したイメージのマッチングアルゴリズムの不完全性のためパターン間マッチング率が９５％の水準に留まっていて、マッチングフェイルが発生した地点に対しレシピ修正を通じて対応している。
【００１０】
図１３はＦＯＶ（Field of View）内のＧＤＳイメージを示す。
図１３を参照すると、下部物質膜１０上に形成されるパターン１２に対するＧＤＳイメージ１４が図示されている。そして、ＧＳＤイメージ１４の中心領域にはＧＤＳイメージの原点１６が表示されている。
一方、図１４には図１３に示したＦＯＶ内のＧＤＳイメージ１４と実際の半導体基板上部の物質膜１０’上に形成されたパターン１２’に対するＣＤＳＥＭイメージとの間のマッチング状態が図示される。
【００１１】
図１４を参照すると、図１３に示したＧＤＳイメージ１４と図１４に示したＣＤＳＥＭイメージとが互いに一致していないことがわかる。具体的に説明すると、図１３に示したＧＤＳイメージ１４及び図１４に示したＣＤＳＥＭイメージのうちパターン１２と１２’のＹ方向信号は互いに一致している。しかし、参照符号Ａで示すように、ＧＤＳイメージ１４及びＣＤＳＥＭイメージのパターン１２と１２’のＸ方向信号は互いに食い違っていることがわかる。実際に測定した結果、ＣＤＳＥＭにより測定された実際のパターン１２'のＸ方向信号の位置に比べＧＤＳイメージ１４に示したパターン１２のＸ方向信号の位置が下部に向けて約３００ｎｍだけかたよっている。
【００１２】
図１４に示すように、ＦＯＶ内のＧＤＳイメージ１４と実際のパターンに対するＣＤＳＥＭイメージが互いに一致しない原因は以下のように把握することができる。
任意の測定ポイントをＦＯＶ（Field Of View）として定めてＣＤＳＥＭで測定してＦＯＶ領域に存在するパターンに対するイメージを得た後にＧＤＳイメージとグローバルマッチングを行う過程において、ＧＤＳイメージ１４におけるＸ方向信号とＹ方向信号の数値差が大きい場合、相対的に小さい数値を有する方向の信号は無視される。即ち、図１３及び図１４に示すように、ＧＤＳイメージ及びＣＤＳＥＭイメージ上のＹ方向信号に比べＸ方向信号の大きさが相対的に小さいことがわかる。このように、相対的に信号量の少ないＧＤＳイメージ１４のＸ方向信号とＣＤＳＥＭイメージ上のＸ方向信号とに対してはマッチング過程が省略されてパターンマッチングが正しくなされず、そのため、ＧＤＳイメージ１４とＣＤＳＥＭイメージとの間の正確なパターンマッチングに失敗する確率が高くなることがわかる。
【００１３】
このように、ＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチングが正しくなされない場合、測定フェイルが発生して所望しない位置のＤＣ値を測定することにより、測定値の信頼度が落ち、このような測定値を利用した工程モニターリング過程においてもフェイルが引き起こされる。
また、ＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチングが正しくなされない場合、多量の測定ポイントをレビューすべき煩雑さがあり、マッチング失敗ポイントに対しても再測定を行うべきなので、計測設備の稼働率が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、ＦＯＶ内のＧＤＳデザインと実際のパターンに対するＣＤＳＥＭイメージとに対する正確なグローバルマッチングがなされなかった場合、後続の工程により形成されるパターンの整列が次第に悪化し、半導体メモリ素子の信頼性及び生産性が大きく低下するとの問題点があった。
そこで、本発明の目的は、ＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチングの成功率を最大化することができる半導体メモリ素子を製造するためのグローバルマッチング方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、ＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチングに所要される時間を最小化して計測設備の稼働率を向上させることができる半導体メモリ素子を製造するためのグローバルマッチング方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、半導体メモリ素子の信頼性及び生産性を向上させることができる半導体メモリ素子を製造するためのグローバルマッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような目的を達成するために本発明による半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法は、グローバルマッチングを実施しようとするウェハ上の所定領域に対しＧＤＳイメージを抽出する段階と、ＧＤＳイメージからＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、ＧＤＳイメージを抽出したウェハ領域に対するＳＥＭイメージを計測した後、ＳＥＭイメージからＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、ＧＤＳイメージから分離抽出したＸ方向信号及びＹ方向信号のうち第１信号にＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージを１次的にマッチングする段階と、１次的にマッチングした結果を基準にＧＤＳイメージから分離抽出したＸ方向信号及びＹ方向信号のうち第２信号にＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージを２次的にマッチングすることにより、ＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージに対するパターンマッチングを完了する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による半導体メモリ素子の製造のためのグローバルマッチング方法は、グローバルマッチングを実施しようとするウェハ上の所定領域に対しＧＤＳイメージを抽出する段階と、ＧＤＳイメージからＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、ＧＤＳイメージを抽出したウェハ領域に対するＳＥＭイメージを計測した後、ＳＥＭイメージからＸ方向信号及びＹ方向信号を分離抽出する段階と、ＧＤＳイメージから分離抽出したＸ方向信号及びＹ方向信号のうち相対的に小さい数値を有する信号にＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージを１次的にマッチングする段階と、１次的にマッチングした結果を基準に、ＧＤＳイメージから分離抽出したＸ方向信号及びＹ方向信号のうち相対的に大きい数値を有する信号にＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージを２次的にマッチングすることにより、ＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージに対するパターンマッチングを完了する段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、ＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチングを行うにあたって、特定のＦＯＶ領域に該当するＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとを計測してそれぞれＸ方向信号及びＹ方向信号に分離抽出した後、Ｘ方向及びＹ方向への信号のうち相対的に信号量の少ない方向の信号に対するマッチングを１次的に実施し、相対的に信号量の大きい方向の信号に対するマッチングを２次的に実施して、最終グローバルマッチングを行うことにより、パターンマッチング率をさらに向上させてマッチングフェイルを最小化することができる。
【００１９】
このように、グローバルマッチングのときにパターンマッチング率が向上されるに従い、正確なＣＤ測定値が得られて半導体メモリ素子の信頼性及び生産性を向上させることができる。
また、パターン認識とマッチング率の向上のため多量の測定ポイントをレビューしなくてもかまわず、再測定が不要になるに従いグローバルマッチングに所要される時間を減らすことができると共に、計測設備の稼働率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図を参照して本発明を詳しく説明する。本発明は以下に開示される実施例に限定されるものでなく、本発明のカテゴリを外れない範囲内で多様な形態に具現され、但し、本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
半導体チップの製造工程において集積度の増加のため各工程段階別に検査すべきＣＤ測定ポイント数が次第に増加している趨勢である。従って、本分野ではＡＵＴＯ  ＣＤＳＥＭ設備を利用して多数の測定ポイントに対し円滑なＣＤ測定を行っている。また、最近ではレイアウトの貯蔵フォーマットのＧＤＳとＡＵＴＯ  ＣＤＳＥＭを連動して測定位置のＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭイメージとをマッチングしてグローバルマッチングを行うようにする計測自動化設備が導入されて、多量の測定ポイントを一度のレシピ作成で効果的に測定することができるようになった。
【００２１】
しかし、従来はＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭから獲得したＳＥＭイメージとのマッチングアルゴリズムの不完全性のため、パターン間マッチング率が９５％水準に留まっていて、マッチングフェイルが発生した地点に対しレシピ修正を通じて対応している。このようなマッチングフェイルが発生する原因を探すためにパターンマッチングフェイルの発生した領域におけるパターンのイメージを分析した結果、特定方向の信号成分の大きさが臨界値以下である場合にこのようなマッチングフェイルが引き起こされるものと判断されている。従って、本発明ではパターン認識及びグローバルマッチングのためのパターンの信号成分の大きさを分析し、臨界値以下のイメージに対する新しいパターン認識方法を適用することにより、パターン認識率とグローバルマッチング率を高めている。
【００２２】
以下、図１から図９を参照して本発明の好ましい実施例によるグローバルマッチング過程を詳しく説明する。
まず、図１は本発明の実施例によるグローバルマッチング過程を一括的に示すフローチャートである。
図１に示すように、第２００段階では計測自動化設備に基準ＧＤＳ、測定座標、及び倍率などの基本データを入力する。
【００２３】
第２０２段階では全体ウェハのうちグローバルマッチングを所望の領域に対するＦＯＶを決定する。
第２０４段階では第２０２段階で決定されたＦＯＶに対するＸ方向及びＹ方向に対するＧＤＳイメージを抽出する。図２には下部物質膜１００上部に形成される上部パターン１０２に対するＧＤＳイメージ１０４が図示される。そして、ＧＤＳイメージ１０４の中心領域にはＧＤＳイメージ１０４の原点１０６が表示される。
【００２４】
次いで、第２０６段階ではＧＤＳイメージ１０４上のＸ方向及びＹ方向に対する信号を分離して抽出する。まず、図３には図２に示したＦＯＶに対するＧＤＳイメージ１０４から分離抽出されたＸ方向信号１０８が図示される。
図２を参照すると、図面において一番左側に図示されたパターンだけでＸ方向信号が存在するので、図３においては図２の一番左側に位置したパターンから分離抽出されたＸ方向信号１０８だけが図示されている。
【００２５】
一方、図４には図２に示したＦＯＶに対するＧＤＳイメージ１０４から分離抽出されたＹ方向信号１１０が図示される。図２を参照すると、第１パターン、第２パターン、及び第３パターンにおいてすべてＹ方向信号が存在する。従って、図４には第１パターン、第２パターン、及び第３パターンから分離抽出されたＹ方向信号１１０が図示される。
【００２６】
第２０８段階では“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”の結果値が設定された所定の臨界範囲に含まれたかどうかを確認する。
第２０８段階での確認の結果、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”に対する結果値が設定された臨界範囲に含まれた場合、第２１０段階へ進み通常のグローバルマッチングシステムを適用する。ここで、臨界範囲は“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”の結果値に対して通常のグローバルマッチングシステムを適用するか、または本実施例による改善されたグローバルマッチングシステムを適用するかを判断可能にする基準数値範囲である。
【００２７】
例えば、臨界値を０．５〜２に設定すると仮定する場合、Ｘ方向信号数値が７０で、Ｙ方向信号数値が１００になると、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”の結果値は０．７となって臨界範囲に含まれる。また、Ｘ方向信号数値が１００で、Ｙ方向信号数値が７０になると、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”の結果値は約１．４として臨界範囲に含まれる。このように、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”の結果値が臨界範囲に含まれる場合、Ｘ方向信号及びＹ方向信号の数値が大きな差を示していないことを意味する。従って、このような場合にはＸ方向信号及びＹ方向信号を同時にマッチングする通常のグローバルマッチングシステムを適用してもマッチングフェイルが発生しないようになる。
【００２８】
しかし、第２０８段階における確認の結果、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”に対する結果値が臨界範囲に含まれていない場合には本実施例によるグローバルマッチングシステム適用のために第２１２段階に進む。即ち、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”に対する結果値が臨界範囲に含まれていない場合にはＸ方向信号及びＹ方向信号の数値が互いに大きな差を示していることを意味する。
【００２９】
例えば、臨界値を０．５〜２に設定すると仮定する場合、Ｘ方向信号数値が１０で、Ｙ方向信号数値が１００になると、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”の結果値は０．１となって臨界範囲から外れる。また、Ｘ方向信号数値が１００で、Ｙ方向信号数値が１０になると、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”の結果値は１０として臨界範囲を外れる。このように、“Ｘ方向信号／Ｙ方向信号”の結果値が臨界範囲から外れた場合にはＸ方向信号及びＹ方向信号の数値が互いに大きな差を示していることを意味する。
【００３０】
このようにＸ方向信号及びＹ方向信号の数値が互いに大きな差を有する場合、Ｘ方向信号及びＹ方向信号を同時にマッチングする通常のグローバルマッチングシステムを適用すると、相対的に小さな数値を有するＸ方向またはＹ方向の信号が無視されてマッチングフェイルが発生するようになる。従って、このような場合には相対的に小さな数値を有するＸ方向またはＹ方向への信号を優先的にマッチングした後、これをもとにして相対的に大きな数値を有する信号を後続的にマッチングすることにより、相対的に小さな数値を有する信号が優先的に考慮される本実施例によるグローバルマッチングシステムが適用される。このように、相対的に小さな数値を有する信号が優先的に考慮される本実施例によるグローバルマッチングシステムを適用すると、マッチングフェイルを防止することができる。
【００３１】
以下、本実施例によるグローバルマッチングシステムによる実質的なグローバルマッチング過程を詳しく説明する。
第２１２段階ではＣＤＳＥＭ設備を用いて第２０２段階で決定されたＦＯＶに対する実際のウェハ上に形成されたパターンのＳＥＭを計測する。図５には計測されたＳＥＭが図示される。図５を参照すると、下部物質膜１００’上部に第１パターン１０２’、第２パターン１０２’、及び第３パターン１０２’が所定の間隔をおいて順次形成される。
【００３２】
次いで、第２１４段階では図５に示したＳＥＭ写真に対するエッジを定義する。即ち、図６に示すように、図５に示したＳＥＭ写真上に計測された第１パターン、第２パターン、及び第３パターンに対するエッジ領域１１２を定義する。
第２１６段階では第２１４段階で定義されたエッジ領域１１２を図７に示したようにＸ方向及びＹ方向に平坦化する（１１４）。即ち、平坦化過程とは図６に示した第１パターン、第２パターン、及び第３パターンに対するエッジ領域のラウンディング処理された部分を直角に明確に表現する過程といえる。
【００３３】
次いで、第２１８段階では平坦化されたエッジ信号１１４からＸ方向及びＹ方向に対するエッジ信号を分離抽出する。まず、図８には図７に示した平坦化されたエッジ信号１１４から分離抽出されたＸ方向信号１１６が図示される。図８に示したＸ方向信号１１６は図７において一番左側に示した第１パターン１０２’に対する平坦化されたエッジ信号１１４のＸ方向信号１１６と同一である。
【００３４】
一方、図９には図７に示した平坦化されたエッジ信号１１４から分離抽出されたＹ方向信号１１８が図示される。図８に示したＹ方向信号１１８は図７に示した第１パターン１０２’、第２パターン１０２’、及び第３パターン１０２’に対する平坦化されたエッジ信号１１４のＹ方向信号１１８と同一である。
【００３５】
次いで、第２２０段階ではＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージにおいて信号量が相対的に小さな方向、即ち、Ｘ方向信号に対し１次的にマッチングする。図１０にはＧＤＳイメージのＸ方向信号１０８及びＳＥＭイメージのＸ方向信号１１６に対するマッチング結果が図示される。図１０を参照すると、図３に示したＧＤＳイメージのＸ方向信号１０８及び図８に示したＳＥＭイメージのＸ方向信号１１６が互いに正確に一致していることがわかる。
【００３６】
そして、第２２２段階ではＸ方向信号に比べ信号量が相対的に大きな信号、即ち、ＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージのＹ方向信号を２次的にマッチングする。図１１にはＧＤＳイメージのＹ方向信号１１０及びＳＥＭイメージのＹ方向信号１１８のマッチングの結果が図示される。図１１を参照すると、図４に示したＧＤＳイメージのＹ方向信号１１０及び図９に示したＳＥＭイメージのＹ方向信号１１８が互いに一致していることがわかる。
【００３７】
そして、第２２４段階では第２２０段階におけるＸ方向信号１０８、１１６に対するマッチング結果と第２２２段階におけるＹ方向信号１１０、１１８に対するマッチング結果を取り合わせて第２０２段階で決定されたＦＯＶ領域に対するＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチングを完了する。このような第２２４段階におけるグローバルマッチング結果は図１２に図示される。図１２には第２２０段階におけるＸ方向信号１０８、１１６に対するマッチング結果と第２２２段階におけるＹ方向信号１１０、１１８に対するマッチング結果とを取り合わせて第２０２段階で決定されたＦＯＶ領域に対するＧＤＳとＳＥＭとの間のグローバルマッチングが完了された状態が図示される。図１２を参照すると、第２０２段階で決定されたＦＯＶ領域に対するＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージのＸ方向信号１０８、１１６及びＹ方向信号１１０、１１８が正確に一致していることがわかる。
【００３８】
上述のように、本実施例では所定のＦＯＶ領域に対するグローバルマッチングを行おうとする場合、ＦＯＶ領域に存在するパターンに対するＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとを計測した後、それぞれＸ方向信号及びＹ方向信号に分離抽出する。その後、ＧＤＳイメージのＸ方向信号とＳＥＭイメージのＸ方向信号とをマッチングし、ＧＤＳイメージのＹ方向信号とＳＥＭイメージのＹ方向信号とをそれぞれマッチングすることにより、所定のＦＯＶ領域に対するグローバルマッチングを完了する。このとき、本実施例ではＧＤＳイメージ及びＳＥＭイメージのＸ方向信号及びＹ方向信号のうち相対的に信号量の少ない方向の信号（本発明の実施例ではＸ方向信号）のマッチングを優先的に実施し、後続として相対的に信号量の大きい方向の信号（本発明の実施例ではＹ方向）をマッチングする方法により、所定のＦＯＶ領域に対するＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとの間の最終グローバルマッチングを完了するのが本実施例の核心事項である。
【００３９】
従来には所定のＦＯＶ領域に対するグローバルマッチングを行うにあたって、ＦＯＶ領域に対するＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとから抽出されたＸ方向信号及びＹ方向信号に対し同時にグローバルマッチングを試みた。そのような場合、Ｘ方向信号及びＹ方向信号のうち、相対的に小さな数値を有する方向の信号が無視されて正確なグローバルマッチングを行うことができず、このため、計測設備の稼働率が低下し、後続のパターン形成の工程の際に整列が悪化し、結果的に半導体メモリ素子の信頼性及び生産性を大きく低下させるという問題があった。
【００４０】
しかし、本実施例のように、ＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとからＸ方向信号及びＹ方向信号をそれぞれ分離抽出した後、Ｘ方向信号及びＹ方向信号への信号のうち相対的に信号量の少ない方向の信号に対するマッチングを１次的に実施する。その後、相対的に信号量の大きな方向の信号に対するマッチングを２次的に実施する場合、相対的に信号量の少ない方向の信号でも従来の場合のように無視されることなく全体グローバルマッチング過程に十分に反映されることにより、パターンマッチング率が向上し、パターンマッチングのときのフェイルが減少される。その結果、設定されたＦＯＶ領域に対するＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチングを成功的に行うことにより、ＣＤ測定の際に正確な位置のＣＤ値を確保することができる。そして、正確な位置においてＣＤ値を測定することができるようになって、獲得したＣＤ測定値の信頼度が向上し、これを工程モニターリングに積極的に使用することにより写真食刻工程の成功率を高めることができる。
【００４１】
また、パターン認識とマッチング率の向上のため、多量の測定ポイントをレビューする必要がなく、再測定を不要とし、グローバルマッチングに要する時間を減らし、さらに計測設備の稼働率を高めることができる。
さらに、本実施例ではＧＤＳイメージから抽出されたＸ方向信号及びＹ方向信号の数値が互いに大きな差を有している場合、相対的に小さな数値を有する信号に対し１次的にマッチングを実施した後、相対的に大きな数値を有する信号に対し２次的にマッチングを実施するグローバルマッチング方法を提示している。しかし、上記の実施例のようにＧＤＳイメージから抽出されたＸ方向信号及びＹ方向信号の数値が互いに大きな差を有していない場合にも本実施例によるグローバルマッチング過程を行うことができる。即ち、ＧＤＳイメージから分離抽出したＸ方向信号及びＹ方向信号のうち第１信号方向にＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとを１次的にマッチングした後、１次マッチング結果を基準にＧＤＳイメージから分離抽出したＸ方向信号及びＹ方向信号のうち第２信号にＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとを２次的にマッチングすることにより、ＧＤＳイメージとＳＥＭイメージとに対するパターンマッチングを完了することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例によるグローバルマッチング過程を一括的に示すフローチャートである。
【図２】下部物質膜上部に形成される上部パターンに対するＧＤＳイメージを示す。
【図３】図２に示したＧＤＳイメージから分離抽出されたＸ方向信号を示す。
【図４】図２に示したＧＤＳイメージから分離抽出されたＹ方向信号を示す。
【図５】図２に示したＧＤＳイメージと対応されるＳＥＭイメージを示す。
【図６】図５に示したＳＥＭ写真上に計測されたパターンに対するエッジ領域を示す。
【図７】図６に示したエッジ領域を平坦化したイメージを示す。
【図８】図７に示した平坦化されたエッジ信号から分離抽出されたＸ方向信号を示す。
【図９】図７に示した平坦化されたエッジ信号から分離抽出されたＹ方向信号を示す。
【図１０】図３に示したＧＤＳイメージのＸ方向信号と図８に示したＳＥＭイメージのＸ方向信号との間のマッチング結果を示す。
【図１１】図４に示したＧＤＳイメージのＹ方向信号と図９に示したＳＥＭイメージのＹ方向信号との間のマッチング結果を示す。
【図１２】図２に示したＧＤＳイメージと図５に示したＳＥＭイメージとの間のグローバルマッチング結果を示す。
【図１３】ＦＯＶ内のＧＤＳイメージを示す。
【図１４】図１３に示したＦＯＶ内のＧＤＳイメージとＣＤＳＥＭイメージとの間のマッチング状態を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１００、１００’：下部物質膜、１０２、１０２’：上部パターン、１０４：ＧＤＳイメージ、１０６：原点、１０８：Ｘ方向信号、１１０：Ｙ方向信号、１１２：エッジ領域、１１４：平坦化されたエッジ信号、１１６：Ｘ方向信号、１１８：Ｙ方向信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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