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JPWO2015198926A1 - パターン測定条件設定装置、及びパターン測定装置 - Google Patents

パターン測定条件設定装置、及びパターン測定装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、適正な露光条件を見出すための測定条件を適正に設定するパターン測定条件設定装置の提供を目的とする。上記目的を達成するために、パターンの測定を実行するときのパターン測定条件を設定するパターン測定条件設定装置であって、縮小投影露光装置の露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報、或いは光学シミュレーションによる前記露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報から、所定の条件を持つパターンを選択する演算装置を備え、当該演算装置は、前記露光条件の変化に対する前記パターンの寸法、或いは形状の変化が所定の条件を満たすパターンであり、且つ同一の形状のパターンの数が所定の条件を満たすパターンを、測定対象、或いは測定対象候補として選択するパターン測定条件設定装置を提案する。

Description

本発明は、パターン測定条件設定装置、及びパターン測定装置に係り、特に縮小投影露光装置の装置条件を評価するためのパターン測定条件を適正に選択する装置、及び当該選択に基づいて測定を実行する装置に関する。
昨今、半導体プロセスにおいては、形成されたパターンが設計通りであるかを評価する手段として測長ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＣＤ−ＳＥＭ）を用いて、ラインパターンの幅やホールの径の寸法等を計測して、寸法でパターン形状を管理しており、近年では半導体の微細化に伴い、厳密な寸法管理が必要になってきている。
半導体パターンをウエハ上に転写する投影露光法は、焼き付けたいパターンの書いてある遮蔽材のフォトマスクに露光の光を当てレンズ系を通してウエハ上のレジストにフォトマスクの像を投影する。露光装置で露光する際、露光パラメータであるフォーカス及び露光量を決めて露光する。
適正な露光条件を導出するためには、露光に基づいて形成されるパターンをＣＤ−ＳＥＭ等で評価し、パターンが適正に形成される露光条件を見出す必要がある。更に、評価対象となるパターンを適正に選択する必要がある。特許文献１には、製造条件を変化させた場合に、パターン形状が大きく変化する測定対象を選択することが説明されている。
特開２００９−２０６４５３号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，５４７，４２９）
同じ露光パラメータで複数の同じ形状のパターンを形成した場合、細かく見ていくと、形状が全く同じになるパターンはまれであり、多少のばらつきがある。また、形状変化の大きいパターンは、形状のバラツキも大きい。そのため、形状変化の大きいパターンを選んでも、パターン形状のばらつきが大きいため、安定して高精度に露光パラメータを求めることができない場合がある。よって、単に製造条件の変化に対する形状変化が大きなパターンを評価対象として選択しても、適正な露光条件の決定に寄与できない場合がある。特許文献１には、パターン形状のばらつきによらず、安定して測定条件を選択する手法についての開示がない。
以下に、適正な露光条件を見出すための測定条件を適正に設定すること、或いは適正な測定条件の設定に基づいて、パターンの測定を実行することを目的とするパターン測定条件設定装置、及びパターン測定装置を提案する。
上記目的を達成するための一態様として、試料に対する荷電粒子ビームの照射によって得られる検出信号に基づいて、パターンの測定を実行するときのパターン測定条件を設定するパターン測定条件設定装置であって、縮小投影露光装置の露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報、或いは光学シミュレーションによる前記露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報から、所定の条件を持つパターンを選択する演算装置を備え、当該演算装置は、前記露光条件の変化に対する前記パターンの寸法、或いは形状の変化が所定の条件を満たすパターンであり、且つ同一の形状のパターンの数が所定の条件を満たすパターンを、測定対象、或いは測定対象候補として選択するパターン測定条件設定装置を提案する。
また、上記目的を達成するための他の態様として、試料に対する荷電粒子ビームの照射によって得られる検出信号に基づいて、パターンの測定を実行するパターン測定装置であって、縮小投影露光装置の露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報、或いは光学シミュレーションによる前記露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報から、所定の条件を持つパターンを選択する演算装置を備え、当該演算装置は、前記露光条件の変化に対する前記パターンの寸法、或いは形状の変化が所定の条件を満たすパターンであり、且つ同一の形状のパターンの数が所定の条件を満たすパターンを測定するパターン測定装置を提案する。
上記構成によれば、適正な露光条件を導出するためのパターンの選択や測定を行うことが可能となる。
半導体回路パターン計測システムの実施例を示す図。 パターン計測部の実施例を示す図。 輪郭線抽出部の実施例を示す図。 露光パラメータ感度算出部の実施例を示す図。 同形パターン数算出部の実施例を示す図。 設計データ描画部の概要を示す図。 露光範囲内の露光パラメータの計測領域の概要を示す図。 パターン選出部の概要を示す図。 パターン選出部の実施例を示す図。 半導体回路パターン計測システムの実施例を示す図。 半導体回路パターン計測システムの実施例を示す図。 半導体回路パターン計測システムの実施例を示す図。 半導体回路パターン計測システムの実施例を示す図。 半導体回路パターン計測システムの実施例を示す図。 露光パラメータに対するパターンの形状変化を示す図。 ＳＥＭ画像内のパターン分割の概要を示す図。 パターン領域範囲設定部の概要を示す図。 半導体計測システムの一例を説明する図。 走査電子顕微鏡の概略説明図。
露光装置で露光する際、露光パラメータであるフォーカス及び露光量を決めて露光するが、レジスト塗布のムラにより、レジストの表面に凹凸があると、露光パラメータのフォーカス及び露光量がずれて、転写されるパターンの寸法や形状が変わり、正常なパターンにならない場合がある。
また、フォトマスクに起因する非平坦性やレンズの収差等によっても露光パラメータのフォーカスはずれる。これらレジスト塗布、フォトマスク、レンズ収差で起こる露光パラメータのズレは，再現性があるため、予め露光してウエハに形成したパターンの形状を半導体計測装置で計測して評価することにより、露光パラメータのズレを求めて、露光機にフィードバックし、ずれを補正することが可能である。この方法によれば、レジスト塗布、フォトマスク、レンズの収差で起こる露光パラメータのズレを補正でき、パターンの寸法のバラツキを抑えることが可能である。
露光パラメータを求める際に用いるパターンは計測用の専用パターンとしてウエハに作り込むことが考えられるが、専用パターンは作り込む場所に制限があるので、専用パターンを用いず、ウエハに形成する回路パターンを用いて計測し、露光パラメータを求めることも考えられる。
近年、多少の露光パラメータの変動でパターン形状が崩れないように露光の照明条件の合わせ込みや非解像パターンを設ける等の対策を行っており、露光パラメータの変動に対して、大半の回路パターンは形状変化も小さく抑えられている。露光パラメータの変動に対してパターンの形状の変化がないと高精度に露光パラメータを求めることが困難となる。しかし、露光の照明条件の合わせ込みは、全ての回路パターンでは合わせ込みはできないため、合わせ込みできなかった一部の回路パターンは露光パラメータの変動に対して形状の変化は大きい。
そのため、実際に露光パラメータを変化させて回路パターンを形成し、形状変化の大きいパターンを決めて、そのパターンを露光パラメータの計測用パターンとして用いることが考えられる。この場合、露光パラメータの変化に対して、形状変化の大きい（露光パラメータの変化に感度のある）パターンを用いるため、変化のないパターンを選ぶより、露光パラメータを求めることが可能となる。
一方で、形状の変化が大きいパターンは、他のパターンと比べると、相対的にばらつきの大きなパターンであると言える。形状のばらつきが大きいと、同一の露光条件でパターンを形成したとしても、異なるパターン形状となる可能性が高くなり、結果として適正な露光条件を求めることが困難となる場合がある。
そこで、以下に説明する実施例では、形状変化が大きなパターンによるパターン評価を行いつつ、パターン形状のばらつきに起因する評価精度の低下を抑制する測定条件を見出すことが可能なパターン測定条件設定装置、及び適正な測定条件でパターンを測定することが可能なパターン測定装置について説明する。
本実施例では、例えば、電子線を用いて撮影した画像から半導体パターン形成時のフォーカス値を含む露光パラメータを求める半導体回路パターン計測システムにおいて、光学シミュレーション結果または、露光パラメータを変化させて形成したパターン形状の情報を用いて、露光パラメータの変化に対するパターン形状の変化の大きさを算出する露光パラメータ感度算出手段と、設計データに基づいて、同じ形状のパターン数を求める同形パターン数算出手段と、前記露光パラメータ感度算出手段の出力結果と、同形パターン数算出手段の出力結果を用いて、露光パラメータを計測するためのパターン形状を選出するパターン選出手段を備えたことを特徴とする半導体回路パターン計測システムを提案する。
また、前記パターン選出手段では、露光パラメータの変化に対するパターン形状の変化の大きさに基づく情報と、同じ形状のパターンの数の情報を用いて、露光パラメータを計測するための評価値を求めることを特徴とするパターン選出手段を提案する。
また、パターン選出手段では、露光パラメータの変化に対するパターン形状の変化の大きさ及び同じ形状のパターン数がそれぞれ特定値以下のパターンは露光パラメータを計測するためのパターン形状から除外することを特徴とする半導体回路パターン計測システムを提案する。
また、計測領域に適切なパターンが無い場合は、計測領域を変更することを特徴とする半導体回路パターン計測システムを提案する。
また、同形パターン数算出手段では、パターン形状領域の大きさを変えながら同形パターンを検出することを特徴とする同形パターン数算出手段を提案する。
また、電子線を用いて撮影した画像から半導体パターン形成時のフォーカス値を含む露光パラメータを求める半導体回路パターン計測システムにおいて、設計データに基づいて、露光パラメータの計測領域毎に同じ形状のパターン数を求める同形パターン数算出手段で、パターン形状を任意の個数に絞り込み、前記絞り込んだパターン形状について光学シミュレーション結果または、露光パラメータを変化させて形成したパターン形状の情報を用いて、露光パラメータ感度算出手段で露光パラメータの変化に対するパターン形状の変化の大きさを算出することを特徴とする半導体回路パターン計測システムを提案する。
また、電子線を用いて撮影した画像から半導体パターン形成時のフォーカス値を含む露光パラメータを求める半導体回路パターン計測システムにおいて、複数の露光パラメータの計測領域毎に光学シミュレーション結果または、露光パラメータを変化させて形成したパターン形状の情報を用いて、露光パラメータの変化に対するパターン形状の変化の大きさを算出する露光パラメータ感度算出手段と、設計データに基づいて、複数の計測領域に含まれる同じ形状のパターン数を求める同形パターン数算出手段と、前記同形パターン数算出手段で求めたパターン数の複数の計測領域の分布を求める分布作成手段と、前記露光パラメータ感度算出手段の出力に基づく情報と、同形パターン数算出手段の出力に基づく情報と、分布作成手段の出力に基づく情報を用いて、露光パラメータを計測するためのパターン形状を選出するパターン選出手段を備えたことを特徴とする半導体回路パターン計測システムを提案する。
また、パターン選出手段では、計測領域毎に露光パラメータの変化に対するパターン形状の変化の大きさに基づく情報と、同じ形状のパターンの数の情報と、計測領域の同じ形状のパターンの分布の情報を用いて、露光パラメータを計測するための評価値を求めることを特徴とするパターン選出手段を提案する。
また、パターン選出手段では、計測領域毎に露光パラメータの変化に対するパターン形状の変化の大きさに基づく情報と、同じ形状のパターンの数の情報と、計測領域の同じ形状のパターンの分布の情報を用いて、露光パラメータを計測するためのパターンを複数選出し、計測領域によってパターンを変更することを特徴とするパターン選出手段を提案する。
また、パターン選出手段では、分布作成手段の出力情報に基づいて、複数の露光パラメータの計測領域に均等にあるパターンを選出することを特徴とするパターン選出手段を提案する。
また、電子線を用いて撮影した画像から半導体パターン形成時のフォーカス値を含む露光パラメータを求める半導体回路パターン計測システムにおいて、露光パラメータの計測領域毎に同じ形状のパターンの数を含む、複数の情報に基づいて、評価値を求めて露光パラメータを計測するためのパターンを選出することを特徴とする半導体回路パターン計測システムを提案する。
また、回路パターンを撮影したＳＥＭ像の中のパターンからパターンを選出するための一態様として、以下に、電子線を用いて撮影した画像から半導体パターン形成時のフォーカス値を含む露光パラメータを求める半導体回路パターン計測システムにおいて、露光パラメータを変化させて形成したパターンをSEM撮影して取得し、パターンの形状を求めて、画像内のパターンを複数のパターン領域に分けて、露光パラメータの変化に対するパターン領域のパターン形状の変化の大きさを算出する露光パラメータ感度算出手段と、設計データに基づいて、同じ形状のパターン数を求める同形パターン数算出手段と、前記露光パラメータ感度算出手段の出力結果と、同形パターン数算出手段の出力結果を用いて、露光パラメータを計測するためのパターン形状を選出するパターン選出手段を備えたことを特徴とする半導体回路パターン計測システムを提案する。
また、回路パターンを撮影したＳＥＭ像の中のパターンから設計データを用いずにパターンを選出するための一態様として、以下に、電子線を用いて撮影した画像から半導体パターン形成時のフォーカス値を含む露光パラメータを求める半導体回路パターン計測システムにおいて、露光パラメータを変化させて形成したパターンをＳＥＭ撮影して取得し、パターンの形状を求めて、画像内のパターンを複数のパターン領域に分けて、露光パラメータの変化に対するパターン領域のパターン形状の変化の大きさを算出する露光パラメータ感度算出手段と、画像内にパターン領域のパターン形状と同じ形状のパターン数を求める同形パターン数算出手段と、前記露光パラメータ感度算出手段の出力結果と、同形パターン数算出手段の出力結果を用いて、露光パラメータを計測するためのパターン形状を選出するパターン選出手段を備えたことを特徴とする半導体回路パターン計測システムを提案する。
上述のような構成によれば、露光パラメータの変化に感度があり、平均化効果の大きい回路パターンを用いることで、安定して高精度にフォーカス値を求めることができる。
以下に説明する実施例にて例示する半導体の回路パターン計測システム、画像評価装置は、ＳＥＭ撮影による曲線パターンの画像データからフォーカスを含めた露光パラメータをモニタするための半導体回路パターン計測システムに関するものである。また、その具体的な一例として、フォーカスを含めた露光パラメータを検出するための回路パターンを選出する例を示す。
また、フォーカスを含めた露光パラメータを検出する回路パターンを選出するための評価値を求める例を示す。以下に、フォーカスを含めた露光パラメータを検出するための回路パターンを選出する機能を備えた装置、回路パターン計測システムについて、図面を用いて説明する。より具体的には、測定装置の一種であるＣＤ−ＳＥＭを含む装置、システムについて説明する。
なお、以下の説明では、画像を形成する装置として荷電粒子線装置を例示すると共に、その一態様として、ＳＥＭを用いた例を説明するが、これに限られることはなく、例えば試料上にイオンビームを走査して画像を形成する集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）装置を荷電粒子線装置として採用するようにしても良い。但し、微細化が進むパターンを高精度に測定するためには、極めて高い倍率が要求されるため、一般的に分解能の面でＦＩＢ装置に勝るＳＥＭを用いることが望ましい。
図１８は、複数の測定、或いは検査装置がネットワークに接続された測定、検査システムの概略説明図である。当該システムには、主に半導体ウエハやフォトマスク等のパターン寸法を測定するＣＤ−ＳＥＭ２４０１、試料に電子ビームを照射することによって、画像を取得し当該画像と予め登録されている参照画像との比較に基づいて欠陥を抽出する欠陥検査装置２４０２３がネットワークに接続された構成となっている。また、ネットワークには、半導体デバイスの設計データ上で、測定位置や測定条件等を設定する条件設定装置２４０３、半導体デバイスの設計データと、半導体製造装置の製造条件等に基づいて、パターンの出来栄えをシミュレーションするシミュレーター２４０４、及び半導体デバイスのレイアウトデータや製造条件が登録された設計データが記憶される記憶媒体２４０５が接続されている。
設計データは例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、記憶媒体２４０５は測定装置、検査装置の制御装置、或いは条件設定装置２４０３、シミュレーター２４０４内蔵するようにしても良い。なお、ＣＤ−ＳＥＭ２４０１、及び欠陥検査装置２４０２、には、それぞれの制御装置が備えられ、各装置に必要な制御が行われるが、これらの制御装置に、上記シミュレーターの機能や測定条件等の設定機能を搭載するようにしても良い。
ＳＥＭでは、電子源より放出される電子ビームが複数段のレンズにて集束されると共に、集束された電子ビームは走査偏向器によって、試料上を一次元的、或いは二次元的に走査される。
電子ビームの走査によって試料より放出される二次電子（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ:ＳＥ）或いは後方散乱電子(Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ:ＢＳＥ)は、検出器により検出され、前記走査偏向器の走査に同期して、フレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。このフレームメモリに記憶されている画像信号は、制御装置内に搭載された演算装置によって積算される。また、走査偏向器による走査は任意の大きさ、位置、及び方向について可能である。
以上のような制御等は、各ＳＥＭの制御装置にて行われ、電子ビームの走査の結果、得られた画像や信号は、通信回線ネットワークを介して条件設定装置２４０３に送られる。なお、本例では、ＳＥＭを制御する制御装置と、条件設定装置２４０３を別体のものとして、説明しているが、これに限られることはなく、条件設定装置２４０３にて装置の制御と測定処理を一括して行うようにしても良いし、各制御装置にて、ＳＥＭの制御と測定処理を併せて行うようにしても良い。
また、上記条件設定装置２４０３或いは制御装置には、測定処理を実行するためのプログラムが記憶されており、当該プログラムに従ってパターン測定、或いは演算が行われる。
また、条件設定装置２４０３は、ＳＥＭの動作を制御するプログラム（レシピ）を、半導体の設計データに基づいて作成する機能が備えられており、パターン測定条件設定装置として機能する。具体的には、設計データ、パターンの輪郭線データ、或いはシミュレーションが施された設計データ上で所望の測定点、オートフォーカス、オートスティグマ、アドレッシング点等のＳＥＭにとって必要な処理を行うための位置等を設定し、当該設定に基づいて、ＳＥＭの試料ステージや偏向器等を自動制御するためのプログラムを作成する。また、後述するテンプレートの作成のために、設計データからテンプレートとなる領域の情報を抽出し、当該抽出情報に基づいてテンプレートを作成するプロセッサ、或いは汎用のプロセッサにテンプレートを作成させるプログラムが内蔵、或いは記憶されている。
図１９は、走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子源２５０１から引出電極２５０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム２５０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ２５０４によって、絞られた後に、走査偏向器２５０５により、試料２５０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム２５０３は試料台２５０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ２５０６のレンズ作用によって集束されて試料２５０９上に照射される。
電子ビーム２５０３が試料２５０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子２５１０が放出される。放出された電子２５１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極２５１２に衝突し、二次電子２５１１を生じさせる。変換電極２５１２から放出された二次電子２５１１は、検出器２５１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器２５１３の出力Ｉが変化する。この出力Ｉに応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器２５０５への偏向信号と、検出器２５１３の出力Ｉとの同期をとることで、走査領域の画像を形成する。また、図１９に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査領域を移動する偏向器（図示せず）が備えられている。
なお、図１９の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。制御装置２５１４は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。
次に、フォーカスを含む露光パラメータを求めるための回路パターンの選出を行うための回路パターン計測システムの一態様を説明する。回路パターン計測システム１は、図１８の条件設定装置２４０３内に内蔵、或いは画像処理を内蔵された演算装置にて実行することも可能であるし、ネットワークを経由して、外部の演算装置（例えば条件設定装置２４０３）にて画像評価を実行することも可能である。
図１は設計データに基づいてフォーカスを含めた露光パラメータを検出するための計測用回路パターンを選出する計測システム１の一例を説明する図である。露光パラメータを計測する領域について予め露光パラメータを変えた際に形成されるパターンの形状情報をパターン形状情報記憶部３に記憶しておき、露光パラメータが変わった時に形状が大きく変わるパターン領域を露光パラメータ感度算出部１１で求める。大きく形状が変わる場合、露光パラメータに感度が高いとする。
また、求める露光パラメータに感度が高いパターンの領域は１つとは限らず、複数の領域を求める。大きく変わる領域を上位から複数個選ぶことが考えられ、個数は任意で設定する。そして、選んだパターン領域のパターン形状について設計データに基づいて、同形パターン数算出部１２で計測する領域内の同じパターン形状を検出し、その数を算出する。選んだパターン領域は複数あるので、複数のパターン領域のパターン形状それぞれ同じ形状のパターンの数を求める。そして、求めた同じパターン形状の数と露光パラメータに対するパターン形状の変化に基づく値を用いて、パターン選出部１３で選ばれた複数のパターン領域のパターン形状から１つのパターン領域、つまりパターン形状を選出する。
予めパターン形状情報記憶部３に記憶しておく露光パラメータを変えた際に形成されるパターンの形状情報は、図２のように設計データから光学シミュレーションを用いて露光パラメータを変えた際に形成されるパターンの形状を求めることができる。露光パラメータは例えば、フォーカスで言えは、ベストフォーカスを基準として、マイナス６０ｎｍから１５ｎｍ刻みで、プラス６０ｎｍまで変えた−６０ｎｍ、−４５ｎｍ、−３０ｎｍ、…６０ｎｍの９つの露光パラメータであり、その９つの露光パラメータについてそれぞれパターン形状情報を求める。例えば、図１５に示すように露光パラメータであるフォーカスが変わるとパターンの断面の形状が変わることが知られている。光学シミュレーションにより、形成されたパターンを作成し、それを例えば、ｔｈ１の高さでスライスした時の側壁位置をエッジ画素として求め、繋いでいくことでパターンの形状を求めることができる。ｔｈ１でスライスして作成したパターン形状はパターンの幅が細く、ｔｈ３でスライスして作成したパターン形状はパターンの幅は太くなる。その差はＢ３−Ｂ１となる。フォーカスが変わることで、ｔｈ１で作成したパターン形状とｔｈ３で作成したパターン形状の差がＡ３−Ａ１、Ｃ３−Ｃ１に変わる。このＡ３−Ａ１とＣ３−Ｃ１の差が大きくなるようなパターンが露光パラメータに感度が高いパターンと言える。
以上のように、異なる露光条件ごとのパターン情報（一次元的な寸法情報や二次元的な形状情報等）から、所定の条件（感度が高く、且つ同形状のパターンが所定数以上存在する）を持つパターンを測定対象、或いは測定対象候補として選択する演算装置（本例の場合、計測システム１）を備えることによって、適正な露光条件評価を行うための適切なパターンを選択することが可能となる。
また、図３のように光学シミュレーションから求めたパターン形状だけでなく、実際に露光パラメータを変えてウエハ上にパターンを形成してＳＥＭ撮影したＳＥＭ画像からパターンの輪郭線を求めてパターン形状を求めることも考えられる。セレクタでどちらかを選べるようにしてもよい。輪郭線の抽出は、エッジ検出を行って２値化し、細線化を行うことで実現できる。公知の技術なので説明は省く。
図４に露光パラメータ感度算出部１１の実施例を示す。露光パラメータ感度算出部１１では、露光パラメータが変わった時にパターン形状が大きく変わるパターン領域及びその形状変化の大きさを求める。基準となる設計データとパターン形状との位置合わせを位置合わせ部１１１で行い、形状差を１画素毎求めて距離値算出部１１２で形状差の合計値を求め、そのパターン領域と形状差の合計値を露光パラメータ感度記憶部１１３に記憶する。合計した距離値が大きいものは、露光パラメータの変化に対して形状変化が大きいパターン形状として、合計した距離値の上位ｎ個を露光パラメータ感度記憶部１１に記憶する。位置合わせはパターンマッチングを用いて行う。また画像重心を求めて位置合わせすることも考えられる。
位置合わせした際に、２つの形状の形状差を求める。１画素毎に対応する画素を求め、その距離値を求める。形状差を求める技術も様々な公知技術があり、説明は省く。基準となる形状は設計データでなくてもよく、ある露光パラメータでのパターン形状でもよい。シミュレーションで作成したパターン形状でもよい。
図５に同形パターン数算出部１２の実施例を示す。ここでは、露光パラメータ感度算出部１１で求めた露光パラメータに感度のある複数のパターン形状に対して、設計データを用い、計測する領域に同じ形状が何個あるか個数を算出する。計測する領域に対応する範囲の設計データ２を描画部１２１で描画し、パターン領域範囲決定部１２２で、露光パラメータ感度算出部１１で求めたパターン情報を有するパターン領域を決定する。パターンマッチング部１２３では、決定されたパターン領域内で、パターンマッチングを用いたパターン認識によって、同じ形状のパターンを同定する。
パターンがあるとカウンタ部１２４で加算し、同じパターン形状の領域の数を求める。カウンタ部１２４で求めた同じパターン形状の数は、パターン領域範囲決定部のパターン領域の情報と共に同形状パターン数記憶部１２５に記憶する。カウンタ値が少ない場合はパターン領域範囲決定部で範囲を狭めて再度、同じパターン形状の領域の数を求める。
図１７にパターン領域範囲決定部でパターン範囲を狭める概要を示す。図１７のＡのパターン領域では１つの矩形パターンの全てであるが、Ｂのパターン領域に狭めるとラインエンドの領域になり、パターンの個数が増える可能性がある。また、さらにＣのパターン領域に狭めるとコーナー部になり、より小さなパターンに領域を狭めることで、同じ形状のパターンが増える可能性があると考える。
図６には、設計データを描画する一例を示す。設計データは矩形パターンの頂点座標が記されており、頂点座標を結んでいけばパターン形状に対応する矩形画像になる。図７に１回の露光範囲に対して露光パラメータを計測したい領域を示す。露光パラメータのずれる位置は決まっていないので、様々な場所で計測したいニーズがある。ここでは露光領域内でサイトＡ〜サイトＩまでの９領域で計測する。１サイトは数μｍ角の領域として、その中に様々なパターンが含まれている。上記で説明したように複数のパターン毎に同じ形状のパターン数を数えると、計測領域サイトＡでは＋パターンが６個、○パターンが３個、△パターンが２個となる。
図８にパターン選出部１３の選出方法の概念を示す。パターンの選出は、露光パラメータに対する感度と同形パターンの数に基づいて選出する。露光パラメータに対して感度のないパターンでは、露光パラメータを求めることはできない。また、露光パラメータに対して感度が大きくとバラツキも大きくなる。その際、計測領域内に同じ形状のパターンの数がないと複数個での平均化効果が期待できず、高精度に露光パラメータを求めることはできない。そのため、露光パラメータに対する感度と同じ形状のパターンの数の２つの指標でパターンを選出する。
図９にパターン選出部１３の実施例を示す。評価値算出部１３１では、露光パラメータ感度算出部１１から出力される露光パラメータを変えた際のパターンの形状差の合計値と同形パターン数算出部１２の出力される計測領域内の同じ形状のパターンの数から評価値を求める。求めた評価値は評価値記憶部１３２に記憶され、記憶されている評価値の中から最大の評価値になるパターンを最大値検出部１３３で求める。評価値算出部１３１では露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）と同じ形状のパターンの数にそれぞれ重みを掛けて加算した値を評価値とすることが考えられる。
露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）と、同じ形状のパターンの数は、それぞれ値が大きい方が、計測用パターンとしては良いと判断でき、評価値も高いと考えることができる。そのため、露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）をＡ、同じ形状のパターンの数をＢとした場合、それぞれの重みをｗ１、ｗ２とすると、評価値ＹはＹ＝ｗ１×Ａ＋Ｗ２×Ｂとすることが考えられる。また、それぞれオフセット値のｏ１、ｏ２を加えて評価値ＹはＹ＝ｗ１×（Ａ＋ｏ１）＋Ｗ２×（Ｂ＋ｏ２）となる。ここでオフセット値は例えば必要となる最低限の値とし、マイナスの符号とすることが考えられる。また、Ｙ＝ｗ１×Ａ×ｗ２×ＢのようにＡとＢの積で評価値を求めることも考えられる。
また、ある程度の値があれば評価値が飽和するようにＹ＝ｗ１×Ａn1×ｗ２×Ｂn2 のように指数計算で評価値を求めたり、対数を用いてＹ＝ｌｏｇn1（ｗ１×Ａ）＋ｌｏｇn2（ｗ２×Ｂ）、Ｙ＝ｅ(w1×A)＋ｅ(w2×B)のように求めることも考えられる。また、露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）が大きい場合には、同じ形状のパターンの数も多く必要となるように、Ｙ＝ｗ１×Ａ＋ｗ２×Ｂ／ｗ３×Ａとすることも考えられる。また実際に評価した情報を基に多項式で近似した式を用いることも考えられる。また、テーブルにして実際に評価した情報を基に露光パラメータに対する感度と同じ形状のパターンの数に対応する評価値を求めてパターンを選出することも考えられる。また、露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）と同じ形状のパターンの数にそれぞれ特定の値以下の場合は、評価値を強制的に“０”にして、パターン選出から除外することが考えられる。また、全てのパターンについて評価値を求めて、適したパターンが無い場合は、計測領域を変更することが考えられる。その場合、現在の計測領域から設計データに基づいて、例えば左に１μｍずらした領域を新たな計測領域として再度、上記のように新たな計測領域の中でパターンを選出することが考えられる。
また、図１０に設計データに基づいてフォーカスを含めた露光パラメータを検出するための計測用回路パターンを選出する計測システム1の一例を説明する図を示す。図１と異なるのは同形パターン分布作成部１４が追加されており、パターン選出部１３では露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）と同じ形状のパターンの数に加えて同形パターン分布作成部１４の出力も用いてパターンを選出する。同形パターン分布作成部１４では、図７に示すような計測する複数の領域で同じ形状のパターンの数を求めて同じ形状のパターン数の分布を求める。
例えば、図７のようにサイトＡ〜サイトＩの9個の領域がある場合、９個の領域に均等にパターンの数があることが望ましい。このようにパターンの分布を見て露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）と同じ形状のパターンの数と、パターンの数の分布を見て、複数の計測領域に共通で用いることができるパターンを選出する。同形状のパターンの分布は複数領域ごとに同形状のパターンの数を求めて作成することができる。分布を用いて、全て共通のパターンを選べない場合でも、例えば、共通に使える領域を２つに分けて、２つのパターンを選出して、計測領域毎にそれぞれに適したパターンを選出することが考えられる。特に２つでなくても複数のパターンを選出できるが、極力、共通で使える領域が多いパターンとする。つまり、計測に用いるパターンの数はできるだけ、少なくなるようにすることが考えられる。
この場合のパターン選出部は、上記のパターン選出部と同様であり、評価値を求める際も、露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）と同じ形状のパターンの数にそれぞれ重みを掛けて加算した値を評価値とすることが考えられる。また、それぞれ指数計算を行い、積和して得られる値としてもよい。また、実際に評価した情報を基にテーブル化してパターンを選出することも考えられる。また、それぞれ特定の値以下の場合は、評価値を強制的に“０”にして、パターン選出から除外することが考えられる。
また、パターン形状記憶部に記憶する露光パラメータの変化によるパターン形状の情報を作成する際、光学シミュレーションや実際に露光してパターンを形成し、ＳＥＭ撮影した画像からパターン形状の情報を作成するのは時間がかかる。そのため、設計データに基づいて同じ形状のパターンの数が多い上位から複数個のパターンに絞り込んで、その絞り込んだパターン形状について、光学シミュレーションや実際に露光してパターンを形成し、ＳＥＭ撮影した画像からパターン形状の情報を作成することが考えられる。
図１１に計測領域内の同じ形状のパターン数を求めて、同じ形状のパターンの数が多いパターンを選び、絞り込んでから計測用回路パターンを選出する計測システム1の一例を説明する図を示す。設計データ２に基づいて、同形パターン数算出部１２でパターンの数が多いパターンを絞り込む。絞り込んだパターンについて、光学シミュレーションｏｒ回路パターン計測部３０で露光パラメータを変化させた際のパターン形状の情報をパターン形状情報記憶部３に記憶する。そして、絞り込んだパターンの形状情報についてのみ露光パラメータ感度算出部１１で露光パラメータが変わった時の形状差の大きさを求める。そして、図１と同様にパターン選出部１３で露光パラメータ感度算出部１１での形状差（露光パラメータに対する形状の変化）の大きさと同形パターン数算出部１２での同じ形状のパターン数に基づいてパターンを選出する。
図１２は図１１に対して同形パターン分布作成部７を追加したものである。図１０と同じように同形パターン数算出部12からの同じパターン形状の数の値を用い、複数の計測領域の同じ形状パターンの数の分布を求める。図１３には、同形パターン数算出部１２で計測領域内の同じ形状のパターン数を求めて、露光パラメータ感度算出部１１で露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）を求めて、それぞれでパターンの絞り込みはせずに、計測領域の全パターンを対象にしてパターン選出部１３でパターンを選出する。
また、図１４に設計データを用いずに計測用回路パターンを選出する計測システム1の一例を説明する図を示す。例えば、露光パラメータを振って低倍率でＳＥＭ撮影し、広域の回路パターンの形状を求めて、パターン形状情報記憶部３に記憶しておく。パターン形状情報記憶部３からパターン領域分割部１４ではＳＥＭ画像内のパターンを複数の領域に分ける。そして分割されたパターンの形状について図１と同様に露光パラメータ感度算出部１１で露光パラメータに対する感度（形状差の合計値）の大きいパターンを求め、また、同じく同形パターン数検出部１２で分割したパターンについてＳＥＭ画像内で同じ形状のパターンの数を求める。後は図１と同様にパターン選出部１３でパターンを選出する。パターン領域分割部１４の概要を図１６に示す。
ここではパターンの部位毎に分けており、縦ラインをａ、ラインエンドをｂ、コーナーをｃ、横ラインをｄとして分割している。部位毎に分ける方法としてはパターンマッチングを用いて複数の部位の形状をテンプレートとして記憶しておき、パターンマッチングでテンプレートと一致するパターン部位毎に分けることで実現できる。上記の装置は、パソコンを用いてソフト処理で行うことも考えられる。また、ＬＳＩ化することも考えられる。
１ パターン計測システム
２ 設計データ
３ パターン形状情報記憶部
１１ 露光パラメータ感度算出部
１２ 同形パターン数算出部
１３ パターン選出部
１４ 同形パターン分布作成部
３０ 光学シミュレーションｏｒ回路パターン計測部
３１ ＳＥＭ画像
１１１ 位置合わせ部
１１２ 距離値計算部
１１３ 露光パターン感度記憶部
１２１ 描画部
１２２ パターン領域範囲決定部
１２３ パターンマッチング部
１２４ カウンタ部
１２５ 同形パターン数記憶部
１３１ 評価算出部
１３２ 評価値記憶部
１３３ 最大値検出部
３０１ 輪郭線抽出
３０２ 光学シミュレーション
３０３ セレクタ

Claims (11)

  1. 試料に対する荷電粒子ビームの照射によって得られる検出信号に基づいて、パターンの測定を実行するときのパターン測定条件を設定するパターン測定条件設定装置において、
    縮小投影露光装置の露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報、或いは光学シミュレーションによる前記露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報から、所定の条件を持つパターンを選択する演算装置を備え、当該演算装置は、前記露光条件の変化に対する前記パターンの寸法、或いは形状の変化が所定の条件を満たすパターンであり、且つ同一の形状のパターンの数が所定の条件を満たすパターンを、測定対象、或いは測定対象候補として選択することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  2. 請求項１において、
    前記演算装置は、前記同一の形状のパターンの分布情報に基づいて、前記測定対象、或いは測定対象候補を選択することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  3. 請求項１において、
    前記演算装置は、前記露光条件の変化に対するパターン形状の変化の大きさに基づく情報と、同じ形状のパターンの数の情報を用いて、パターン評価値を算出することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  4. 請求項１において、
    前記演算装置は、設計データに基づいて、同形のパターン形状を任意の個数に絞り込み、当該絞り込んだパターン形状について光学シミュレーション結果または、露光条件を変化させて形成したパターン形状の情報を用いて、露光条件パラメータの変化に対するパターン形状の変化の大きさを算出することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  5. 請求項１において、
    前記演算装置は、前記露光条件の変化に対するパターン形状の変化の大きさ、及び同じ形状のパターン数がそれぞれ特定値以下のパターンを測定対象、或いは測定対象候補から除外することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  6. 請求項１において、
    前記演算装置は、計測領域に適切なパターンが無い場合は、計測領域を変更することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  7. 請求項１において、
    前記演算装置は、パターンを評価する評価領域の大きさを変えながら同形パターンを検出することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  8. 請求項２において、
    前記演算装置は、計測領域毎に露光条件の変化に対するパターン形状の変化の大きさに基づく情報と、同じ形状のパターンの数の情報と、計測領域の同じ形状のパターンの分布の情報を用いて、パターンの評価値を算出することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  9. 請求項８において、
    前記演算装置は、計測領域毎に露光条件の変化に対するパターン形状の変化の大きさに基づく情報と、同じ形状のパターンの数の情報と、計測領域の同じ形状のパターンの分布の情報を用いて、パターンを複数選出し、計測領域によってパターンを変更することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  10. 請求項２において、
    前記演算装置は、前記パターンの分布情報に基づいて、複数の露光条件で形成された領域に、均等にあるパターンを選出することを特徴とするパターン測定条件設定装置。
  11. 試料に対する荷電粒子ビームの照射によって得られる検出信号に基づいて、パターンの測定を実行するパターン測定装置において、
    縮小投影露光装置の露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報、或いは光学シミュレーションによる前記露光条件を変化させたときに得られる露光条件ごとのパターン情報から、所定の条件を持つパターンを選択する演算装置を備え、当該演算装置は、前記露光条件の変化に対する前記パターンの寸法、或いは形状の変化が所定の条件を満たすパターンであり、且つ同一の形状のパターンの数が所定の条件を満たすパターンを測定することを特徴とするパターン測定装置。
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