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1. (WO2017130366) PATTERN MEASUREMENT DEVICE AND COMPUTER PROGRAM
Document

明 細 書

発明の名称 パターン計測装置及びコンピュータープログラム

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006   0007   0008   0009  

課題を解決するための手段

0010   0011  

発明の効果

0012  

図面の簡単な説明

0013  

発明を実施するための形態

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028  

実施例 1

0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060  

実施例 2

0061   0062   0063  

実施例 3

0064  

実施例 4

0065  

実施例 5

0066   0067  

実施例 6

0068   0069   0070   0071   0072   0073  

符号の説明

0074  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

明 細 書

発明の名称 : パターン計測装置及びコンピュータープログラム

技術分野

[0001]
 本発明は、パターン計測装置及びコンピュータープログラムに係り、特に周期配列パターンと、当該周期配列パターンの一部を選択する領域選択用パターンとの重ね合わせを評価するパターン計測装置及びコンピュータープログラムに関する。

背景技術

[0002]
 半導体デバイスの高集積化のために、パターンの多層構造化が進んでいる。このような多層構造の半導体デバイスを生成するためには、複数のレイヤに形成された微細パターンを適正に重ね合わせる必要がある。レイヤ間(製造工程間)の重ね合わせ評価を行うために、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)が用いられている。特許文献1には、SEMによって取得された重ね合わせ評価パターンの画像と、レイアウトデータ(理想的な状態で複数層のパターンが重ね合わせられたパターンデータ)とを比較し、重ね合わせ状態の評価を行う測定装置が説明されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2010-177500号公報(対応米国特許公開公報US2011/0268363)

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 一方、投影露光装置によって形成されるパターンをn倍化する手法の適用が検討されている。
[0005]
 その例として、自己誘導組織化現象を利用したパターニング法(Directed Self Assembly:DSA)がある。この方法は、高分子ブロック共重合体と言われる2種類のポリマーを合成しブロック結合させた材料を用い、2種類のポリマーの熱力学的特性の違いによって、自己組織化する現象を利用したパターニング法である。リソグラフィ技術で形成したパターン(ガイドパターン)を用いてその1/Nのピッチの複数本のパターンを自己整合的に形成することができる。
[0006]
 別の例としてSAMP(Self Aligned Multiple Patterning)と呼ばれる方法もある。リソグラフィ技術によって形成されたパターン(ダミーパターン)の上にCVD でSiO2 などの膜を付けエッチングすると、ダミーパターンの側壁部分のCVD膜のみが残りダミーパターンを取り除くと、ダミーパターン1/2ピッチのパターンが形成される。これを繰り返すことによりダミーパターンの1/4ピッチ、1/8ピッチのパターンを形成される。1/2ピッチ、1/4ピッチにする方法をそれぞれ、SADP(Self Aligned Double Patterning)、SAQP(Self Aligned Quadruple Patterning)と呼ぶ。これらの技術をまとめてSAMPと呼ぶ。
[0007]
 DSA、SAMP等により形成されるパターンは広範囲に周期的配列パターンとなる。この周期的配列パターンの一部をデバイスパターンに適用するため、適用する領域を選択するために形成するパターン(これを領域選択用パターン呼ぶこともある)を周期的配列パターンプロセスの前または後に追加する。この2つのパターンを重ね合わせることで、デバイスパターン適用する周期的配列パターンを形成する。DSA、SAMP等により形成される周期的配列パターンと領域選択用パターンとの重ね合わせの精度はデバイスの性能、歩留まりに大きく影響するためその計測が重要になると予想される。
[0008]
 SEM等の荷電粒子線装置を用いて、周期的配列パターンと、その所定領域のみを選択するために形成された領域選択用パターンの重ね合わせ計測を行うとき、例えば領域選択用パターンの開口部分に位置する周期的配列パターンは、SEM画像上に表示されるものの、それ以外の部分の周期的配列パターンは、領域選択用パターンに遮蔽されているため、或いは実際にパターンが選択された後では、SEM画像で確認することが困難である。即ち、周期的配列パターンと領域選択用パターンとの間の重ね合わせ状態は、領域選択用パターンの開口部分に見えている周期的配列パターンの画像、或いは実際に選択された周期配列パターンの画像から判断する必要がある。選択された周期的配列パターンは、重ね合わせの状態によって、パターンの数や端部に位置するパターンの寸法や形状が変化することになるが、特許文献1には、そのような条件下でパターン間の重ね合わせを評価する手法について、何等論じられていない。
[0009]
 以下に、領域選択用パターンと、当該領域選択用パターンに選択される被選択パターンとの重ね合わせ評価を目的とするパターン計測装置及びコンピュータープログラムを提案する。

課題を解決するための手段

[0010]
 上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子線装置にて得られた信号に基づいて、第1の層に形成されたパターンと、第2の層に形成されたパターンの重ね合わせ誤差を求める演算装置を備えたパターン計測装置、或いは重ね合わせ誤差をコンピューターに演算させるコンピュータープログラムであって、前記演算装置は複数のパターンが配列された試料に対する荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた信号から、前記複数のパターンの一端に位置する第1のパターンの第1の測定値と、前記複数のパターンの他端に位置する第2のパターンの第2の測定値を求め、当該第1の測定値と第2の測定値の比較に基づいて、前記第1の層と第2の層との間の重ね合わせずれの方向、及びそのずれ量の少なくとも一方を求めるパターン計測装置、或いはコンピュータープログラムを提案する。
[0011]
  また、上記目的を達成するための他の態様として、荷電粒子線装置にて得られた信号に基づいて、第1の層に形成されたパターンと、第2の層に形成されたパターンの重ね合わせ誤差を求める演算装置を備えたパターン計測装置であって、前記演算装置は、複数のパターンが配列された試料に対する荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた信号から、前記複数のパターンの数を計数し、当該パターンの数が所定数と異なる場合に、前記複数のパターンの測定に基づいて、前記第1の層と第2の層との間の重ね合わせずれの方向、及びそのずれ量の少なくとも一方を求めるパターン計測装置を提案する。

発明の効果

[0012]
 上記構成によれば、領域選択用パターンと、当該領域選択用パターンに選択される被選択パターンとの間の重ね合わせ評価を行うことが可能となる。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] 画像内の周期配列されたパターンと、その所定領域のみを選択するパターンとの重ね合わせにより形成されたパターンの重ね合わせ誤差を測定する例を示す図。
[図2] 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。
[図3] 走査電子顕微鏡の概略構成図。
[図4] 画像処理プロセッサの一例を説明する図。
[図5] 重ね合わせ誤差計測工程の一例を示すフローチャート。
[図6] 重ね合わせ誤差測定法の一例を示す図。
[図7] 周期配列パターンがDSAにより形成された場合における重ね合わせ誤差測定法を説明する図。
[図8] 周期配列パターンがSAQPにより形成された場合における重ね合わせ誤差測定法を説明する図。
[図9] 周期配列がホールパターンの場合における重ね合わせ誤差測定法を説明する図。
[図10] 領域を選択するパターンのサイズを変更した場合における重ね合わせ誤差測定法を説明する図。
[図11] 周期配列パターンと領域選択パターンとの間の位置関係と、位置関係に応じた測定対象位置の一例を示す図。
[図12] 走査電子顕微鏡を用いて重ね合わせずれ測定を行う際の工程を示すフローチャート。
[図13] 演算装置を備えたパターン計測装置の一例を示す図。

発明を実施するための形態

[0014]
 以下に説明する実施例では、例えば、荷電粒子ビームの走査によって得られる取得画像を用いて、画像内の周期配列されたパターンと、その所定領域のみを選択する領域選択用パターンとの重ね合わせにより形成されたパターンにおいて、一端側の第1のパターンの測定値とパターンの他端側に配置された第2のパターンの測定値の差分演算及び比較に基づいて所定領域をパターンと前記周期配列パターンが生成された層間の測定に用いる演算式を選択する画像処理装置、或いは荷電粒子線装置について説明する。
[0015]
 以下に説明する実施例によれば、例えば、周期配列されたパターンと、その領域選択用パターンとの層間の重ね合わせを計測できる。
[0016]
 以下に説明する実施例は、走査電子顕微鏡等によって得られた所定領域のみ選択された配列パターンの端部の画像を用いて評価する方法、装置、及びコンピュータープログラムに関する。特に、周期配列されたパターンとその一部を加工パターンとして適用する領域を選択するための領域選択用パターンとの重ね合わせ測定評価が可能な方法、装置及びコンピュータープログラムに関する。
[0017]
 半導体素子や薄膜磁気ヘッドなど、表面の微細加工により製作される機能素子製品の製
造・検査工程では、加工されたパターン幅の測定(以下「測長」と呼ぶ)および外観検査
等に、SEMが広く用いられている。
[0018]
 走査電子顕微鏡は、電子源から放出され、磁場あるいは電場と電子線の相互作用を利用した収束レンズおよび対物レンズにより細く絞られた電子線を、偏向器を用いて試料上で一次元あるいは二次元的に走査し、電子線照射によって試料から発生する二次信号(二次電子や反射電子、電磁波)を、光電効果等を利用した検出器により検出し、その検出信号を電子線の走査と同期した輝度信号等の可視化可能な信号に変換・処理することで試料像を形成する装置である。
[0019]
 半導体素子や薄膜磁気ヘッドなど、表面の微細加工の方法としては、光リソグラフィやナノインプリントといった微細構造を光・電子線・原版等によりパターンを形成する方法が一般に用いられている。
[0020]
 周期的配列パターン形成方法の例として、ここでは3つの方法を紹介する。まず一つ目は自己組織化現象を利用して微細な規則構造を形成するDSAがある。この例としては、ポリスチレン(PS)とポリメチルメタクリレート(PMMA)からなる高分子ブロック共重合体薄膜を用いて、規則配列された孔やラインアンドスペースのパターンを基板上に形成した公知技術が知られている。この際、形成される周期パターンの形状(孔またはラインアンドスペース等)、その形状の周期的配列のピッチ等は、高分子ブロック共重合体組成物を含む高分子層の各分子量・混合比等で決まる。
[0021]
 自己組織化により形成するパターン配列を所望の範囲とし、その範囲の配列を揃えるため、2つの方法が考案されている。
 自己組織化による第1の方法は、下地基板表面に溝・孔を加工し、それをガイドとしてその内部に高分子ブロック共重合体組成物を含む高分子層を成膜して規則配列パターンを形成させる方法である。ガイドは配列が安定するように自己組織化のパターン周期の2倍から十倍程度となるような大きさとする。微細構造はガイドによって制限された範囲で配列し、自己組織化の長距離秩序性が向上する。
[0022]
 自己組織化による第2の方法は、下地基板表面を化学的にパターン化する方法である。基板表面には高分子ブロック共重合体を構成する各々のブロック鎖に対して親和性が異なる領域をパターンとして形成する。たとえばポリスチレンとポリメチルメタクリレートからなる高分子ブロック共重合において、ポリスチレンと化学的に親和性の良い領域を、自己組織化の周期の約半分の大きさで、自己組織化の周期の2倍から十倍程度の周期で配列する。それ以外領域をポリスチレンとポリメチルメタクリレートと同じ親和性を持つように化学的に形成する。この基板表面上の高分子ブロック共重合体の自己組織化によるパターンは、ポリスチレンと化学的に親和性の良い領域をガイドとして、ガイド上にポリスチレンが形成され、それ以外の領域はガイド上のポリスチレンパターンからの周期的配列となり、自己組織化の長距離秩序性が向上する。
[0023]
 二つ目の周期的配列パターン形成方法の例としては、SAMP(Self Align Multiple Patterning)と呼ばれる方法がある。リソグラフィ技術によって形成されたパターン(ダミーパターン)の上にCVD でSiO2 などの膜を付けエッチング等の工程を行い、ダミーパターン1/2ピッチのパターンが形成される。このパターンにおいてはパターンのレイアウトがダミーパターンの配置に限定される。ダミーパターンは周期的配列で形成される場合が多く、そのためパターンの一部を削除または選択するプロセスが必要となる。
[0024]
 三つ目の周期的配列パターン形成方法の例として、ある周期の配列に特化した証明条件でリソグラフィを行う方法がある。さらにDouble Patterning(以下DP)とよばれる複数回の露光を組み合わせて周期的配列パターンを形成する。このパターンは周期的配列に特化したリソグラフィ技術で形成されるため、パターンの一部を削除または選択するプロセスが必要となる。
[0025]
 このDSA、SAMP、DPによる周期的配列パターンは 形成するパターン配列を揃えて生成する、前記ガイドまた、下地基板表面の科学的パターン及びダミーパターンは一般にリソグラフィ技術によって生成され、そのパターンはその下層パターンとの重ね合わせを計測、調整して形成される。また形成される周期的配列パターンは、リソグラフィ以降のプロセスに起因してその配列からのずれ及びその寸法が変動する。
[0026]
 この周期的配列パターンの一部をデバイスパターンに適用するため、適用する領域を選択し、デバイスパターンとするための領域選択用パターンを形成するプロセスを適用する。 この2つのパターンを重ね合わせることで、デバイスパターン適用する周期的配列パターンを形成する。
[0027]
 以下に説明する実施例では、主に上記のような周期的配列パターンと領域選択用パターンにより形成されるパターンについて、その重ね合わせ等のプロセス評価する画像処理の方法や装置に関するものである。このような画像処理によってもたらされる測定結果は、周期的配列パターンと領域選択用パターンとの重ね合わせ評価、領域選択用パターンによる周期的配列の選択領域形成技術の評価に用いられる。
[0028]
 以下に説明する実施例では、この相対位置の重ね合わせずれを計測する方法及び評価する画像処理の方法を提案する。また、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-ムを走査して画像を形成する集束イオンビ-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。また、撮像された画像の視野内に領域が選択された周期配列パターンを画像処理に基づいて評価することができるのであれば、撮像装置の種類は問わない。
実施例 1
[0029]
 図1は本実施例における測定法の原理を説明する図である。101はDSAまたはSAMP等で形成された周期的配列パターンである。102は101のうちデバイスパターンとする領域を選択する領域選択用パターンであり、105は101及び102を重ね合わせたプロセスにより形成されるパターンである。102で選択された領域の周期的配列パターンのみが105におけるパターンとなる。一般に領域選択用パターンの端は選択する領域と選択しない領域の中間に配置する。103は周期的配列パターン層の領域選択用パターン層102に対する相対位置を示している。この場合、領域選択用パターン層102との重ね合わせのずれは0であり、106、107で示された選択された周期的配列パターンの両端部の形状は領域内部のパターンの形状と同じである。したがってその両端部の線幅は同じになる。この例では4本の周期的配列ラインが形成される。
[0030]
 なお、図1と同等の図を図11にも例示する。図11の例では理解が容易なように、領域用選択パターンの開口の輪郭1101のみが選択的に表記されている。輪郭1101は、被選択パターンである周期的配列パターン1102に、領域選択用パターンが適切に重ね合わせられた状態における領域選択パターンの開口を示している。
[0031]
 図1の下の図は周期的配列パターン108と領域選択用パターン109の重ね合わせのずれが発生した場合の例である。110は周期的配列パターンの領域選択用パターン109に対する相対位置を示している。この例では重ね合わせのずれにより、所望のライン4本よりも1本多い5本が形成されている。図11では輪郭1103が図1の下図と同じ状態を示している。
[0032]
 本実施例では、所定値以上の重ね合わせ誤差がある場合、領域選択用パターンにて選択される被選択パターンが、所定数より多く存在する現象を利用して、重ね合わせ誤差の測定を行う。図1の下図の例では、左側端部(一旦側)に位置するパターン線幅111、右側端部(他端側)に位置するパターン線幅112の比較(差分演算)から周期的配列パターンの領域選択用パターンの重ね合わせ誤差を算出することができる。
[0033]
 101のラインパターンの寸法をW(パターンの本来の寸法)、周期的配列のピッチをWの2倍(2W)とし、重ね合わせずれが0のときの、領域選択パターンにより選択される領域の境界がラインパターンの中間にとなるプロセスを想定する。重ねあわせのずれにより、がライン5本が形成(選択)される場合、左右端のパターン111、112の線幅をそれぞれWL、WRとするとそれらを用いて重ね合わせは下記式によって算出される。この場合合わせずれは±Wよりも小さいことを前提とする。
[0034]
 WL>WRのときは、重ねあわせずれ=(WR-WL)/2+W(式1)、WL<WRのときは、重ねあわせずれ=(WR-WL)/2-W(式2)で重ね合わせ誤差dを求めることができる。
[0035]
 またラインが4本の場合は重ねあわせが±W/2以下であることを示している。この重ね合わせのずれは製造プロセスの変動により発生するため、プロセスを安定させるためには、上述のような計測法を採用すると共に、計測結果を適正にプロセスにフィードバックする必要がある。実施例では矩形の領域選択用パターンを用いて周期的配列のライン4本を選択する例を示したが、領域選択用パターンの形状および選択されるパターンの数は任意に変更できる。また、この例では周期的配列のピッチをラインパターン寸法Wの2倍としたが、それ以外のピッチにおいても同様な方法で重ねあわせを算出できる。
[0036]
 また、この例では縦方向の周期的配列のラインパターンを用いてX方向の重ね合わせを計測したが、横方向の周期的配列のラインパターンを用いることでY方向の重ね合わせを計測することもできる。
[0037]
 なお、本実施例では重ね合わせずれが、Wより小さい前提でWL>WRのときには、所望の位置より右側(正側)に領域選択用パターンが位置する(例えば輪郭1103)ことが判り、WL<WRのときには、所望の位置より左側(負側)に領域選択用パターンが位置する(例えば輪郭1104)ことがわかる。よって、ずれの方向情報を、上記ずれ量に代えて、或いはずれ量とずれの方向情報を併せてデータ化することができる。以下に、そのような演算や出力を行う演算装置を含む測定、検査システムについて説明する。
[0038]
 図2は、複数の測定、或いは検査装置がネットワ-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、主に半導体ウェハやフォトマスク等のパタ-ン寸法を測定、あるいは検査するSEM201、202、203がネットワ-クに接続された構成となっている。また、ネットワ-クには、半導体デバイスの設計デ-タ上で、測定位置や測定条件等を設定し、且つ得られたSEM画像に基づいて、測定や検査を行う画像処理装置、或いはパターン計測装置としても機能する条件設定装置204、半導体デバイスの設計デ-タと、半導体製造装置の製造条件等に基づいて、パタ-ンの出来栄えをシミュレ-ションするシミュレ-タ-205、及び半導体デバイスのレイアウトデ-タや製造条件が登録された設計デ-タが記憶される記憶媒体206が接続されている。
[0039]
 設計デ-タは例えばGDSフォ-マットやOASISフォ-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-タは、設計デ-タを表示するソフトウェアがそのフォ-マット形式を表示でき、図形デ-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206は測定装置、検査装置の制御装置、或いは条件設定装置204、シミュレ-タ-205に内蔵するようにしても良い。なお、シミュレ-タ-205は、設計デ-タに基づいて、欠陥発生位置をシミュレ-ションする機能を備えている。
[0040]
 なお、SEM201、202、203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-タ-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。
[0041]
 SEMでは、電子源より放出される電子ビ-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-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。
[0042]
 電子ビ-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(Back scattered 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-メモリ等の記憶媒体に記憶される。このフレ-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。
[0043]
 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-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-クを介して条件設定装置204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204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204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。
[0044]
 また、上記条件設定装置204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測定、或いは演算が行われる。
[0045]
 また、条件設定装置204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-タに基づいて作成する機能が備えられており、レシピ設定部として機能する。具体的には、設計デ-タ、パタ-ンの輪郭線デ-タ、或いはシミュレ-ションが施された設計デ-タ上で所望の測定点、オートフォーカス、オ-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-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。
[0046]
 図3は、走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子源301から引出電極302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-ム303は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ304によって、絞られた後に、走査偏向器305により、試料309上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビ-ム303は試料台308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306のレンズ作用によって集束されて試料309上に照射される。
[0047]
 電子ビ-ム303が試料309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310が放出される。放出された電子310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312に衝突し、二次電子311を生じさせる。変換電極312から放出された二次電子311は、検出器313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313の出力が変化する。
[0048]
 この出力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305への偏向信号と、検出器313の出力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8に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビ-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。この偏向器は異なる位置に存在する同一形状のパタ-ンの画像等を形成するために用いられる。この偏向器はイメ-ジシフト偏向器とも呼ばれ、試料ステ-ジによる試料移動等を行うことなく、電子顕微鏡の視野(Field Of View:FOV)位置の移動を可能とする。イメ-ジシフト偏向器と走査偏向器を共通の偏向器とし、イメ-ジシフト用の信号と走査用の信号を重畳して、偏向器に供給するようにしても良い。
[0049]
 なお、図3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。
[0050]
 制御装置314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-ンのサイズを測定する機能を備えている。
[0051]
 図4に例示する画像処理プロセッサ401(演算装置)は、パターン情報設定部402、テンプレート設定部403、パターン配列およびサイズ演算部404、重ね合わせ演算部405、パターン配列およびテンプレート記憶部406、計測結果記憶部407を備えている。
[0052]
 パターン情報設定部402では、入力或いは予め設定された条件に基づいて、計測する周期的配列パターンの数、配列、領域選択用パターンのサイズ等を設定することも可能である。テンプレート設定部403では走査電子顕微鏡によって得られた画像の一部、デザインデータ、露光シミュレーターから得られるパターン像の一部を切り出してテンプレートを作成する。テンプレート設定部403にて作成されるテンプレートはテンプレート記憶部406あるいはレシピ記憶部に記憶される。
[0053]
 パターン配列およびサイズ演算部404では、パターン情報設定部402およびテンプレート設定部403にて作成されたテンプレートに基づいて、パターンマッチングを実行し、パターン配列およびパターンサイズの演算を行う。重ね合わせ演算部405ではパターン配列およびサイズ演算部404の結果を元に重ねあわせを算出する。この際、パターンの数、領域端部のサイズと領域内部のサイズとの差を演算として考慮することも可能である。
[0054]
 なお、画像処理プロセッサ401は、SEMの制御装置と一体としても良いし、SEMとネットワーク経由で接続されるSEMとは別体の画像処理装置とするようにしても良い。
[0055]
 図5は重ね合わせ計測におけるフローチャートを示している。画像を取得後、始めにで選択されたパターンの本数を確認し(S1)、レシピに登録されたパターンと一致するか判断する。この本数は計測条件としてあらかじめ設定することも可能である。実施例1の計測パターンでは、重ね合わせずれ0のときのパターン501の本数は4本であり、重ね合わせずれが大きい場合(502)はライン本数1本多い5本となる。計測可能な本数と判断したらその周期的配列パターンの両端の寸法(WL、WR)を計測する(S2)。そのWL,WRの比較、レシピに登録されたパターン情報から重ねあわせを算出する(S3)。
[0056]
 図12は、重ね合わせ誤差計測を行う工程をより詳細に説明するフローチャートであり、図13は、重ね合わせ誤差計測を行う演算装置の具体的な構成を説明する図である。まず、図3に例示するような走査電子顕微鏡に半導体デバイス(半導体ウェハ)を導入する(ステップ1201)。次にレシピ記憶部等に記憶されたレシピ(走査電子顕微鏡を制御するための制御プログラム)情報に基づいて、試料台308や電子ビームの照射位置を偏向する偏向器を制御することによって、測定対象となるパターンに視野(Field Of View:FOV)を位置付ける(ステップ1202)。領域選択用パターンによって選択される領域の座標情報を、予めレシピに登録しておくことによって、上記のような制御が可能となる。
[0057]
 次に、測定対象パターンに電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、測定対象パターンの画像(SEM画像)を取得する(ステップ1203)。パターン計測装置に内蔵される演算装置1301では、パターン数計数部1302が周期的配列パターンの数を計測する(ステップ1302)。パターン数の計測は例えば、所定領域について輝度プロファイルを取得し、所定の閾値を超えたピークの数をカウントすることによって、パターンの数を計数する手法や、2値化処理によって現れる所定輝度の画素の集合体の数を計数する手法等、種々の手法の適用が可能である。
[0058]
 次に、所定領域のパターン数の計測結果が所定数(n本、図1の例では4本)であれば、領域選択用パターンによって、所望のパターンが選択されている状態(即ち、領域選択用パターンと周期的配列パターンとの重ね合わせ誤差がない状態)であるため、重ね合わせ誤差測定を行うことなく、次の工程に移行する。なお、所定数のパターンが選択されている状態でもなお、重ね合わせ誤差の測定を行う場合は、他の基準となるパターンとの相対位置を測定し、基準値との比較を行うことで、重ね合わせ誤差測定を行うようにしても良い。所定領域のパターン数の計測結果が、所定数n+1(図1の例では5本、即ち規定数以外)である場合には、寸法測定部1303によって、周期的配列パターンの配列方向の一端に位置するパターンと、他端に位置するパターンの寸法測定を実行する(ステップ1205)。なお、パターン寸法の測定の際には、ステップ1203にて取得したSEM画像を用いるようにしても良いし、一端のパターンと他端のパターンのそれぞれに視野を位置付けることによって得られる検出信号に基づいて、パターン寸法を測定するようにしても良い。より正確な寸法値を得るためには、高倍率での測定が可能な後者を選択することが望ましい。寸法測定部1303は、計測対象となるパターンの輝度プロファイルのピーク間の距離、或いはピーク幅等と、視野の大きさ情報に基づいて、パターン寸法測定を実行する。
[0059]
 次に、ずれ方向/ずれ量演算部1304では、一端側のパターンと他端側のパターンとの比較に基づいて、ずれの方向を特定すると共に、式1、式2等を用いてずれ量を算出する(ステップ1206)。ずれ方向/ずれ量演算部1304は、ずれの方向(差分演算の結果)に応じて、式1を用いて重ね合わせ誤差を求めるか、式2を用いて重ね合わせ誤差を求めるかの判定を行う。なお、ステップ1204におけるパターン数の計測結果が、n、n+1以外、或いは計数自体ができない場合には、重ね合わせ誤差とは別のパターン不良が発生している可能性や、電子顕微鏡画像が適正に形成されていない可能性があるため、パターン数計数部1302はエラー情報を出力する(ステップ1207)。
[0060]
 次に、レシピ情報に基づいて、他の測定対象パターンが存在する場合には、ステップ1202に戻り、他の測定対象パターンがない場合には、パターン数計数部1302やずれ方向/ずれ量演算部1304によって得られた測定結果や演算結果を、表示装置等の出力媒体に出力、或いは記憶媒体等に記憶させる(ステップ1208)。なお、1の試料について、重ね合わせ誤差測定位置が複数ある場合、ずれ分布情報算出部1305にて、ずれの傾向を示す指標値等を算出するようにしても良い。例えば複数の重ね合わせ誤差測定位置で、ずれの方向やずれ量がほぼ同じである場合には、特定方向への重ね合わせずれが発生していると考えられるが、ずれの方向や量が均一でないような場合は、領域選択用パターンや半導体ウェハが変形している可能性がある。また、領域選択用パターンと周期的配列パターンとの間に回転ずれが発生している可能性もある。表示装置にずれのベクトルの分布表示を行うことによって、単なる重ね合わせずれ、回転ずれ、パターンの変形等の離散的なずれ等の判定を行うことが可能となる。
実施例 2
[0061]
 実施例1では、周期的配列パターンの領域を選択する領域選択用パターン端を、選択する領域と選択しない領域の中間に配置した例を示したが、本実施例では、領域選択用パターン604の端を周期的配列パターン601のパターン中心に配列した場合を説明する。この例では実施例1と同様に601のラインパターンの寸法をW、周期的配列のピッチをWの2倍とする。603は周期的配列パターン層の領域選択用パターン層602に対する相対位置を示している。この場合、領域選択用パターン層602との重ね合わせのずれは0であり、606、607で示された選択された周期的配列パターンの両端部の形状は領域内部のパターンの半分のサイズである。したがってその両端部の線幅は同じになる。この例ではライン5本が形成され周期的配列パターンの両端部のパターンは一部が欠ける。
[0062]
 図6の下の図は周期的配列パターン608と領域選択用パターン609の重ね合わせのずれが発生した場合の例である。610は周期的配列パターンの領域選択用パターン609に対する相対位置を示している。この例では領域選択用パターン層609と周期的配列パターン層610の重ねあわせのずれは、608及び609を重ね合わせたプロセスにより形成されるパターン層611の左右端のパターン612、613のパターンサイズWL、WRを用いて、式3によって算出される。この場合重ね合わせずれは±Wよりも小さいことを前提とする。
[0063]
   重ねあわせずれ=(WR-WL)/2・・・式3
 またラインが4本の場合は重ねあわせの大きさがW/2~Wであることを示している。実施例1のパターン配置の計測結果と組み合わせることで、重ね合わせをずれ量±Wの範囲で計測するこことができる。
実施例 3
[0064]
 実施例3では、DSAにより形成された周期的配列パターン適用時の例を説明する。図7は、自己誘導組織化現象を利用したパターニング法によって生成された複数のパターン(下層)に、その一部を選択する領域選択用パターン(上層)を重畳させた状態の試料状況を示す図である。DSAのラインパターンは下層領域702にリソグラフィ技術で形成された化学的性質の異なるガイドパターン(701)を形成する。その上にDSAによる周期的配列パターン(703)を生成する。この例ではDSAのパターン周期は下層ガイドパターンの周期の1/3であり、下層ガイドライン上に形成されるライン(704)の間に等間隔で二本のライン(705)が配置される。ガイドの形成からDSAによるパターン形成のプロセスの条件により、DSAのパターンはガイド上、またはガイドからの相対位置に依存して、その相対位置またはそのサイズが変動する。そのため、周期的配列パターンと領域選択用パターンにより形成されるパターン両端部の寸法差は、その変動の影響を大きく受ける。これを低減するために、領域選択用パターン(706)はそのガイドの周期配列と同じサイズまたは整数倍にすることにより精度を向上することができる。この例では706は下層ガイドパターンの周期配列と同じサイズである。
実施例 4
[0065]
 実施例4では、SAQPにより形成された周期的配列パターン適用時の例を説明する。図8は、SAQPによって生成された複数のパターン(下層)に、その一部を選択する領域選択用パターン(上層)を重畳させた状態の試料状況を示す図である。SAQPのラインパターンは初めにリソグラフィ技術で形成されたダミーパターン(801)を形成する。SAQPによる周期的配列パターン(802,803,804,805)の配列周期はダミーパターンの周期の1/4である。ダミーパターン形成からSAQPによるパターン形成のプロセスの条件により、ダミーパターンからの相対配置ごとに、ラインの相対位置またはそのサイズが異なる。このため、周期的配列パターンと領域選択用パターンにより形成されるパターン両端部の寸法差は、その変動の影響を大きく受ける。これを低減するために、領域選択用パターン(806)はそのダミーパターンの周期配列と同じサイズまたは整数倍にすることにより精度を向上することができる。この例では806はダミーパターンの周期配列と同じサイズである。
実施例 5
[0066]
 実施例1では、DSA及びSAMPによる周期的配列の例としてラインパターンを形成する例を示したが、本実施例では周期的配列のホールパターンを対象とした重ね合わせ測定を行う例について説明する。図9は、周期的配列のホールパターン(下層)に、その一部を選択する領域選択パターン(上層)を重畳させた状態の試料状況を示す図である。周期的配列のホールパターンはDSAだけでなく、SAMPの周期的配列パターンを直交させて生成するなどの方法がある。
[0067]
 周期的配列のホールパターン(901)に対し、領域選択パターン(902,903)を用いる。領域選択パターン902は、パターン領域の左右端のホールが欠けていない例であり、領域パターン903はパターン領域の左右端のホールが欠けている例である。これは実施例1、実施例2のラインパターンの例と同様に、周期的配列のホールパターン(901)と、領域選択パターン(902,903)との重ね合わせに依存して、欠けている左右端のホールパターン(904,905)のサイズWL、WRの重ね合わせが算出される。
実施例 6
[0068]
 実施例1、2では、周期的配列パターンの領域を選択する領域選択用パターン端を、選択する領域と選択しない領域の中間に配置またはパターン中心に配置した例を示したが、いずれも領域選択用パターンの幅は周期的配列パターンのピッチサイズの整数倍となっている。
[0069]
 本実施例では、領域選択用パターン1003,1004の幅を周期配列パターン1001の幅の整数倍よりもパターン幅の約1/2大きくした場合を説明する。
[0070]
 この例では実施例1と同様に1001の周期配列ラインパターンの寸法をW、周期的配列のピッチをWの2倍とする。この場合、領域選択用パターン層1002との重ね合わせのずれは0であり、1005で示された選択された周期的配列パターンの両端部の形状は領域内部と同じであり、1006で示された選択された周期的配列パターンの両端部の形状は領域内部のパターン約3/4のサイズである。したがってその両端部の線幅は同じになる。
[0071]
 実施例1、2と同様に選択された周期的配列パターンの両端部の幅WL、WRから同様に算出することができるが、計測できる合わせずれの範囲が小さくなるが、同様の算出方法で重ね合わせを算出できる。
[0072]
 この実施例では選択された周期的配列パターンの両端部1006の幅は実施例2の線幅よりも太く、形成されるパターンの崩れに対するマージンが向上し、計測精度向上する。
[0073]
 ここでは領域選択用のパターンのサイズを想定して議論しているが、そのサイズはプロセス条件により変動する。安定しないプロセスでは領域選択用パターンのサイズを変更して、重ね合わせを評価し精度の高いパターンを選択することも計測精度向上に有効である。

符号の説明

[0074]
101 周期的配列パターン
102 領域選択用パターン層
103 周期的配列パターン層
104 領域選択用パターン
105 領域選択された周期的配列パターン層
106、107 領域選択されたパターンのパターン端
201、202、203 SEM
204 条件設定装置
205 シミュレーター
206 記憶媒体
301 電子源
302 引出電極
303 電子ビーム
304 コンデンサレンズ
305 走査偏向器
306 対物レンズ
307 試料室
308 試料台
309 試料
310 電子
311 二次電子
312 変換電極
313 検出器
314 制御装置
401 画像処理プロセッサ
402 パターン情報設定部
403 テンプレート設定部
404 パターン配列およびサイズ演算部
405 重ね合わせ演算部
406 パターン配列およびテンプレート記憶部
407 演算結果記憶部
501、502 領域選択された周期的配列パターン
601 周期的配列パターン
602 領域選択用パターン層
603 周期的配列パターン層
604 領域選択用パターン
605 領域選択された周期的配列パターン層
606、607 領域選択された周期配列パターンのパターン端
608 周期的配列パターン
609 領域選択用パターン層
610 周期的配列パターン層
611 領域選択された周期的配列パターン層
612、613 領域選択されたパターンのパターン端
701 DSAの下層ガイドパターン
702 DSAの下層領域
703 DSAパターン層
704 下層ガイドパターン上DSAパターン
705 下層ガイドパターン上ではないDSAパターン
706 領域選択用パターン
701 SAQPのダミーパターン
802、803、804、805 SAQPのラインパターン、DSAの下層領域
806 領域選択用パターン
901 周期的配列ホールパターン
902、903 領域選択用パターン
904、905 領域選択された周期配列パターンのパターン端
1001 周期的配列パターン
1002 領域選択用パターン層
1003、1004 領域選択用パターン
1005、1006 領域選択された周期的配列パターン

請求の範囲

[請求項1]
 荷電粒子線装置にて得られた信号に基づいて、第1の層に形成されたパターンと、第2の層に形成されたパターンの重ね合わせ誤差を求める演算装置を備えたパターン計測装置において、
 前記演算装置は、複数のパターンが配列された試料に対する荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた信号から、前記複数のパターンの一端に位置する第1のパターンの第1の測定値と、前記複数のパターンの他端に位置する第2のパターンの第2の測定値を求め、当該第1の測定値と第2の測定値の比較に基づいて、前記第1の層と第2の層との間の重ね合わせずれの方向、及びそのずれ量の少なくとも一方を求めることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項2]
 請求項1において、
 前記演算装置は、前記第1の測定値と第2の測定値の比較に基づいて、前記重ね合わせ誤差を求める演算式を切り替えることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項3]
 請求項2において、
 前記演算装置は、前記第1の測定値が前記第2の測定値より大きい場合には、((第2の測定値-第1の測定値)/2+(パターンの本来の寸法))の演算に基づいて、前記重ね合わせ誤差を求め、前記第1の測定値が前記第2の測定値より小さい場合には、((第2の測定値-第1の測定値)/2-(パターンの本来の寸法))の演算に基づいて、前記重ね合わせ誤差を求めることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項4]
 請求項1において、
 前記演算装置は、((第2の測定値-第1の測定値)/2)の演算に基づいて、前記重ね合わせ誤差を求めることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項5]
 請求項1において、
 前記複数のパターンは、周期的に配列されたパターンであることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項6]
 請求項1において、
 前記第1の層及び前記第2の層の一方には、前記複数のパターンの一部の領域を選択する領域選択用パターンが設けられていることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項7]
 請求項1において、
 前記複数のパターンは、自己組織化現象を利用したパターニング法で形成されたパターンであって、前記第1の測定値と第2の測定値は、自己組織化現象を利用したパターニング法に用いられるガイド上に形成されるパターンの測定に基づいて求められることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項8]
 請求項1において、
 前記複数のパターンは、マルチパターニングによって形成されたパターンであって、前記第1の測定値と第2の測定値の少なくとも一方は、マルチパターニングに用いられるダミーパターンの測定に基づいて求められることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項9]
 荷電粒子線装置にて得られた信号に基づいて、第1の層に形成されたパターンと、第2の層に形成されたパターンの重ね合わせ誤差の演算をコンピューターに実行させるコンピュータープログラムにおいて、
 前記プログラムは、複数のパターンが配列された試料に対する荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた信号から、前記複数のパターンの一端に位置する第1のパターンの第1の測定値と、前記複数のパターンの他端に位置する第2のパターンの第2の測定値を求めさせ、当該第1の測定値と第2の測定値の比較に基づいて、前記第1の層と第2の層との間の重ね合わせずれの方向、及びそのずれ量の少なくとも一方を求めさせることを特徴とするコンピュータープログラム。
[請求項10]
 荷電粒子線装置にて得られた信号に基づいて、第1の層に形成されたパターンと、第2の層に形成されたパターンの重ね合わせ誤差を求める演算装置を備えたパターン計測装置において、
 前記演算装置は、複数のパターンが配列された試料に対する荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた信号から、前記複数のパターンの数を計数し、当該パターンの数が所定数と異なる場合に、前記複数のパターンの測定に基づいて、前記第1の層と第2の層との間の重ね合わせずれの方向、及びそのずれ量の少なくとも一方を求めることを特徴とするパターン計測装置。
[請求項11]
 請求項10において、
 前記演算装置は、前記パターンの数が所定数と異なる場合に、前記複数のパターンの一端に位置する第1のパターンの第1の測定値と、前記複数のパターンの他端に位置する第2のパターンの第2の測定値を求め、当該第1の測定値と第2の測定値の比較に基づいて、前記第1の層と第2の層との間の重ね合わせずれの方向、及びそのずれ量の少なくとも一方を求めることを特徴とするパターン計測装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]