特許 7211627 パターン測定装置、方法及びプログラム、並びに、パターン検査装置、方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-16

(45)【発行日】2023-01-24

(54)【発明の名称】パターン測定装置、方法及びプログラム、並びに、パターン検査装置、方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20230117BHJP

   G01B 15/04 20060101ALI20230117BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20230117BHJP

   G06T 7/00 20170101ALN20230117BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 J

G01B15/04 K

G03F7/20 501

G06T7/00 610C

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020071342

(22)【出願日】2020-04-10

(65)【公開番号】P2021168355

(43)【公開日】2021-10-21

【審査請求日】2022-06-10

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515152878

【氏名又は名称】ＡＬＩＴＥＣＳ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100200229

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 徹夫

(72)【発明者】

【氏名】石川 明夫

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０１７８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１８２１１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２－２１／０３３

Ｇ０１Ｂ １１／２４－１１／２４５

Ｇ０１Ｂ １５／０４

Ｇ０１Ｎ ２１／８８－２１／９５８

Ｇ０１Ｎ ２３／２２５－２３／２２５８

Ｇ０３Ｆ ７／２０－７／２４

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｇ０６Ｔ ７／００

Ｇ０６Ｔ ７／６０－７／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物に形成された独立した複数種類のパターンの外形を検査するパターン検査装置であって、
前記複数種類のパターンの外形は、設計寸法が異なる複数のパターンの外形、又は、前記設計寸法は同一であっても、周囲パターンが異なる複数のパターンの外形であり、
前記対象物の画像データを入力する入力部と、
前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出する外形抽出部と、
抽出された前記複数種類のパターンの外形から前記複数種類のパターンの外形の計測値を求め、前記複数種類のパターンの外形の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出する外形数値化部と、
前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較する比較部と、
を備えるパターン検査装置。

【請求項2】

前記レシピの外形数値化データを保存する保存部をさらに備え、
前記入力部は、前記レシピとなる対象物の画像データを入力し、
前記外形抽出部は、前記レシピの画像データから、前記レシピの外形画像データを抽出し、
前記外形数値化部は、前記レシピの外形画像データから前記レシピの外形数値化データを求める請求項１に記載のパターン検査装置。

【請求項3】

前記数値化データは前記パターンの面積及び／又は周囲長を用いる請求項１に記載のパターン検査装置。

【請求項4】

前記対象物の画像データからアライメントに適したパターンを抽出するアライメント部をさらに備える請求項１に記載のパターン検査装置。

【請求項5】

対象物に形成された複数種類の線幅及び／又は穴径を検査するパターン検査装置であって、
前記対象物の画像データを入力する入力部と、
前記対象物の画像データから前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値を抽出する抽出部と、
前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出する外形数値化部と、
前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較する比較部と、
を備えるパターン検査装置。

【請求項6】

対象物に形成された独立した複数種類のパターンの外形を検査するパターン検査方法であって、
前記複数種類のパターンの外形は、設計寸法が異なる複数のパターンの外形、又は、前記設計寸法は同一であっても、周囲パターンが異なる複数のパターンの外形であり、
前記対象物の画像データを入力し、
前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出し、
抽出された前記複数種類のパターンの外形から前記複数種類のパターンの外形の計測値を求め、前記複数種類のパターンの外形の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出し、
前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較するパターン検査方法。

【請求項7】

対象物に形成された複数種類の線幅及び／又は穴径を検査するパターン検査方法であって、
前記対象物の画像データを入力し、
前記対象物の画像データから前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値を抽出し、
前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出し、
前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較するパターン検査方法。

【請求項8】

対象物に形成された独立した複数種類のパターンの外形を検査するパターン検査プログラムであって、
前記複数種類のパターンの外形は、設計寸法が異なる複数のパターンの外形、又は、前記設計寸法は同一であっても、周囲パターンが異なる複数のパターンの外形であり、
前記対象物の画像データを入力するステップと、
前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出するステップと、
抽出された前記複数種類のパターンの外形から前記複数種類のパターンの外形の計測値を求め、前記複数種類のパターンの外形の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出するステップと、
前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較するステップと、
をコンピュータに実行させるパターン検査プログラム。

【請求項9】

対象物に形成された複数種類の線幅及び／又は穴径を検査するパターン検査プログラムであって、
前記対象物の画像データを入力するステップと、
前記対象物の画像データから前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値を抽出するステップと、
前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出するステップと、
前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較するするステップと、
をコンピュータに実行させるパターン検査プログラム。

【請求項10】

対象物に形成された独立した複数種類のパターンの外形を測定するパターン測定装置であって、
前記複数種類のパターンの外形は、設計寸法が異なる複数のパターンの外形、又は、前記設計寸法は同一であっても、周囲パターンが異なる複数のパターンの外形であり、
前記対象物の画像データを入力する入力部と、
前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出する外形抽出部と、
抽出された前記複数種類のパターンの外形から前記複数種類のパターンの外形の計測値を求め、前記複数種類のパターンの外形の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出する外形数値化部と、
を備えるパターン測定装置。

【請求項11】

対象物に形成された複数種類の線幅及び／又は穴径を検査するパターン測定装置であって、
前記対象物の画像データを入力する入力部と、
前記対象物の画像データから前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値を抽出する抽出部と、
前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出する外形数値化部と、
を備えるパターン測定装置。

【請求項12】

対象物に形成された独立した複数種類のパターンの外形を測定するパターン測定方法であって、
前記複数種類のパターンの外形は、設計寸法が異なる複数のパターンの外形、又は、前記設計寸法は同一であっても、周囲パターンが異なる複数のパターンの外形であり、
前記対象物の画像データを入力し、
前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出し、
抽出された前記複数種類のパターンの外形から前記複数種類のパターンの外形の計測値を求め、前記複数種類のパターンの外形の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出するパターン測定方法。

【請求項13】

対象物に形成された複数種類の線幅及び／又は穴径を検査するパターン測定方法であって、
前記対象物の画像データを入力し、
前記対象物の画像データから前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値を抽出し、
前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出するパターン測定方法。

【請求項14】

対象物に形成された独立した複数種類のパターンの外形を測定するパターン測定プログラムであって、
前記複数種類のパターンは、設計寸法が異なる複数のパターンの外形、又は、前記設計寸法は同一であっても、周囲パターンが異なる複数のパターンの外形であり、
前記対象物の画像データを入力するステップと、
前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出するステップと、
抽出された前記複数種類のパターンの外形から前記複数種類のパターンの外形の計測値を求め、前記複数種類のパターンの外形の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出するステップと、
をコンピュータに実行させるパターン測定プログラム。

【請求項15】

対象物に形成された複数種類の線幅及び／又は穴径を検査するパターン検査プログラムであって、
前記対象物の画像データを入力するステップと、
前記対象物の画像データから前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値を抽出するステップと、
前記複数種類の線幅及び／又は穴径の計測値の統計量を外形の数値化データとして算出するステップと、
をコンピュータに実行させるパターン測定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、パターンを測定し、測定したパターンを検査する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス製造では、微細化に伴い処理マージンがますます小さくなっている。このため、露光装置などの処理装置によって微細パターン処理された対象物を所定の範囲内で処理されているかについて確認することが、重要になっている。

【0003】

半導体集積回路の製造工程における線幅管理として、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ－ＳＥＭ；Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ－Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が用いられている。ＣＤ－ＳＥＭは、プロファイル（ラインプロファイル）を用いて、指定された位置にある直線形状パターンの線幅やコンタクトホールの穴径などを測長する機能を有する。例えば、ＣＤ－ＳＥＭを使ってステッパの露光条件を管理するために、１ロット毎に、数枚のウェハ上の数ショット中の数ヶ所が測長される。

【0004】

半導体集積回路の製造工程における管理項目としては線幅以外にも、配線終端の縮み、孤立パターンの位置なども重要であるが、ＣＤ－ＳＥＭの自動測長機能は線幅や穴径などの寸法しか測定できない。したがって、実デバイスの複雑なパターン形状は、ＣＤ－ＳＥＭや他の顕微鏡から取得された画像を使って操作者が手動で検査している。

【0005】

パターンの検査は、製造工程での抜き取り検査でも、試作段階でも重要である。特に試作段階では、ウェハ上に形成された全パターンを検査することが理想的であるが、現実的には熟練者やシミュレーションによりサンプリングして行われている。また、単純な直線形状パターンやコンタクトホール以外の形状パターンについての検査方法は熟練者による人的管理で行われている。

【0006】

特許文献１では、パターン検査の前に、操作者がレシピデータと称される検査パラメータの組を設定する必要がある。具体的には、操作者は、設計データ検索用パラメータ、画像取得パラメータ、ならびに、エッジ検出および検査のためのパラメータを入力する必要がある。このエッジ検出および検査のためのパラメータとして、操作者は局所的な線幅（例えば最小線幅など）を予め指定する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第４９４３３０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、局所的な線幅を指定することは、パターン検査装置の操作者の経験則に基づくものである。このため、パターン検査装置の精度は操作者の長年の経験に依存してしまうという問題がある。

【0009】

本発明は、このような課題に着目して鋭意研究され完成されたものであり、その目的は、パターン検査装置の操作者の経験則に頼ることなく、パターンを測定し、測定したパターンを検査する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、第１の発明は、対象物に形成された複数種類のパターンを検査するパターン検査装置であって、前記対象物の画像データを入力する入力部と、前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出する外形抽出部と、前記抽出された外形から前記外形の数値化データを算出する算出部と、前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較する比較部と、を備えるパターン検査装置である。

【0011】

第２の発明は、対象物に形成された複数種類のパターンを検査するパターン検査方法であって、前記対象物の画像データを入力し、前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出し、前記抽出された外形から前記外形の数値化データを算出し、前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較するパターン検査方法である。

【0012】

第３の発明は、対象物に形成された複数種類のパターンを検査するパターン検査プログラムであって、前記対象物の画像データを入力するステップと、前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出するステップと、前記抽出された外形から前記外形の数値化データを算出するステップと、前記外形の数値化データをレシピの外形数値化データと比較するステップと、をコンピュータに実行させるパターン検査プログラムである。

【0013】

第４の発明は、対象物に形成された複数種類のパターンを測定するパターン測定装置であって、前記対象物の画像データを入力する入力部と、前記入力された画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出する外形抽出部と、前記抽出された外形から前記外形の数値化データを算出する算出部と、を備えるパターン測定装置である。

【0014】

第５の発明は、対象物に形成された複数種類のパターンを測定するパターン測定方法であって、前記対象物の画像データを入力し、前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出し、前記抽出された外形から前記外形の数値化データを算出するパターン測定方法である。

【0015】

第６の発明は、対象物に形成された複数種類のパターンを測定するパターン測定プログラムであって、前記対象物の画像データを入力するステップと、前記対象物の画像データから前記複数種類のパターンの外形を抽出するステップと、前記抽出された外形から前記外形の数値化データを算出するステップと、をコンピュータに実行させるパターン測定プログラムである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、パターン検査装置の操作者の経験則に頼ることなく、パターンを測定し、測定したパターンを検査する技術を提供する技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係るパターン検査装置を含む半導体製造システムの概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る（ａ）レシピデータ作成方法及び（ｂ）計測方法に関するフローチャートである。

【図3】本発明の実施形態に係る（ａ）入力画像及び（ｂ）抽出された外形の一例を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係る、焦点位置及び露光量を変化させた複数の基準サンプルのパターン画像の変化を示す図である。

【図5】図４の焦点位置０ｎｍ、露光量－８％と＋８％の画像から抽出した外形を比較した図である。

【図6】図４の露光量０％、焦点位置―４０ｎｍと０ｎｍの画像から抽出した外形を比較した図である。

【図7】図４の露光量０％、焦点位置＋４０ｎｍと０ｎｍの画像から抽出した外形を比較した図である。

【図8】本発明の実施形態に係る光リソグラフィのプロセスマージンを説明するための図（その１）である。

【図9】本発明の実施形態に係る光リソグラフィのプロセスマージンを説明するための図（その２）である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。ここで、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

【0019】

［Ａ．本実施形態の概要］
図１は、本実施形態に係るパターン検査装置を含む半導体製造システムの概略構成図である。半導体製造システム１００は、露光装置２００と、中央処理装置３００と、形状測定装置４００を備える。各装置は有線又は無線の通信ネットワークで接続されている。中央処理装置３００が、本実施形態に係るパターン検査装置に相当する。

【0020】

半導体製造システム１００は、本実施形態に係るパターン検査装置が適用される一例である。本実施形態に係るパターン検査装置は、例えば、マスク製造システムやＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）製造システムやプリント基板製造システムなどにも適用可能である。

【0021】

露光装置２００は、光リソグラフィ技術を利用して対象物（材料膜など）にパターンを転写する。微細加工が必要な半導体製造システムの場合、レチクルを縮小投影するステッパを露光装置として用い、レチクルマスク上に形成されているパターンを対象物（半導体ウェハ）上に塗布されたレジストに露光する。露光装置２００が、本実施形態に係る対象物にパターン処理をする処理装置に相当する。

【0022】

中央処理装置３００が、本実施形態に係るパターン検査装置に相当する。中央処理装置３００は、パターン検査結果から、露光装置２００のプロセス条件の補正値を求め、プロセス条件の補正値を露光装置２００へ出力する。また、パターン検査装置の機能の一部又は全てが後述する形状測定装置４００にあってもよい。

【0023】

形状測定装置４００は、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ－ＳＥＭ）であり、マスクを介してウェハ上に塗布されたレジストを露光する露光装置２００を用いてウェハ上に形成されたレジストパターンの立体形状の情報を取得する。形状測定装置４００が、本実施形態に係る複数種類のパターン測定データを測定する測定装置に相当する。ここで、測定する対象物はレジストパターンとは限らず、エッチング後のパターンなどでもよいし、半導体製造に限らずマスク製造やＦＰＤ製造やプリント基板製造など対象物にパターン形成（処理）を行うものであれば何でもよい。

【0024】

ここでは、パターン検査装置の機能のうち、パターン測定装置の機能が形状測定装置４００にある場合について説明する。図１では、パターン測定装置４１０は、形状測定装置４００内に設けられ、パターン検査装置としての中央処理装置３００と通信を行っている。また、測定データとして、露光装置２００によって複数種類のパターンが形成された対象物の画像データを用いる。また、露光装置２００と形状測定装置４００は、中央処理装置３００に直接接続しているが、これに限定されるものではない。例えば、工場管理システム等を経由して間接的に接続していてもよい。

【0025】

中央処理装置（以下「パターン検査装置」という）３００及びパターン測定装置４１０は、対象物に処理されたパターンを検査するパターン検査装置であって、入力部、画像アライメント処理部、外形抽出部、外形アライメント処理部、外形数値化部、比較部、出力部という機能ブロックを備える。

【0026】

ここでは、パターン測定装置４１０が、入力部、画像アライメント処理部、外形抽出部、外形アライメント処理部、及び、外形数値化部の機能ブロックを備えている。パターン検査装置３００は、残りの比較部及び出力部を備えている。そして、パターン測定装置４１０とパターン検査装置３００が通信している場合を説明する。入力部は、パターン処理された対象物の画像データを入力する。

【0027】

画像アライメント処理部は、入力された対象物の画像データから、アライメント（相互位置調整）に適したパターン（例えば、ユニークなパターン）を抽出する。また、ＣＤ－ＳＥＭの場合、画像がそれほど大きくないので、画像全体でアライメント（位置決め）をすることも可能である。

【0028】

さらに、画像アライメント処理部は、ＣＤ－ＳＥＭの画像ひずみを補正する機能を有していてもよい。画像ひずみを補正する場合、画像の複数の領域でそれぞれアライメントを行い、ひずみ補正係数を求める。このひずみ補正係数にアライメントが含まれていてもよい。

【0029】

ここで、画像アライメント処理部は本実施形態に必須ではなく、後述するレシピデータ作成時にアライメントに適した場所を抽出しても良い。また、後述する外形数値化部がパターン面積を求める場合、特に、対象パターンが画像の外にはみ出していない場合、アライメントを省略してもよい。

【0030】

外形抽出部は、位置決めされた画像データから、複数種類のパターンの外形データ（外形画像データ）を抽出する。外形アライメント処理部は、外形画像データから、アライメントに適したパターン（例えば、ユニークなパターン）を抽出する。

【0031】

画像でアライメントを行う場合と外形でアライメントを行う場合ではアライメントを行う場所が異なるので、どちらか一方だけ行ってもよい。また、画像でアライメントを行う場合は粗い（ラフな）精度で行い、さらに外形でもアライメントを行う際に細かい（ファインな）精度で行ってもよい。このように、外形アライメント処理部は本実施形態に必須ではない。

【0032】

外形でアライメントを行う場合、ペアとなる外形の各点同士の差ベクトルを加算したベクトルが０となるようにすればよい。なお、このような方法は、外形でアライメントを行わずに、後述する外形数値化部で補正することも可能である。

【0033】

外形数値化部は、外形画像データから外形の数値化データ（面積、周囲長など）を求める。比較部は、レシピの外形数値化データと、対象物の外形数値化データを比較する。また、比較部は処理条件の異なるものを比較してもよい。

【0034】

出力部は、比較した結果を出力する。また、パターン検査装置３００は、レシピの外形数値化データを保存する保存部を有する。なお、パターン検査装置３００は、比較した結果を表示する表示部をさらに備えてもよい。

【0035】

パターン検査装置３００及びパターン測定装置４１０は機能ブロックであり、ハードウェアでの実装に限られず、プログラム等のソフトウェアとしてコンピュータに実装されていてもよく、その実装形態は限定されない。例えば、パーソナルコンピュータ等のクライアント端末と有線又は無線の通信回線（インターネット回線など）に接続された専用サーバにインストールされて実装されていてもよいし、いわゆるクラウドサービスを利用して実装されていてもよい。

【0036】

［Ｂ．パターン検査方法］
図２は、本実施形態に係る（ａ）レシピデータ作成方法及び（ｂ）計測方法に関するフローチャートである。

【0037】

（ｂ１．レシピデータ作成方法のフローチャートの説明）
図２（ａ）は、レシピデータ作成方法のフローチャートである。ここで、レシピデータとは、予め取得したパターンの画像データから取得した外形の数値化データ（面積、周囲長など）の検査パラメータ等である。また、レシピデータは、画像取得条件（加速電圧・ビーム電流・倍率・積算枚数や画像取得位置など）やその後の画像処理条件（前処理条件やアライメント条件や外形抽出条件や対象パターンや数値化条件など）を含んでもよい。

【0038】

予め取得したパターンとは、パターン検査の対象物（ウェハ）と同一のマスクでパターン処理されたパターンである。また、同一のパターン処理が施された別のウェハのパターンであってもよい。別のウェハは、サンプル用にパターン処理されていてもよいし、同一ロット内でパターン処理された複数のウェハの一つであってもよい。

【0039】

Ｓ１１０では、入力部は、予め取得したパターンの画像データを入力する。このパターン画像が基準サンプルになる。図３（ａ）は、入力されたＣＤ－ＳＥＭ画像の一例を示す。また、入力部は、入力された画像データに対して、ノイズ除去などのフィルタ処理を行ってもよい。

【0040】

図４は、ＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍａｔｒｉｘ）ウェハに形成された、焦点位置及び露光量を変化させた複数の基準サンプルについてのパターン画像の変化を示す図である。この図の横軸は、露光装置２００の焦点位置を表し、縦軸は露光量を表す。そして、図に示す割合で予め測定した複数の入力画像パターンが表示されている。ここで、焦点位置や露光量などの数を露光処理条件種類数という。図４では、焦点位置が±０ｎｍ、かつ、露光量が±０％を基準（中心条件）に設定する。

【0041】

図４の場合、処理条件種類数は２つ（焦点位置と露光量）である。また、露光量の条件を５通り（－８％、－４％、±０％、＋４％、＋８％）に振り、焦点位置の条件を５通り（－４０ｎｍ、－２０ｎｍ、±０ｎｍ、＋２０ｎｍ、＋４０ｎｍ）に振っているため、全体の処理条件数は２５になる。このようにして、露光装置２００の露光処理条件（焦点位置及び露光量）に応じた複数の画像パターンのデータを入力することが可能である。

【0042】

Ｓ１２０では、外形抽出部は、入力された画像データ（２次元形状）から、２次元形状の外形（Ｃｏｎｔｏｕｒ；輪郭線）画像データをエッジ検出法などを用いて抽出する。エッジ検出法として、１次微分法(ソーベル・フィルタ)や２次微分法(ラプラシアン・フィルタ)やキャニー（Ｃａｎｎｙ）法などを用いてよい。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣＤ－ＳＥＭ画像データから抽出された外形の画像データを示す。

【0043】

Ｓ１３０では、外形数値化部は、抽出した外形画像データから、外形の数値化データ（面積、周囲長など）を求める。Ｓ１４０では、求めた面積及び周囲長をレシピデータとして保存する。この面積及び／又は周囲長が検査パラメータに相当する。このように、レシピの外形数値化データには、レシピ作成時の計測値（中心値）、レシピ作成時の計測値に許容誤差を加えた値（中心値からレンジで管理する管理値）、シミュレーションの値、又は、設計上の許容値などが含まれる。

【0044】

外形の周囲長とは外周長を意味する。また、外形の面積は、レシピパターン（基準パターンと言ってもよい）からの面積の増加分や減少分を比較する際に有効である。さらに、検査パラメータとして、パターンの外形の周囲長や面積の代りに、そのパターンに特有の複数種類の線幅及び／又は穴径（すなわち、複数種類のパターン）の計測値の平均値を用いても良い。また、重み付け平均値を用いてもよい。重み付けとしては例えば、測長エリア幅や、シミュレーション又は設計から求めたパターンの重要度又は許容度などから設定してもよい。さらには、計測値から求めた統計量を用いてもよい。

【0045】

また、パターンに特有の複数の線幅とは、複数種類の線幅であっても良い。このように、本実施形態では、複数の線幅、すなわち、複数種類の線幅の寸法の計測値を用いている点が、従来の画像内の均一なＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース；配線の幅と隣り合う配線同士の間隔）やコンタクトホールアレイを複数測定する点と異なる。また、均一なＬ／Ｓや同一形状のコンタクトホールしかない場合は、Ｌ／Ｓやコンタクトホールの周囲パターン（コンタクトホールの配列）が異なるコンタクトホールを含めるのが望ましい。例えば、コンタクトホールアレイの中央部のみではなくアレイの端部を含めればよい。ここでの複数種類とは同一寸法でも周囲パターンが異なる場合を含む。

【0046】

Ｓ１４０の保存ステップでは、保存部は、１枚又は複数枚のウェハから求めたレシピデータを保存することが可能である。後述する図２（ｂ）の計測方法にて、同一ロット内でパターン処理された複数のウェハについて、最初のレシピパターン（すなわち、基準パターン）又は１つ以上前のレシピパターンからの経時変化を出力することが可能になる。

【0047】

また、レシピデータとして、外形の数値化データに加え、焦点位置及び露光量という露光装置の処理条件を保存してもよい。

【0048】

（ｂ２．計測方法のフローチャートの説明）
図２（ｂ）は、計測方法作成方法のフローチャートである。Ｓ２１０では、Ｓ１１０と同様、入力部が、計測したい対象物のパターンの画像データを入力する。

【0049】

Ｓ２２０では、画像アライメント処理部は、入力された画像データからパターン画像のアライメントを行う。Ｓ２３０では、Ｓ１２０と同様、外形抽出部が、入力された画像データから、２次元形状の外形画像データを抽出する。

【0050】

Ｓ２４０では、外形アライメント処理部は、外形画像データから外形のアライメントを行う。Ｓ２５０では、外形数値化部が、抽出した外形画像データから、外形の数値化データを求める。

【0051】

Ｓ２６０では、比較部は、Ｓ２２０及び／又はＳ２４０のアライメント結果のデータに基づいて、計測したい対象物の外形数値化データをレシピデータと比較する。ここで、外形数値化データとは、線幅や穴径などの計測値や、パターン外形や、それらから算出された外形の特徴を表す数値データである。なお、パターン外形は、一般的に多角形として表すことができ、この多角形の頂点座標が外形数値化データになる。そして、パターン外形は、アライメント情報を含むため、その他の外形数値化データを補正することも可能である。

【0052】

具体的には、図２（ａ）で説明したレシピデータ作成方法のＳ１４０の保存ステップで保存したレシピデータ（外形や基準計測値）と、計測したい対象物の外形数値化データを比較する。ここで、読み出し時に、レシピデータと、計測したい対象物の外形数値化データのアライメントを行ってもよい。アライメント結果により補正したり外形抽出などに反映させるのは、レシピデータ、計測したい対象物の外形数値化データの両方を半分ずつずらす、又は、どちらか片方だけをずらしてもよいが、一般的には計測対象物の方を補正したり調整したりすればよい。

【0053】

ここで、保存してある複数条件で作成した基準サンプルの画像や外形数値化データと比較を行ってもよい。また、複数の基準サンプルの中から最も近い基準サンプルを抽出、あるいは、複数の基準サンプル毎との比較や一致度などを求めてもよい。

【0054】

Ｓ２７０では、出力部は、比較結果を出力する。比較した外形数値化データを外形データの重ね合せることによって、塗り潰したパターンデータの重ね合せとは異なり、比較結果をパターン検査装置の熟練した操作者でなくても容易に判断することができる。

【0055】

（ｂ３．比較結果の説明）
図５は、露光量を変化させた場合に抽出される外形の変化を示す図である。同図（ａ）は、露光量を図４の基準（中心条件）から±８％変化させた場合の計２パターンの外形数値化データを重ね合せた図である。具体的には、±８％の外形の差分部分を塗り潰している。また、差分の大きさ位に応じて色分けして出力してもよい。

【0056】

同図（ｂ）は、同図（ａ）の実線で囲んだ四角形部分を拡大した図である。５１０は、塗り潰した部分の内側の線を指し、＋８％の場合の外形を表している。５２０は、塗り潰した部分の外側の線を指し、－８％の場合の外形を表している。５３０は、＋８％の場合（５１０の内側の線）はパターン（ここでは配線パターン）が途切れることが視覚的にわかる。

【0057】

図６は、焦点位置を負の値に変化させた場合に抽出される外形の変化を示す図である。同図（ａ）は、焦点位置を図４の基準（中心条件）の０ｎｍから－４０ｎｍに変化させた場合の計２パターンの外形数値化データを重ね合せた図である。

【0058】

同図（ｂ）は、同図（ａ）の実線で囲んだ四角形部分を拡大した図である。６１０は、塗り潰した部分の内側の線を指し、－４０ｎｍの場合の外形を表している。６２０は、塗り潰した部分の外側の線を指し、０ｎｍの場合の外形を表している。６３０及び６４０は、－４０ｎｍの場合（６１０の内側の線）はパターン（ここでは配線パターン）が途切れることが視覚的にわかる。

【0059】

図７は、焦点位置を正の値に変化させた場合に抽出される外形の変化を示す図である。同図（ａ）は、焦点位置を図４の基準（中心条件）の０ｎｍから４０ｎｍに変化させた場合の計２パターンの外形数値化データを重ね合せた図である。

【0060】

同図（ｂ）は、同図（ａ）の実線で囲んだ四角形部分を拡大した図である。７１０は、塗り潰した部分の内側の線を指し、４０ｎｍの場合の外形を表している。７２０は、塗り潰した部分の外側の線を指し、０ｎｍの場合の外形を表している。７３０は、４０ｎｍの場合（７１０の内側の線）はパターン（ここでは配線パターン）が途切れることが視覚的にわかる。また、７４０は、４０ｎｍの場合（７１０の内側の線）はこの部分のパターン（上側の配線パターン）が断線しやすいことが視覚的にわかる。

【0061】

図８及び図９は、光リソグラフィのプロセスマージンを説明するための図である。図８（ａ）は、従来のパターン検査装置に用いられるパターン測定装置と同様に、局所的な線幅の寸法制御（±３％）の場合である。ここでは、図８（ｂ）の８１０で示す配線パターンの線幅を目標値±３％で寸法制御を行う場合について示している。図８（ｂ）は、配線パターンと、線幅の測定箇所を示す。図９（ａ）は、本実施形態の面積制御（±３％）の場合である。図９（ｂ）は、本実施形態の全寸法制御（±３％）の場合である。ここで、全寸法とは、図８（ｂ）で示した線幅の測定箇所全ての寸法の和又は平均をいう。ここで、測定箇所全ては、図８（ｂ）の配線パターンの線幅であり、細長い長方形で囲んだ８２カ所である（例えば、８１０が指す「Ｇ１１３」）。

【0062】

図８（ａ）の横軸は焦点位置を、縦軸は露光量を示す。右下がり（焦点位置が正の向きに下がる）の三角形の内側であれば、上記の測定個所全ての寸法がそれぞれ、露光量及び焦点位置の中心条件（図４の中央）の寸法の±１０％に収まることを示す。

【0063】

図８（ａ）は従来よく行われている局所的な線幅（８１０）で寸法制御した場合について説明する図である。８１０は、従来よく用いられているＬ／Ｓの中央部の配線幅であり、「Ｇ１１３」と明記されている。このように、従来のパターン線幅測定はパターン外形の一部であり、予め定められた外形の部分的な抽出に相当する。

【0064】

８２０は、Ｌ／Ｓの配線端部付近の線幅を示す。８３０は孤立した（隣に配線の無い）横方向の配線パターンを示す。８４０は縦方向の配線パターンの線幅の寸法を測定することを示す。８５０は配線パターンの根元側の線幅であることを示す。８６０は配線パターンの中央部の線幅であることを示す。８７０は配線パターンの先端付近の線幅であることを示す。これらの線幅の設計寸法は同一であるが、各部分の周囲パターンは異なるので複数種類の線幅とみなすことができる。

【0065】

このように、本実施形態では複数種類の線幅を測定し、それらの線幅を用いた寸法制御を全寸法制御として行っている。すなわち、複数種類のパターン（ここでは複数種類の線幅）を測定することは、パターンの外形の抽出、及び、外形の数値化データの算出に含まれる。本実施形態で説明した、複数種類のパターンの外形を抽出する外形抽出部、及び、外形の数値化データを算出する算出部は、１）外形の周囲長を測定すること、２）外形の面積を算出すること、又は、３）複数種類のパターンそれぞれについて外形の部分的な抽出することを行う。

【0066】

焦点位置及び露光量をこの三角形の内側領域に設定する必要がある。この三角形の内側領域をプロセスウィンドウ（露光処理条件の許容範囲）と呼ぶ。

【0067】

図８（ａ）には、上に凸の曲線が２つ示されている。この２つの曲線の間が「８１０」の線幅の測定値がプロセス条件出しの中心値（本実施形態では３５ｎｍ）±３％となる領域である。

【0068】

従来のパターン測定装置のように、「８１０」という局所的な線幅の測定値で露光量を制御した場合、線幅の測定値を±３％で制御できたとしても、焦点位置は線幅±３％の領域すべてがプロセスウィンドウ内である必要があるので、縦線で囲んだ１２．９ｎｍの範囲に焦点位置が制御されている必要がある。

【0069】

図９（ａ）は、露光量制御の測定値として、図８（ｂ）の１１個のパターン（番号はパターンの左側に付与）の合計面積を用いた場合である。この場合、焦点位置は１５．７ｎｍの範囲で制御されていればよく、従来のパターン検査方式よりも許容される焦点位置の範囲が広くなり、露光プロセスが安定する。

【0070】

図９（ｂ）は、露光量制御の測定値として、図ｂ（ｂ）の８２カ所すべての線幅の平均値を用いた場合である。この場合、焦点位置は２９．５ｎｍの範囲で制御されていればよく、図９（ａ）の場合よりもさらに、許容される焦点位置の範囲が広くなり、また、露光プロセスが安定する。

【0071】

［Ｃ．作用効果］
上述した通り、本実施形態によれば、パターン検査装置の操作者の経験則に頼ることなく、パターンを測定し、測定したパターンを検査することができる。また、パターン検査装置の対象物に処理されるパターンのプロセス条件を制御することも可能である。具体的には、パターン検査装置３００は、露光装置２００の露光条件を図９などで求めたプロセスウィンドウの範囲内に調整することが可能になる。

【0072】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、これらのうち、２つ以上の実施例を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施例を部分的に実施しても構わない。

【0073】

また、本発明は、上記発明の実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。例えば、異なる処理条件で作成された対象物の同一箇所の測定データを取得し、この画像から特徴量を抽出してもよい。

【0074】

また、本実施形態に係るパターン検査装置が対象とする処理条件は、焦点位置と露光量の２種類に限られず、対象物の、または、対象物上に形成された薄膜の膜厚、エッチング条件などでもよい。また、処理条件が対象物上に形成された薄膜の膜厚やエッチング処理時間やエッチングガス流量やエッチングＲＦパワーなどウェハ内で変えられない条件である場合、複数のウェハを異なる処理条件で処理しそれぞれの処理条件に対する画像をそれぞれのウェハから取得してもよい。また、本実施形態に係るパターン検査装置は、半導体ウェハに限らず、マスク（フォトマスク、ＥＵＶマスクなど）やＦＰＤやインターポーザやＴＳＶｓ（Ｔｈｒｏｕｇｈ－Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａｓ）プリント基板にも適用可能である。

【符号の説明】

【0075】

１００ 半導体製造システム
２００ 露光装置
３００ 中央処理装置（パターン検査装置）
４００ 形状測定装置（ＣＤ－ＳＥＭ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】