(57)【要約】【課題】  本発明は、露光条件に寄らず、適正な機差補正に基づく高精度なパターン測定を行うパターン測定装置の提供を目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するために本発明は、荷電粒子線装置の出力に基づいて得られるパターンの特徴量を演算する演算装置を備えたパターン測定装置であって、    前記演算装置は、１の荷電粒子線装置によって得られる特徴量と他の荷電粒子線装置によって得られる特徴量との差分と、前記パターンを形成するための露光条件との関係式、或いは当該関係式に基づいて求められる差分情報に基づいて、前記特徴量を補正する演算を実行するパターン測定装置を提案する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置の出力に基づいて得られるパターンの特徴量を演算する演算装置を備えたパターン測定装置において、
前記演算装置は、１の荷電粒子線装置によって得られる特徴量と他の荷電粒子線装置によって得られる特徴量との差分と、前記パターンを形成するための露光条件との関係式、或いは当該関係式に基づいて求められる差分情報に基づいて、前記特徴量を補正する演算を実行することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記演算装置は、前記関係式を記憶する記憶媒体を備えていることを特徴とするパターン測定装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記演算装置は、前記他の荷電粒子線装置によって得られる前記特徴量を、前記関係式、或いは当該関係式に基づいて求められる差分情報に基づいて、補正することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記関係式は、ＦＥＭウェーハを前記１の荷電粒子線装置と前記他の荷電粒子線装置によって測定することによって得られる特徴量に基づいて求められるものであることを特徴とするパターン測定装置。
【請求項５】
荷電粒子線装置の出力に基づいて得られるパターンの特徴量の演算を、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、
当該プログラムは、前記コンピューターに、１の荷電粒子線装置によって得られる特徴量と他の荷電粒子線装置によって得られる特徴量との差分と、前記パターンを形成するための露光条件との関係式、或いは当該関係式に基づいて求められる差分情報に基づいて、前記特徴量を補正させることを特徴とするコンピュータープログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置によって得られた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係り、特に複数の荷電粒子線装置によって得られる測定結果のばらつきを抑制することが可能なパターン測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造工程においては、パターンの微細化の進んでおり、パターンの寸法管理が益々重要になっている。特に測長型の走査電子顕微鏡（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ:ＣＤ−ＳＥＭ）を用いたパターン寸法測定は、半導体デバイスの量産工程におけるプロセス管理に用いられている。量産工程では、多くの半導体ウェーハを評価するために、複数台のＣＤ−ＳＥＭが用いられる場合がある。このような複数台のＣＤ−ＳＥＭを用いたプロセス管理を行う場合、装置ごとに測定結果にばらつきがあると、高精度なプロセス管理を行うことができなくなるため、特許文献１に説明されているような機差補正が行われている。機差補正は例えば、同一のパターンを複数のＣＤ−ＳＥＭで測定し、その測定結果を合わせるように調整することによって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５３８３７号公報（対応米国特許ＵＳＰ７，４０８，１５４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微細パターンの形成においては、露光プロセスの管理が特に重要である。露光プロセスは量産ウェーハを測定した特徴量を用いての管理がなされるが、この場合においても、複数のＣＤ−ＳＥＭ間の機差は、高精度なプロセス管理を行う上で、精度低下の要因となる可能性がある。特許文献１に開示されているように、同一パターンを用いた機差補正を行うことによってもある程度機差の抑制は可能であるが、露光条件によっては機差補正が適正に行えなくなる可能性があることが発明者らの検討によって明らかになった。
【０００５】
以下に、露光条件に寄らず、適正な機差補正に基づく高精度なパターン測定を行うことを目的とするパターン測定装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子線装置の出力に基づいて得られるパターンの特徴量を演算する演算装置を備えたパターン測定装置であって、前記演算装置は、１の荷電粒子線装置によって得られる特徴量と他の荷電粒子線装置によって得られる特徴量との差分と、前記パターンを形成するための露光条件との関係式、或いは当該関係式に基づいて求められる差分情報に基づいて、前記特徴量を補正する演算を実行するパターン測定装置を提案する。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成によれば、露光条件に寄らず、適正な機差補正に基づく高精度なパターン測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】走査電子顕微鏡装置を用いた露光プロセスモニタシステムの一例を示す図。
【図２】ＦＥＭウェーハを用いて多項式を作成する工程を示すフローチャート。
【図３】複数のＣＤ−ＳＥＭについて露光条件と特徴量を関連付けて記憶するデータベースの一例を示す図。
【図４】ＦＥＭウェーハを用いて作成された多項式に基づいて機差補正対象となるＣＤ−ＳＥＭの特徴量を補正する工程を示すフローチャート。
【図５】パターン測定装置を含む露光システムの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に説明する実施例は、主としてウェーハ上に形成したパターンを、走査電子顕微鏡装置を用いて計測した特徴量から露光条件である露光量・フォーカス値の変動をモニタするパターン測定装置に関するものであり、複数の走査電子顕微鏡装置を用いて計測した場合に生じる装置間の特徴量の測定差を補正する方法に関するものである。量産ウェーハの測定には複数の走査電子顕微鏡装置を使用するため、装置間の測定結果のばらつきをなくし精度良く測定することが要求される。
ウェーハ上に形成したレジストパターンを、走査電子顕微鏡装置を用いて計測する場合、試料から放出された電子（二次電子、後方散乱電子等）、或いは試料から放出された電子が二次電子変換部材に衝突することによって得られる電子を検出し、当該検出信号に基づいて信号プロファイルやパターンのエッジを輪郭線化したデータを形成する。このようにして得られた寸法測定値や二次元的な形状評価値である特徴量から、ステッパーやスキャナのような縮小投影露光装置の露光条件であるドーズ量とフォーカス値の変化をモニタする。
この場合、例えばドーズ量やフォーカス値のような露光条件と、特徴量を関連付けて記憶しておく、或いは特徴量と理想値との差分に応じた露光条件の変化量を記憶しておくことによって、当該特徴量に応じた露光条件を求めることができる。一方、上述したように特徴量は装置間の電子ビームの形状の違いなどの要因で装置間差が生じるため、特徴量を計測する装置によって算出結果にばらつきが生じてしまう場合がある。また、露光時のドーズ量とフォーカス値などの露光条件によりパターン形状が変化するため、特徴量の装置間機差もそれに合わせて変化する。  
複数の走査電子顕微鏡装置を用いて高精度に特徴量を補正するためには露光条件に合わせた補正を行うことが望ましい。
【００１０】
以下に説明する実施例では、主に縮小投影露光装置の露光条件であるドーズ量とフォーカス値をショット（１回の露光単位）毎に変化させてパターンを形成したＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍａｔｒｉｘ）ウェーハの測定に基づいて、機差補正を行う例について説明する。具体的には、ＦＥＭウェーハ上のショット毎の同一パターンの特徴量を、複数の走査電子顕微鏡装置で計測し、装置毎に露光量・フォーカス値・特徴量機差の関係を多項式（例えば３次の多項式）で近似したモデルを作成する。量産ウェーハの特徴量を計測する際に、量産時の露光条件である露光量・フォーカス値をこのモデルにあてはめて特徴量の機差求め補正する。
上述の手法によれば、複数台の装置間の特徴量を合せ込むことができ、露光条件であるドーズ量とフォーカス値の変化を正確に測定することが可能となる。
【００１１】
以下、図面を用いて、露光後のパターン寸法を測定する複数の走査電子顕微鏡を管理するパターン測定装置、或いは機差の補正を行ったパターンの特徴量を出力する走査電子顕微鏡を含むパターン測定装置について説明する。
図１は走査電子顕微鏡装置を用いた露光プロセスモニタシステムの構成例およびモデル作成の流れを示す図である。あらかじめショット(１回の露光単位)毎に露光量・フォーカス値を変化させてパターンを形成したＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｍａｔｒｉｘ）ウェーハ１０１を用い、走査電子顕微鏡装置１０２を用いて、特徴量１０５を測定する。この測定を全ショットについて行う。露光プロセスモニタ装置１０８は、測定結果を走査電子顕微鏡装置１０２から取得し保存する。同様にしてＦＥＭウェーハ１０１を走査電子顕微鏡装置１０３、１０４に移動して測定し、特徴量１０６、１０７を測定し、測定結果を露光プロセスモニタシステム１０８に保存する。
露光プロセスモニタ装置１０８は、基準となる走査電子顕微鏡装置１０２と走査電子顕微鏡装置１０３，１０４とのショットごとの特徴量の差を求め、これを３次多項式で近似し、特徴量差のモデル１０９，１１０を作成する。露光プロセスモニタ装置１０８に保存した特徴量機差のモデルはＧＵＩの画面上に表示して確認することができる。
次に量産ウェーハ１１１のパターンを走査電子顕微鏡装置１０４で測定したしたときの特徴量を、量産時の露光条件である露光量・フォーカス値を前記で作成したモデル１１０にあてはめ、その露光条件での特徴量の機差を求め、測定した特徴量に求めた機差を加えて特徴量とすることで、走査電子顕微鏡装置１０１に合せ込むことができる。
本実施例で用いる走査電子顕微鏡装置は、ＣＤ−ＳＥＭであり、当該ＣＤ−ＳＥＭに内蔵される演算装置は、電子ビームの照射に基づいて得られる検出信号に基づいてラインプロファイルや輪郭線情報の抽出を行うと共に、ラインプロファイルのピーク間の寸法値、輪郭線情報から得られる複数の部位の設計データと輪郭線間の距離、或いは輪郭線によって定義されるパターンの面積等を出力する。これらの出力データは上記特徴量に相当する。
図５は図１のシステム例をより具体的に示す図である。図５の例では３台のＣＤ−ＳＥＭ５０１〜５０３が接続されており、上記特徴量の出力が可能となっている。なお、ＣＤ−ＳＥＭは画像データや検出信号を出力し、ネットワークを経由して接続されているパターン測定装置５０４にてこれらデータから上記特徴量を求めるようにしても良い。また、このシステムにはパターン測定装置５０４の測定条件を設定するための測定条件設定装置５０５が接続されている。測定条件設定装置５０５は、例えばＣＤ−ＳＥＭの光学条件や測定条件を設定するために設けられている。図１の露光プロセスモニタ１０８は、パターン測定装置５０４に相当する。また、汎用のコンピューターの記憶媒体に、後述する処理を実行するコンピュータープログラムを記憶させ、当該コンピューターに後述する処理を実行させるようにしても良い。
また、このシステムには縮小投影露光装置の露光条件（フォーカス条件、ドーズ条件）を設定するための露光条件設定装置５０６や評価対象となる露光装置５０７が接続されている。
パターン測定装置５０４内に設けられた演算処理装置５０８には、上述のようなパターン寸法やパターンの面積のような特徴量を演算するための特徴量抽出部５１０、多項式（関係式）を後述する処理によって求める多項式作成部５１１、当該多項式作成部５１１によって作成され、メモリ５０９に登録される多項式に基づいて、上記特徴量を補正する特徴量補正部５１２、及び得られた特徴量に基づいて、露光条件を設定する露光条件設定部５１３が含まれている。露光条件設定部５１３は、例えばメモリ５０９に記憶された特徴量（例えばベストの特徴量に対するずれ）と露光補正量との関係を示す演算式やテーブルに基づいて、露光条件を設定する。この場合はパターン測定装置５０４が露光条件設定装置となる。
図２はＦＥＭウェーハを用いて多項式（近似モデル、近似式）を作成する工程を示すフローチャートである。まず、ショット単位で異なる露光条件で露光されたＦＥＭウェーハを複数のＣＤ−ＳＥＭの中のマスター機に導入する（ステップ２０１）。マスター機とは例えばＣＤ−ＳＥＭ５０１であり、他のＣＤ−ＳＥＭは、同じパターンを測定した場合、このマスター機の測定値と同じ値を出力するように調整される。
次に電子顕微鏡としての準備が整った後に、１のショットの測定対象となるパターンを含むように電子顕微鏡の視野を設定し、測定を実行する（ステップ２０２）。なお、ＣＤ−ＳＥＭ５０１は単に画像データ等を出力し、パターン測定装置５０４で特徴量を求めるようにしても良いし、ＣＤ−ＳＥＭ５０１内に設けられた演算装置で特徴量を求めるようにしても良い。この場合、ＣＤ−ＳＥＭ内に設けられた演算装置がパターン測定装置となる。ＣＤ−ＳＥＭ５０１は量産工程では通常のプロセス管理に用いられるが、多項式を作成する工程では基準となる特徴量を出力するために用いられる。
マスター機を用いた測定を、全てのショット、或いは所定のショットの測定が終了するまで実行し、その測定結果或いは特徴量をメモリ５０９等の記憶媒体に記憶する。
次に、マスター機で測定したＦＥＭウェーハと同じウェーハを、機差補正対象となる他のＣＤ−ＳＥＭに導入する（ステップ２０３）。機差補正対象となるＣＤ−ＳＥＭとは例えばＣＤ−ＳＥＭ５０２、５０３であり、後にマスター機であるＣＤ−ＳＥＭ５０１が出力する特徴量に合うように機差補正される。機差補正対象となるＣＤ−ＳＥＭにＦＥＭウェーハを導入した後、マスター機と同様にショット単位での測定を実行し、その測定結果や特徴量をパターン測定装置５０４に対して出力する（ステップ２０４）。この処理を補正対象となるＣＤ−ＳＥＭ分、繰り返す。
次にＣＤ−ＳＥＭの識別情報、露光条件、及び測定値（特徴量）を関連付けて、メモリ５０９等に記憶する（ステップ２０５）。この場合、例えば図３のように各ＣＤ−ＳＥＭに対して用意されたシートにフォーカスとドーズの組み合わせ毎に特徴量を登録する。露光条件はＦＥＭウェーハを作成するために露光装置に設定されたデータを保存しておき、図３に例示するようなデータベース作成の際に読み出すようにする。
以上のようにして登録された各ＣＤ−ＳＥＭにて得られたショット単位の特徴量から、多項式を作成する（ステップ２０６）。多項式作成部５１１では、同じ露光条件で得られたマスター機の特徴量と、機差補正対象機の特徴量の差分を異なる露光条件ごとに求め、露光装置のフォーカス値、露光量（ドーズ量）、及び特徴量の差分の関係式となる多項式を作成する。多項式は機差補正対象機の数だけ作成される。このようにして作成された多項式と機差補正対象機の識別情報とを関連付けて、メモリ５０９等に登録する（ステップ２０７）。なお、ＣＤ−ＳＥＭ５０２、５０３内でこのような処理を行うようにしても良い。
以上のようにして作成された多項式を用いて量産ウェーハの測定を実行する工程を、図４のフローチャートを用いて説明する。まず、所定の露光条件にて作成された量産ウェーハのパターン測定を機差補正対象機で実行する（ステップ４０１）。次に機差補正対象機で得られた特徴量を、上記多項式を用いて補正するために、上記多項式に測定対象の量産ウェーハの露光条件（フォーカス値、ドーズ量）を入力し、特徴量の差分を求める（ステップ４０２）。なお、測定を行う前に露光条件はわかっているので、予め差分を求めておくようにしても良い。また、複数のＣＤ−ＳＥＭを統括管理するような装置の場合は、ＳＥＭの識別情報に基づいて多項式を読み出し、特徴量の差分を求める。
以上のようにして求められた差分を、機差補正対象機の特徴量に加算、或いは減算することによって特徴量を補正する（ステップ４０３）。
以上のような構成によれば、露光条件によって機差の程度が変化する場合であっても、高精度な測定を行うことが可能となる。特に多項式によって差分を求めているため、露光条件を細かく振って補正量を求めることなく、適正な機差補正を行うことが可能となる。
なお、多項式データや当該多項式によって求められた特徴量の差分データをＣＤ−ＳＥＭに登録し、ＣＤ−ＳＥＭで当該登録データに基づいて特徴量を補正するようにしても良い。また、露光条件設定装置５０６から得られる露光条件情報に基づいて、自動的に多項式や特徴量の差分を抽出し、特徴量を補正するようにしても良い。
【符号の説明】
【００１２】
１０１  ＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｍａｔｒｉｘ）ウェーハ
１０２−１０４  走査電子顕微鏡装置
１０５−１０７  特徴量
１０８  露光プロセスモニタ装置
１０９−１１０  特徴量機差モデル
１１１  量産ウェーハ
【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５】
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