(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査荷電粒子顕微鏡により試料上の評価ポイントを撮像した画像を用いて，第一の製造プロセスにより試料上に生成された第一のパターンと第二の製造プロセスにより前記試料上に生成された第二のパターンとの重ね合わせ位置を評価する方法であって、
パターンのレイアウト情報と製造プロセス情報を入力するステップと、
前記レイアウト情報と製造プロセス情報を基に，前記レイアウト情報におけるパターンエッジ毎にどの製造プロセスで生成されたエッジであるかを属性情報として付与するステップと、
前記属性情報を基に前記第一の製造プロセスにより生成されたエッジと前記第二の製造プロセスにより生成されたエッジが視野内に含まれることを条件に一つあるいは複数の評価ポイントを決定するステップと、
を備え、
前記評価ポイントを決定するステップにおいては、x方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左あるいは右のエッジを、y方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上あるいは下のエッジを第一のパターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含み、
該評価ポイントでは、前記第一のパターンは前記第二のパターンにより隠されていないエッジ部を含むことを特徴とするパターン評価方法。
【請求項２】
前記製造プロセスにはCutting  processが含まれることを特徴とする請求項１記載のパターン評価方法。
【請求項３】
前記製造プロセスにはSidewall spacerを生成するプロセスが含まれることを特徴とする請求項1記載のパターン評価方法。
【請求項４】
パターンのレイアウト情報を基に評価ポイント候補について重ね合わせ位置を評価するために許容される撮像ずれを推定し、前記許容される撮像ずれを基に評価ポイント候補の中から評価ポイントと前記評価ポイントを撮像するための撮像シーケンスを決定し、
前記許容される撮像ずれは前記撮像ずれが発生しても前記評価ポイント内に含まれる第一のパターンと第二のパターンの特定に失敗しないことを条件に推定することを特徴とする請求項１記載のパターン評価方法。
【請求項５】
評価ポイントを決定するステップにおいては、レイアウト情報からパターンの各部位の変形し易さを評価し、前記各部位の変形し易さを基に評価ポイントを決定することを特徴とする請求項1記載のパターン評価方法。
【請求項６】
評価ポイントを決定するステップにおいては、ｘ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左と右の両方のエッジを、ｙ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上と下の両方のエッジを第一パターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含むことを特徴とする請求項1記載のパターン評価方法。
【請求項７】
ウェーハ上の積層レイヤに関して第一のパターンが下層パターンであり、第二のパターンが上層パターンである場合、評価ポイントを決定するステップにおいて，レイアウト情報から前記上層パターンによる下層パターンの隠れを推定し、前記隠れを考慮して評価ポイントを決定し、前記隠れの推定においてはパターンの変形に伴い下層パターンが隠れる場合の推定を含むことを特徴とする請求項1記載のパターン評価方法。
【請求項８】
評価ポイントを決定するステップにおいては、事前に少なくとも一つ以上の評価ポイントを指定し、前記指定した評価ポイントを基に前記評価ポイント内に含まれるパターンと類似したパターンを含む別の評価ポイントを探索することによって決定することを特徴とする請求項1記載のパターン評価方法。
【請求項９】
評価ポイントを決定するステップにおいては、パターンのレイアウト情報を基に前記評価ポイント内において重ね合わせ位置を評価する計測ポイントを決定することを特徴とする請求項1記載のパターン評価方法。
【請求項１０】
評価ポイントを決定するステップにおいては、パターンのレイアウト情報を基に前記評価ポイント内において重ね合わせ位置を評価するための処理方法を評価ポイント毎に決定する処理を含み、前記処理方法の選択肢には少なくとも、前記評価ポイントを撮像して得られた画像と設計データとの比較により重ね合わせ位置を評価する方法と、
前記評価ポイントを撮像して得られた画像から画像処理によりパターンを認識して重ね合わせ位置を評価する方法を含むことを特徴とする請求項1記載のパターン評価方法。
【請求項１１】
評価ポイントを決定するステップにおいては、評価ポイントの候補を前記評価ポイントの属性情報と合わせて表示することを特徴とする請求項1記載のパターン評価方法であって、前記属性情報には評価可能な重ね合わせ位置の方向を含むことを特徴とする請求項１記載のパターン評価方法。
【請求項１２】
ｘ方向の重ね合わせ位置を評価する際は、第一の評価ポイント内に少なくとも第一のパターンの左右どちらかのエッジと第二のパターンの左右どちらかのエッジを含み、第二の評価ポイント内に第一のパターンの左右どちらかのエッジと第二のパターンの左右どちらかのエッジを含むように前記第一と第二の評価ポイントを決定し、前記第一と第二の評価ポイントを用いて重ね合わせずれを評価し、
前記第一の評価ポイント内に含まれるパターンの方向と前記第二の評価ポイント内に含まれるパターンエッジの方向は前記第一と第二のパターンそれぞれにおいて左右が逆であり、
ｙ方向の重ね合わせ位置を評価する際は、第一の評価ポイント内に少なくとも第一のパターンの上下どちらかのエッジと第二のパターンの上下どちらかのエッジを含み、第二の評価ポイント内に第一のパターンの上下どちらかのエッジと第二のパターンの上下どちらかのエッジを含むように前記第一と第二の評価ポイントを決定し、前記第一と第二の評価ポイントを用いて重ね合わせずれを評価し、
前記第一の評価ポイント内に含まれるパターンの方向と前記第二の評価ポイント内に含まれるパターンエッジの方向は前記第一と第二のパターンそれぞれにおいて上下が逆であることを特徴とする請求項１記載のパターン評価方法。
【請求項１３】
前記評価ポイントを決定するステップにおいては、評価ポイント毎に重ね合わせ位置の評価が可能な方向が定められた複数の評価ポイントを決定し、前記重ね合わせ位置を評価するステップにおいては前記複数の評価ポイントにおいてそれぞれ計測された重ね合わせ位置の評価が可能な方向に対する重ね合わせずれを基に所定の座標における重ね合わせのずれベクトルを算出することを特徴とする請求項１のパターン評価方法。
【請求項１４】
走査荷電粒子顕微鏡により試料上の評価ポイントを撮像した画像を用いて、第一の製造プロセスにより試料上に生成された第一のパターンと第二の製造プロセスにより前記試料上に生成された第二のパターンとの重ね合わせ位置を評価する装置であって、
パターンのレイアウト情報と製造プロセス情報を入力する手段と、
前記レイアウト情報と製造プロセス情報を基に、前記レイアウト情報におけるパターンエッジ毎にどの製造プロセスで生成されたエッジであるかを属性情報として付与する手段と、
前記属性情報を基に前記第一の製造プロセスにより生成されたエッジと前記第二の製造プロセスにより生成されたエッジが視野内に含まれることを条件に一つあるいは複数の評価ポイントを決定する手段と、
を有し、
前記評価ポイントを決定する際は、x方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左あるいは右のエッジを、y方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上あるいは下のエッジを第一のパターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含み、該評価ポイントでは、前記第一のパターンは前記第二のパターンにより隠されていないエッジ部を含むことを特徴とするパターン評価装置。
【請求項１５】
走査荷電粒子顕微鏡により試料上の評価ポイントを撮像した画像を用いて，第一の製造プロセスにより試料上に生成された第一のパターンと第二の製造プロセスにより前記試料上に生成された第二のパターンとの重ね合わせ位置を評価する方法であって、
パターンのレイアウト情報と製造プロセス情報を入力するステップと、
前記レイアウト情報と製造プロセス情報を基に，前記レイアウト情報におけるパターンエッジ毎にどの製造プロセスで生成されたエッジであるかを属性情報として付与するステップと、
前記属性情報を基に前記第一の製造プロセスにより生成されたエッジと前記第二の製造プロセスにより生成されたエッジが視野内に含まれることを条件に一つあるいは複数の評価ポイントを決定するステップと、
を備え、
前記評価ポイントを決定するステップにおいては、x方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左あるいは右のエッジを、y方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上あるいは下のエッジを第一のパターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含み、前記製造プロセスにはCutting  processが含まれることを特徴とするパターン評価方法。
【請求項１６】
走査荷電粒子顕微鏡により試料上の評価ポイントを撮像した画像を用いて、第一の製造プロセスにより試料上に生成された第一のパターンと第二の製造プロセスにより前記試料上に生成された第二のパターンとの重ね合わせ位置を評価する装置であって、
パターンのレイアウト情報と製造プロセス情報を入力する手段と、
前記レイアウト情報と製造プロセス情報を基に、前記レイアウト情報におけるパターンエッジ毎にどの製造プロセスで生成されたエッジであるかを属性情報として付与する手段と、
前記属性情報を基に前記第一の製造プロセスにより生成されたエッジと前記第二の製造プロセスにより生成されたエッジが視野内に含まれることを条件に一つあるいは複数の評価ポイントを決定する手段と、
を有し、
前記評価ポイントを決定する際は、x方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左あるいは右のエッジを、y方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上あるいは下のエッジを第一のパターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含み、前記製造プロセスにはCutting  processが含まれることを特徴とするパターン評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体デバイスにおいて，ウェーハ上に形成された回路パターンの重ね合わせを走査荷電粒子顕微鏡を用いて効率的に精度よく検査する方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハに回路パターンを形成するに際しては，半導体ウェーハ上にレジストと呼ばれる塗布材を塗布し，レジストの上に回路パターンの露光用マスク（レチクル）を重ねてその上から可視光線，紫外線あるいは電子ビームを照射し，レジストを感光（露光）して現像することによって半導体ウェーハ上にレジストによる回路パターンを形成し，このレジストの回路パターンをマスクとして半導体ウェーハをエッチング加工することにより回路パターンを形成する方法等が採用されている。【０００３】
半導体製造工程において，多層に形成される各種薄膜に回路パターンを形成する際，上下層のパターン間の重ね合わせ精度が，半導体素子の性能を左右するものとして重要な評価項目となる。上下層のパターン間の重ね合わせ評価方法としては，特許文献１（特開平６−２０２３１１号公報）において予めウェーハ上に作り込まれた重ね合わせ評価用の専用パターンの光学像を取得し，画像解析により各層間のずれ量を評価する方法が開示されている。【０００４】
また，パターンの微細化技術として，同一層上に異なる露光ステップでパターンを作り込み，高密度パターンを実現するダブルパターンニング（ＤＰと呼ぶ）の実用化が進んでいる。ＤＰ技術のひとつである二重露光技術について説明する。まず，ウェーハ上にレジストを塗布して第一のレジスト膜を形成し，これを露光および現像することで１回目の露光による第一のパターンを形成する。次に，前記第一のパターンをフリージングさせ２回目の露光において感光しないように処理する。この上に２回目の露光用のレジストを塗布して第二のレジスト膜を形成し，２回目の露光により，第一のパターンの隙間に第二のパターンを形成する。以上の手法を用いることにより，１回の露光でレジストパターンの形成が可能な最小ピッチの半分のピッチで，レジストパターンを形成することが可能となる。ＤＰについては特許文献２にも記載されている。【０００５】
ＤＰにおいて第一のパターンと第二のパターンの重ね合わせ評価方法としては，特許文献２（特開２０１０−１７７５００号公報）において前記第１のパターンと前記第２のパターンとが配置されるべきレイアウトの情報を基に，前記レイアウトの情報とパターンを撮像した画像とを比較する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０２３１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は，走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスにおける上下層のパターン間（下層に形成された第一のパターンと上層に形成された第二のパターン間），あるいはＤＰにおける露光別のパターン間（１回目の露光により形成された第一のパターンと2回目の露光により形成された第二のパターン間）での重ね合わせずれを，ウェーハ面内において密に推定する方法を提供することにある。パターンの微細化に伴い，重ね合わせ精度への要求が厳しくなり，マスクの製造誤差や，露光時のショット内（一度の露光照射で露光される領域内。１ショットで１チップ〜数チップ分が露光される）の歪み等が無視できなくなり，露光ショット毎のマスク全体の合わせずれのみならず，露光ショット内における複数点での重ね合わせ評価が必要となっている。【０００８】
特許文献1に記載された予めウェーハ上に作り込まれた重ね合わせ評価用の専用パターンを用いる方法では，ショット内に複数箇所の専用パターンを分散させて配置する必要があり、パターンレイアウトによっては配置が困難なケースがある。また，特許文献２に記載された方法では，専用パターン以外の通常の回路パターンを用いて重ね合わせ評価を行うため，密なずれ量推定ができる可能性はあるが，逆に専用パターンではないため，どの場所でも精度よく安定にずれ量を計測できるわけではなく，評価ポイントの決定や計測方法が課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本課題を解決するために，本発明は，以下の特徴を有する回路パターン評価システムならびにその方法とした。これにより，ウェーハ面内の密な重ね合わせずれを高精度に評価することができる。以下の処理により，レイアウト情報を基にＥＰやＥＰ内の計測ポイントを計算機によって自動で決定することが可能である。また，以下の処理により，自動ではなくユーザが手動でＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定することも可能となる。【００１０】
（１）走査荷電粒子顕微鏡により試料上の評価ポイントを撮像した画像を用いて，第一の製造プロセスにより試料上に生成された第一のパターンと第二の製造プロセスにより前記試料上に生成された第二のパターンとの重ね合わせ位置を評価する方法であって，パターンのレイアウト情報を基に一つあるいは複数の評価ポイント候補について重ね合わせ位置を評価するために許容される撮像ずれを推定するステップと，前記許容される撮像ずれを基に評価ポイント候補の中から一つあるいは複数の評価ポイントを決定するステップと，前記選択した評価ポイントを撮像するための撮像シーケンスを決定するステップと，前記撮像シーケンスに従って前記評価ポイントを撮像して得られた画像から第一のパターンと第二のパターンとの重ね合わせ位置を評価するステップを有することを特徴とする。また，許容される撮像ずれを推定するステップにおいては，撮像ずれが発生しても前記評価ポイント内に含まれる第一のパターンと第二のパターンの特定に失敗しないことを条件に前記許容される撮像ずれを推定することを特徴とする。【００１１】
ここで第一のパターンと第二のパターンとの違いは，上下層といったレイヤの違いであってもよいし，ＤＰにおける多重露光の違いであっても良い。また，重ね合せ位置を評価するパターン数は２つ以上であってもよい。例えば撮像画像において３レイヤ（上中下層）のパターンが見える場合は第一〜第三のパターン間のずれを評価することができるし，多重露光として三回の露光（triple patterning）を行う場合は第一〜第三のパターン間のずれを評価することができる。また，一回の撮像で全てのパターンが観察できない場合は，異なる製造工程のタイミングで複数回の撮像を行い重ね合わせ評価を行うこともできる。またパターンのレイアウト情報としては，例えばＧＤＳII形式で記述されたパターンの設計データを用いてもよいし，走査荷電粒子顕微鏡あるいは光学式の顕微鏡を用いてパターンを撮像した画像を用いてもよい。【００１２】
本特徴について補足する。走査荷電粒子顕微鏡を用いた撮像においては撮像ずれが発生する可能性がある。そのため，撮像ずれに対しても評価に失敗しないパターンを含む領域を評価ポイント（ＥＰと呼ぶ）に設定する必要があり，そのためには，各ＥＰ候補において重ね合せ位置の評価に成功するために許容される撮像ずれ（許容撮像ずれと呼ぶ）と実際に発生しうる撮像ずれ（推定撮像ずれと呼ぶ）を推定し，ＥＰ決定時に考慮する必要がある。すなわち，許容撮像ずれ≧推定撮像ずれとなるＥＰを選択する。また，この際，評価すべきパターン自体の露光位置のずれや，前記パターンの形状変形も考慮し，これらのパターン変動も併せて考慮してもよい。すなわち，想定される前記パターン変動に対しても重ね合せ位置の評価に失敗しないＥＰを決定する。前記許容撮像ずれの推定には，パターンのレイアウト情報を用いる。なぜなら，ＥＰ内に含まれるパターン形状，配置に依存して許容撮像ずれは異なるからである。許容撮像ずれの推定条件としては，（Ａ）同撮像ずれに対して第一のパターンと，第二のパターンの特定に失敗しないこと，（Ｂ）同撮像ずれに対して第一のパターンと，第二のパターンの計測部位を視野内に含むこと等が挙げられる。特にＤＰにおいては，画像において第一のパターンと，第二のパターンが類似している場合があり，前記条件（Ａ）は重要である。【００１３】
前記推定撮像ずれの推定では，走査荷電粒子顕微鏡における撮像シーケンスを考慮する必要がある。ここで撮像シーケンスについて補足する。ＥＰを位置ずれが少なく，かつ高精細に撮像するためは，いきなりＥＰを撮像するのではなく，アドレッシングや画質調整を行った後にＥＰを撮像する。一般的な撮像シーケンスとしては，一旦，アドレッシングポイント（ＡＰと呼ぶ）と呼ばれるユニークなパターンを撮像してステージ誤差等を推定したり，オートフォーカスポイント（ＡＦと呼ぶ）を撮像して荷電粒子ビームのフォーカス調整をした後，ＥＰを撮像する。そのため，例えば適切なＡＰが存在するか否かによって撮像ずれは変化する。撮像シーケンスの決定においては，ＥＰの周囲にどのようなパターンが存在するか把握する必要があるため，パターンのレイアウト情報を活用することが有効である。【００１４】
以上より，ＥＰと撮像シーケンスはお互いを考慮して決定することが有効である。すなわち，各ＥＰ候補について推定撮像ずれが許容撮像ずれ以下となるように撮像シーケンスを設定する必要があり，逆に推定撮像ずれが小さくなる撮像シーケンスが設定できない場合には，許容撮像ずれが大きなＥＰを選択する必要がある。なお，前記許容撮像ずれや推定撮像ずれが予め入力可能な場合は，同ずれを処理パラメータとして与えて同様に処理することができる。【００１５】
また，ＥＰの決定においては，ＥＰの位置に加え，ＥＰの撮像条件を併せて決定してもよい。撮像条件とはＥＰの視野（撮像範囲あるいは撮像倍率），プローブ電流，加速電圧，荷電粒子ビームの走査方向を含む。例えばＥＰ内に下層パターンが含まれる場合，加速電圧が低いと画像上においてパターンが鮮明に観測されない場合がある。そこで下層パターンが含まれる場合は高い加速電圧を設定することが考えられる。また，ＥＰ内にＸ方向にのびるパターンしか存在しない場合， 試料に照射する荷電粒子ビームの走査方向はＹ方向に設定した方がＸ方向のエッジを鮮鋭に画像化することができる。そのためＥＰ内のパターン方向に応じて走査方向を設定することが有効である。【００１６】
（２）評価ポイントを決定するステップにおける評価ポイント選択の評価基準として，（Ａ）レイアウト情報からパターンの各部位の変形し易さを評価し，前記各部位の変形し易さを基に評価ポイントを決定することを特徴とする。また（Ｂ）ｘ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左と右の両方のエッジを，ｙ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上と下の両方のエッジを，第一パターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含むことを特徴とする。【００１７】
本特徴について補足する。前記項目（１）においては，撮像ずれに対する重ね合わせ評価のロバスト性を考慮してＥＰを決定する方法を述べたが，本項目（２）はパターン変形に対する重ね合わせ評価のロバスト性を考慮する方法である。設計データにおけるパターン形状から判断して計測に適したパターンがＥＰ内に含まれていたとしても，実際にはパターン変形により安定した重ね合わせ評価が困難となる場合がある。想定されるパターン変形の種類としては，パターン幅の太り／細り，ライン端の後退，コーナ部の丸まり，パターンシフト（平行移動）等である。そこで前記項目（Ａ）ではパターンの各部位の変形し易さを基に，安定した計測ができるように変形しにくい部位，あるいは変形しても計測が失敗しない部位が含まれるようにＥＰを決定する。【００１８】
前記項目（Ｂ）は想定されるパターン変形の中で特にパターン幅の太り／細りに対するロバスト性を考慮したＥＰ決定方法である。第一のパターンおよび第二のパターンにおいてパターンの太り／細りがパターン中央から見ておよそ対称に発生すると想定すると，前記第一のパターンおよび第二のパターンの中央部のずれ量はパターンの太り／細りに大きく依存しないと考えられる。パターンの中央部の位置を求めるためには，パターンの対向する両サイド（上下あるいは左右）のエッジが必要なので，前記両サイドのエッジを含むようなＥＰを設定することが有効である。【００１９】
上記は計測のし易さという観点からのＥＰの決定であったが，加えてデバイス特性に対してクリティカルなパターンを管理するという観点も考慮してＥＰを決定することができる。例えば，ＥＤＡツールに搭載されたリソシミュレーション等に基づきパターンずれが発生しやすいと判断されたパターンを含む領域を優先的にＥＰとして選択してもよい。あるいは，積層レイヤの上下層を電気的に繋ぐコンタクトホールと配線パターンとの位置や，トランジスタにおけるゲート配線とアクティブ層との位置がずれた場合はデバイス特性の変化に直結するため，このような領域を優先的にＥＰとして選択してもよい。【００２０】
（３）ウェーハ上の積層レイヤに関して第一のパターンが下層パターンであり，第二のパターンが上層パターンである場合，評価ポイントを決定するステップにおいて，レイアウト情報から前記上層パターンによる下層パターンの隠れを推定し，前記隠れを考慮して評価ポイントを決定することを特徴とする。【００２１】
本特徴について補足する。下層レイヤにおいて計測に適したパターンがあったとしても，上層レイヤに隠れて撮像画像においては利用できないことがある。そのためレイアウト情報を基にパターンの隠れを推定し，ＥＰ選択において考慮する。また設計データ等のレイアウト情報においては上層パターンとの重なりがない下層レイヤであっても，パターンの転写位置ずれ等により実パターンにおいては上層パターンに重なる場合もある。そのため，上層パターンと下層パターンの距離を考慮することでパターンの隠れ易さを評価し，ＥＰ選択において考慮することが有効である。【００２２】
（４）評価ポイントを決定するステップにおいては，評価ポイントの試料上の面内分布を考慮して複数のＥＰを決定することができる。具体的には，（Ａ）試料上に複数の領域を設定し，それぞれの前記領域内から評価ポイントを少なくとも一つ決定することを特徴とする。あるいは（Ｂ）任意の二つの評価ポイント間の距離に関する条件を与え，前記条件を満たすように複数の評価ポイントを決定することを特徴とする。【００２３】
本特徴について補足する。重ね合わせ位置を面内で評価するためには，評価範囲内においてＥＰを適当な密度で配置する必要がある。この場合，配置に偏りがあると，ＥＰが疎な領域は評価精度が低下し，ＥＰが密集した領域は冗長な評価になる。そのため，例えばＥＰを格子状に等間隔で配置することが考えられるが，このように配置された各ＥＰにおいて重ね合せ位置の評価に適したパターンが存在するとは限らない。【００２４】
そこで，前記項目（Ａ）では，各ＥＰを配置することができるある一定範囲の領域を複数設定する。前記領域内ではどこにＥＰを設定しても構わないので，前記領域内で例えば前記項目（１）の観点で重ね合わせ評価が可能なＥＰを選択する。ここで，前記各ＥＰを配置することができる領域を例えば一定間隔で面内に配置すれば，分布に大きな偏りがなく重ね合わせ評価可能なＥＰを配置することができる。【００２５】
前記項目（Ｂ）は同じ課題を解決する別の実施例であり，任意の二つのＥＰ間の距離に関する条件，例えばＥＰ間の距離がＡum〜Ｂumの間におさまること等の条件を与え，同条件を満たすＥＰ候補で，かつ重ね合わせ評価可能なＥＰを選択することで，分布の偏りをなくすことと重ね合わせ評価精度とを両立することができる。【００２６】
（５）評価ポイントを決定するステップにおいては，事前に少なくとも一つ以上の評価ポイントを指定し，前記指定した評価ポイントを基に前記評価ポイント内に含まれるパターンと類似したパターンを含む別の評価ポイントを探索することによって決定することを特徴とする。【００２７】
本特徴について補足する。ＥＰは評価者であるユーザの意向により，様々な観点で選択されうる。また半導体デバイスの品種，工程等によっても異なる。しかし，複数個所において重ね合わせ評価を行うため，大量のＥＰをレシピに登録する作業はユーザにとって容易でない。そこで，ユーザにより所望のＥＰを入力できる仕組みを設け，前記入力されたＥＰと類似したＥＰをレイアウト情報から自動でＥＰ候補として抽出する。これにより，ユーザは数点のＥＰを入力するだけで残る大量のＥＰ選択の手間を省くことができ，かつユーザや品種，工程毎に異なるＥＰ選択基準に迅速に対応することができる。【００２８】
また，ユーザが複数のＥＰを全て指定することもできる。その場合，前記ユーザ指定のＥＰが重ね合せ評価に適したＥＰであるかどうかを前記項目（１）〜（４）あるいは後述する項目（６）等の観点からレイアウト情報を基に評価する。そして，もし必要であれば重ね合せ評価により適した位置にユーザ指定のＥＰ位置を微小ずらしたり，ＥＰの大きさを少し変更する等の処理を行うことができる。これにより，ユーザは大体のＥＰ位置を指定するだけで，正確な位置や大きさは自動で最適化されるため，手間を省くことができる。【００２９】
（６）評価ポイントを決定するステップにおいては，パターンのレイアウト情報を基に前記評価ポイント内において重ね合わせ位置を評価する計測ポイントを決定することを特徴とする。また，同じく評価ポイントを決定するステップにおいては，パターンのレイアウト情報を基に前記評価ポイント内において重ね合わせ位置を評価するための処理方法を評価ポイント毎に決定する処理を含み，前記処理方法の選択肢には少なくとも，（処理方法Ａ）前記評価ポイントを撮像して得られた画像と設計データとの比較により重ね合わせ位置を評価する方法と，（処理方法Ｂ）前記評価ポイントを撮像して得られた画像から画像処理によりパターンを認識して重ね合わせ位置を評価する方法を含むことを特徴とする。【００３０】
本特徴について補足する。決定したＥＰ内には複数のパターンが存在するが，重ね合わせ評価のためには第一のパターンと第二パターン間の距離を計測する必要がある。場合によっては全てのパターンを前記距離の計測に用いる場合もあるが，例えば前記項目（２）で述べたようにパターン変形が発生しやすい箇所は除外して距離の計測を行うこともできる。そのためレイアウト情報を基に評価パターン毎に計測ポイントを決定する。【００３１】
また，前記距離を得るための処理方法を評価パターン毎に決定することができる。前記（処理方法Ａ）のように設計データを利用した処理や，前記項目（処理方法Ｂ）のように画像から直接計測値を得る処理はＥＰ内に含まれるパターンによって良し悪しがあるため，レイアウト情報を基にＥＰ毎に処理方法を決定することが有効である。【００３２】
逆にＥＰを決定するステップにおいて，前記距離を得るための処理方法をユーザが予め指定し，レイアウト情報を基に前記処理方法により計測値を得ることができる領域をＥＰとして選択することもできる。特に前記（処理方法Ｂ）の処理においては設計データを利用する必要がないため，ユーザによっては前記（処理方法Ｂ）の処理が可能な領域のみをＥＰとして選択したいという要望がありうる。この場合，レシピ生成時には例えば設計データを用いてＥＰの決定等を行うが，走査荷電粒子顕微鏡を用いた撮像／計測時においては設計データをハンドリングする必要がないというメリットがある。【００３３】
（７）評価ポイントを決定するステップにおいては，パターンエッジ毎にどの製造プロセスで生成されたエッジであるかを属性情報として求め，前記属性情報を基に前記第一の製造プロセスにより生成されたエッジと前記第二の製造プロセスにより生成されたエッジが視野内に含まれることを条件に評価ポイントを決定することを特徴とする。【００３４】
本特徴について補足する。例として層間の重ね合せにおいて下層に転写された第一のパターンと上層に転写された第二のパターンとの転写ずれを評価することを考える。ただし，第二のパターンはCutting processによってパターンの一部が除去されているとする。ここで，単に下層に存在する第一のパターンのエッジと上層に存在する第二のパターンのエッジ間の距離を計測しても前記ずれを評価できないケースがある。それは計測に用いた前記第二のパターンのエッジがCutting processによって生成された場合であり，この場合に得られるずれは第一のパターンとCutting processのパターンとのずれになる。このように，所望の２つのレイヤ間のずれを評価する際には，単に前記２つのレイヤに存在するパターンのエッジをそれぞれ選択してその距離を計測するのでなく，エッジがどの製造プロセスによって生成されたかも加味して計測に用いるエッジを選択する必要がある。そのため，エッジ毎に製造プロセス情報を属性情報として付与し，前記属性情報を基に計測対象エッジの組合せを決定することを特徴とする。これは層間の重ね合わせずれの評価に限らず，ＤＰやＳＡＤＰ（Self-Aligned Double Patterning）等の複数プロセスによって同層に形成されたパターン間の前記複数プロセス間のずれを評価する際にも有効である。前記属性情報の加味はレイアウト情報を基に計算機によってＥＰやＥＰ内の計測ポイントを自動で決定する際に有効であるが，自動ではなくユーザが手動でＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定する際も大変有効である。なぜならば，最終的に形成されるパターンのレイアウト情報から，どのエッジがどの製造プロセスによって生成されたか予想することが困難な場合があるからである。また，予想できる場合であっても，そのためにはプロセスに関する知識やパターン位置の特定が必要となる。そのため，レイアウト情報と前記属性情報を併せてＧＵＩ等においてユーザに示すことによって，ユーザがＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定する際の助けとなる。【００３５】
（８）評価ポイントを決定するステップにおいて，ｘ方向の重ね合わせ位置を評価する際は，第一の評価ポイント内に少なくとも第一のパターンの左右どちらかのエッジと第二のパターンの左右どちらかのエッジを含み，第二の評価ポイント内に第一のパターンの左右どちらかのエッジと第二のパターンの左右どちらかのエッジを含むように前記第一と第二の評価ポイントを決定し，前記第一と第二の評価ポイントを用いて重ね合わせずれを評価することを特徴とする。ここで，前記第一の評価ポイント内に含まれるパターンの方向と前記第二の評価ポイント内に含まれるパターンエッジの方向は前記第一と第二のパターンそれぞれにおいて左右が逆であることを特徴とする。【００３６】
同様に，ｙ方向の重ね合わせ位置を評価する際は，第一の評価ポイント内に少なくとも第一のパターンの上下どちらかのエッジと第二のパターンの上下どちらかのエッジを含み，第二の評価ポイント内に第一のパターンの上下どちらかのエッジと第二のパターンの上下どちらかのエッジを含むように前記第一と第二の評価ポイントを決定し，前記第一と第二の評価ポイントを用いて重ね合わせずれを評価することを特徴とする。ここで，前記第一の評価ポイント内に含まれるパターンエッジの方向と前記第二の評価ポイント内に含まれるパターンエッジの方向は前記第一と第二のパターンそれぞれにおいて上下が逆であることを特徴とする。
本特徴について補足する。重ね合わせ評価用の専用パターンではなく，通常の回路パターンを用いて重ね合わせ評価を行う場合，重ね合わせ評価に適したパターンを含むＥＰが存在するか否かはパターンレイアウトに依存し，常に望むＥＰが存在するとは限らない。そのため，実パターンを用いて重ね合わせずれの面内分布を評価する際には，（課題１）いかに偏りなく多くのＥＰを抽出できるか，（課題２）抽出できたＥＰが少ない場合であってもいかに重ね合わせずれの面内分布の推定に有効な情報を算出できるかが課題となる。本項目は前記（課題１）に対し有効な処理である。前記項目（２）において，ＥＰ選択の評価基準の例として，「（Ｂ）ｘ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左と右の両方のエッジを，ｙ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上と下の両方のエッジを，第一パターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含む」を挙げたが，パターンレイアウトによっては，このような計測に必要なエッジ群を全て視野内に含むＥＰがほとんど存在しない場合がある。これに対して，ＥＰの撮像倍率を下げてＥＰの視野を大きくすることによって，より多くのパターンを視野内に含ませて前記基準を満たすようなＥＰが存在する可能性を高めることが考えられる。ただし，撮像倍率と計測精度はトレードオフの関係にあるため，視野の拡大には限界がある。そこで，1つのＥＰからずれ量を推定するのではなく，２つのＥＰからずれ量を推定することを考える。すなわち，1つのＥＰでは視野内におさまらなかったずれの計測に必要なエッジ群が，第一のＥＰ，第二のＥＰ内に分けて撮像することで，全て視野内におさめることが可能になる場合がある。ただし，パターン幅の太り／細りや２つのＥＰの撮像ずれに対してずれの計測値が影響を受けないようにするためには，計測に必要なエッジ群を前述のような組合せで前記第一のＥＰ，第二のＥＰで撮像する必要があることを見出した。このように1つのずれ量を計測するために２つのＥＰを撮像すれば計測のスループットは低下するが，計測のための基準を満たすＥＰの選択肢が増え，偏りなく密なずれの面内分布を推定できる可能性が高くなる。【００３７】
（９）評価ポイントを決定するステップにおいては，評価ポイント毎に重ね合わせ位置の評価が可能な方向が定められた複数の評価ポイントを決定し，前記重ね合わせ位置を評価するステップにおいては前記複数の評価ポイントにおいてそれぞれ計測された重ね合わせ位置の評価が可能な方向に対する重ね合わせずれを基に所望の座標における重ね合わせのずれベクトルを算出することを特徴とする。
本特徴について補足する。本項目は前記項目（７）において述べた「（課題２）抽出できたＥＰが少ない場合であってもいかに重ね合わせずれの面内分布の推定に有効な情報を算出できるか」に対し有効であり，各ＥＰにおける計測可能な方向と計測したずれ量とを基に計測値を補間処理することで所定の座標における二次元（ｘ，ｙ方向）のずれベクトルを推定することを特徴とする。前記ＥＰの分布が疎であったり偏りがあったとしても，ある程度，ずれの密な面内分布を推定することが可能となる。ただし，補間処理によって求めた計測値の信頼性は必ずしも高くない場合があるため，推定したずれベクトル毎に信頼度を算出することを特徴とする。ずれの評価結果を半導体製造装置等へフィードバックしてずれを補正する際には，前記信頼度に応じてずれベクトルを加味する度合いを制御することができる。前記信頼度の算出方法としては，補間処理の内挿／外挿の違いや，ＥＰと補間点との距離等が挙げられる。
（１０）評価ポイントを決定するステップにおいては，評価ポイントの候補を前記評価ポイントの属性情報と合わせて表示することを特徴とする。ここで述べる属性情報には前記項目（７）で述べた製造プロセスに関する属性情報のみならず，後述する属性情報（Ａ）〜（Ｇ）が含まれる。
本特徴について補足する。ＥＰの決定においては，全て自動ではなく，複数のＥＰ候補をユーザに示し，その中からユーザに選択させることが有効である。ユーザにＥＰ選択の判断材料を与えるための表示方法として，ＥＰの面内分布を把握するためにウェーハ上におけるＥＰの位置をプロットして表示することができる。
また，（１）〜（９）で決定した各種情報をＥＰ候補の属性情報として表示することができる。例えば，（Ａ）許容撮像ずれ／推定撮像ずれ，（Ｂ）撮像シーケンス／撮像条件／想定される撮像時間，（Ｃ）評価の安定性の目安となるパターンの変形し易さ，（Ｄ）パターンの隠れあるいはパターンの変形による隠れ易さ，（Ｅ）計測ポイント／重ね合わせ位置を評価するための処理方法，（Ｆ）評価可能な重ね合わせ位置の方向，（Ｇ）ＥＰ内に含まれる各パターンエッジが生成された製造プロセス，等である。前記項目（Ｆ）の評価可能な重ね合わせ位置の方向とは，Ｘ方向もしくはＹ方向の重ね合わせ位置のみ評価可能，ＸＹ両方向の重ね合わせ位置を評価可能，Ａ゜方向の重ね合わせ位置を評価可能等の情報である。例えばＥＰ候補内にＸ方向に変化するパターンエッジしか含まれない場合，Ｙ方向の重ね合わせ位置を評価することはできない。この情報はＥＰ候補内のレイアウト情報を解析することにより求めることができる。
【発明の効果】
【００３８】
半導体デバイスにおける重ね合わせ位置の密な面内分布を把握するには，専用パターン以外の回路パターンも利用する必要がある。しかし，どの領域を撮像すれば良好な評価が可能か判断することは容易でなく，また，大量の評価ポイントを撮像レシピに登録する作業も容易でない。本発明によれば，計測要求を満足するレシピの生成（評価ポイント，撮像シーケンス，計測ポイント／処理方法の設定）を自動かつ高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明における処理シーケンスを示す図である。
【図２】本発明を実現するためのＳＥＭ装置の構成を示す図である。
【図３】半導体ウェーハ上から放出される電子の信号量を画像化する方法を示す図である。
【図４】ＳＥＭ装置における撮像シーケンスを示す図である。
【図５】撮像ずれを考慮した評価ポイント，撮像シーケンスの決定方法を示す図である。
【図６】パターン変形を考慮した評価ポイントの決定方法を示す図である。
【図７】パターン変形を考慮した評価ポイントの決定方法を示す図である。
【図８】パターンの隠れを考慮した評価ポイントの決定方法を示す図である。
【図９】面内分布を考慮した評価ポイントの決定方法を示す図である。
【図１０】ユーザ指定に基づく評価ポイントの決定方法を示す図である。
【図１１】計測ポイント／処理方法のバリエーションを示す図である。
【図１２】本発明のＧＵＩを示す図である。
【図１３】本発明のＧＵＩを示す図である。
【図１４】本発明のＧＵＩを示す図である。
【図１５】本発明を実現するための装置システムの構成を示す図である。
【図１６】ずれベクトルの面内分布の計算方法を示す図である。
【図１７】評価ポイントのバリエーションを示す図である。
【図１８】ずれベクトルの信頼性の算出方法・表示方法を示す図である。
【図１９】各エッジに製造プロセスに関する属性情報を付与し，前記属性情報を基に計測ポイントを決定する方法を示す図である。
【図２０】各エッジに製造プロセスに関する属性情報を付与し，前記属性情報を基に計測ポイントを決定する方法を示す図である。
【図２１】２つの評価ポイントからずれ量を計測する方法を示す図である。
【図２２】ウェーハ面内，ショットあるいはチップ面内のずれベクトルの分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は，半導体デバイスの設計あるいは製造過程において，ウェーハ上に形成された回路パターンの重ね合わせを走査荷電粒子顕微鏡を用いて効率的に精度よく検査する方法を提供する。すなわち，上下層のパターン間（下層に形成された第一のパターンと上層に形成された第二のパターン間），あるいはＤＰにおける露光別のパターン間（１回目の露光により形成された第一のパターンと2回目の露光により形成された第二のパターン間）での重ね合わせずれを，ウェーハ面内において密に推定する方法を提供する。この評価結果を露光装置等の半導体製造装置における補正パラメータや，パターンの設計データ等へフィードバックすることにより，露光パターン重ね合わせ位置精度向上，プロセスマージンの拡大が期待できる。
【００４１】
以下，本発明に係る実施の形態を，前記走査荷電粒子顕微鏡の一つである走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を例に説明する。走査電子顕微鏡の例としては，測長用の走査電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）や欠陥レビュー用の走査電子顕微鏡（Defect Review Scanning Electron Microscope：ＤＲ−ＳＥＭ）が挙げられる。しかし，本発明はこれに限定されるものではなく，走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）等の走査荷電粒子顕微鏡に対しても適用が可能である。更に，本発明は半導体デバイスに限らず，重ね合わせ評価が必要なパターンを有する試料の検査に適用することが可能である。また，以降の説明では特に第一のパターンと第二のパターンのＸＹ方向の重ね合わせずれを評価する実施例を主に説明するが，重ね合わせ評価のバリエーションとして，パターン間の回転の評価，パターン間の大きさの変動（転写倍率）の評価も含まれる。
【００４２】
1. 画像撮像装置 
1.1 ＳＥＭ構成要素
本発明における評価システムの一例を図２に示す。図２は評価を行う試料を撮像する走査荷電粒子顕微鏡の例としてＳＥＭを用いた実施例であり，試料の二次電子像（Secondary Electron：ＳＥ像）あるいは反射電子像（Backscattered Electron：ＢＳＥ像）を取得するＳＥＭの構成概要のブロック図を示す。また，ＳＥ像とＢＳＥ像を総称してＳＥＭ画像と呼ぶ。また，ここで取得される画像は測定対象を垂直方向から電子ビームを照射して得られたトップダウン画像，あるいは任意の傾斜させた方向から電子ビームを照射して得られたチルト像の一部または全てを含む。
【００４３】
電子光学系２０２は内部に電子銃２０３を備え，電子線２０４を発生する。電子銃２０３から発射された電子線はコンデンサレンズ２０５で細く絞られた後，ステージ２２１上におかれた試料である半導体ウェーハ２０１上において電子線が焦点を結んで照射されるように，偏向器２０６および対物レンズ２０８により電子線の照射位置と絞りとが制御される。電子線を照射された半導体ウェーハ２０１からは，２次電子と反射電子が放出され，ExB偏向器２０７によって照射電子線の軌道と分離された２次電子は２次電子検出器２０９により検出される。一方，反射電子は反射電子検出器２１０および２１１により検出される。反射電子検出器２１０と２１１とは互いに異なる方向に設置されている。２次電子検出器２０９および反射電子検出器２１０および２１１で検出された２次電子および反射電子はA/D変換機２１２，２１３，２１４でデジタル信号に変換され，処理・制御部２１５に入力されて，画像メモリ２１７に格納され，ＣＰＵ２１６で目的に応じた画像処理が行われる。図２では反射電子像の検出器を２つ備えた実施例を示したが，前記反射電子像の検出器をなくすことも，数を減らすことも，数を増やすことも，検出方向を変えることも可能である。
【００４４】
図３に半導体ウェーハ３０７上に電子線を走査して照射した際，半導体ウェーハ上から放出される電子の信号量を画像化する方法を示す。電子線は，例えば図３左に示すようにｘ，ｙ方向に３０１〜３０３又は３０４〜３０６のように走査して照射される。電子線の偏向方向を変更することによって走査方向を変化させることが可能である。ｘ方向に走査された電子線３０１〜３０３が照射された半導体ウェーハ上の場所をそれぞれＧ1〜Ｇ3で示す。同様にｙ方向に走査された電子線３０４〜３０６が照射された半導体ウェーハ上の場所をそれぞれＧ4〜Ｇ6で示す。前記Ｇ1〜Ｇ6において放出された電子の信号量は，それぞれ図３右に示した画像３０９における画素Ｈ1〜Ｈ6の明度値になる（Ｇ，Ｈにおける添字1〜6は互いに対応する）。３０８は画像上のｘ，ｙ方向を示す座標系である（Ｉｘ-Ｉｙ座標系と呼ぶ）。このように視野内を電子線で走査することにより，画像フレーム３０９を得ることができる。また実際には同じ要領で前記視野内を電子線で何回か走査し，得られる画像フレームを加算平均することにより，高S／Nな画像を得ることができる。加算フレーム数は任意に設定可能である。
【００４５】
図２中の処理・制御部２１５は，ＣＰＵ２１６と画像メモリ２１７を備えたコンピュータシステムであり，撮像レシピを基に評価対象となる回路パターンを含む領域を評価パターンとして撮像するため，ステージコントローラ２１９や偏向制御部２２０に対して制御信号を送る，あるいは半導体ウェーハ２０１上の任意の評価パターンの撮像画像に対し計測レシピを基に各種画像処理を行う等の処理・制御を行う。
【００４６】
前記撮像レシピの詳細については後述する。前記計測レシピとは，撮像したＳＥＭ画像を用いてパターンの形状計測やパターンの重ね合わせ等の評価を行うための画像処理アルゴリズムや処理パラメータを指定するファイルであり，ＳＥＭは前記計測レシピに基づいてＳＥＭ画像を処理することによって，評価結果を得る。撮像レシピと計測レシピを特に区別しない場合，総称して単にレシピと呼ぶ。
【００４７】
また，処理・制御部２１５は処理端末２１８（ディスプレイ，キーボード，マウス等の入出力手段を備える）と接続されており，ユーザに対して画像等を表示する，あるいはユーザからの入力を受け付けるＧＵＩ（Graphic User Interface）を備える。２２１はＸＹステージであり，半導体ウェーハ２０１を移動させ，前記半導体ウェーハの任意の位置の画像撮像を可能にしている。ＸＹステージ２２１により撮像位置を変更することをステージシフト，例えば偏向器２０６により電子線を偏向することにより観察位置を変更することをイメージシフトと呼ぶ。一般にステージシフトは可動範囲は広いが撮像位置の位置決め精度が低く，逆にイメージシフトは可動範囲は狭いが撮像位置の位置決め精度が高いという性質がある。
【００４８】
図２中のレシピ生成部２２２は，撮像レシピ作成装置２２３，計測レシピ作成装置２２４を備えたコンピュータシステムである。レシピ生成部２２２は処理端末２２５と接続されており，生成したレシピをユーザに表示する，あるいはユーザからの撮像やレシピ生成に関する設定を受け付けるＧＵＩを備える。
【００４９】
前述の処理・制御部２１５，レシピ生成部２２２はネットワーク２２８を介して情報の送受信が可能である。ネットワークにはストレージ２２７を有するデータベースサーバ２２６が接続されており，（Ａ）設計データ（マスク用の設計データ（光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）なし／あり），ウェーハ転写パターンの設計データ），（Ｂ）前記マスク用の設計データからリソシミュレーション等により推定した実パターンのシミュレーション形状，（Ｃ）生成した撮像・計測レシピ，（Ｄ）撮像した画像（光学顕微鏡画像，ＳＥＭ画像），（Ｅ）撮像・評価結果（評価パターンの部位ごとのパターン形状の測長値，パターン輪郭線，パターンの変形量，パターン間の重ね合せのずれ量やずれ方向，重ね合わせ位置の正常度あるいは異常度等），（Ｆ）撮像・計測レシピの決定ルールの一部または全てを，品種，製造工程，日時，データ取得装置等とリンクさせて保存・共有することが可能である。２１５，２２２，２２６で行われる処理は，任意の組合せで複数台の装置に分割，あるいは統合して処理させることが可能である。
【００５０】
1.2 撮像レシピ 
撮像レシピとは，ＳＥＭの撮像シーケンスを指定するファイルである。すなわち，評価対象として撮像すべき撮像領域（評価ポイント（ＥＰ）と呼ぶ）の座標や，前記ＥＰを位置ずれなく，かつ高精細に撮像するための撮像シーケンスを指定する。ＥＰは1ウェーハ上に複数存在する場合もあるし，ウェーハの全面検査であればＥＰがウェーハを埋め尽くすということになる。図４（ａ）にＥＰを撮像するための代表的な撮像シーケンスのフロー図，図４（ｂ）に前記代表的な撮像シーケンスに対応する撮像箇所を示す。以後，図４（ａ）（ｂ）を対応させながら，撮像シーケンスについて説明する。
【００５１】
まず図４（ａ）のステップ４０１において試料である半導体ウェーハ（図２では２０１，図４（ｂ）では４１６）をＳＥＭ装置のステージ２２１上に取り付ける。図４（ｂ）においてウェーハ４１６内に描かれた４１７〜４２０に代表される四角い枠はチップを表しており，４２１はチップ４１８を拡大したものである。また，４２５はチップ４２１の一部をあるＥＰ４３３を中心に拡大したものである。
【００５２】
ステップ４０２においてステージシフトにより，予め指定したウェーハ上のアライメントパターンにＳＥＭに取り付けられた光学顕微鏡（図２に図示せず）の視野を移動し，前記ウェーハ上のアライメントパターンを前記光学顕微鏡で撮像した画像（ＯＭ像と呼ぶ）を得る。予め用意した前記アライメントパターンにおけるマッチング用データ（テンプレート）と前記ＯＭ像をマッチングすることによりウェーハのずれ量を計算する。図４（ｂ）において前記アライメントパターンの撮像範囲を太枠４２２で示す。
【００５３】
ステップ４０２におけるＯＭ像の撮像倍率は低倍であるため，マッチングにより求めたずれ量の精度が十分でない場合がある。そこで，ステップ４０３において電子線２０４の照射によるＳＥＭ画像の撮像を行い，前記ＳＥＭ画像を用いたアライメントを行う。ＳＥＭの視野（ＦＯＶ（Field of view）と呼ぶ）は光学顕微鏡のＦＯＶに比べて小さく，ウェーハのずれ量によっては撮像しようとするパターンがＦＯＶの外になってしまう危険性があるが，ステップ４０２によりおおよそのずれ量は分かっているため，前記ずれ量を考慮して電子線２０４の照射位置を移動する。具体的にはまず，ステップ４０４においてＳＥＭの撮像位置をアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン４２３に移動して撮像し，オートフォーカス調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートフォーカス調整を行う。次にステップ４０５においてＳＥＭの撮像位置をアライメントパターン４２４に移動して撮像し，予め用意した前記アライメントパターン４２４におけるマッチング用データ（テンプレート）とＳＥＭ画像とをマッチングすることによって，より正確なウェーハのずれ量を計算する。図４（ｂ）に光学顕微鏡用アライメントパターン４２２，ＳＥＭ用アライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン４２３，ＳＥＭ用アライメントパターン４２４の撮像位置の一例を示す。これらの撮像位置の選択においてはアライメントあるいはオートフォーカスを行うのに適したパターンが含まれるか考慮する必要がある。
【００５４】
ステップ４０２，４０３の光学顕微鏡とＳＥＭを用いたアライメントをウェーハ上の複数箇所で行い，前記複数箇所で求めた位置ずれ量を基にウェーハの大きな原点ずれやウェーハの回転を計算する（グローバルアライメント）。図４（ａ）においてアライメントはＮａ箇所で行っており（ステップ４０６），図４（ｂ）ではチップ４１７〜４２０の四箇所で行う例を示している。以降，所望の座標へ視野移動する際には，ここで求めた原点ずれ・回転をキャンセルするように移動を行う。
【００５５】
ウェーハレベルでのアライメントが終わったら，ステップ４０７において評価パターン（ＥＰ）毎にさらに精度の高い位置決め（アドレッシング）や画質調整を行い，ＥＰを撮像する。前記アドレッシングは各ＥＰへの視野移動の際に発生するステージシフト誤差をキャンセルするために行う。具体的には，まずＥＰ４３３にステージシフトする。すなわち，電子線２０４の垂直入射位置がＥＰ中心になるようにステージ２２１を移動する。電子線の垂直入射位置はＭｏｖｅ座標（以降，ＭＰ）と呼ばれ，十字マーク４２６で示している。ここではＭＰをＥＰの中心位置に設定する例で説明するが，ＭＰをＥＰの周囲に設定する場合もある。ＭＰ４２６が決まると，そこからステージを動かさず，イメージシフトのみで視野移動可能な範囲４２７（点線枠）が決定する。もちろん，ＭＰにステージシフトしても，実際の実際にはステージシフトの停止誤差分だけずれている。次にステップ４０８においてＳＥＭの撮像位置をアドレッシングパターン撮像用オートフォーカスパターン４２８（以降，ＡＦ）にイメージシフトして撮像し，オートフォーカス調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートフォーカス調整を行う。次にステップ４０９においてＳＥＭの撮像位置をアドレッシングパターン４２９（以降，ＡＰ）に移動して撮像し，予め用意した前記ＡＰ４２４におけるマッチング用データ（テンプレート）とＳＥＭ画像とをマッチングすることによって，よりステージシフト誤差を計算する。以降のイメージシフトでは，前記計算したステージシフト誤差をキャンセルするように視野移動する。次にステップ４１０においてＳＥＭの撮像位置をＥＰ撮像用ＡＦ４３０にイメージシフトして撮像し，オートフォーカス調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートフォーカス調整を行う。次にステップ４１１においてＳＥＭの撮像位置をオートスティグマパターン４３１（以降，ＡＳＴ）にイメージシフトして撮像し，オートスティグマ調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートスティグマ調整を行う。前記オートスティグマとは，ＳＥＭ撮像時に歪みのない画像を取得するため，収束させた電子線の断面形状をスポット状になるように非点収差補正することを指す。次にステップ４１２においてＳＥＭの撮像位置をオートブライトネス＆コントラストパターン４３２（以降，ＡＢＣＣ）にイメージシフトして撮像し，オートブライトネス＆コントラスト調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートブライトネス＆コントラスト調整を行う。前記オートブライトネス＆コントラストとは，ＥＰ撮像時に適切な明度値及びコントラストをもつ鮮明な画像を取得するため，例えば二次電子検出器２０９におけるフォトマル（光電子増倍管）の電圧値等のパラメータを調整することよって，例えば画像信号の最も高い部分と最も低い部分とがフルコントラストあるいはそれに近いコントラストになるように設定することを指す。前記ＡＰ用のＡＦや，ＥＰ用のＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣへの視野移動はイメージシフトにより行うため，前記イメージシフト可能範囲４２７内で設定する必要がある。
【００５６】
ステップ４０７におけるアドレッシングや画質調整を行った後，ステップ４１３においてイメージシフトにより撮像箇所をＥＰに移動して撮像を行う。
【００５７】
全ＥＰの撮像が終わったら，ステップ４１５においてウェーハをＳＥＭ装置から取り出す。
【００５８】
なお，前述したステップ４０４，４０５，４０８〜４１２におけるアライメントや画質調整は場合によって，一部が省略される，あるいは順番が入れ替わる場合がある。
【００５９】
なお，電子線照射による試料上へ汚染物質の付着（コンタミネーション）の問題から，調整ポイント（ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣ）は一般にＥＰと撮像領域が重複しないように設定する。同じ領域を2回撮像すると，2回目の画像においてはコンタミネーションの影響で，画像が黒ずんだり，パターンの線幅が変化するといった現象がより強く現れることがある。そのため，評価パターンの評価に用いるＥＰでのパターン形状精度を保つため，各種調整はＥＰ周辺のパターンを用いて行い，調整後パラメータでＥＰを撮像することで，ＥＰへの電子線照射を最小限に抑える。
【００６０】
このように撮像シーケンスには，各種撮像パターン（ＥＰ，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣ）の座標，サイズ（視野あるいは撮像倍率），撮像順序（各撮像パターンへの視野移動手段（ステージシフトあるいはイメージシフト）を含む），撮像条件（プローブ電流，加速電圧，電子ビームの走査方向等）が含まれる。撮像シーケンスは撮像レシピにより指定する。また，アライメントやアドレッシングに用いたマッチング用データ（テンプレート）も撮像レシピに登録される。さらに，アライメントやアドレッシングにおけるマッチングアルゴリズム（画像処理方法や画像処理パラメータ）も撮像レシピに登録することがきる。ＳＥＭは前記撮像レシピに基づきＥＰを撮像する。
【００６１】
2. パターンの重ね合わせ評価方法 
2.1 概要 
本発明は，SEMにより試料上の評価ポイントを撮像した画像を用いて，第一の製造プロセスにより試料上に生成された第一のパターンと第二の製造プロセスにより前記試料上に生成された第二のパターンとの重ね合わせ位置を評価する方法であって，パターンのレイアウト情報を基に一つあるいは複数の評価ポイント候補について重ね合わせ位置を評価するために許容される撮像ずれを推定するステップと，前記許容される撮像ずれを基に評価ポイント候補の中から一つあるいは複数の評価ポイントを決定するステップと，前記選択した評価ポイントを撮像するための撮像シーケンスを決定するステップと，前記撮像シーケンスに従って前記評価ポイントを撮像して得られた画像から第一のパターンと第二のパターンとの重ね合わせ位置を評価するステップを有することを特徴とする。
【００６２】
また，許容される撮像ずれを推定するステップにおいては，撮像ずれが発生しても前記評価ポイント内に含まれる第一のパターンと第二のパターンの特定に失敗しないことを条件に前記許容される撮像ずれを推定することを特徴とする。
ここで第一のパターンと第二のパターンとの違いは，上下層といったレイヤの違いであってもよいし，ＤＰにおける多重露光の違いであっても良い。また，重ね合せ位置を評価するパターン数は２つ以上であってもよい。例えば撮像画像において３レイヤ（上中下層）のパターンが見える場合は第一〜第三のパターン間のずれを評価することができるし，多重露光として三回の露光（triple patterning）を行う場合は第一〜第三のパターン間のずれを評価することができる。また，一回の撮像で全てのパターンが観察できない場合は，異なる製造工程のタイミングで複数回の撮像を行い重ね合わせ評価を行うこともできる。以降の説明では２つのパターン（第一のパターンと第二のパターン）間の重ね合わせ評価を例に説明する。
【００６３】
図1に本発明全体の処理フローを示す。まず，ステップ１０１において処理データ／処理パラメータを入力する。前記処理データとして，ＥＰ候補抽出の判断材料となるパターンのレイアウト情報を入力する（ステップ１０２）。パターンのレイアウト情報としては，例えばＧＤＳII形式で記述されたパターンの設計データを用いてもよいし，走査荷電粒子顕微鏡あるいは光学式の顕微鏡を用いてパターンを撮像した画像を用いてもよい。また，前記設計データとしては，（Ａ）マスク用の設計データ（光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）なし／あり），（Ｂ）ウェーハ転写パターンの設計データ，（Ｃ）前記マスク用の設計データからリソシミュレーション等により推定した実パターンのシミュレーション形状，のいずれを用いてもよい。以降の説明では，主にレイアウト情報として（Ｂ）ウェーハ転写パターンの設計データを用いた例で説明する。また，レイアウト情報には前記第一のパターンや第二のパターンが含まれており，これらを一つのデータファイルで管理してもよいし，異なるデータファイルに分けて管理してもよい。
【００６４】
また，処理パラメータの一つとしてＥＰ選択条件や，装置条件を入力することができる（それぞれステップ１０３，１０４）。これらの入力の詳細は後述する。次に，ステップ１０５において重ね合わせ評価が可能なＥＰ候補を抽出する。ＥＰ候補の抽出範囲は，密に重ね合わせ評価を行いたい任意の範囲を設定して，その範囲内から前記重ね合せ評価が可能なＥＰを全て抽出することができる。前記任意の範囲として，面内全てのチップ，任意の組合せの複数チップ，チップ内の一部の範囲，チップ間に跨る範囲等が挙げられる。特に露光時のショット内の歪みを評価するためには一度の露光照射で露光される領域内，1ショットで1チップ〜数チップ分を前記重ね合わせ評価を行いたい範囲とすることが考えられる。本ステップでは，許容撮像ずれ推定，撮像シーケンス決定，推定撮像ずれ推定が行われる（それぞれステップ１０６〜１０８）。
【００６５】
ステップ１０６〜１０８について補足する。図５（ａ）は重ね合わせ評価を行うＥＰの選択例である。同図においては，１回目の露光により形成された第一のパターンを斜線でハッチングされたパターン（例えば５０１や５１３の丸いパターン），２回目の露光により形成された第二のパターンを白いパターン（例えば５０２や５１４の丸いパターン。５０３の十字パターン）で表している。すなわち，丸いパターンについては前記第一のパターンと第二のパターンが交互に並んで配置されている。ここで前記第一のパターンと第二のパターンの重ね合わせを評価するためにＳＥＭを用いて撮像する評価ポイントとして，ＥＰ５０５を考える（太枠が撮像範囲を示す）。ＥＰの撮像画像中から例えば第一のパターン５０１と第二のパターン５０２を基にその重ね合わせの位置関係５０４を評価することができる。ＳＥＭを用いた撮像においては撮像ずれが発生する可能性がある。そのため，撮像ずれに対しても評価に失敗しないパターンを含む領域をＥＰに設定する必要があり，そのためには，各ＥＰ候補において重ね合せ位置の評価に成功するために許容される撮像ずれ（許容撮像ずれと呼ぶ）と実際に発生しうる撮像ずれ（推定撮像ずれと呼ぶ）を推定し，ＥＰ決定時に考慮する必要がある。すなわち，許容撮像ずれ≧推定撮像ずれとなるＥＰを選択する。また，この際，評価すべきパターン自体の露光位置のずれや，前記パターンの形状変形も考慮し，これらのパターン変動も併せて考慮してもよい。すなわち，想定される前記パターン変動に対しても重ね合せ位置の評価に失敗しないＥＰを決定する。前記許容撮像ずれの推定には，パターンのレイアウト情報を用いる。なぜなら，ＥＰ内に含まれるパターン形状，配置に依存して許容撮像ずれは異なるからである。許容撮像ずれの推定条件としては，（Ａ）同撮像ずれに対して第一のパターンと，第二のパターンの特定に失敗しないこと，（Ｂ）同撮像ずれに対して第一のパターンと，第二のパターンの計測部位を視野内に含むこと等が挙げられる。特にＤＰにおいては，画像において第一のパターンと，第二のパターンが類似している場合があり，前記条件（Ａ）は重要である。
【００６６】
図５（ａ）において，第一のパターンと第二のパターンは表示上，斜線の丸と白丸で見た目が異なるが，実際のＳＥＭ像においては同様のパターンとして区別がつかない場合がある。そのため，例えば第一のパターンと第二のパターン間のピッチ（ｘ方向は５１０，ｙ方向は５１１）をＰとして，ＥＰの撮像ずれが±Ｐ／２発生した場合，ＥＰ５０５において第一のパターンと第二のパターンの特定は困難になる。また図示するように，ＥＰにおいて予想される最大の撮像ずれが，ｘ方向で５０８，ｙ方向で５０９とする。この場合，設定したＥＰの撮像位置５０５に対して，実際の撮像位置は撮像ずれのため点線枠５１２となることもありうる。点線枠５１２では，例えばパターン５１３と５１４は視野外となる。そのためＥＰ５０５の設定時に撮像ずれを考慮すると，重ね合わせ評価にパターン５１３と５１４が利用できない可能性があることを考慮せねばならない。前述のように撮像ずれを考慮してＥＰの位置や視野（撮像範囲あるいは撮像倍率）を決定する必要がある。
【００６７】
前記推定撮像ずれの推定では，走査荷電粒子顕微鏡における撮像シーケンスを考慮する必要がある。ここで撮像シーケンスについて補足する。ＥＰを位置ずれが少なく，かつ高精細に撮像するためは，いきなりＥＰを撮像するのではなく，アドレッシングや画質調整を行った後にＥＰを撮像する。一般的な撮像シーケンスとしては，一旦，アドレッシングポイント（ＡＰと呼ぶ）と呼ばれるユニークなパターンを撮像してステージ誤差等を推定したり，オートフォーカスポイント（ＡＦと呼ぶ）を撮像して荷電粒子ビームのフォーカス調整をした後，ＥＰを撮像する。そのため，例えば適切なＡＰが存在するか否かによって撮像ずれは変化する。撮像シーケンスの決定においては，ＥＰの周囲にどのようなパターンが存在するか把握する必要があるため，パターンのレイアウト情報を活用することが有効である。
【００６８】
図５（ａ）においては，ＥＰ５０５の撮像シーケンスとして，ＡＰ５０６が設定されている。ＡＰ５０６はユニークな第二のパターン５０３を視野に捉えており，ステージシフトでＡＰ５０６に移動した際のステージシフト誤差を推定することができる。またＥＰ５０５とＡＰ５０６間の距離５０７がイメージシフト可動範囲内であれば，ＥＰへの視野移動はイメージシフトで行うことができ，ＥＰの視野ずれをイメージシフト誤差内に抑えることができる。しかし，ＥＰ５０５の近くにパターン５０３のようなユニークなパターンがない場合，撮像ずれを小さくすることができないということになる。逆にＥＰでの許容撮像ずれがステージシフト誤差よりも大きければ，撮像シーケンスにおいてアドレッシングを行う必要がなくなる（ＡＰ５０６不要）。
【００６９】
以上より，ＥＰと撮像シーケンスはお互いを考慮して決定することが有効である。すなわち，各ＥＰ候補について推定撮像ずれが許容撮像ずれ以下となるように撮像シーケンスを設定する必要があり，逆に推定撮像ずれが小さくなる撮像シーケンスが設定できない場合には，許容撮像ずれが大きなＥＰを選択する必要がある。なお，前記許容撮像ずれや推定撮像ずれが予め入力可能な場合は，同ずれを処理パラメータとして与えて同様に処理することができる。
【００７０】
また，ＥＰの決定においては，ＥＰの位置に加え，ＥＰの撮像条件を併せて決定してもよい（図1中ステップ１０９）。撮像条件とはＥＰの視野（撮像範囲あるいは撮像倍率），プローブ電流，加速電圧，荷電粒子ビームの走査方向を含む。例えばＥＰ内に下層パターンが含まれる場合，加速電圧が低いと画像上においてパターンが鮮明に観測されない場合がある。そこで下層パターンが含まれる場合は高い加速電圧を設定することが考えられる。また，ＥＰ内にＸ方向にのびるパターンしか存在しない場合， 試料に照射する荷電粒子ビームの走査方向はＹ方向に設定した方がＸ方向のエッジを鮮鋭に画像化することができる。そのためＥＰ内のパターン方向に応じて走査方向を設定することが有効である。
【００７１】
また，ＥＰにおける計測ポイントや処理方法を併せて決定してもよい（図1中ステップ１１０）。計測ポイントとはＥＰ内において定量的に重ね合わせ位置を評価するために画像処理によって位置を計測するパターンの部位のことであり，処理方法とは位置を計測する，画像処理方法のことである。図５（ｂ）のＥＰ５１９を例に説明すると，計測ポイントとしてＥＰ内のパターンエッジ全てを用いても良いし，ＥＰ内のパターン５１５と５１６の左右のエッジを用いてもよいし，左右片側のエッジを用いてもよいし，パターン５１５の右エッジとパターン５１６の左エッジを用いてもよい。更に画像の周囲は像が歪む場合があることを踏まえ，画像中心付近のみのエッジを用いてもよい。また，処理方法としては画像処理方法や設計データを活用する方法がある。詳細は後述する。このような計測ポイントや処理方法をＥＰ毎に決定することができる。
【００７２】
図５（ｂ）に重ね合わせ評価を行うＥＰの選択例をもう一例示す。図５（ａ）と同様に第一のパターンを斜線でハッチングされたパターン（例えば５１５），第二のパターンを白いパターン（例えば５１６や５１７）で表している。本例では，第一のパターンと第二のパターンがピッチ５２１で交互に配置されているので，ＥＰとして５１９を撮像しパターン５１５と５１６間の位置関係５１８を評価することを考える。ただしＥＰ５１９においてはパターンがｙ方向に長く延びており，ｘ方向に変化するパターンエッジしか存在しないので，ｘ方向の重ね合わせずれしか評価できない。しかし，逆にｙ方向の重ね合わせずれしか評価できない周囲のＥＰと組み合わせることで，近似的にｘｙ方向の重ね合わせ評価が可能となる。また，ＥＰ５１９とその周辺においてパターンはｙ方向に対してレイアウトデータ上は変化しないので，多少ｙ方向の撮像ずれが発生してもＥＰにおけるｘ方向の重ね合わせ評価を行うことができる。そのため，ＥＰ５１９の撮像シーケンスとして，ＡＰ５２０が設定されている。ＡＰ５２０はｘ方向にユニークな第二のパターン５１７を視野に捉えており，ｘ方向のステージシフト誤差しか推定できないが，前述の通りＥＰ５１９におけるｙ方向の許容撮像ずれがステージシフト誤差より大きければ問題はない。勿論，重ね合わせずれの分布を評価する上で，計測位置の精度は問題となるため，このようなケースであっても，ｘｙ両方向にアドレッシング可能なパターンがＥＰの近くにあれば，前記パターンを視野に含むＡＰを設定することが有効である。
【００７３】
次に，図1中ステップ１０５で抽出したＥＰ候補の中からＥＰを決定する（図１中ステップ１１１）。ここで，ステップ１１１で決定されるＥＰ群は，ステップ１０５で抽出されたＥＰ候補群と同じでもよいし，前記ＥＰ候補群をユーザに提示して，ユーザがその中から選択，もしくは微修正してＥＰとしてもよい。次に決定したＥＰをレシピに登録する（図１中ステップ１１２）。ここで，前記ＥＰに対する撮像シーケンス（ステップ１０７で決定），撮像条件（ステップ１０９で決定），計測ポイント／処理方法（ステップ１１０）もレシピに登録することができる。作成したレシピに基づき，複数のＥＰを順次，撮像，計測し，重ね合わせずれを評価する（ステップ１１３）。計測においては第一のパターンと第二のパターンとの位置関係を計測し，例えば設計値からのずれ量を評価することができる。
【００７４】
前述の処理内容，あるいは後述する処理内容をアルゴリズム化して計算機に実装することにより，ステップ１０５〜１１０の一部又は全ての処理は，入力された処理データ／処理パラメータを基に計算機により自動で行うことができる。
【００７５】
2.2 ＥＰ候補抽出 
2.2.1 パターン変形を考慮したＥＰ決定
本発明は，評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）における評価ポイント選択の評価基準として，レイアウト情報からパターンの各部位の変形し易さを評価し，前記各部位の変形し易さを基に評価ポイントを決定することを特徴とする。
【００７６】
本特徴について補足する。撮像ずれに対する重ね合わせ評価のロバスト性を考慮してＥＰを決定する方法については先に述べたが，これに加え，パターン変形に対する重ね合わせ評価のロバスト性を考慮することができる。設計データにおけるパターン形状から判断して計測に適したパターンがＥＰ内に含まれていたとしても，実際にはパターン変形により安定した重ね合わせ評価が困難となる場合がある。想定されるパターン変形の種類としては，パターン幅の太り／細り，ライン端の後退，コーナ部の丸まり，パターンシフト（平行移動）等である。そこでパターンの各部位の変形し易さを基に，安定した計測ができるように変形しにくい部位，あるいは変形しても計測が失敗しない部位が含まれるようにＥＰを決定する。
【００７７】
図６（ａ）（ｂ）はレイアウト情報の一つである設計データと実際にウェーハ上に生成されたパターンとの形状乖離を示している。図６（ａ）は設計データを描画しており，ＥＰ６０１内に下層パターン６０２と上層パターン６０３が含まれている。図６（ｂ）は図６（ａ）に対応する実パターンの撮像画像であり，ＥＰ６０１に対応する場所を撮像したＥＰ６０５内に下層パターン６０２に対応する実パターン６０６と上層パターン６０３に対応する実パターン６０７が含まれている。実パターンにおいてはパターンのコーナ部が丸まり，同箇所での計測は難しい。一方，点線枠６０４，６０８で示したコーナ部から少し離れた領域は直線状のパターンエッジが続いており，多少コーナ部が丸まっても形状変形しにくいと考えられる。そのため，点線枠６０４，６０８に囲まれるエッジを利用することで重ね合わせ評価を安定に行うことができる。実パターンにおいて予想されるコーナ部の最大丸まり量を入力として，先に述べたように発生しうる形状変形を設計データから予測し，計測ポイントの決定と併せて領域６０１をＥＰ候補として抽出することができる（この場合，計測ポイントは点線枠６０４となる）。なお，前記レイアウト情報として，マスク用の設計データからリソシミュレーション等により推定した実パターンのシミュレーション形状を用いることによって，より実パターン形状６０６，６０７に近いパターンを用いてＥＰを決定することができると考えられる。ただしその場合であってもシミュレーションの予想誤差は生じうるため，前述のように予想される形状変形量を加味することは有効である。
【００７８】
同様に図６（ｃ）（ｄ）は設計データと実際のパターンとの形状乖離を示す別の例である。図６（ｃ）は設計データを描画しており，ＥＰ６０９内に下層パターン６１０と上層パターン６１１が含まれている。図６（ｄ）は図６（ｃ）に対応する実パターンの撮像画像であり，ＥＰ６０９に対応する場所を撮像したＥＰ６１２内に下層パターン６１０に対応する実パターン６１３と上層パターン６１１に対応する実パターン６１４が含まれている。実パターンにおいて変形が大きいのは上層パターン６１４である。設計データにおいてクランク状に折れ曲がっている部位は，露光時の光近接効果等により実パターンでは形状が鈍っている。またパターンの端部は実パターンにおいては丸まり，位置も後退している。そのため計測に適した長い直線パターンが存在しないため，安定した計測には不向きである。このような変形を設計データを基に予測し，領域６０９をＥＰ候補として抽出しない，あるいは評価値の低いＥＰ候補とすることができる。
【００７９】
また本発明は，評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）における評価ポイント選択の評価基準として，ｘ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左と右の両方のエッジを，ｙ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上と下の両方のエッジを，第一パターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含むことを特徴とする。
【００８０】
これは実パターンにおいて想定されるパターン変形の中で特にパターン幅の太り／細りに対するロバスト性を考慮したＥＰ決定方法である。第一のパターンおよび第二のパターンにおいてパターンの太り／細りがパターン中央から見ておよそ対称に発生すると想定すると，前記第一のパターンおよび第二のパターンの中央部のずれ量はパターンの太り／細りに大きく依存しないと考えられる。パターンの中央部の位置を求めるためには，パターンの対向する両サイド（上下あるいは左右）のエッジが必要なので，前記両サイドのエッジを含むようなＥＰを設定することが有効である。
【００８１】
図７（ａ）は下層パターン７０１と上層パターン７０２との重ね合わせ評価を行うＥＰとして領域７０３を設定した例である（パターン７０１，７０２は撮像画像上でパターン形状である）。ここで，下層パターン７０１の左側の端を左エッジ（点線枠７２１に囲まれたエッジ），右側の端を右エッジ（点線枠７２２に囲まれたエッジ）と呼ぶ。上層パターンについても同様に，左側の端を左エッジ（点線枠７２３に囲まれたエッジ），右側の端を右エッジ（点線枠７２４に囲まれたエッジ）と呼ぶ。本例においては下層パターンの左エッジと上層パターンの左エッジとの距離７０４を計測することによって上下層の重ね合わせを評価することができる。しかしながら，このような評価方法はパターンの変形に対してロバストでない。図７（ｂ）は下層パターン７０５と上層パターン７０６との重ね合わせ評価を行うＥＰとして領域７０７を設定した例であるが（パターン７０５，７０６は撮像画像上でパターン形状である），図７（ａ）に対してパターンの設定データおよび設定したＥＰの位置は同じある。ただし本例では上層パターン７０６が露光条件の変動等によって上層パターン７０２に対し細くなっている。ここで，上層パターンの細りはパターン中央から見て対称に発生しており，実際の上下層の位置関係は図７（ａ）（ｂ）間で変わらないとする。しかしながら，上層パターンの細りにより上層パターンの左エッジの位置はシフトし，上下層パターンの左エッジ間の距離７０８は距離７０４に対し大きくなる。そのため，距離７０８から判断すると上下層の位置関係が図７（ａ）（ｂ）間で変化したと捉えられてしまう。
【００８２】
このような問題を解決するため，図７（ｃ）のようなＥＰと計測ポイントを考える。図７（ａ）（ｃ）における上下層のパターンは同一であるが，図７（ｃ）のＥＰ７０９は図７（ａ）のＥＰ７０３に対して少し右にずれて配置されており，上下層パターン共に左右両方のエッジがＥＰ内に含まれている（図７（ａ）のＥＰ７０３においては下層パターン７０１の点線枠７２２に囲まれる右エッジが含まれていない）。そこで，左右エッジ間の幅を上下層で計測し（それぞれ幅７１２，７１０で表される），その中点を求める（それぞれ黒点７１３，７１１で表される）。この中点間の距離７１４を求めることによって上下層の位置関係を求めることができる。すなわち，距離７１４の計測値から距離７１４の設計値を差し引くことによって上下層間の設計値に対するずれを求めることができる。図７（ｄ）は図７（ｂ）と同一のパターンであり上層パターンが細くなっている。これに，図７（ｃ）のＥＰ７０９と同様の位置７１５にＥＰを配置し，同様に上下層パターン幅７１８，７１６，その中点７１９，７１７，中点間の距離７２０を求めると，中点間の距離７２０は距離７１４と変わらない。すなわち，図７（ｃ）（ｄ）のようなＥＰと計測ポイントを設定することで，パターンの太り／細りと分離して上下層の位置関係を求めることができる。図７はｘ方向の重ね合わせを評価する例であったが，ｙ方向の重ね合わせを評価する際はＥＰ内に上エッジ，下エッジを共に含むことが望ましく，ｘｙ両方向の重ね合わせを評価する際は上下左右のエッジを含むことが望ましい。また，図７を用いて対向エッジをＥＰ内に含める効果を，画像処理によりパターンのエッジを検出して重ね合せずれを評価する処理方法（後述する（処理方法Ｂ）に属する処理方法である）を例に説明したが， 設計データと撮像画像との比較により重ね合せずれを評価する処理方法（後述する（処理方法Ａ）に属する処理方法である）においても同様の効果が期待できる。例えば，設計データと撮像画像間で対応するパターンの幅が異なる場合，設計データと撮像画像との位置合せを両者の対向エッジの中央を合うように行うことで，パターンの太り／細りによる前記位置合せの誤差を低減することができる。
【００８３】
図６，7では第一，第二のパターンとして上下層のパターンを例に説明したが，ＤＰによって形成された第一，第二のパターンにおいても同様にパターン形状変形を考慮することが有効である。
【００８４】
ここで説明したパターンの太り／細りに大きく依存しない計測ポイントの考え方を図５（ａ）（ｂ）の計測についても考慮した場合，それぞれ図５（ｃ）（ｄ）のような計測が考えられる。図５（ｃ）の左右に描かれた図は，図５（ａ）で選択されたＥＰ５０５を用いて  第一のパターンと第二のパターン間の重ね合せずれをパターン５０１，５０２を用いて評価する際の二種類の計測方法を示している。図５（ｃ）の左図ではパターン５０１，５０２のパターンエッジ間の幅５２２を計測することによって前記重ね合せずれを評価しようとしているが，前述の通り，幅５２２はパターンの太り／細りに対しても値が大きく変化してしまう。それに対し，図５（ｃ）の右図では第一のパターン５０１の中心５２３と，第二のパターン５０２の中心５２４との間の幅５２５を計測することによって重ね合せずれを評価している。前記幅５２５はパターンの太り／細りに対して変化が少ない。また，パターン中心の検出方法としては，パターンのエッジを画像処理によって検出し，前記エッジからパターン中心を求めることが考えられる。ただし，撮像画像において前記エッジが鮮明でなく，エッジの検出が困難な場合がある。その場合，パターン付近の明度値の重心計算等によりエッジ検出を伴わずパターン中心を直接求めてもよい。
図５（ｄ）の左右に描かれた図は，図５（ｂ）で選択されたＥＰ５１９を用いて  第一のパターンと第二のパターン間の重ね合せずれをパターン５１５，５１６を用いて評価する際の二種類の計測方法を示している。図５（ｃ）の例と同様，図５（ｄ）の左図ではパターン５１５，５１６のエッジ間の幅５２８を計測することによって重ね合せずれを評価しようとしているが，図５（ｄ）の右図では
第一のパターン５１５の幅５２９の中心５３０と，第二のパターン５１６の幅５３１の中心５３２との間の幅５３３を計測することによって重ね合せずれを評価している。前記幅５３３はパターンの太り／細りに対して変化が少ない。パターン５１５の左右のエッジのｘ座標をｘ1，ｘ2，パターン５１６の左右のエッジのｘ座標をｘ3，ｘ4とすると，この重ね合わせずれは次式で書くことができる。
(第一のパターンに対する第二のパターンの重ね合せずれ)
＝ (幅５３１の中点)-(幅５２９の中点) ＝ (ｘ3+ｘ4)/2-(ｘ1+ｘ2)/2
＝ ((ｘ4-ｘ2)-(ｘ1-ｘ3))/2 ＝ ((幅５３５)-(幅５３４))/2
すなわち，重ね合わせずれを計測するためには，幅５３１の中点と幅５２９の中点を計測してその差分をとってもよいし，幅５３５，幅５３４を計測してその差分をとってもよい。ただし，幅５３５，幅５３４はエッジの位置関係によってプラスの値やマイナスの値となることに注意が必要である。
【００８５】
上記は計測のし易さという観点からのＥＰの決定であったが，加えてデバイス特性に対してクリティカルなパターンを管理するという観点も考慮してＥＰを決定することができる。例えば，ＥＤＡツールに搭載されたリソシミュレーション等に基づきパターンずれが発生しやすいと判断されたパターンを含む領域を優先的にＥＰとして選択してもよい。あるいは，積層レイヤの上下層を電気的に繋ぐコンタクトホールと配線パターンとの位置や，トランジスタにおけるゲート配線とアクティブ層との位置がずれた場合はデバイス特性の変化に直結するため，このような領域を優先的にＥＰとして選択してもよい。
【００８６】
2.2.2 下層パターンの隠れを考慮したＥＰ決定
本発明は，ウェーハ上の積層レイヤに関して第一のパターンが下層パターンであり，第二のパターンが上層パターンである場合，評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）において，レイアウト情報から前記上層パターンによる下層パターンの隠れを推定し，前記隠れを考慮して評価ポイントを決定することを特徴とする。
【００８７】
本特徴について補足する。下層レイヤにおいて計測に適したパターンがあったとしても，上層レイヤに隠れて撮像画像においては利用できないことがある。そのためレイアウト情報を基にパターンの隠れを推定し，ＥＰ選択において考慮する。
【００８８】
図８（ａ）〜（ｃ）はウェーハ上の同じ場所におけるパターンを層別あるいは上下層を重ねて描画したものであり，ＥＰ８０１に対して図８（ａ）には下層パターン８０２，８０３，図８（ｂ）には上層パターン８０５，図８（ｃ）には上下層のパターンを重ねて表示している。図８（ａ）に示す下層の設定データにおいては，点線枠８０４内に縦方向に延びる４本のパターンエッジが存在するが，実際に撮像画像においてパターンは図８（ｃ）のように点線枠８０４内のエッジに対応するエッジは観察されず，重ね合わせ評価に利用することはできない。このように，上層パターンによる下層パターンの隠れを考慮してＥＰ，計測ポイント，撮像シーケンス等の決定を行う必要がある。
【００８９】
また設計データ等のレイアウト情報においては上層パターンとの重なりがない下層レイヤであっても，パターンの転写位置ずれ等により実パターンにおいては上層パターンに重なる場合もある。そのため，上層パターンと下層パターンの距離を考慮することでパターンの隠れ易さを評価し，ＥＰ選択において考慮することが有効である。
【００９０】
図８（ｄ）はある座標に配置したＥＰ８０６における設計データであり上層パターン８０７と下層パターン８０８が存在する。一方，図８（ｅ）は図８（ｄ）と同じ場所における実パターンであり，設計データにおける上層パターン８０７に対応する実パターン８１０と，設計データにおける下層パターン８０８に対応する実パターン８１１が存在する。しかしながら，露光条件の変動等により上下層のパターンが設計データに対して膨張したために，設計データ上は観察可能であった下層パターンの左エッジ（点線枠８０９に囲まれたエッジ）が図７（ｅ）においては上層パターンに隠れ観察不可能になっている。このようなことは，パターンの膨張に限らず，パターンのシフトや変形によっても発生しうる。そのため，点線枠８０９に囲まれたエッジを計測に利用することを想定してＥＰ８０６を選択した場合，同ＥＰを用いた重ね合せ評価は失敗する可能性が高い。このように単純に設計データ上でのパターン観察可否のみならず，パターン変形を考慮してパターン観察可否の判定を行うことによって，精度の高いＥＰ決定が可能となる。また，パターン観察可否はパターンの変形度合いに依存し，またパターンの変形度合いは変化しうるため，設計データのみから一概に観察可否を判定することは困難な場合がある。そのため，パターン間の距離に基づきパターンの隠れ易さをＥＰの属性情報として算出し，ＥＰ選択の優先順位付けに利用することができる。隠れ易さの算出においては，予想される最大のパターン変形量を入力し，これを基に算出することもできる。
【００９１】
2.2.3 ＥＰの面内分布を考慮したＥＰ決定
本発明は，評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）において，評価ポイントの試料上の面内分布を考慮して複数のＥＰを決定することができる。具体的には，（Ａ）試料上に複数の領域を設定し，それぞれの前記領域内から評価ポイントを少なくとも一つ決定することを特徴とする。あるいは（Ｂ）任意の二つの評価ポイント間の距離に関する条件を与え，前記条件を満たすように複数の評価ポイントを決定することを特徴とする。
【００９２】
本特徴について補足する。重ね合わせ位置を面内で評価するためには，評価範囲内においてＥＰを適当な密度で配置する必要がある。この場合，配置に偏りがあると，ＥＰが疎な領域は評価精度が低下し，ＥＰが密集した領域は冗長な評価になる。そのため，例えばＥＰを格子状に等間隔で配置することが考えられるが，このように配置された各ＥＰにおいて重ね合せ位置の評価に適したパターンが存在するとは限らない。前記前記項目（Ａ）（Ｂ）によれば分布に大きな偏りがなく重ね合わせ評価可能なＥＰを配置することができる。
【００９３】
図９（ａ）はウェーハ面状の一部を拡大表示したものである。チップが格子状に配置されており，中央にチップ９０１が配置されている。本図ではチップの四隅付近のスクライブ領域に重ね合わせ評価のための専用のパターンが４つ配置されている（例えば十字マーク９０２）。チップと専用パターンの配置については図９（ａ）〜（ｄ）で共通である（チップ９０１，９０５，９１４，９１９，専用パターン９０２，９０６，９１５，９２０）。従来の専用パターン（例えば９０２）のみを用いた重ね合わせ評価では，ずれ量の推定箇所が疎であり，正確な面内傾向を捉えることができない。そこで本例においてはチップ内においても密に重ね合わせ評価を行う。そのための実施例の一つとして，各ＥＰを配置することができるある一定範囲の領域を複数設定する。図９（ａ）では前記一定範囲の領域を点線枠で示しており（例えば９０３），格子状に４×４＝１６個の領域が設定されている。前記領域内ではどこにＥＰを設定しても構わないので，各領域内から前述のＥＰ候補抽出方法の観点で重ね合わせ評価が可能なＥＰをそれぞれ選択する。図では選択したＥＰを太枠で表示しており，例えば領域９０３内からＥＰ９０４が選択されている。ここで，前記各ＥＰを配置することができる領域を例えば一定間隔で面内に配置すれば，分布に大きな偏りがなく重ね合わせ評価可能なＥＰを配置することができる。また，図９（ａ）では前記領域内からのＥＰ抽出数は１つとしたが，1つの領域から複数個のＥＰを抽出することもできる。また領域９００のように，領域内に適切なＥＰが存在せず，候補を抽出できない場合もありうる。
【００９４】
図９（ａ）では，ＥＰを配置することができる領域を４×４＝１６個配置したが，領域数，領域の幅，領域間の幅は任意に設定することができる。例えばもっと密な重ね合わせ評価を行いたい場合は前記領域の幅を小さくして，領域数を増やしてもよい。また前記領域の配置は格子状に限らず，他の任意の自由度で配置を行うことができる。更に本例では前記領域を配置する範囲はチップ９０１内であったが，密に重ね合わせ評価を行いたい任意の範囲を設定して，その範囲内に前記領域を配置することができる。前記任意の範囲として，面内全てのチップ，任意の組合せの複数チップ，チップ内の一部の範囲，チップ間に跨る範囲等が挙げられる。特に露光時のショット内の歪みを評価するためには一度の露光照射で露光される領域内，1ショットで1チップ〜数チップ分を前記重ね合わせ評価を行いたい範囲とすることが考えられる。
【００９５】
また，決定するＥＰのバリエーションとして，第一のパターンと第二のパターンの重ね合わせずれをｘｙ両方向に対して評価可能なもの，ｘ方向のみ評価可能なもの，ｙ方向のみ評価可能なものを組み合わせることができる。図９（ｂ）は図９（ａ）と同様にＥＰを配置することができる領域（例えば点線枠９０７，９０９，９１２）を格子状に４×４＝１６個配置してそれぞれの領域からＥＰを決定する例である。各領域内から決定されたＥＰを太枠で示しているが，白い四角で表されたＥＰ（例えば９０８）はｘｙ両方向の重ね合わせずれを評価可能なＥＰであることを示す（ＥＰＸＹと呼ぶ）。四角の中に「ｘ」と書かれたＥＰ（例えば９１０，９１３）はｘ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰであることを示す（ＥＰＸと呼ぶ。例えば図５（ｂ）中のＥＰ５１９のようなパターン）。四角の中に「ｙ」と書かれたＥＰ（例えば９１１）はｙ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰであることを示す（ＥＰＹと呼ぶ）。ＥＰを配置することができる領域内に全てＥＰＸＹが存在すればよいが，そのような良好なパターンが存在するとは限らない。そこでＥＰＸ，ＥＰＹもＥＰの選択肢として加えることができる。特に領域９０９のように近くにＥＰＸ９１０とＥＰＹ９１１を選択し，両方のＥＰから推定したずれ量をマージすれば，近似的にｘｙ方向の重ね合わせずれを評価することができる。また，領域９１２のようにＥＰＸ９１３しか選択できない場合でも，重ね合わせ評価の一助になる。また，ここではＥＰのバリエーションとしてＥＰＸＹ，ＥＰＸ，ＥＰＹを示したが，他にも斜め方向の重ね合わせ位置の評価が可能なＥＰ，パターンの回転を評価可能なＥＰ，パターンの大きさの変動（転写倍率）を評価可能なＥＰ等のバリエーションが挙げられる。
【００９６】
図９（ｃ）はＥＰの面内分布を考慮したＥＰ決定方法の別の実施例であり，任意の二つのＥＰ間の距離に関する条件，例えばＥＰ間の距離がＡum〜Ｂumの間におさまること等の条件を与え，同条件を満たすＥＰ候補で，かつ重ね合わせ評価可能なＥＰを選択することで，分布の偏りをなくすことと重ね合わせ評価精度とを両立することができる。同図において太枠はＥＰを示しており，例えばＥＰ９１６，ＥＰ９１７間の距離は９１８で与えられる。密に重ね合わせ評価を行いたい任意の範囲を設定して（同図ではチップ９１４），任意のＥＰ間の距離が前記条件を満たすようにＥＰを決定する。
【００９７】
また，図９（ｄ）は図９（ｃ）に対してＥＰＸＹ，ＥＰＸ，ＥＰＹのバリエーションを考慮した実施例である（ＥＰＸＹ，ＥＰＸ，ＥＰＹの図中の表記方法は図９（ｂ）と同じである）。図９（ｂ）において説明したようにＥＰを配置したい領域にＥＰＸＹが存在しない場合がある。図９（ｄ）では，周囲のＥＰとの距離を考慮すると（例えばＥＰ９２３との距離９２４），点線枠９２６あたりにＥＰを一つ設定したいが，前記点線枠内にＥＰＸＹが存在しないとする。この場合，もし，ＥＰＸあるいはＥＰＹが存在するなら，それをＥＰとして選択してもよいし，ＥＰＸとＥＰＹが両方存在するなら両方選択してもよい。同図はＥＰＸ９２１とＥＰＹ９２２を両方選択できた例である。この際，近くにＥＰＸとＥＰＹが存在すれば近似的にｘｙ方向の重ね合わせずれを評価することができるので，両者は近くに配置してもよい。そのためＥＰ間の距離に関する条件として，ＥＰＸ，ＥＰＹ間の距離（例えば９２５）に関する条件と通常のＥＰ間の距離（例えば９２４）に関する条件を別に与えることができる（本例では距離９２５＜距離９２４）。
【００９８】
2.2.4 ＥＰのユーザ指定に基づくＥＰ決定
本発明は，評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）において，事前に少なくとも一つ以上の評価ポイントを指定し，前記指定した評価ポイントを基に前記評価ポイント内に含まれるパターンと類似したパターンを含む別の評価ポイントを探索することによって決定することを特徴とする。
【００９９】
本特徴について補足する。ＥＰは評価者であるユーザの意向により，様々な観点で選択されうる。また半導体デバイスの品種，工程等によっても異なる。しかし，複数個所において重ね合わせ評価を行うため，大量のＥＰをレシピに登録する作業はユーザにとって容易でない。そこで，ユーザにより所望のＥＰを入力できる仕組みを設け，前記入力されたＥＰと類似したＥＰをレイアウト情報から自動でＥＰ候補として抽出する。これにより，ユーザは数点のＥＰを入力するだけで残る大量のＥＰ選択の手間を省くことができ，かつユーザや品種，工程毎に異なるＥＰ選択基準に迅速に対応することができる。
【０１００】
図１０（ａ）にユーザによるＥＰの指定例であるＥＰ１００１を示す。ＥＰ内には1回目の露光により形成された第一のパターンを斜線でハッチングされたパターン（例えば１００２），２回目の露光により形成された第二のパターンを白いパターン（例えば１００３）が存在する。本指定はレイアウトデータ上で行っても良いし，画像で指定してもよい。ＥＰ１００１を入力として，レイアウトデータから指定ＥＰと類似したＥＰ候補を抽出した結果を図１０（ｂ）に示す。同図においても同様に第一のパターンを斜線でハッチングされたパターン（例えば１００４，１０１２），第二のパターンを白いパターン（例えば１００５，１００６，１０１３）で表示している。類似したＥＰ候補を抽出する範囲は任意に設定可能であり，図１０（ｂ）はその範囲の一部を表示しているが，指定ＥＰ１００１と類似したＥＰ１００７，１００８を抽出している。本発明においては単に指定ＥＰと類似したパターンを抽出するだけでなく，撮像シーケンスも考慮した類似ＥＰ抽出を行うことができる。すなわち，前記抽出した類似ＥＰ１００８についてはイメージシフト可能な範囲内にユニークなパターン１００６が存在しており（類似ＥＰ１００８とパターン１００６間の距離１０１１がイメージシフト可能範囲内），ＡＰ１００９を設定し，アドレッシングを行うことによって，類似ＥＰ１００８での撮像ずれを許容位置ずれ以下にすることができるが，類似ＥＰ１００７においてはそのようなＡＰを設定することができない（類似ＥＰ１００７とパターン１００６間の距離１０１１がイメージシフト可能範囲外）。このように撮像シーケンスの決定も併せて行うことで，類似ＥＰ１００７を抽出候補から外すことができ，ＥＰ抽出精度を高めることができる。ちなみに図１０（ｂ）の例では，最終的に抽出された類似ＥＰは１００８の一点であったが，本発明においてはＥＰ候補を抽出する範囲内に存在する複数個の類似ＥＰを全て抽出し，ユーザに提示することができる。
【０１０１】
また，ユーザが複数のＥＰを全て指定することもできる。その場合，前記ユーザ指定のＥＰが重ね合せ評価に適したＥＰであるかどうかを図５〜９を用いて説明したＥＰ選択基準の観点や図１１を用いて後述する計測ポイント／処理方法の観点からレイアウト情報を基に評価する。そして，もし必要であれば重ね合せ評価により適した位置にユーザ指定のＥＰ位置を微小ずらしたり，ＥＰの大きさを少し変更する等の処理を行うことができる。これにより，ユーザは大体のＥＰ位置を指定するだけで，正確な位置や大きさは自動で最適化されるため，手間を省くことができる。
【０１０２】
ユーザ指定のＥＰ位置として例えば図７（ａ）中のＥＰ７０３が与えられた場合，前記ＥＰをより高い重ね合わせ精度が期待できる図７（ｃ）中のＥＰ７０９の位置に移動させることができる。
2.2.5 製造プロセスに関する属性情報を考慮したＥＰ決定
本発明は，評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）において，パターンエッジ毎にどの製造プロセスで生成されたエッジであるかを属性情報として求め，前記属性情報を基に前記第一の製造プロセスにより生成されたエッジと前記第二の製造プロセスにより生成されたエッジが視野内に含まれることを条件に評価ポイントを決定することを特徴とする。
本特徴について補足する。例として図１９（ｄ）に示す上下層パターン間の重ね合せずれを評価することを考える。同図において，1回目の露光（第一の製造プロセス）により下層レイヤに形成された第一のパターンを斜線でハッチングされたパターン（１９０１，１９０２），２回目の露光（第二の製造プロセス）により上層レイヤに形成された第二のパターンを白いパターン（１９０３ａ〜１９０５ａ，１９０３ｂ〜１９０５ｂ）として描画している（ただし，後述するように厳密にはパターン１９０３ａ〜１９０５ａ，１９０３ｂ〜１９０５ｂは第二の製造プロセスとCutting processによって生成されている）。同パターン生成のプロセスを図１９（ａ）〜（ｃ）に示す。まず，図１９（ａ）に示すように１回目の露光により第一のパターン１９０１，１９０２を生成する。次に図１９（ｂ）に示すように２回目の露光により第二のパターン１９０３〜１９０５を生成する。最後に図１９（ｃ）に示すようにCutting processと呼ばれる処理により領域１９０６内に存在する前記第二のパターンを除去する。Cutting processは領域１９０６を露光パターンとして露光することにより領域１９０６内の第二のパターンを除去することもあるし，電子線の直描によって領域１９０６に電子線を照射することにより領域１９０６内の第二のパターンを除去することもある。
このようなパターンに対して前記第一，第二のパターン間の重ね合せずれを評価する際，単に下層に存在する第一のパターンのエッジと上層に存在する第二のパターンのエッジ間の距離を計測しても前記ずれを評価できないケースがある。その例を図１９（ｆ）に示す。同図においては上層パターン１９０４ａの右エッジ（太線で表示）と上層パターン１９０４ｂの左エッジ（太線で表示）との幅１９１１の中点（幅１９１１を表す矢印上に×印で表示）と，下層パターン１９０１の右エッジ（太線で表示）と下層パターン１９０２の左エッジ（太線で表示）との幅１９１０の中点（幅１９１０を表す矢印上に×印で表示）との距離から前記中点間の距離の設計値を差し引くことによって上下層パターン間のずれを評価しようとしている（幅１９１１，１９１０は図７（ｃ）の計測例においてはそれぞれ幅７１２，７１０に相当する）。しかしながら，上層パターン１９０４ａの右エッジと上層パターン１９０４ｂの左エッジはCutting processによって生成されたエッジであるため，幅１９１１，１９１０から求められるずれは第一，第二のパターン間の重ね合わせずれではなく，第一のパターンとCutting processのパターンとの重ね合わせずれになる。このように，所望の２つのレイヤ間の重ね合わせずれを評価する際には，単に前記２つのレイヤに存在するパターンのエッジをそれぞれ選択してその距離を計測するのでなく，エッジがどの製造プロセスによって生成されたかも加味して計測に用いるエッジを選択する必要がある。そのため，エッジ毎に製造プロセス情報を属性情報として付与し，前記属性情報を基に計測対象エッジの組合せを決定することを特徴とする。図１９（ｅ）は前記属性情報別にエッジを表示したものである。エッジ１９０７に代表される点線で表示されたエッジは第一の製造プロセスにより生成されたエッジ，エッジ１９０８に代表される細い実線で表示されたエッジは第二の製造プロセスにより生成されたエッジ，エッジ１９０９に代表される太い実線で表示されたエッジはCutting processにより生成されたエッジであることを示す。エッジの方向に加え，エッジの製造プロセスに関する属性情報を加味することによって評価したいプロセス間のずれを求めるために認識すべきエッジを適切に選択することができる。このように，属性情報はパターンの閉図形の単位ではなく，エッジ（線分）単位で与えることが特徴である。前記属性情報によって，計測に用いるエッジが前記評価したいプロセスによって生成されたエッジであるか否かを判断することができる。
前記属性情報によれば，第一，第二のパターン間の重ね合わせずれを評価するためには，例えば図１９（ｇ）に示す計測を行えばよいことが分かる。本例では上層パターン１９０４ａの左エッジ（図１９（ｅ）によれば第二の製造プロセスにより生成された属性情報をもつ）と上層パターン１９０４ｂの右エッジ（図１９（ｅ）によれば第二の製造プロセスにより生成された属性情報をもつ）との幅１９１３の中点と，下層パターン１９０１の左エッジ（図１９（ｅ）によれば第一の製造プロセスにより生成された属性情報をもつ）と下層パターン１９０２の右エッジ（図１９（ｅ）によれば第二の製造プロセスにより生成された属性情報をもつ）との幅１９１２の中点との距離から第一，第二のパターン間のずれを評価できる。
同様に，もし第二のパターンとCutting processのパターンとのずれを評価したいのであれば，前記属性情報より例えば図１９（ｈ）に示される計測を行えばよいことが分かる。本例では上層パターン１９０４ａの左エッジ（図１９（ｅ）によれば第二の製造プロセスにより生成された属性情報をもつ）と上層パターン１９０４ｂの右エッジ（図１９（ｅ）によれば第二の製造プロセスにより生成された属性情報をもつ）との幅１９１５の中点と，上層パターン１９０４ａの右エッジ（図１９（ｅ）によればCutting processにより生成された属性情報をもつ）と上層パターン１９０４ｂの左エッジ（図１９（ｅ）によればCutting processにより生成された属性情報をもつ）との幅１９１４の中点との距離から第二のパターンとCutting processのパターン間のずれを評価できる。
なお，レイアウト情報として設計データを用いる際，図１９（ｄ）に示される撮像時に生成されている最終的なパターンの設計データ（インテント設計データ）が入手できない場合，図１９（ａ）〜（ｃ）に示される各プロセス毎の設計データ，及び前記各プロセス毎のレイヤ情報やCutting processか否かの情報を基にインテント設計データを生成することを特徴とする。前記インテント設計データから属性情報を求め，前記インテント設計データと前記属性情報を基にＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定することを特徴とする。逆にインテント設計データは存在するが，各プロセス毎の設計データが入手できない場合は，各プロセス毎のレイヤ情報やCutting processの情報を基に，前記インテント設計データに属性情報を付与し，ＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定することを特徴とする。
前記属性情報を用いたＥＰやＥＰ内の計測ポイントの決定は，図１９を用いて説明した層間の重ね合わせずれの評価に限らず，ＤＰやＳＡＤＰ（Self-Aligned Double Patterning）等の複数プロセスによって同層に形成されたパターン間の前記複数プロセス間のずれを評価する際にも有効である。ここでは例としてＳＡＤＰにおける属性情報を利用したＥＰやＥＰ内の計測ポイントの決定について図２０を用いて説明する。最初に図２０（ａ）〜（ｅ）に示したウェーハの断面図を用いてＳＡＤＰの製造プロセス例を簡単に説明する。まず，図２０（ａ）に示すように，下地２００６，ハードマスク層２００５の上面に背景技術において述べた要領でＤＰによりパターン２００１〜２００４を形成する。すなわち，まず斜線でハッチングされたパターンで表した第一のパターン２００１，２００３を生成し，その後，白いパターンで表した第二のパターン２００２，２００４を前記第一のパターンの隙間に生成する。次に，図２０（ｂ）に示すようにウェーハ表面にレジスト膜２００７をデポ（堆積）した後，図２０（ｃ）に示すようにエッチングすることによりパターン２００１〜２００４の側壁にSidewall spacerと呼ばれるパターン２００７ａ〜２００７ｈを形成する。次に図２０（ｄ）に示すようにパターン２００１〜２００４を除去した後にSidewall spacer２００７ａ〜２００７ｈをマスクとしてハードマスク層２００５をエッチングすることにより，図２０（ｅ）に示すようにパターン２００５ａ〜２００５ｈを形成する。
ここで，最初にＤＰで生成した第一のパターン２００１，２００３と第二のパターン２００２，２００４のずれをパターン２００５ａ〜２００５ｈが生成された時点で計測することを考える。図２０（ａ）（ｅ）をウェーハの上面方向（ｚ方向）からそれぞれ描画したものが図２０（ｆ）における上下の図である。図２０（ｆ）の下には同図（ｅ）に対応する８つのパターン２００５ａ〜２００５ｈが並んで配置されている様子が描かれているが，見た目にはどのパターンも同じであるため，前記第一，第二のパターン間のずれを計測するためにどのパターン間の距離を計測したらよいか分からない。そこで，図１９を用いて説明した製造プロセスに関する属性情報を本例でも考える。図２０（ｆ）の上に，第一のパターン２００１，２００３と第二のパターン２００２，２００４をｘ方向の位置がパターン２００５ａ〜２００５ｈに対応するように描画している。この対応関係から，例えばパターン２００５ａは第一のパターン２００１の左エッジ位置に依存してシフトするパターンである。そのため，パターン２００５ａは第一のパターン２００１の左エッジが生成される製造プロセスによって直接生成されるパターンではないが，第一のパターン２００１が生成される製造プロセスに生成位置が依存するパターンである。また，パターン２００５ｂは第一のパターン２００１の右エッジが生成される製造プロセスに生成位置が依存するパターンである。同様に，例えばパターン２００５ｃは第二のパターン２００２が生成される製造プロセスに生成位置が依存するパターンであり，パターン２００５ｄは第二のパターン２００２の右エッジが生成される製造プロセスに生成位置が依存するパターンである。このような属性情報を加味すると，例えばパターン２００５ｂの右エッジとパターン２００５ｅの左エッジとの幅２００８の中点（幅２００８を表す矢印上に×印で表示）と，パターン２００５ｃの左エッジとパターン２００５ｄの右エッジとの幅２００９の中点（幅２００９を表す矢印上に×印で表示）との距離から前記第一，第二のパターン間のｘ方向のずれを評価できることが分かる。すなわち例えば第二のパターンが第一のパターンに対して右（ｘのプラス方向）にシフトした場合，幅２００９の中点も幅２００８の中点に対して右にシフトすることになるので，前記中点間の画像上での距離から前記中点間の距離の設計値を差し引くことによってずれ量を求めることができる。
同様に，例えば図２０（ｆ）に示す幅２０１１の中点と幅２０１０の中点との距離や，幅２０１２の中点と幅２０１３の中点との距離や，幅２０１４の中点と幅２０１５の中点との距離から前記第一，第二のパターン間のｘ方向のずれが評価できることも分かる。これらの複数の計測ポイントのいずれかを用いてずれを計測してもよいし，複数の計測ポイントを用いて複数の計測値を得て，それらの平均やメディアンをとることで安定したずれ量を推定することもできる。
図２０（ｇ）はパターン２００５ａ〜２００５ｈの各エッジの属性情報を示したものである。属性情報のＩＤを各エッジ上に描かれた丸の中のアルファベットで示す（本例ではＡ〜Ｄ，ａ〜ｄの８種類の属性が存在）。２０１６に代表される第一の製造プロセスにより生成されたパターンの左側のエッジの側壁に生成されたSidewall spacerの左側のエッジの属性をＡ，２０１７に代表される第一の製造プロセスにより生成されたパターンの左側のエッジの側壁に生成されたSidewall spacerの右側のエッジの属性をＢ，２０１８に代表される第一の製造プロセスにより生成されたパターンの右側のエッジの側壁に生成されたSidewall spacerの右側のエッジの属性をａ，２０１９に代表される第一の製造プロセスにより生成されたパターンの右側のエッジの側壁に生成されたSidewall spacerの左側のエッジの属性をｂとする。同様に第二の製造プロセスにより生成されたパターンの側壁に生成されたSidewall spacerのエッジについても図示するようにその位置に応じて属性をＣ，Ｄ，ｃ，ｄとする。このように各エッジの属性情報は前記エッジを直接生成した製造プロセスの情報のみならず，前記エッジの位置に影響を与える他の製造プロセスの情報や，前記エッジとある製造プロセスによって生成されたパターンとの位置関係によって定めるように拡張することができる（第二のパターンの左に生成されたSidewall spacerの左エッジである等）。このような属性情報から前記第一，第二のパターン間のずれを評価することが可能なエッジの組合せについて次のルールを導くことができる。まず，同じアルファベットで大文字，小文字の属性をもつエッジをペアとし，その中点を考える。例えば，属性Ａのエッジと属性ａのエッジ間の幅の中点を中点Ａ-ａと呼ぶ。第一，第二のパターン間のずれは，中点Ａ-ａまたは中点Ｂ-ｂと，中点Ｃ-ｃまたは中点Ｄ-ｄとの距離から求めることができる。すなわち，（第一のパターンに対する第二のパターンの重ね合せずれ）＝（中点Ｃ-ｃの座標，または中点Ｄ-ｄの座標）−（中点Ａ-ａの座標，または中点Ｂ-ｂの座標）−（中点間の距離の設計値）である。図２０（ｆ）に図示した計測ポイントは全てこの条件を満たしており，例えば幅２００８の中点と，幅２００９の中点との距離からずれを計測する場合は，中点Ａ-ａと中点Ｃ-ｃとの距離からずれを計測している。このように属性情報を用いることでずれ計測可能なエッジの組合せを全て求めることができる。
なお，レイアウト情報として設計データを用いる際，図２０（ｆ）の下に描かれた撮像時に生成されている最終的なパターン２００５ａ〜２００５ｈの設計データ（インテント設計データ）が入手できない場合，例えば図２０（ｆ）の上に描かれた前プロセスの設計データであるパターン２００１〜２００４や，図２０（ａ）〜（ｅ）に描かれた製造プロセスの情報を基にインテント設計データを生成することを特徴とする。前記インテント設計データから属性情報を求め，前記インテント設計データと前記属性情報を基にＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定することを特徴とする。逆にインテント設計データは存在するが，各プロセス毎の設計データが入手できない場合は，各製造プロセスの情報を基に前記インテント設計データに属性情報を付与し，ＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定することを特徴とする。
図１９，２０を用いて本明細書では特に層間やＳＡＤＰを例に属性情報を加味した重ね合わせ評価について実施例を述べたが，本発明はこれに限定されず，ＳＡＭＰ（Self-Aligned Multi Patterning）やＤＳＡ（Directed Self-Assembly）やＧｒｉｄ Ｄｅｓｉｇｎ等を用いたデバイスにおける重ね合わせ評価等の他のプロセスにおいても利用できる。また，前記属性情報の加味はレイアウト情報を基に計算機によってＥＰやＥＰ内の計測ポイントを自動で決定する際に有効であるが，自動ではなくユーザが手動でＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定する際も大変有効である。なぜならば，最終的に形成されるパターンのレイアウト情報から，どのエッジがどの製造プロセスによって生成されたか予想することが困難な場合があるからである。また，予想できる場合であっても，そのためにはプロセスに関する知識やパターン位置の特定が必要となる。そのため，レイアウト情報と前記属性情報を併せてＧＵＩ等においてユーザに示すことによって，ユーザがＥＰやＥＰ内の計測ポイントを決定する際の助けとなり，作業効率を大幅に改善することができる。
2.2.6 分割撮像に基づくＥＰ決定
評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）において，ｘ方向の重ね合わせ位置を評価する際は，第一の評価ポイント内に少なくとも第一のパターンの左右どちらかのエッジと第二のパターンの左右どちらかのエッジを含み，第二の評価ポイント内に第一のパターンの左右どちらかのエッジと第二のパターンの左右どちらかのエッジを含むように前記第一と第二の評価ポイントを決定し，前記第一と第二の評価ポイントを用いて重ね合わせずれを評価することを特徴とする。ここで，前記第一の評価ポイント内に含まれるパターンの方向と前記第二の評価ポイント内に含まれるパターンエッジの方向は前記第一と第二のパターンそれぞれにおいて左右が逆であることを特徴とする。
同様にｙ方向の重ね合わせ位置を評価する際は，第一の評価ポイント内に少なくとも第一のパターンの上下どちらかのエッジと第二のパターンの上下どちらかのエッジを含み，第二の評価ポイント内に第一のパターンの上下どちらかのエッジと第二のパターンの上下どちらかのエッジを含むように前記第一と第二の評価ポイントを決定し，前記第一と第二の評価ポイントを用いて重ね合わせずれを評価することを特徴とする。ここで，前記第一の評価ポイント内に含まれるパターンエッジの方向と前記第二の評価ポイント内に含まれるパターンエッジの方向は前記第一と第二のパターンそれぞれにおいて上下が逆であることを特徴とする。
本特徴について補足する。重ね合わせ評価用の専用パターンではなく，通常の回路パターンを用いて重ね合わせ評価を行う場合，重ね合わせ評価に適したパターンを含むＥＰが存在するか否かはパターンレイアウトに依存し，常に望むＥＰが存在するとは限らない。そのため，実パターンを用いて重ね合わせずれの面内分布を評価する際には，いかに偏りなく多くのＥＰを抽出できるかが課題となり，本処理は前記課題に対し有効である。先に図７を用いて説明した通り，ＥＰ選択の評価基準の例として，「（Ｂ）ｘ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの左と右の両方のエッジを，ｙ方向の重ね合わせ位置を評価する際はパターンの上と下の両方のエッジを，第一パターンと第二のパターンについてそれぞれ前記評価ポイント内に含む」を挙げたが，パターンレイアウトによっては，このような計測に必要なエッジ群を全て視野内に含むＥＰがほとんど存在しない場合がある。図２１（ａ）の左図はチップ２１０１内からＥＰを抽出した例を示しており，領域２１０２に代表される点線枠がＥＰを抽出する領域（図９（ｂ）の領域９０７に相当），２１０３に代表される四角の中に「ｘ」と書かれたＥＰはｘ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰ（ＥＰＸと呼ぶ。図９（ｂ）のＥＰ９１０に相当），２１０４に代表される四角の中に「ｙ」と書かれたＥＰはｙ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰ（ＥＰＹと呼ぶ。図９（ｂ）のＥＰ９１１に相当）を表す。点線枠の中にはＥＰが全く存在しないものや，存在はするが，ＥＰＸのみ，あるいはＥＰＹのみという場合がある。これに対して，ＥＰの撮像倍率を下げてＥＰの視野を大きくすることによって，より多くのパターンを視野内に含ませて前記基準を満たすようなＥＰが存在する可能性を高めることが考えられる。ただし，撮像倍率と計測精度はトレードオフの関係にあるため，視野の拡大には限界がある。そこで，1つのＥＰから重ね合せずれを推定するのではなく，２つのＥＰからずれ量を推定することを考える。すなわち，1つのＥＰでは視野内におさまらなかった重ね合せずれの評価に必要なエッジ群が，第一のＥＰ，第二のＥＰ内に分けて撮像することで，全て視野内におさめることが可能になる場合がある。例えば図２１（ａ）における点線枠２１０５内には1つのＥＰで重ね合せずれを評価可能なＥＰは存在しなかったが，分割撮像を許すことによって，図示するようにＥＰが設定できる場合がある。同図においてはＸ方向に変化するパターンエッジを含む第一のＥＰ２１０６（ＥＰＸａと呼ぶ）と第二のＥＰ２１０７（ＥＰＸｂと呼ぶ）を設定することができ，両ＥＰの撮像画像から従来評価困難であったＸ方向の重ね合わせずれを評価することができようになる。図２１（ａ）の右図はＥＰＸａ，ＥＰＸｂを設定できた領域２１０５の拡大図を示す。また，図には存在しないか同様にＹ方向の重ね合わせずれを評価可能な２つのＥＰとしてＥＰＹａ，ＥＰＹｂやＸＹ両方向の重ね合わせずれを評価可能な２つのＥＰとしてＥＰａ，ＥＰｂを設定可能な場合もありうる。
ただし，パターン幅の太り／細りや２つのＥＰの撮像ずれに対してずれの計測値が影響を受けないようにするためには，計測に必要なエッジ群を前述のような組合せで前記第一のＥＰ，第二のＥＰで撮像する必要があることを見出した。図２１（ｂ）に前述の組合せを満たす第一，第二のＥＰ例を示す。下層に存在する第一のパターン２１０９，２１１１（ハッチングされたパターンで表示）と上層に存在する第二のパターン２１１０，２１１２（白いパターンで表示）間のｘ方向の重ね合わせずれを評価するためには，第一のＥＰ内に少なくとも第一のパターンの左右どちらかのエッジと第二のパターンの左右どちらかのエッジを含む必要があり，本例では第一のパターン２１０９の左エッジと第二のパターン２１１０の左エッジを含んでいる。また，第二のＥＰ内に第一のパターンの左右どちらかのエッジと第二のパターンの左右どちらかのエッジを含む必要があり，本例では第一のパターン２１１１の右エッジと第二のパターン２１１２の右エッジを含んでいる。さらに第一のＥＰ内に含まれるパターンの方向と前記第二のＥＰ内に含まれるパターンの方向は前記第一と第二のパターンそれぞれにおいて左右が逆である必要がある。パターンの方向をパターン内部から外部の方向と定義すると，本例では第一のＥＰの計測対象エッジである第一のパターン２１０９の左エッジと第二のパターン２１１０の左エッジは共に右方向，第二のＥＰの計測対象エッジである第一のパターン２１１１の右エッジと第二のパターン２１１２の右エッジは共に右方向であり，第一，第二のパターンそれぞれに関して方向が逆という条件を満たしている。本例においては第一のパターン２１０９の左エッジ（エッジ位置のｘ座標をｘ1とする）と第一のパターン２１１１の右エッジ（エッジ位置のｘ座標をｘ4とする）との幅２１１３の中点２１１７と，第二のパターン２１１０の左エッジ（エッジ位置のｘ座標をｘ2とする）と第二のパターン２１１２の右エッジ（エッジ位置のｘ座標をｘ3とする）との幅２１１４の中点２１１８との距離から前記中点間の距離の設計値を差し引くことによって第一，第二のパターン間のずれを評価することができる。本例では前記中点間の距離の設計値は0とする。この重ね合わせずれを式で書き，変形すると次式が得られる。
(第一のパターンに対する第二のパターンの重ね合せずれ)
＝ (幅２１１４の中点)-(幅２１１３の中点) ＝ (ｘ2+ｘ3)/2-(ｘ1+ｘ4)/2
＝ ((ｘ2-ｘ1)-(ｘ4-ｘ3))/2 ＝ ((幅２１１５)-(幅２１１６))/2
すなわち，重ね合わせずれは第一のＥＰ内のパターン２１０９の左エッジとパターン２１１０の左エッジとの幅２１１５と，第二のＥＰ内のパターン２１１１の右エッジとパターン２１１２の右エッジとの幅２１１６との差によって求められるため，計測対象エッジが各ＥＰの視野内におさまっていれば各ＥＰの撮像位置が多少ずれても正しい計測値を得ることができる。図２１（ｃ）に実際の撮像位置の例を示すが，太線枠で表示したＥＰＸａとＥＰＸｂの設定時の撮像位置２１０６，２１０７に対して，点線枠で表示したＥＰＸａとＥＰＸｂの実際の撮像位置２１１９，２１２０がずれている。このように二回撮像を行うと，ＥＰＸａとＥＰＸｂの相対撮像位置がずれる可能性が高いが，前述の通り，前記撮像位置のずれは重ね合わせずれの計測値に直接影響を与えないため，それぞれの画像から幅２１１５，幅２１１６が正しく計測できれば重ね合わせずれを正しく求めることができる。
また，このように求めた重ね合わせずれは図７を用いて説明した内容と同様の理由によりパターン幅の太り／細りの影響を受けにくい。ただし，そのためにはパターン２１１０と２１１２の形状変形（あるいはパターン２１０９と２１１１の形状変形）が同程度に発生した場合である（計測するエッジを含むこれらのパターンを計測対象パターンと呼ぶ）。例えば重ね合わせずれが発生していなくても，計測対象パターン２１１０が計測対象パターン２１１２と比べて大きく太った場合，計算上は重ね合わせずれが発生してしまう。対となる計測対象パターン２１１０，２１１２（あるいは対となる計測対象パターン２１０９，２１１１）間の形状変形が同程度であるためには，計測対象パターンの形状や前記各計測対象パターンの周囲パターンの形状が対となる対象パターン間で類似している必要があり，ＥＰ設定時に考慮する必要がある。前記周囲パターンの形状の類似性も考慮する理由は，パターン露光時の光近接効果等により，周囲パターンの形状が計測対象パターンの形状に影響を与える場合があるためである。また，各計測対象パターンの形状変形が同程度であるためには，対となる計測対象パターン間において製造条件等が類似している必要がある。さらに，対となる計測対象パターンを用いて重ね合せずれを算出するのであるから，そもそも対となる計測対象パターンにおいて発生している重ね合わせずれが同程度でなければならない。その点を考慮すると，対となる計測対象パターンはある程度近くに配置されている必要があり，そのためには前記第一，第二のＥＰを近くに配置する必要がある。ＥＰ決定時においてはＥＰ間の距離（図２１中の距離２１０８）に制約条件を設定することができる。
このように1つのずれ量を計測するために２つのＥＰを撮像すれば計測のスループットは低下するが，計測のための基準を満たすＥＰの選択肢が増え，偏りなく密なずれの面内分布を推定できる可能性は高くなる。
【０１０３】
2.3 計測ポイント／処理方法決定
本発明は，評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）において，パターンのレイアウト情報を基に前記評価ポイント内において重ね合わせ位置を評価する計測ポイントを決定することを特徴とする。また，同じく評価ポイントを決定するステップにおいては，パターンのレイアウト情報を基に前記評価ポイント内において重ね合わせ位置を評価するための処理方法を評価ポイント毎に決定する処理を含み，前記処理方法の選択肢には少なくとも，（処理方法Ａ）前記評価ポイントを撮像して得られた画像と設計データとの比較により重ね合わせ位置を評価する方法と，（処理方法Ｂ）前記評価ポイントを撮像して得られた画像から画像処理によりパターンを認識して重ね合わせ位置を評価する方法を含むことを特徴とする。
【０１０４】
本特徴について補足する。決定したＥＰ内には複数のパターンが存在するが，重ね合わせ評価のためには第一のパターンと第二パターン間の距離を計測する必要がある。場合によっては全てのパターンを前記距離の計測に用いる場合もあるが，例えば先に述べたようにパターン変形が発生しやすい箇所は除外して距離の計測を行うこともできる。そのためレイアウト情報を基に評価パターン毎に計測ポイントを決定する。
【０１０５】
また，前記距離を得るための処理方法を評価パターン毎に決定することができる。前記（処理方法Ａ）のように設計データを利用した処理や，前記（処理方法Ｂ）のように画像から直接計測値を得る処理はＥＰ内に含まれるパターンによって良し悪しがあるため，レイアウト情報を基にＥＰ毎に処理方法を決定することが有効である。
【０１０６】
図１１に示した二種類のＥＰを例に計測ポイント／処理方法について説明する。図１１（ａ）中のＥＰ１１０１においては1回目の露光により形成された第一のパターンを斜線でハッチングされたパターン（例えば１１０２），2回目の露光により形成された第二のパターンを白いパターン（例えば１１０３）で表示している。第一のパターンと第二パターン間の重ね合わせ位置を評価するため，例えば計測ポイントとして矢印１１０４，１１０５で示した二箇所を設定し，画像処理によって同箇所を認識して，同箇所における第一のパターンと第二パターン間の距離を計測することが考えられる。これは前述の（処理方法Ｂ）に属する。しかし，ＥＰ１１０１内のパターンは複雑であり，矢印１１０４，１１０５の場所を認識して計測するためには高度な画像処理が必要である。その観点ではＥＰ１１０１での評価は前述の（処理方法Ａ）が適している。すなわち，1回目の露光のための設計データ（第一の設計データと呼ぶ）と２回目の露光のための設計データ（第二の設計データと呼ぶ）をそれぞれ撮像画像中のパターンとマッチングする。第一の設計データのマッチング位置と第二の設計データのマッチング位置とのずれによって重ね合わせずれを評価することができる。あるいは第一の設計データのマッチングすることにより撮像画像中の第一のパターンを認識し，同様に第二の設計データのマッチングすることにより撮像画像中の第二のパターンを認識し，認識した第一のパターンと第二のパターンの位置関係から重ね合わせずれを評価することができる。
【０１０７】
一方，図１１（ｂ）中のＥＰ１１０６においては第一のパターン１１０７と第二のパターン１１０８が並んで配置されているのみである。本ＥＰを用いてｘ方向の重ね合わせ評価を行うための画像処理の一例として，第一，第二のパターンにおける左右のエッジ（点線枠１１１０内に含まれるエッジ）を検出して，二つのパターン間の距離１１０９を評価ポイントとして計測することが考えられる。前記左右のエッジの検出方法の一例としては，撮像画像の明度値をｙ方向に積算した明度プロファイル１１１１を作成して明度値が大きく変化する箇所を検出すればよい（パターンのエッジ部ではより多くの電子が放出され，画像上において明るくなる）。このようにＥＰ１１０６においては設計データを用いず簡単な画像処理により重ね合わせ評価が可能であるため，前述の（処理方法Ｂ）が適している。
【０１０８】
逆にＥＰを決定するステップにおいて，前記距離を得るための処理方法（例えば（処理方法Ａ）あるいは（処理方法Ｂ））をユーザが予め指定し，レイアウト情報を基に前記処理方法により計測値を得ることができる領域をＥＰとして選択することもできる。特に前記（処理方法Ｂ）の処理においては設計データを利用する必要がないため，ユーザによっては前記（処理方法Ｂ）の処理が可能な領域のみをＥＰとして選択したいという要望がありうる。この場合，レシピ生成時には例えば設計データを用いてＥＰの決定等を行うが，走査荷電粒子顕微鏡を用いた撮像／計測時においては設計データをハンドリングする必要がないというメリットがある。
2.4 重ね合わせずれベクトル算出 
本発明は，評価ポイントを決定するステップ（図1中ステップ１０５あるいはステップ１１１）において，評価ポイント毎に重ね合わせ位置の評価が可能な方向が定められた複数の評価ポイントを決定し，前記重ね合わせ位置を評価するステップ（図1中ステップ１１３）においては前記複数の評価ポイントにおいてそれぞれ計測された重ね合わせ位置の評価が可能な方向に対する重ね合わせずれを基に所定の座標における重ね合わせのずれベクトルを算出することを特徴とする。
本特徴について補足する。重ね合わせ評価用の専用パターンではなく，通常の回路パターンを用いて重ね合わせ評価を行う場合，重ね合わせ評価に適したパターンを含むＥＰが存在するか否かはパターンレイアウトに依存し，常に望むＥＰが存在するとは限らない。そのため，実パターンを用いて重ね合わせずれの面内分布を評価する際には，抽出できたＥＰが少ない場合であってもいかに重ね合わせずれの面内分布の推定に有効な情報を算出できるかが課題となる。図１６（ａ）はチップ１６０１内からＥＰを抽出した例を示しており，領域１６０２に代表される点線枠がＥＰを抽出する領域（図９（ｂ）の領域９０７に相当），１６０５に代表される四角の中に「ｘ」と書かれたＥＰはｘ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰ（ＥＰＸと呼ぶ。図９（ｂ）のＥＰ９１０に相当），１６０６に代表される四角の中に「ｙ」と書かれたＥＰはｙ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰ（ＥＰＹと呼ぶ。図９（ｂ）のＥＰ９１１に相当）を表す。ＥＰ抽出を行う１６０２等の領域はＥＰを抽出したい座標を中心に配置すべきであり，例えばＥＰをある間隔で偏りなく抽出して信頼性の高い重ね合わせずれの分布傾向を知りたい場合には，図示するようにある間隔で格子状にＥＰ抽出領域を設定すべきである。ところが，前記格子状に配置した領域内でＥＰ探索を行っても，領域１６０２のようにＥＰが領域１６０２の中心付近には存在せず，ＥＰ１６０５のように領域１６０２の端の方で抽出される場合や，領域１６０４のようにＥＰが全く存在しない場合や，領域１６０３のように存在はするが，ＥＰＸのみという場合がある。このような偏りのあるＥＰ抽出結果に対して，抽出した各ＥＰを撮像して重ね合せずれを算出した結果が図１６（ｂ）である。同図では各ＥＰを撮像した画像から算出された重ね合わせずれ量の大きさを前記各ＥＰからのびる矢印で表しており，矢印の方向は前記各ＥＰにおいて計測可能な重ね合わせずれの方向を示している。例えばｘ方向の重ね合わせずれを計測可能なＥＰ１６０５からはｘ方向のずれを表す矢印１６０７がのびている。同様にｙ方向の重ね合わせずれを計測可能なＥＰ１６０６からはｙ方向のずれを表す矢印１６０８がのびている。しかし，図１６（ｂ）における偏りのある方向別重ね合せずれの矢印群をみてもずれの分布傾向はつかみにくい。そこで本発明では，図１６（ｂ）に示した方向別重ね合せずれの矢印群（１６０７，１６０８等）を基に計測値を補間処理することで，図１６（ｃ）に示すように所望の座標における二次元（ｘ，ｙ方向）のずれベクトル（１６１１等）を推定することを特徴とする。前記ＥＰの分布が疎であったり偏りがあったとしても，ある程度，密で偏りのないずれの面内分布を推定することが可能となる。図１６（ｃ）には太線で表示したグリッドパターン１６０９が描かれており，グリッドの交点に存在する太丸（１６１０等）は重ね合わせずれを求めたいチップ上の座標を示している。前記太丸からのびる太矢印は前記太丸における重ね合わせずれを表すベクトル（１６１１等）である。前記方向別重ね合せずれの矢印群から太丸における重ね合わせずれを表すベクトルを求める方法として，例えば，１６０７等のｘ方向の重ね合せずれの矢印群から各太丸におけるｘ方向のずれ量を補間により求め（補間方法の具体例は図１８を用いて後述する），同様に１６０８等のｙ方向の重ね合せずれの矢印群から各太丸におけるｙ方向のずれ量を補間により求める。各太丸におけるｘ，ｙ方向のずれ量が求まれば，これらを成分とする前記太丸における二次元のずれベクトル（１６１１等）が与えられる。
図１６（ｃ）に太丸で示した重ね合せずれを求めたい座標はユーザが任意に設定することができ，例えばグリッド１６０９の間隔をもっと細かく設定して密なずれ分布を求めてもよいし，グリッドの間隔を場所によって不均一に変えてもよいし，格子状ではなく任意に太丸を配置してもよい。
また，図１６に示した例において抽出されたＥＰは，一つのＥＰから方向別重ね合せずれを評価可能なＥＰのみであったが，図２１を用いて説明した２つのＥＰから方向別重ね合せずれを評価可能なＥＰが含まれていてもよい。さらに，図１６に示した例において抽出されたＥＰは，ｘ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰＸとｙ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰＹの２種類であったが，計測可能な方向に関するその他の種類のＥＰにおいても同様に処理し，二次元のずれベクトルの推定に利用することができる。図１７に計測可能な方向に関するＥＰのバリエーションを示す。斜線でハッチングされたパターン１７０１，１７０６，１７１１，１７２１，１７２３は第一のパターンを，白いパターン１７０２，１７０７，１７１２，１７２０，１７２２は第二のパターンを表し，太枠１７０３，１７０８，１７１３，１７１８はＥＰを示す。第一のパターンの幅１７０４，１７０９，１７１４，１７１６，１７２５と第二のパターンの幅１７０５，１７１０，１７１５，１７１７，１７２４からＥＰ１７０３はｘ方向，ＥＰ１７０８はｙ方向，ＥＰ１７１３はｘ，ｙ両方向，ＥＰ１７１８は角度１７２６方向の重ね合わせずれを評価することができる。ＥＰ１７１８の視野内には角度１７２６だけ傾いた斜め配線が存在しており，角度１７２６方向の重ね合わせずれが評価できるが，角度１７２６が0゜のときはＥＰＸ，角度１７２６が90゜のときはＥＰＹとなる。また，図１７（ｄ）に示したパターンをＳＥＭ撮像する際にはパターンエッジを鮮明に撮像するため，電子ビームの走査方向がエッジに対して垂直になるよう設定することができ，ＥＰ１７１８を角度１７２６分だけ左回転させた点線枠１７１９をＥＰとすることもできる。その場合，画像上のｘ，ｙ方向を示す座標系１７２８（Ｉｘ-Ｉｙ座標系と呼ぶ）は，ウェーハあるいはショットあるいはチップの座標系１７２７（ｘ-ｙ座標系と呼ぶ）に対して角度１７２６分だけ回転することになる。そのため画像上で求めたＩｘ方向の重ね合せずれはｘ-ｙ座標系では角度１７２６方向の重ね合せずれである。このように各ＥＰにおける任意の方向に対する重ね合わせずれの情報を二次元のずれベクトルの推定に利用することができる。
ただし，補間処理によって求めた計測値の信頼性は必ずしも高くない場合があるため，推定したずれベクトル毎に推定の信頼度を算出することを特徴とする。ずれの評価結果を半導体製造装置等へフィードバックしてずれを補正する際には，前記信頼度に応じてずれベクトルを加味する度合いを制御することができる。前記信頼度の算出方法としては，補間処理の内挿／外挿の違いや，被補間点であるＥＰと補間点との距離等が挙げられる。図１８（ａ）にずれの補間処置の例を示す。本例では３つのＥＰＸ１８０１〜１８０３において計測されたｘ方向の重ね合わせずれ１８０４〜１８０６から補間処理により太丸１８１０におけるｘ方向の重ね合わせずれ１８１１や太丸１８１２におけるｘ方向の重ね合わせずれ１８１３を推測している。太丸１８１０，１８１２は太丸１６１０と同様，ユーザにより指定された重ね合わせずれを求めたいチップ上の座標である。前記補間処理の例として線形補間や曲面補間が挙げられる。太丸１８１０は被補間点であるＥＰ１８０１〜１８０３を結ぶ点線１８０７〜１８０９によって囲まれる領域の内部に存在するので，内挿処理によってベクトル１８１１を推定することができ，一般に推定の信頼度は高い。一方，太丸１８１２は点線１８０７〜１８０９によって囲まれる領域の外部に存在するので，外挿処理によってベクトル１８１３を推定することになり，一般に推定の信頼度は低い。また，単に内挿／外挿の二通りではなく，推定の信頼度を連続的に評価することもできる。例えば図１８（ｂ）に示すように，図１８（ａ）と同じ被補間点１８０１〜１８０３に対して，太丸１８１４，１８１７，１８２０におけるｘ方向の重ね合わせずれ１８１５，１８１８，１８２１を推定することを考える。これらの太丸におけるずれベクトルの推定は点線１８０７〜１８０９によって囲まれる領域の外部に存在するという観点から全て外挿処理となるが，推定の信頼度は同じではない。例えば太丸１８１４，１８１７，１８２０から被補間点であるＥＰ１８０１とＥＰ１８０３を結ぶ直線１８０９への垂線を考え，その垂線の長さ１８１６，１８１９，１９２２とする。垂線の長さ１８１６，１８１９を比較すると１８１６の方が短い。そのため被補間点により囲まれる領域からの距離という観点では，推定ベクトル１８１５の方が，推定ベクトル１８１８よりも推定の信頼度が高いと考えられる。一方，垂線の長さ１８１６，１８２２を比較すると１８２２の方が短いが，推定ベクトル１８２１の方が，推定ベクトル１８１５よりも推定の信頼度が高いとは限らない。各垂線と直線１８０９との交点１８２３，１８２５を比較すると交点１８２３は被補間点１８０１と１８０３の間に存在するが，交点１８２５は被補間点１８０１と１８０３の間の外に存在する。そのため直線１８０９の方向に関して補間点が被補間点の間に存在するという観点では，推定ベクトル１８１５の方が，推定ベクトル１８２１よりも推定の信頼度が高いと考えられる。前述の信頼度の算出方法は実施例であり，これに限定されるものではない。例えば，補間点に一番近い被補間点を見つけ，前記補間点と前記一番近い被補間点との距離を信頼度算出に用いることも考えられる。
図１８（ｃ）に推定ベクトルの内挿／外挿の別や推定の信頼度を表示する方法の一例を示す。グリッドパターン１８２６の交点に存在する太丸（１８２７等）は重ね合わせずれを求めたいチップ上の座標を示しており，前記太丸からのびる矢印は補間により推定した前記太丸における重ね合わせずれを表すベクトル（１８２８〜１８３１等）である。実線のベクトル（１８２８，１８２９等）は内挿処理により求められたベクトルであることを示し，点線のベクトル（１８３０，１８３１等）は外挿処理により求められたベクトルであることを示す。またベクトルの明るさは信頼度を表しており，例えば内挿処理によって推定されたベクトルについて，黒のベクトル１８２８に対して灰色のベクトル１８２９は推定の信頼度が低いことを表す。同様に外挿処理によって推定されたベクトルについて，黒のベクトル１８３０に対して灰色のベクトル１８３１は推定の信頼度が低いことを表す。信頼性に関する明るさのレベルはいくつあっても構わないし，定量化された信頼度を数値として各ベクトルの横に表示してもよい。
【０１０９】
3. ＧＵＩ
本発明における各種情報の入力，レシピ生成・出力の設定あるいは表示，ＳＥＭ装置の制御を行うＧＵＩ例を図１２に示す。図１２中のウィンドウ１２０１内に描画された各種情報は一画面中，あるいは分割してディスプレイ等に表示することができる。
【０１１０】
レイアウトデータ入力（ステップ１０２）の方法について説明する。ボタン１２０２を押すことによってチップ配列を入力することができる。また，ボタン１２０３を押すことによってレイアウトデータを入力することができる。レイアウトデータとして第一のパターンと第二のパターンのレイアウトデータを別ファイルで入力することも，マージしたデータを入力することもできる。また，特にレイアウトデータとして設計データファイルを入力とする場合，何層もの積層レイヤの情報を含む場合がある。そこでウィンドウ１２０４において重ね合わせ評価を行う対象となる第一のパターン，第二のパターンをＩＤ等で指定することができる。層間の重ね合わせ評価であればレイヤＩＤ，ＤＰの重ね合わせ評価であれば露光ＩＤを例えばプルダウンメニュー１２０５で指定する。また，重ね合わせ評価の対象とするパターン数は３つ以上であってもよい。
【０１１１】
ＥＰ選択条件入力（ステップ１０３）の一つとしてＥＰ配置の分布指定，あるいはＥＰ指定の方法について説明する。ウィンドウ１２０６において，「ＥＰ配置可能な領域で指定」のチェックボックスをＯＮにすると，図９（ａ）（ｂ）を用いて説明したＥＰ決定を行うことができる。その場合，ＥＰ配置可能な領域の設定方法はウィンドウ１２０７内のラジオボタンで「領域を格子状に配置」「領域を手動で設定」等の中から選択することができる。「領域を格子状に配置」する場合，ボックス１２０８において領域を配置する格子間隔を指定することができる。図１２には図示していないが，その他にも，領域数，領域の幅，領域間，格子状以外の領域の配置方法について設定することができる。
【０１１２】
ウィンドウ１２０６において，「ＥＰ間の距離を指定」のチェックボックスをＯＮにすると，図９（ｃ）（ｄ）を用いて説明したＥＰ決定を行うことができる。その場合，ボックス１２０９においてＥＰ間の距離を指定することができる。またチェックボックス１２１０をＯＮとすることでｘ方向しか重ね合せを評価できないＥＰ（ＥＰＸ）についてはその近くにｙ方向しか重ね合せを評価できないＥＰ（ＥＰＹ）をなるべく配置するようにＥＰ探索を行うことができる（逆にＥＰＹの近くにはＥＰＸを配置）。またその際，ボックス１２１１においてＥＰＸ，ＥＰＹ間の距離を指定することができる。
【０１１３】
ウィンドウ１２０６において，「ＥＰを指定」のチェックボックスをＯＮにすると，図１０を用いて説明したＥＰ指定を行うことができる。その場合，ウィンドウ１２１２内のラジオボタンで，「指定ＥＰと類似するＥＰを探索」「指定ＥＰを初期値として微小修正」を選択することができる。またＥＰの指定は後述する表示１２２６，１２２８，１２３１においてマウス等で指定してもよいし，ボタン１２１３を押すことでリストファイルを読み込み指定してもよい。指定したＥＰの一覧はリスト１２１４に表示され，同リスト上で実際に指定ＥＰとして用いるＥＰを再指定することもできる。
【０１１４】
ＥＰ選択条件入力（ステップ１０３）の一つとして計測時の処理方法指定の方法について説明する。ウィンドウ１２１５において，図１１を用いて説明した重ね合わせ位置を評価するための処理方法（前記（処理方法Ａ）や（処理方法Ｂ））をラジオボタン等で指定し，指定した条件を満たすＥＰを決定することができる。指定方法の例としては「指定なし」「全ＥＰで設計データ比較による計測」「なるべく設計データ比較による計測」「全ＥＰで画像処理のみによる計測」「なるべく画像処理のみによる計測」等が挙げられる。
【０１１５】
装置条件入力（ステップ１０４）として装置条件を入力の方法について説明する。ウィンドウ１２１６において，想定されるステージシフト精度，イメージシフト精度，ＡＰにおけるマッチング誤差等を入力してＥＰ決定時の推定撮像ずれの推定等に用いることができる。
【０１１６】
処理パラメータ（ステップ１０１）としてＥＰ決定時の処理パラメータ入力の方法について説明する。ウィンドウ１２１７において，それぞれのチェックボックスをＯＮにすることで，ＥＰ決定時に「撮像ずれを考慮（図５で説明）」「パターン変形を考慮（図６で説明）」「ＥＰ内に対向エッジを必ず含ませる（図７で説明）」「ｘｙ両方向の重ねあわせを評価できるＥＰのみ探索（図９で説明）」等を行うことができる。また図示していないが，図８を用いて説明した「上層パターンによる下層パターンの隠れを考慮」等の指定を行うこともできる。前記「パターン変形を考慮」あるいは「上層パターンによる下層パターンの隠れを考慮」する場合には，ウィンドウ１２１８内において，「予想されるパターンの最大太り/細り量」「予想されるコーナ部の最大丸まり量」「予想されるパターンの最大シフト量」等のパラメータを入力し，これを基に変形や隠れを推定することができる。
【０１１７】
ボタン１２１９を押すことによって，前述のレイアウトデータや処理パラメータ等の入力を基にＥＰ候補を探索し，結果を表示することができる。本発明においては，ＥＰ候補を前記ＥＰの属性情報と合わせて表示することができる。本表示について補足する。ＥＰの決定においては，全て自動ではなく，複数のＥＰ候補をユーザに示し，その中からユーザに選択させることが有効である。ユーザにＥＰ選択の判断材料を与えるための表示方法として，ＥＰの面内分布を把握するためにウェーハ上におけるＥＰの位置をプロットして表示することができる。また，ＥＰ候補の属性情報を表示することができ，前記属性情報としては（Ａ）許容撮像ずれ／推定撮像ずれ，（Ｂ）撮像シーケンス／撮像条件／想定される撮像時間，（Ｃ）評価の安定性の目安となるパターンの変形し易さ，（Ｄ）パターンの隠れあるいはパターンの変形による隠れ易さ，（Ｅ）計測ポイント／重ね合わせ位置を評価するための処理方法，（Ｆ）評価可能な重ね合わせ位置の方向，等が挙げられる。（Ｆ）の評価可能な重ね合わせ位置の方向とは，Ｘ方向もしくはＹ方向の重ね合わせ位置のみ評価可能，ＸＹ両方向の重ね合わせ位置を評価可能，Ａ゜方向の重ね合わせ位置を評価可能等の情報である（Ａは任意の実数。ＥＰＸはＡ＝0，ＥＰＹはＡ＝90）。例えばＥＰ候補内にＸ方向に変化するパターンエッジしか含まれない場合，Ｙ方向の重ね合わせ位置を評価することはできない。この情報はＥＰ候補内のレイアウト情報を解析することにより求めることができる。これらの情報は数値や図として表示することができ，例えばＥＰ候補はリスト１２２０に一覧を示すことができる。同リストにはＥＰの座標や撮像倍率，撮像条件，重ね合わせ評価可能な方向（ＥＰＸＹ，ＥＰＸ，ＥＰＹの別）の他，各種属性情報を表示することができる。また，ＥＰの位置や各ＥＰに関する属性情報は表示１２２６，１２２８，１２３１に表示することができる。前記属性情報については表示１２２６，１２２８，１２３１に全てを図示していないが，任意の属性情報を数値，あるいは図式化して表示することができる。表示１２２６はウェーハを示しており，同表示１２２６内でマウス等を用い範囲１２２７を指定することにより，同範囲を拡大して表示１２２８に表示することができる。表示１２２８にはＥＰ候補の位置が太枠で表示されており（例えば太枠１２２９），重ね合わせずれ量を計測した後は，前記ずれ量をベクトル表示することもできる（例えば太枠１２２９から延びる矢印）。更に表示１２２８内でマウス等を用い範囲１２３０を指定することにより，同範囲を拡大して表示１２３１に表示することができる。表示１２３１にはパターンのレイアウト情報として第一のパターンを斜線でハッチングされたパターン（例えば１２３２），第二のパターンを白いパターン（例えば１２３３）で表示しており，更にＥＰ１２３６と同ＥＰを撮像するための撮像シーケンスが表示されている。本例では，まずＡＰ１２３４でアドレッシングを行った後，ＡＦ１２３５でオートフォーカスを行い，最後にＥＰ１２３６を撮像する撮像シーケンスが設定されている。図中では撮像順がＡＰ，ＡＦ，ＥＰの表記の前に書かれた番号（１）〜（３）で表記されている。なお，例えばＥＰ位置は表示１２２６には表示されていないが，これは表示例であり，レイアウト情報，ＥＰ位置，撮像シーケンス，撮像条件，計測ポイント／処理方法，重ね合わせ評価結果等は表示１２２６，１２２８，１２３１において任意に表示することができる。
【０１１８】
ボタン１２２１を押すことによって決定したＥＰや撮像シーケンス，撮像条件，計測ポイント／処理方法等をレシピに登録することができる。この際，リスト１２２０あるいは表示１２２６，１２２８，１２３１において，ＥＰ候補の中から実際にＥＰとしてレシピに登録するＥＰを再指定することもできる。
【０１１９】
次にボタン１２２２を押すことによって用いるレシピを指定する（先に登録したレシピを用いることもできるし，過去に作成したレシピを用いることもできる）。ボタン１２２３を押すことによって前記レシピに基づいてＳＥＭを用いた撮像／重ね合わせ評価が実行される。重ね合わせ評価結果はリスト１２２５や先に述べたとおり表示１２２６，１２２８，１２３１において任意に表示することができる。
【０１２０】
図１３中の表示１３０１，１３０５は，図１２中の表示１２２８，１２３１にそれぞれ対応する別の表示バリエーションである。表示１３０１においてはＥＰを重ね合せ評価可能な方向別に求めており，白い四角で表されたＥＰ（例えば１３００）はｘｙ両方向の重ね合わせずれを評価可能なＥＰ（ＥＰＸＹ），四角の中に「ｘ」と書かれたＥＰ（例えば１３０２）はｘ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰ（ＥＰＸ），四角の中に「ｙ」と書かれたＥＰ（例えば１３０３）はｙ方向の重ね合わせずれのみ評価可能なＥＰ（ＥＰＹ）であることを示す。重ね合わせずれ量を計測した後は，前記ずれ量をベクトル表示することができるが，例えばＥＰＸ１３０２において求められたベクトルはｘ方向のずれ量のみである（太枠１３０２からｘ方向に延びる矢印）。しかし，ＥＰＸとＥＰＹが１３０２と１３０３のように近くに存在する場合は，両者のずれ量から近似的にｘｙ方向のずれベクトルを算出し，表示することもできる。また，表示１３０５は範囲１３０４の拡大表示である。同表示では第一のパターンを斜線でハッチングされたパターン（例えば１３１１），第二のパターンを白いパターン（例えば１３１２）で表示しており，二つのＥＰであるＥＰ１（１３０８。１３０２に対応），ＥＰ２（１３０９。１３０３に対応）と前記二つのＥＰを撮像するための撮像シーケンスが表示されている。本例では，Ｍｏｖｅ座標１３１０にステージシフトにより電子線の垂直入射位置を移動した後，イメージシフトによりＡＰ１３０６に視野移動およびアドレッシングを行い，次にＡＦ１３０７にイメージシフトにより視野移動およびオートフォーカスを行う。その後，イメージシフトによりＥＰ１（１３０８）に視野移動して撮像，次にイメージシフトによりＥＰ２（１３０９）に視野移動して撮像を行う。図中では撮像順がＡＰ，ＡＦ，ＥＰ1，ＥＰ２の表記の前に書かれた番号（１）〜（４）で表記されている。このように，ＥＰ１とＥＰ２がイメージシフト可能な範囲内に含まれる場合は，ＥＰ毎にアドレッシングやオートフォーカスを行わず，まとめて一回にすることで撮像時間が短縮できる。撮像時間もＥＰ決定の判断材料の一つにすることができる。なお，このようなＥＰ間の撮像シーケンス最適化は図１中のステップ１０７において行うことができるが，加えてステップ１１１とステップ１１２の間で撮像シーケンスの最適化を行うことができる。この理由として，ステップ１０７で想定したＥＰ候補群に対して，ステップ１１１の最終的なＥＰ決定においてはＥＰの追加／削除が行われる場合があり，アドレッシングをまとめて一回にする等のＥＰ間に跨る撮像シーケンスの設定が変化する場合があるためである。
【０１２１】
本発明においては，同一ウェーハにおいて異なる製造工程のタイミングで複数回の撮像を行い重ね合わせ評価を行うこともできる。その結果の表示例を図１４に示す。図１４は３層以上のレイヤ間の重ね合わせ評価結果であり，１層目に生成された第一のパターンと2層目に生成された第二のパターンとの重ね合わせずれベクトルの面内分布を１４０１に，前記第二のパターンと３層目に生成された第三のパターンとの重ね合わせずれベクトルの面内分布を１４０２に，前記第三のパターンと４層目に生成された第四のパターンとの重ね合わせずれベクトルの面内分布を１４０３に表示している。例えば，表示１４０１の評価結果は第二のパターンが生成された直後のウェーハを撮像した画像を基に行い，表示１４０２の評価結果は第三のパターンが生成された直後のウェーハを撮像した画像を基に行い，表示１４０３の評価結果は第四のパターンが生成された直後のウェーハを撮像した画像を基に行うことが考えられる。表示１４０１〜１４０３は座標を合わせて同時表示することができる。また，表示１４０１〜１４０３間でＥＰの設定場所は同じであっても，異なってもよいが，勿論，重ね合わせ評価が可能なＥＰがどのレイヤであっても同じ場所に存在する保証はない。レイヤ間でＥＰの場所が類似することをＥＰ選択の判断基準の一つとしてもよい。
【０１２２】
本発明においてはショットあるいはチップ内の重ね合せずれ評価のみならず，ウェーハ面内での重ね合せずれを評価し結果を表示することができる。図２２の左図にはウェーハ２２０１が表示されており，その中には複数のチップが配置されている（例えばチップ２２０２〜２２１０）。これらのチップ全てにおいてチップ内の重ね合せずれを評価してもよいし，検査のスループットの観点から例えば斜線で表示するチップ２２０２〜２２１０のみをサンプリングして評価してもよい。図２２の右図にチップ２２０２〜２２１０において計測した前記チップ内のずれベクトルの分布を表示する。表示２２１１〜２２１９はチップ２２０２〜２２１０内のずれベクトル分布の表示に対応し，このように並べてずれ分布を表示することができる。
【０１２３】
4. システム構成
本発明におけるシステム構成の実施例を図１５を用いて説明する。
【０１２４】
図１５（ａ）において１５０１はマスクパターン設計装置，１５０２はマスク描画装置，１５０３はマスクパターンのウェーハ上への露光・現像装置，１５０４はウェーハのエッチング装置，１５０５および１５０７はＳＥＭ装置，１５０６および１５０８はそれぞれ前記ＳＥＭ装置を制御するＳＥＭ制御装置，１５０９はＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツールサーバ，１５１０はデータベースサーバ，１５１１はデータベースを保存するストレージ，１５１２は撮像・計測レシピ作成装置，１５１３は撮像・計測レシピサーバ，１５１４はパターン形状の計測・評価を行う画像処理装置画像処理サーバであり，これらはネットワーク１５１５を介して情報の送受信が可能である。データベースサーバ１５１０にはストレージ１５１１が取り付けられており，（Ａ）設計データ（マスク用の設計データ（光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）なし／あり），ウェーハ転写パターンの設計データ），（Ｂ）前記マスク用の設計データからリソシミュレーション等により推定した実パターンのシミュレーション形状，（Ｃ）生成した撮像・計測レシピ，（Ｄ）撮像した画像（ＯＭ像，ＳＥＭ画像），（Ｅ）撮像・評価結果（評価パターンの部位ごとのパターン形状の測長値，パターン輪郭線，パターンの変形量，パターン間の重ね合せのずれ量やずれ方向，重ね合わせ位置の正常度あるいは異常度等），（Ｆ）撮像・計測レシピの決定ルールの一部または全てを，品種，製造工程，日時，データ取得装置等とリンクさせて保存・共有することが可能である。また，同図においては例として二台のＳＥＭ装置１５０５，１５０７がネットワークに接続されているが，本発明においては，任意の複数台のＳＥＭ装置において撮像・計測レシピをデータベースサーバ１５１０あるいは撮像・計測レシピサーバ１５１３により共有することが可能であり，一回の撮像・計測レシピ作成によって前記複数台のＳＥＭ装置を稼動させることができる。また複数台のＳＥＭ装置でデータベースを共有することにより，過去の前記撮像あるいは計測の成否や失敗原因の蓄積も早くなり，これを参照することにより良好な撮像・計測レシピ生成の一助とすることができる。
【０１２５】
図１５（ｂ）は一例として図１５（ａ）上における１５０６，１５０８，１５０９，１５１０，１５１２〜１５１４を一つの装置１５１６に統合したものである。本例のように任意の機能を任意の複数台の装置に分割，あるいは統合して処理させることが可能である。
【０１２６】
本発明は以上の手段により，走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイス等における重ね合わせ位置の密な面内分布を把握することができる。本発明によれば，計測要求を満足するレシピの生成（評価ポイント，撮像シーケンス，計測ポイント／処理方法の設定）を自動かつ高速に行うことができ，検査準備時間（レシピ作成時間）の短縮や，オペレータスキルの不要化が期待できる。
【０１２７】
また，本明細書のいくつかの説明においてはチップ内からＥＰを選択する実施例を述べたが（例えば，チップ１６０１，２１０１，２２０２〜２２１０），前記チップをショットに置き換えてもよい（すなわち，ショット１６０１，２１０１，２２０２〜２２１０と考える）。一般に1ショット内には数チップを含む。ショットは一度の露光照射で露光される領域であり，露光装置の特性等を解析する際にはショット内での重ね合せずれの分布を評価することが有効である。
【０１２８】
なお，本発明は上記した実施例に限定されるものではなく，様々な変形例が含まれる。例えば，上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり，必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また，ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり，また，ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また，各実施例の構成の一部について，他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１２９】
また、上記の各構成，機能，処理部，処理手段等は，それらの一部又は全部を，例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また，上記の各構成，機能等は，プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し，実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム，テーブル，ファイル等の情報は，メモリや，ハードディスク，ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置，または，ＩＣカード，ＳＤカード，ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【０１３０】
また，制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており，製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
200…ｘ-ｙ-ｚ座標系（電子光学系の座標系），201…半導体ウェーハ，202…電子光学系，203…電子銃，204…電子線（一次電子），205…コンデンサレンズ，206…偏向器，207…ＥｘＢ偏向器，208…対物レンズ，209…二次電子検出器，210，211…反射電子検出器，212〜214，215…処理・制御部，216…ＣＰＵ，217…画像メモリ，218，225…処理端末，219…ステージコントローラ，220…偏向制御部，221…ステージ，222…レシピ作成部，223…撮像レシピ生成装置，224…計測レシピ生成装置，226…データベースサーバ，227…データベース（ストレージ），301〜306…収束電子線の入射方向，307…試料表面，308…Ｉx-Iy座標系（画像座標系），309…画像，416…ウェーハ，417〜420…アライメントを行うチップ，421…チップ，422…OMアライメントパターン撮像範囲，423…SEMアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン撮像範囲，424…ＳＥＭアライメントパターン撮像範囲，425…設計データの一部拡大範囲，426…ＭＰ，427…ＭＰからのイメージシフト可動範囲，428…ＡＦ，429…ＡＰ，430…ＡＦ，431…ＡＳＴ，432…ＡＢＣＣ，433…ＥＰ，501，513，515，527…第一のパターン，502，503，514，516，517，526…第二のパターン，504，518，522，528，529，531，534，535…計測ポイント，505，519…ＥＰ，506，520…ＡＰ，507…ＥＰ-ＡＰ間の距離，508，509…予想される最大の撮像ずれ，510，511，521…第一，第二のパターン間の距離，512…実際のＥＰ撮像位置，523，524，530，532…パターン中心，525，533…パターン中心間の距離，602，606，610，613…第一のパターン，603，607，611，614…第二のパターン，601，605，609，612…ＥＰ，604，608…計測ポイント，701，705…第一のパターン，702，706…第二のパターン，703，707，709，715…ＥＰ，704，708，710，712，716，718…計測ポイント，711，713，717，719…左右エッジの中点，714，720…左右エッジの中点間の距離，721〜724…エッジ位置，
802，803，808，811…第一のパターン，805，807，810…第二のパターン，801，806…ＥＰ，804，809…エッジ位置，901，905，914，919…チップ，902，906，915，920…重ね合せ評価専用パターン，904，908，910，911，913，916，917，921，922，923…ＥＰ，900，903，907，909，912…ＥＰを配置できる領域，918，924，925…ＥＰ間の距離，926…ＥＰを配置すべき領域，1002，1004，1012…第一のパターン，1003，1005，1006，1013…第二のパターン，1001，1007，1008…ＥＰ，1009…ＡＰ，1010，1011…ＥＰ-ＡＰ間の距離，1102，1107…第一のパターン，1103，1108…第二のパターン，1101，1106…ＥＰ，1104，1105，1109…計測ポイント，1110…エッジ位置，1111…明度プロファイル，1501…マスクパターン設計装置，1502…マスク描画装置，1503…露光・現像装置，1504…エッチング装置，1505，1507…SEM装置，1506，1508…SEM制御装置，1509…EDAツールサーバ，1510…データベースサーバ，1511…データベース，1512…撮像・計測レシピ作成演算装置，1513…撮像・計測レシピサーバ，1514…画像処理サーバ（形状計測・評価）1515…ネットワーク，1516…EDAツール，データベース管理，撮像・計測レシピ作成，画像処理（形状計測・評価），撮像・計測レシピ管理，SEM制御用統合サーバ＆演算装置，1601…チップ，1602〜1604…ＥＰを配置できる領域，1605，1606…ＥＰ，1607，1608…方向別の重ね合せずれ量，1609…グリッド，1610…重ね合わせずれ計測希望箇所，1611…重ね合わせずれベクトル，1701，1706，1711，1721，1723…第一のパターン，1702，1707，1712，1720，1722…第二のパターン，1703，1708，1713，1718，1719…ＥＰ，1704，1705，1709，1710，1714〜1717，1724，1725…計測ポイント，1726…斜め配線パターンの傾斜角，1727…ｘ-ｙ座標系（ウェーハあるいはショットあるいはチップの座標系），1728…Ｉx-Iy座標系（画像座標系），1801〜1803…ＥＰ，1804〜1806，1811，1813，1815，1818，1821…方向別の重ね合せずれ量，1807〜1809…ＥＰ間を結ぶ直線，1810，1812，1814，1817，1820，1827…重ね合わせずれ計測希望箇所，1816，1819，1822…重ね合わせずれ計測希望箇所1814，1817，1820と直線1809との距離，1823〜1825……重ね合わせずれ計測希望箇所1814，1817，1820から直線1809への垂線と直線1809との交点，1826…グリッド，1828〜1831…重ね合わせずれベクトル，1901，1902…第一のパターン，1903〜1905…第二のパターン，1903a〜1905c，1903b〜1905b…Cutting process後の第二のパターン，1906…Cutting processのパターン，1907…第一の製造プロセスにより生成されたエッジ，1908…第二の製造プロセスにより生成されたエッジ，1909…Cutting processにより生成されたエッジ，1910〜1915…計測ポイント，2001，2003…第一のパターン，2002，2004…第二のパターン，2005…ハードマスク層，2005a〜2005h…Sidewall spacerによってマスクされたパターン，2006…下地，2007…デポ層，2007a〜2007h…Sidewall spacer，2008〜2015…計測ポイント，2016〜2019…パターンエッジ，2101…チップ，2102，2105…ＥＰを配置できる領域，2103，2104，2106，2107…ＥＰ，2119，2120…実際のＥＰ撮像位置，2108…ＥＰ間の距離，2109，2111…第一のパターン，2110，2112…第二のパターン，2113〜2116…計測ポイント，2117，2118…パターン中心，2201…ウェーハ，2202〜2219…チップ，2211〜2219…チップ2202〜2219内の重ね合わせずれベクトルの分布
【図１】
0006038053.tif 000002
【図２】
0006038053.tif 000003
【図３】
0006038053.tif 000004
【図４】
0006038053.tif 000005
【図５】
0006038053.tif 000006
【図６】
0006038053.tif 000007
【図７】
0006038053.tif 000008
【図８】
0006038053.tif 000009
【図９】
0006038053.tif 000010
【図１０】
0006038053.tif 000011
【図１１】
0006038053.tif 000012
【図１２】
0006038053.tif 000013
【図１３】
0006038053.tif 000014
【図１４】
0006038053.tif 000015
【図１５】
0006038053.tif 000016
【図１６】
0006038053.tif 000017
【図１７】
0006038053.tif 000018
【図１８】
0006038053.tif 000019
【図１９】
0006038053.tif 000020
【図２０】
0006038053.tif 000021
【図２１】
0006038053.tif 000022
【図２２】
0006038053.tif 000023