(57)【要約】【課題】微細パターンのボトム部の裾引き形状を正確に計測する方法および計測装置を提供するとともに、パターン高さ、テーパー角、裾引き量およびラフネス等の形状情報に基づいて加工精度を判定する半導体デバイスの製造管理システムを提供する。【解決手段】ターゲットパターンにブロードバンド光を照射して回折光を計測し、回折光強度の波長依存特性を取得する（Ｓ１）。そして、取得した回折光強度の波長依存特性を標準モデルを用いて解析し、パターン高さＨ、ボトム幅ＢＣＤおよびテーパー角Θを取得する（Ｓ２）。取得した回折光強度の波長依存特性の波形と、予め準備しておいた標準モデルに基づく回折光強度の波長依存特性の波形との差に基づいて波形変化率を取得し、当該波形変化率に対応する裾引き量Ｔを特性曲線と照合して求める（Ｓ３）。そして、ＳＥＭにより、ターゲットパターンにおける線幅ばらつきＬＥＲを測定する（Ｓ４）。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層上に配設された微細パターンの計測方法であって、
前記微細パターンのテストパターンにブロードバンド光を照射して得られる回折光強度の実測による波長依存特性の波形と、前記微細パターンのシミュレートされた理想形状パターンに対して前記ブロードバンド光を照射して得られる回折光強度のシミュレーションによる波長依存特性の波形との差に基づいて算出される波形変化率を、前記テストパターンのボトム部において前記理想形状パターンからはみ出した部分の長さで規定される裾引き量を複数種類変化させて取得した特性曲線を準備するステップと、
前記微細パターンに前記ブロードバンド光を照射して得られる回折光強度の波長依存特性を実測し、該実測値に基づいて得られる前記波形変化率を前記特性曲線と照合することで、前記微細パターンの前記裾引き量を取得するステップとを備える、微細パターンの計測方法。
【請求項２】
前記ブロードバンド光の前記回折光として、波長領域１９０ｎｍ〜４２０ｎｍ内のＴＭ偏光を用いる、請求項１記載の微細パターンの計測方法。
【請求項３】
前記波形変化率は、
実測による前記回折光強度の前記波長依存特性と、シミュレーションによる前記回折光強度の前記波長依存特性との差の、所定の波長領域での自乗和と、
シミュレーションによる前記回折光強度の前記波長依存特性の前記所定の波長領域での自乗和との比率によって規定される、請求項１記載の微細パターンの計測方法。
【請求項４】
前記微細パターンに前記ブロードバンド光を照射して前記回折光強度の前記波長依存特性を実測し、該実測値を前記理想形状パターンを用いて解析することで、前記微細パターンのパターン高さ、前記微細パターンのボトム部のボトム幅、および前記ボトム部における前記微細パターンの側面と前記下地層の主面とのなす内角で規定されるテーパー角を取得するステップと、
電子線を前記微細パターンの幅方向に走査しながら照射して、発生する２次電子を計測することで前記微細パターンの線幅ばらつきを取得するステップと、をさらに備える、請求項１記載の微細パターンの計測方法。
【請求項５】
請求項４記載の微細パターンの計測方法を用いた微細パターンの計測装置であって、
前記ブロードバンド光を半導体ウエハ上に形成された前記微細パターンおよび前記テストパターンに照射して回折光を測定するとともに、前記回折光強度の前記波長依存特性を解析して、前記微細パターンの前記裾引き量、前記パターン高さ、前記ボトム幅および前記テーパー角を取得する、計測・解析ユニットと、
前記微細パターンの線幅ばらつきを取得する走査型電子顕微鏡と、
前記計測・解析ユニットおよび前記走査型電子顕微鏡において共用されるウエハ搬送系とを備える、微細パターンの計測装置。
【請求項６】
前記計測・解析ユニットにおける計測および解析は、計測対象である複数の半導体ウエハの全てについて実行され、
前記走査型電子顕微鏡による前記線幅ばらつきの計測は、前記走査型電子顕微鏡での計測スループットと、前記計測・解析ユニットにおける計測スループットとの差に応じて決定される計測可能回数に基づいて、前記計測対象である複数の半導体ウエハの中から選択された一部の半導体ウエハについて実行される、請求項５記載の微細パターンの計測装置。
【請求項７】
請求項５記載の微細パターンの計測装置において得られる計測情報を受け、該情報に基づいて半導体デバイスの製造管理を行う製造管理システムであって、
少なくとも前記ボトム幅、前記微細パターンの前記裾引き量および前記線幅ばらつきの情報を受け、前記ボトム幅と前記裾引き量とを加算することで平均線幅を算出し、
前記平均線幅と前記線幅ばらつきとの加算値を算出し、
前記平均線幅および前記加算値について、それぞれ予め定めた規格値との比較を行って、前記微細パターンの線幅についての加工精度の良否を判定する、半導体デバイスの製造管理システム。
【請求項８】
前記パターン高さおよび前記テーパー角の情報をさらに受け、
前記パターン高さ、前記テーパー角、前記裾引き量および前記線幅ばらつきについて、それぞれ予め定めた前記規格値との差を求め、それぞれの差に重み付けを行って自乗和を算出して、前記微細パターンの形状判定値とし、
前記形状判定と、予め定めた規格値との比較を行って、前記微細パターンの形状についての加工精度の良否を判定する、請求項７記載の半導体デバイスの製造管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスにおける微細パターンの製造プロセスにおいて、微細パターンを計測する微細パターンの計測方法と、当該微細パターン計測を実現する計測装置および当該計測装置での計測情報に基づいて半導体デバイスの製造管理を行うシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造は、縮小投影露光装置を用いた写真製版プロセスで形成したレジストパターンをマスクとして被加工膜をエッチングし、微細パターンを形成することにより達成されている。
【０００３】
そして、半導体デバイスの高集積化および微細化に対応するため、露光波長（λ）の短波長化よる解像度の向上が行われており、現在ではＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）を光源とした露光装置が実用化され、パターン線幅が１００ｎｍ以下のパターン形成が行われている。
【０００４】
ここで、半導体デバイスの高性能化およびデバイス製造の高歩留まりを達成するためには、製造プロセスにおける微細パターンの寸法制御性が重要となり、計測装置には高い計測再現性が要求される。
【０００５】
半導体製造プロセスにおける寸法計測には、走査型電子顕微鏡を用いた寸法計測が広く用いられている。走査型電子顕微鏡を用いた寸法計測では、電子ビームをターゲットである微細パターンに当てながら、パターン幅方向にスキャンし、ターゲットから発生する２次電子を計測し、２次電子の強度分布波形を取得する。そして、得られた分布波形を所定のレベルでスライスし、そのレベルと波形とが交わる部分の長さによりターゲットの幅寸法が決定される。
【０００６】
しかし、この方法では、同一のターゲットを計測した場合でも、ターゲットの帯電具合、ターゲットのダメージ、電子ビームのフォーカスの状態、電子光学系パラメータの変動および種々のノイズにより、エッジラフネスが極めて小さいターゲットであっても、測長再現性は３σで１．５ｎｍ程度はばらつくことがある。
【０００７】
一方、エッジラフネスが大きいターゲットの場合は、２次電子の強度分布波形がエッジラフネスの影響を受け、同一のターゲットであっても、測定個所により、信号波形および信号強度が異なり、測長再現性は３σで８ｎｍ程度はばらつくことがある。
【０００８】
従って、線幅が１００ｎｍ以下の微細パターンをターゲットとした場合、走査型電子顕微鏡を用いた寸法計測ではラフネスに起因する寸法ばらつきを知得できるが、寸法を再現性良く計測できないという問題がある。
【０００９】
一方、特許文献１には、直径５０μｍ程度のスポット径を有するブロードバンド光をターゲットグレーチングパターンに垂直に照射して得られる回折光強度の周波数依存性を、ターゲットを直方体の集合体で近似して解析することにより、ターゲットグレーチングパターンの寸法や断面情報を再現性良く非破壊で高速に計測可能な手法が開示されている。
【００１０】
この手法を用いた場合、エッジラフネスが極めて小さいターゲットでも、エッジラフネスが大きいターゲットでも、走査型電子顕微鏡を用いた計測よりも、測長再現性に優れた結果を得ることができる。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５９６３３２９号明細書（図１、図７、図９、図１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した特許文献１の手法では、ラフネス起因の寸法ばらつきの情報を得ることが不可能であり、また、ドライエッチングによる加工形状や寸法に大きく影響する基板主面表面でのレジストパターンのボトム部の裾引き形状や、デバイス特性に大きく影響する被加工物のボトム部の裾引き形状を正確に解析することが困難であった。すなわち、特許文献１の手法ではターゲットを直方体の集合体で近似するので、ターゲットのボトム部の裾引き形状を解析するには、微小な高さの多くの直方体での近似が必要となり、解析も複雑化するため、正確な解析が困難であった。
【００１３】
また、走査型電子顕微鏡を用いた計測では、線幅のばらつきを計測することが可能であるが、ラフネスの大きいターゲットでは線幅の計測再現性が低く、また基板主面表面の情報が不足するため、ターゲットのボトム部の裾引き形状を正確に検知することは困難であった。
【００１４】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、微細パターンのボトム部の裾引き形状を正確に計測する方法および計測装置を提供するとともに、パターン高さ、テーパー角、裾引き量およびラフネス等の形状情報に基づいて加工精度を判定する半導体デバイスの製造管理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る請求項１記載の微細パターンの計測方法は、下地層上に配設された微細パターンの計測方法であって、前記微細パターンのテストパターンにブロードバンド光を照射して得られる回折光強度の実測による波長依存特性の波形と、前記微細パターンのシミュレートされた理想形状パターンに対して前記ブロードバンド光を照射して得られる回折光強度のシミュレーションによる波長依存特性の波形との差に基づいて算出される波形変化率を、前記テストパターンのボトム部において前記理想形状パターンからはみ出した部分の長さで規定される裾引き量を複数種類変化させて取得した特性曲線を準備するステップと、前記微細パターンに前記ブロードバンド光を照射して得られる回折光強度の波長依存特性を実測し、該実測値に基づいて得られる前記波形変化率を前記特性曲線と照合することで、前記微細パターンの前記裾引き量を取得するステップとを備えている。
【００１６】
本発明に係る請求項５記載の微細パターンの計測装置は、請求項４記載の微細パターンの計測方法を用いた微細パターンの計測装置であって、前記ブロードバンド光を半導体ウエハ上に形成された前記微細パターンおよび前記テストパターンに照射して回折光を測定するとともに、前記回折光強度の前記波長依存特性を解析して、前記微細パターンの前記裾引き量、前記パターン高さ、前記ボトム幅および前記テーパー角を取得する、計測・解析ユニットと、前記微細パターンの線幅ばらつきを取得する走査型電子顕微鏡と、前記計測・解析ユニットおよび前記走査型電子顕微鏡において共用されるウエハ搬送系とを備えている。
【００１７】
本発明に係る請求項７記載の半導体デバイスの製造管理システムによれば、請求項５記載の微細パターンの計測装置において得られる計測情報を受け、該情報に基づいて半導体デバイスの製造管理を行う製造管理システムであって、少なくとも前記ボトム幅、前記微細パターンの前記裾引き量および前記線幅ばらつきの情報を受け、前記ボトム幅と前記裾引き量とを加算することで平均線幅を算出し、前記平均線幅と前記線幅ばらつきとの加算値を算出し、前記平均線幅および前記加算値について、それぞれ予め定めた規格値との比較を行って、前記微細パターンの線幅についての加工精度の良否を判定する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る請求項１記載の微細パターンの計測方法によれば、裾引き量と波形変化率との特性曲線を準備し、微細パターンについての回折光強度の波長依存特性の実測値に基づいて得られる波形変化率を特性曲線と照合することで裾引き量取得するので、管理対象となる微細パターンの裾引き形状を定量化することが可能となる。また、裾引き形状の定量化には、複雑なモデルを用いた解析が不要なので、高速で定量化することができるだけでなく、電子ではなく光を計測するので、計測の再現性も良好となる。
【００１９】
本発明に係る請求項５記載の微細パターンの計測装置によれば、計測・解析ユニットと走査型電子顕微鏡とでウエハ搬送系を共用化しているので、両者を別個の装置として設ける場合に比べて、装置床面積を低減できるとともに、ウエハの移動に費やす時間を低減できるので、計測待ち時間を低減して計測スループットを向上させることができる。
【００２０】
本発明に係る請求項７記載の半導体デバイスの製造管理システムによれば、平均線幅および平均線幅と線幅ばらつきとの加算値について、それぞれ予め定めた規格値との比較を行って、前記微細パターンの線幅についての加工精度の良否を判定するので、その判定結果に基づいてプロセス条件の変更、製造装置およびプロセスのチェックを行うことで、制御すべき微細パターンの加工精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜序論＞
実施の形態の説明に先立って、ブロードバンド光をグレーチングパターンに照射して、グレーチングパターンの寸法や断面情報を得る方法のについて説明する。
【００２２】
図１には、グレーチングパターンＧＰの幅方向の断面図を示し、グレーチングパターンＧＰの上方から、例えば波長領域３００ｎｍ〜８００ｎｍのブロードバンド光４０を照射した場合の回折光の発生状況を示している。
【００２３】
図１に示すように、回折光は方向によって、０次、＋１次、＋２次、−１次、−２次のように分類される。
【００２４】
図２には、入射方向と反対の方向に進む０次回折光４１の回折光強度の波長依存性を示す。図２においては、横軸に波長λ（ｎｍ）を、縦軸に光強度（任意単位）を示す。
【００２５】
図２に示すように、０次回折光４１は波長依存性を有しており、これは、ターゲットの形状に左右されることから、ターゲットを直方体の集合体で近似し、０次回折光の回折光強度の波長依存性を計算し、その結果が実測値に一致するように各パラメータを変化させることでグレーチングパターンの寸法や断面情報を得る。この手法は、非破壊であり、また大気中での計測が可能である。
【００２６】
しかし、先に説明したように、この方法ではターゲットのボトム部の裾引き形状を正確に解析することが困難であるという問題を有していた。
【００２７】
発明者は、ボトム部の裾引きを有さない理想形状パターンを標準モデルとし、そこに裾引きを付加したモデルに対してブロードバンド光を照射した場合の０次回折光のシミュレーション結果において、特定の波長領域の回折光の強度のみが変化することを発見し、標準モデルから予測される回折光強度からのずれ量を解析することで、ボトム部の裾引き量を計測する方法に到達した。
【００２８】
以下、当該方法を用いた微細パターンの計測方法および計測装置の実施の形態について説明する。
【００２９】
＜実施の形態＞
本発明に係る実施の形態について、図３〜図１１を用いて説明する。
＜Ａ．微細パターンのボトム部の裾引き形状の定量化＞
図３は、下地層ＳＢ上に配設されたターゲットパターンＰＴの幅方向での断面形状を模式的に示す図であり、パターン高さＨ、ターゲットパターンＰＴの高さ方向中央部での幅（半値幅）をミドル幅ＭＣＤ、ボトム部での幅をボトム幅ＢＣＤ、ボトム部におけるターゲットパターンＰＴの側面と下地層ＳＢの主面とのなす内角をテーパー角Θ、ボトム部の裾引き部ＦＬの裾引きの長さを裾引き量Ｔ、両側面の裾引き部ＦＬの長さとボトム幅ＢＣＤとを加えた長さを平均線幅ＣＤとして表す。なお、図３においてはターゲットパターンＰＴは１つだけの孤立したパターンとして示したが、実際の測定においては、ターゲットパターンＰＴが複数並列に配設されてグレーチング状となった部分を観察対象とするので、ターゲットパターンをグレーチングパターンあるいはグレーチング構造と呼称する場合もある。
【００３０】
また、図３において破線で示される台形状は、裾引きを有さない理想形状パターンを表す標準モデルＳＭを示している。なお、ボトム幅ＢＣＤは、裾引き部ＦＬを含まず、標準モデルＳＭでのボトム部での幅に相当する。
【００３１】
図４は、ターゲットパターンＰＴを上方（下地層ＳＢとは反対方向）から見た場合の平面形状を模式的に示す図であり、エッジラフネスの大きなターゲットパターンＰＴを想定している。
【００３２】
ここで、エッジラフネスは、線幅ばらつき（ＬＥＲ：Line Edge Roughness）によって数値化され、線幅ばらつきＬＥＲは、ボトム幅ＢＣＤで定義されるエッジ位置からのばらつき量の３σで定義される。
【００３３】
図５は、標準モデルによって構成される裾引きを有さないグレーチング構造にブロードバンド光を照射した場合の回折光強度の波長依存特性の波形をシミュレーションによって求め、また、裾引きを有するレジストパターンにブロードバンド光を照射した場合の回折光強度の波長依存特性の波形を実測によって求め、両者の差の自乗値を波長ごとにプロットした図であり、回折光として、グレーチング構造に平行なＴＥ（transverse electric）偏光およびＴＭ（transverse magnetic）偏光を検出する場合のそれぞれについてプロットしている。
【００３４】
図５においては、横軸に波長λ（ｎｍ）を、縦軸に波形差の自乗値を示し、ＴＥ偏光の特性を破線で、ＴＭ偏光の特性を実線で示す。
【００３５】
図５に示されるように、波長３８０ｎｍ付近のＴＭ偏光において最大ピークが認められることから、波長４２０ｎｍ以下のＴＭ偏光が、裾引き構造に敏感であることが認められる。従って、以下で説明する裾引き構造の解析は、波長４２０ｎｍ以下（１９０ｎｍ以上）のＴＭ偏光を用いて行う。
【００３６】
図６は、裾引きを有さない（理想形状パターンの）グレーチング構造を用いて計算された回折光強度の波長依存特性と、裾引きを有するレジストパターンにおいて実測される回折光強度の波長依存特性との差の、所定の波長領域、例えば、１９０ｎｍ〜４２０ｎｍでの自乗和と、計算された回折光強度の波長依存特性の波形の上記波長領域１９０ｎｍ〜４２０ｎｍでの自乗和との比率によって得られる波形変化率を、裾引き量（Ｔ）を種々変化させてプロットした特性曲線を示している。
【００３７】
より具体的には、裾引き量が変化するように条件を変えて作成したテストパターン（ここではレジストパターン）を複数種類準備し、そのそれぞれについて回折光強度の波長依存特性の波形を取得する。その後、破壊検査で各テストパターンの裾引き量を実測する。
【００３８】
一方、標準モデルによって構成される裾引きを有さないグレーチング構造について、シミュレーションによって回折光強度の波長依存特性の波形を求め、各テストパターンの回折光強度の波長依存特性の波形との差に基づいて上述した波形変化率を取得し、実測した裾引き量に対応させてプロットすることで図６に示す特性曲線を得ることができる。
【００３９】
ここで、波形変化率は、波長ごとの回折光強度の実測値をＩR（λ）、波長ごとの回折光強度の計算値をＩM（λ）とすれば、下記の数式（１）によって表される。
【００４０】
【数１】
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【００４１】
図６に示す特性曲線の利用方法としては、管理対象となる微細パターンを形成した場合には、ブロードバンド光を照射して、回折光強度の波長依存特性の波形を取得する。そして、予め準備しておいた標準モデルに基づく回折光強度の波長依存特性の波形との差に基づいて波形変化率を取得し、当該波形変化率に対応する裾引き量を図６に示す特性曲線から求める。
【００４２】
これにより、管理対象となる微細パターンの裾引き形状を定量化することが可能となる。また、裾引き形状の定量化には、複雑なモデルを用いた解析が不要なので、高速で定量化することができるだけでなく、電子ではなく光を計測するので、計測の再現性も良好となる。
【００４３】
なお、本管理手法は、半導体デバイスの特性を決定するゲート工程等への適用を想定しており、レジスト、下地構造および管理対象となるパターンサイズが決まれば、裾引き傾向ほぼ決定されるので、１種類のパターンに対し図６に示す特性曲線を得ることができれば十分ということになる。
【００４４】
裾引き量Ｔを得ることができれば、パターン高さＨ、ボトム幅ＢＣＤおよびテーパー角Θは、回折光強度の波長依存特性を標準モデルを用いて解析する従来的な手法で取得でき、また、平均線幅ＣＤは標準モデルで得られるボトム幅ＢＣＤに裾引き量Ｔを加えることで取得でき、線幅ばらつきＬＥＲは、走査型電子顕微鏡を用いて計測できるので、これらのデータに基づいて、管理対象となる微細パターンの加工精度を判定することができる。以下、微細パターンの計測装置の構成および加工精度の判定方法について説明する。
【００４５】
＜Ｂ．計測装置の構成＞
図７は本発明に係る微細パターン計測装置１００の構成の一例を示した概略図である。微細パターン計測装置１００は、ターゲットパターンにブロードバンド光を照射して、回折光強度の波長依存特性を取得する計測・解析ユニット１と、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラム部２と、ウエハ搬送ユニット３と、ウエハキャリア設置部５とを備え、ウエハ搬送ユニット３にはウエハ搬送ロボットアーム４を有している。
【００４６】
ウエハキャリア設置部５に設置されたウエハキャリア（図示せず）から、所定の製造プロセスを経たウエハが搬送ロボットアーム４により取り出され、計測・解析ユニット１に搬送される。
【００４７】
計測・解析ユニット１での回折光の測定では、大気中での計測が可能であることから、計測に要する時間は、解析を含めても１ポイント当たり６〜１０秒で済む。ここで、解析時間はターゲットパターンが形成されている下地層の構造によって異なるので、上記のように幅を有することになる。
【００４８】
また、微細パターン計測装置１００においては、計測・解析ユニット１と走査型電子顕微鏡カラム２とでウエハ搬送系を共用化しているので、両者を別個の装置として設ける場合に比べて、装置フットプリント（装置床面積）を低減できる。
【００４９】
また、計測・解析ユニット１および走査型電子顕微鏡カラム２が別個の装置として設けられている場合、一方の装置で計測したウエハをその装置のウエハ搬送系から受け取って他方の装置に運び、次に他方の装置のウエハ搬送系に搭載して計測部にまで搬送しなければならず、装置間の移動や、各装置でのウエハ搬送系へのウエハの搭載および取り出しに時間が費やされることになる。先に説明したように、計測・解析ユニット１では１ポイント当たり６〜１０秒で解析まで済むので、これを考えればウエハの移動に費やす時間は無視できない。
【００５０】
しかし、計測・解析ユニット１および走査型電子顕微鏡カラム２が組み込まれ、両者でウエハ搬送系を共用化した微細パターン計測装置１００においては、ウエハの移動に費やす時間を低減できるので、計測待ち時間を低減して計測スループットを向上させることができる。
【００５１】
ここで、微細パターン計測装置１００における計測プランの一例を図８に示す。
図８においては、１２枚のウエハについて、回折光計測（解析含む）および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による計測のタイミングを示しており、ウエハ面内の５ポイントを計測する場合を想定している。
【００５２】
なお、ＳＥＭ計測では、ウエハを搬入後、真空排気が必要であり、計測後には大気開放のための時間が必要であるので、図８では、真空排気、計測および開放として、それらの時間を模式的に示している。
【００５３】
図８においては、ウエハ１２枚の回折光計測（解析含む）を行う間に、１枚目、５枚目および９枚目の計３枚のウエハについてはＳＥＭ計測が可能であり、回折光計測とＳＥＭ計測を効率的に行うことができることを示している。このような効率的な計測が可能なのは、計測装置間のウエハの移動に費やす時間がほとんど不要だからである。
【００５４】
なお、ＳＥＭ計測の回数は、ＳＥＭ計測の計測スループットと、回折光計測の計測スループットとの差に応じて決定される計測可能回数に基づいて設定される。
【００５５】
＜Ｃ．加工精度の判定方法＞
次に、図９〜図１１を用いて本発明に係る半導体デバイスの製造管理システムにおける加工精度の判定方法について説明する。
【００５６】
図９は、加工精度の判定方法を説明するフローチャートである。
まず、計測・解析ユニット１において、ターゲットパターンにブロードバンド光を照射して回折光を計測し、回折光強度の波長依存特性を取得する（ステップＳ１）。
【００５７】
そして、ステップＳ２では、ステップＳ１で取得した回折光強度の波長依存特性を標準モデルを用いて解析し、パターン高さＨ、ボトム幅ＢＣＤおよびテーパー角Θを取得する。
【００５８】
また、ステップＳ３では、ステップＳ１で取得した回折光強度の波長依存特性の波形と、予め準備しておいた標準モデルに基づく回折光強度の波長依存特性の波形との差に基づいて波形変化率を取得し、当該波形変化率と図６に示した特性曲線とを照合して、対応する裾引き量Ｔを取得する。
【００５９】
一方、走査型電子顕微鏡カラム部２においては、ターゲットパターンにおける線幅ばらつきＬＥＲを測定する（ステップＳ４）。なお、先に説明したように、ＳＥＭにおける測定には時間がかかるので、全てのウエハについて測定はせず、抜き取り検査で選択したウエハについて測定を行うことになる。
【００６０】
ステップＳ２〜Ｓ４で得られた計測データは、ネットワーク回線等を通じてホストコンピュータ（図示せず）に転送され、以下にステップＳ５〜Ｓ８で示す処理が行われる。
【００６１】
ホストコンピュータでは、ボトム幅ＢＣＤ、裾引き量Ｔおよび線幅ばらつきＬＥＲに基づいて線幅演算を行い、また、パターン高さＨ、テーパー角Θ、裾引き量Ｔおよび線幅ばらつきＬＥＲに基づいて形状定量化演算を行う（ステップＳ５）。
【００６２】
線幅演算とは、ボトム幅ＢＣＤに裾引き量Ｔを２倍した値を加えることで、平均線幅ＣＤを求めるとともに、線幅ばらつきＬＥＲに重み付け係数Ａを掛けたＡ・ＬＥＲに平均線幅ＣＤを加えた値（ＣＤ＋Ａ・ＬＥＲ）を算出する演算である。
【００６３】
なお、ホストコンピュータにおいては、平均線幅ＣＤ、線幅ばらつきＬＥＲ、パターン高さＨ、テーパー角Θ、裾引き量ＴおよびＣＤ＋Ａ・ＬＥＲについて、後に説明する判定動作において判定基準となる規格値がそれぞれ設定される。すなわち、平均線幅ＣＤについてはＣＤ0±ΔＣＤが、線幅ばらつきＬＥＲについてはＬＥＲ0±ΔＬＥＲが、ＣＤ＋Ａ・ＬＥＲについてはαが、パターン高さＨについてはＨ0±ΔＨが、テーパー角ΘについてはΘ0±ΔΘが、裾引き量ＴについてはＴ0±ΔＴが、ＣＤ＋Ａ・ＬＥＲについてはαが設定される。ここで、ＣＤ0、ＬＥＲ0、Ｈ0、Θ0およびＴ0は規格中心値を表し、αは許容最大値を表す。
【００６４】
形状定量化演算とは、パターン高さＨ、テーパー角Θ、裾引き量Ｔおよび線幅ばらつきＬＥＲと、それぞれの規格中心値Ｈ0、Θ0、Ｔ0およびＬＥＲ0に基づいて実行される演算であり、以下の数式（２）を実行して形状判定値を得る演算である。
【００６５】
【数２】
2006032373.tif 000004
【００６６】
なお、上記数式（２）において、係数ａ、ｂ、ｃおよびｄは重み付け係数であり、加工精度に大きな影響を及ぼすファクターについては係数を大きくして寄与率を大きくするために設けられており、数式（２）を採用することで現実に即した形状判定を行うことができる。
【００６７】
また、数式（２）で得られる形状判定値については、後に説明する判定動作において判定基準となる規格値として許容最大値βが設定される。
【００６８】
以上説明した、演算および各種計測結果と、それらに対応する規格値については図１０に一覧として示す。
【００６９】
次に、ステップＳ６において、ステップＳ５で得られた線幅演算、形状定量化演算の結果およびステップＳ２〜Ｓ４で得られた各種計測値が、予め定めた規格値内にあるか否かの判定を行う。
【００７０】
ここで、判定の一例として、ターゲットパターンがレジストパターンである場合に、加工精度が良である場合とそうでない場合とについて、図１１を用いて説明する。
【００７１】
レジストパターンの加工においては、線幅が規格内でも露光条件により形状異常となる場合があり、線幅のみならず形状の判定が重要である。
【００７２】
図１１においては、横軸に露光量を、縦軸にフォーカス変動量を示し、露光量とフォーカス変動量の組み合わせに対応して得られる種々のレジストパターンの形状をマトリックスとして表している。
【００７３】
なお、図１１において、「ＣＤ」と記載されたパターンは、線幅が規格外であることを、また、「形状」と記載されたパターンは形状が規格外であることを、「ＣＤ＆形状」と記載されたパターンは、線幅および形状が規格外であることを示している。
【００７４】
図１１から判るように、露光量およびフォーカスが最適値から外れた場合、線幅のみならず形状も規格外となる場合があり、また、形状のみが規格外である場合は、線幅だけに着目した検査では見落としてしまう可能性を有している。
【００７５】
例えば、露光量については適切であるが、フォーカスが最強である条件で得られたレジストパターンにおいては、線幅は規格値を満たすものの、形状については高さが規格値を満たしていない。
【００７６】
従って、線幅だけに着目した従来の計測方法では良好（ＯＫ）と判断されてしまうが、本発明に係る計測方法においては、形状定量化演算によりパターン形状を総合的に検証するので、形状異常を見逃すことが防止され、不良品の発生を防止できる。
【００７７】
ここで、再び図９の説明に戻る。
ステップＳ６において各種計測値および演算結果が規格値内にあると判定された場合には、ターゲットパターンの加工精度が良好と判定され（ステップＳ７）、当該ターゲットパターンについての計測を終了する。
【００７８】
一方、ステップＳ６において各種計測値および演算結果が規格値外であると判定された場合には、その結果を操作者に知らせるとともに、当該ターゲットパターンを含むウエハについては、リワークフローに投入したり、判定結果に基づいてプロセス条件の変更、あるいは製造装置およびプロセスのチェックを実施する（ステップＳ８）。
【００７９】
なお、リワークフローとは、レジストパターンに問題があるような場合に、一旦、レジストを全て除去して、再度、レジストパターンを形成するフローであり、その際には、判定結果に基づいて露光条件の変更等を行うことになる。
【００８０】
＜効果＞
以上説明した本発明に係る微細パターンの計測方法を実施し、その計測結果を半導体デバイスの製造管理システムに与えて加工精度を判定し、その判定結果に基づいてプロセス条件の変更、製造装置およびプロセスのチェックを行うことで、制御すべき微細パターンの加工精度を向上させることができ、また、微細パターンに異常が発見された場合には、早期に製造プロセスへフィードバックを行うことで、不良製品の発生を低減して、製品歩留まりを高めることができる。
【００８１】
また、本発明に係る微細パターンの計測装置においては、装置の床面積を低減することができるとともに、計測待ち時間の削減が可能となり、検査の効率化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】グレーチングパターンの上方からブロードバンド光を照射した場合の回折光の発生状況を模式的に示す図である。
【図２】０次回折光の回折光強度の波長依存性を示す図である。
【図３】ターゲットパターンの幅方向での断面形状を模式的に示す図である。
【図４】ターゲットパターンを上方から見た場合の平面形状を模式的に示す図である。
【図５】標準モデルによって得られる回折光強度の波長依存特性の波形と、裾引きを有するパターンによって得られる回折光強度の波長依存特性の波形との差の自乗値と波長との関係を示す図である。
【図６】波形変化率と裾引き量との特性曲線を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の計測装置の構成の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態の計測装置におけるウエハの計測プランの一例を示す図である。
【図９】加工精度の判定方法を説明するフローチャートである。
【図１０】演算結果および各種計測値と、それらに対応する規格値を示す図である。
【図１１】加工精度の良否を模式的に示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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