(57)【要約】【課題】形成されたレジストパターンで加工対象を所望の形状に加工することができるか否かを精度良く評価することができる評価装置を提供する。【解決手段】加工対象上に形成したレジストパターン中のホール形成用パターンについて測定された所定の信号スレショールドでのホール径、縦横比および複数の信号スレショールドでのホール径の差分のうちの少なくとも２つを含む複数の特徴量を有するレジストパターンデータを取得するレジストパターンデータ取得部３３と、複数の特徴量をパラメータとして含み、ホール形成用パターンを用いて加工対象に形成されるホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価関数のパラメータに、取得したレジストパターンデータを代入してホール形成用パターンについて評価値を演算し、評価値に基づいて加工対象に形成されるホールパターンの未開口の虞の有無を評価する評価部３４と、を備える。【選択図】図５
2011192837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象上に形成したレジストパターンを用いて前記加工対象を加工した場合に、前記加工対象に形成されるホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価装置であって、
前記レジストパターン中のホール形成用パターンについて測定された所定の信号スレショールドでのホール径、縦横比および複数の信号スレショールドでのホール径の差分のうちの少なくとも２つを含む複数の特徴量を有するレジストパターンデータを取得するレジストパターンデータ取得手段と、
前記複数の特徴量をパラメータとして含み、前記ホール形成用パターンを用いて前記加工対象に形成される前記ホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価関数の前記パラメータに、取得した前記レジストパターンデータを代入して前記ホール形成用パターンについての評価値を演算し、前記評価値に基づいて前記ホールパターンの未開口の虞の有無を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする評価装置。
【請求項２】
前記評価手段によって、前記ホールパターンの未開口の虞が有ると評価された場合に、その結果を表示手段に表示する表示処理手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記評価手段は、前記評価値が所定の範囲未満の場合に、前記加工対象上の前記レジストパターンを露光した露光装置に異常が発生していると判定する機能をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記評価関数は、前記特徴量の異なる前記ホール形成用パターンを用いて実際に加工対象に形成された前記ホールパターンが未開口か否かを、前記特徴量によって分類した前記特徴量の線形関数または非線形関数であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の評価装置。
【請求項５】
加工対象上に形成したレジストパターンを用いて前記加工対象を加工した場合に、前記加工対象に形成されるホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価方法であって、
前記レジストパターン中のホール形成用パターンについて、所定の信号スレショールドでのホール径、縦横比および複数の信号スレショールドでのホール径の差分のうちの少なくとも２つを含む複数の特徴量をパラメータとして含み、前記ホール形成用パターンを用いて前記加工対象に形成される前記ホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価関数を用意する工程と、
前記ホール形成用パターンについて、前記評価関数でパラメータとして使用されている前記複数の特徴量を測定してレジストパターンデータを取得する工程と、
前記評価関数の前記パラメータに、取得した前記レジストパターンデータを代入して前記ホール形成用パターンについての評価値を演算し、前記評価値に基づいて前記ホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する工程と、
未開口の前記ホールパターンが存在する虞のある場合に警告を出力する工程と、
を含むことを特徴とする評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストに形成したパターンを評価する評価装置および評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置の製造では、半導体基板または半導体基板上に形成された膜などの加工対象上にレジストを塗布し、レジストを露光、現像して所定の形状のレジストパターンを形成した後に、レジストパターンをマスクとして加工対象をエッチングする。たとえば層間絶縁膜を貫通するホールパターンを形成する際に、レジストパターンが適正なものでない場合には、エッチング時に層間絶縁膜を貫通するホールパターンを形成することができないという問題点がある。そして、エッチング後にホールパターンの未開口が判明すると、その半導体基板を再利用することができず、廃棄することになるので、レジストパターンの形成時の段階で、レジストパターンが加工対象を加工するのに適正であるかを検査する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、露光条件をアンダー、センター、オーバーに振り、フォーカス条件をマイナス、センター、プラスに振り、種々のホールパターンを含むレジストパターンを形成し、その断面形状を寸法測定装置で測定して信号波形を得る。そして、断面形状が異常になると、信号波形は放物線状になることを利用し、信号波形と、信号波形の二次近似曲線との相関率を求め、この相関率を用いてレジストパターンの良／不良の検査を行っている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、寸法測定装置で断面形状を測定するようにしているが、ホールパターンの形成位置で断面試料を作製して観察するのではなく、ホールパターンの上面を走査型電子顕微鏡で観察して断面形状を求めるようにしている。そのため、このような方法で正確な断面形状を求めるのは、一般的に困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６９１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、形成されたレジストパターンで加工対象を所望の形状に加工することができるか否かを精度良く評価することができる評価装置および評価方法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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、加工対象上に形成したレジストパターンを用いて前記加工対象を加工した場合に、前記加工対象に形成されるホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価装置であって、前記レジストパターン中のホール形成用パターンについて測定された所定の信号スレショールドでのホール径、縦横比および複数の信号スレショールドでのホール径の差分のうちの少なくとも２つを含む複数の特徴量を有するレジストパターンデータを取得するレジストパターンデータ取得手段と、前記複数の特徴量をパラメータとして含み、前記ホール形成用パターンを用いて前記加工対象に形成される前記ホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価関数の前記パラメータに、取得した前記レジストパターンデータを代入して前記ホール形成用パターンについての評価値を演算し、前記評価値に基づいて前記ホールパターンの未開口の虞の有無を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする評価装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、加工対象上に形成したレジストパターンを用いて前記加工対象を加工した場合に、前記加工対象に形成されるホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価方法であって、前記レジストパターン中のホール形成用パターンについて、所定の信号スレショールドでのホール径、縦横比および複数の信号スレショールドでのホール径の差分のうちの少なくとも２つを含む複数の特徴量をパラメータとして含み、前記ホール形成用パターンを用いて前記加工対象に形成される前記ホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する評価関数を用意する工程と、前記ホール形成用パターンについて、前記評価関数でパラメータとして使用されている前記複数の特徴量を測定してレジストパターンデータを取得する工程と、前記評価関数の前記パラメータに、取得した前記レジストパターンデータを代入して前記ホール形成用パターンについての評価値を演算し、前記評価値に基づいて前記ホールパターンが未開口となる虞の有無を評価する工程と、未開口の前記ホールパターンが存在する虞のある場合に警告を出力する工程と、を含むことを特徴とする評価方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、形成されたレジストパターンで加工対象を所望の形状に加工することができるか否かを精度良く評価することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、ホールパターンの形成手順の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、ＦＥＭ画像の一例をトレースした図である。
【図３】図３は、加工後の被加工膜の状態を示す走査型電子顕微鏡写真をトレースした図である。
【図４】図４は、レジストのホール形成用パターンの開口径と、被加工膜に形成されたホールパターンの未開口か否かとの関係を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態による評価装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態による評価関数の導出方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、ホール径th50の一例を示す図である。
【図８】図８は、各ホールについて取得された特徴量の一例を示す図である。
【図９】図９は、２変数の場合の判別分析の概念を示す図である。
【図１０】図１０は、図８に示される２つの特徴量で作成した行列散布図の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、特徴量と被加工膜のホールパターンの未開口の有無との間の判別分析の結果の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、判別分析の結果の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第１の実施の形態によるレジストパターンの評価方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、評価関数から露光条件を求める一例を示す図である。
【図１５】図１５は、第３の実施の形態による評価装置の構成の一例を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる評価装置および評価方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる半導体装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。さらに、以下で示す膜厚は一例であり、これに限定されるものではない。また、以下では、レジストパターンの段階での一般的な評価方法について説明した後、本発明の実施の形態による評価装置および評価方法について説明する。
【００１２】
以下では、被加工膜にホールパターンを形成する場合を例に挙げて説明する。図１は、ホールパターンの形成手順の一例を模式的に示す断面図である。まず、図１（ａ）に示されるように、シリコン基板などのウェハ（基板）１１上に、膜厚２００ｎｍの酸化シリコン膜からなる被加工膜１２と、膜厚２００ｎｍのアモルファスカーボン膜からなるハードマスク膜１３と、膜厚３５ｎｍの上層ハードマスクを兼ねる反射防止膜１４と、膜厚１３０ｎｍのレジスト１５と、膜厚９０ｎｍのトップコート膜１６と、を順に形成する。ついで、ＡｒＦ光（波長１９３．３ｎｍ）をフォトマスクを通じて選択的に露光する。このとき、ウェハ内で露光量とフォーカスの値を、たとえば一方は縦方向に変化させ、他方は横方向に変化させる。これによって、“Focus-Exposure-Matrix”（以下、ＦＥＭという）と呼ばれるウェハが作製される。このように露光するのは、後述するホール形成用パターンの特徴量を変動させるためである。
【００１３】
ついで、図１（ｂ）に示されるように、現像を行ってレジスト１５に所定のパターンを形成する。ここでは、ホール形成用パターン２１が形成されるものとする。図２は、ＦＥＭ画像の一例をトレースした図である。この例では、紙面の左右方向にフォーカスを変化させ、紙面の上下方向に露光量を変化させた場合を示している。また、ＦＥＭ画像内の矩形は、ある露光量とフォーカスの値で露光したショット領域を示している。この露光量とフォーカスの組み合わせで指定されるショット領域を、以下では、ドーズ・フォーカス点ともいう。
【００１４】
その後、図１（ｃ）に示されるように、レジスト１５をマスクとしてＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）法によって、反射防止膜１４とハードマスク膜１３にホールパターン２１ａを形成し、さらに、図１（ｄ）に示されるように、ハードマスク膜１３をマスクとして被加工膜１２をＲＩＥ法によって加工し、ホールパターン２１ｂを形成する。ついで、図１（ｅ）に示されるように、ハードマスク膜１３を除去して、被加工膜１２にホールパターン２１ｃが形成される。そして、図１（ｆ）に示されるように、被加工膜１２のホールパターン２１ｃに金属膜を埋め込みコンタクト１７を形成する。以上によって加工が終了する。
【００１５】
ここで、被加工膜１２に形成されたホールパターン２１ｃが被加工膜１２を貫通せず未開口の場合には、コンタクト１７の下部はウェハ１１と接続することができず、接触不良となり、救済することができなくなる。そこで、図１（ｂ）のホール形成用パターン２１をレジスト１５に形成した時点で、このようなホールパターン２１ｃの未開口が生じるか否かを判定する方法がある。レジスト１５に形成されたホール形成用パターン２１によって被加工膜１２にホールパターン２１ｃを形成できるか否かを判定する一般的な方法として、レジスト１５のホール形成用パターン２１の開口径を用いて判定するものがある。
【００１６】
レジスト１５のホール形成用パターン２１の開口径は、図１（ｂ）のようにレジスト１５を現像後に測長ＳＥＭ（Critical  Dimension  Scanning  Electron  Microscope）を用いて測定される。また、被加工膜１２に形成したホールパターン２１ｃが未開口か否かは、たとえば図１（ｅ）のように被加工膜１２にホールパターン２１ｃを形成した後、測長ＳＥＭを用いて測定して確認することができる。また、このほかにも、図１（ｆ）のようにコンタクト１７を形成した状態で、コンタクト１７に電子線を照射し、返ってくる電子線の信号をモニタする方法Voltage  Contrast法（以下、ＶＣ法という）によっても確認することができる。
【００１７】
図３は、加工後の被加工膜の状態を示す走査型電子顕微鏡写真をトレースした図である。図３で、未開口のホールパターンが形成されたショット領域の周囲を太線で囲んでいる。なお、太線で囲まれたショット領域以外にも未開口のホールパターンが形成されている領域があるが、これは、ショットの端部でホールパターンを形成できなかった部分である。
【００１８】
図４は、レジストのホール形成用パターンの開口径と、被加工膜に形成されたホールパターンの未開口か否かとの関係を示す図である。この図において、横軸は、被加工膜１２に形成されたホールパターン２１ｃが未開口であるか否かを示しており、縦軸はレジスト１５のホール形成用パターン２１の開口径（ｎｍ）を示している。この図に示されるように、レジスト１５のホール形成用パターン２１の開口径が７８ｎｍ以上の場合には、被加工膜１２には未開口でないホールパターン２１ｃがほとんどとなり、７８ｎｍ未満の場合には、未開口のホールパターン２１ｃがほとんどとなる。しかし、レジスト１５のホール形成用パターン２１の開口径が７８ｎｍ以上の場合でも未開口のホールパターン２１ｃは存在し、逆に、レジスト１５のホール形成用パターン２１の開口径が７８ｎｍ未満の場合でも未開口でないホールパターン２１ｃも存在する。
【００１９】
このように、レジスト１５のホール形成用パターン２１の開口径のみでは、被加工膜１２に形成されたホールパターン２１ｃが未開口となるか否かについて正確に判断することができない。すなわち、レジスト１５のホール形成用パターン２１の開口径と、加工後の被加工膜１２のホールパターン２１ｃの未開口の有無との間には、きちんとした相関がとれない。これは、レジスト１５のホール形成用パターン２１の断面形状のテーパの適切な評価が難しいことが理由と考えられる。そのため、被加工膜１２のホールパターン２１ｃの未開口を、レジスト１５の現像後の段階で予測できないという結果になる。また、被加工膜１２へのホールパターン２１ｃの加工後やコンタクト１７の埋め込みプロセスで初めて被加工膜１２に形成されたホールパターン２１ｃが未開口であることが分かると、ウェハ１１の作り直しができなくなり、ウェハ１１をロスしてしまうことになる。このため、被加工膜１２に形成するホールパターン２１ｃの未開口の懸念はできるだけ早い段階で（つまり、レジスト１５の現像後で被加工膜１２の加工前に）減らしておくことが重要であり、被加工膜１２に形成されたホールパターン２１ｃが未開口となるかについて、より高い精度で評価する方法が望まれている。
【００２０】
以下に、被加工膜１２に形成されたホールパターン２１ｃが未開口となるか否かをレジスト１５のホール形成用パターン２１から得られる特徴量に基づいて高い精度で評価することができる評価装置および評価方法について説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図５は、第１の実施の形態による評価装置の構成を模式的に示すブロック図である。評価装置３０は、入力部３１と、評価関数記憶部３２と、レジストパターンデータ取得部３３と、評価部３４と、表示処理部３５と、表示部３６と、これらを制御する制御部３７と、を有する。
【００２２】
入力部３１は、キーボードや、マウスなどのポインティングデバイスなどの入力装置であり、ユーザからのレジストパターンの評価を行う際の入力インタフェースとなる。たとえば、評価関数記憶部３２に記憶される評価関数や、レジストパターンの評価を実行させる際のコマンドなどがユーザによって入力部３１から入力される。
【００２３】
評価関数記憶部３２は、ホール形成用パターン２１を有するレジスト１５で被加工膜１２を加工した場合に、被加工膜１２が未開口となるかを評価する評価関数を記憶する。この評価関数は、後述するようにレジスト１５に形成されたホール形成用パターン２１を測長ＳＥＭで測定した結果得られる２つ以上の特徴量を変数（パラメータ）として有する。この変数には、ホール形成用パターン２１について複数の信号スレショールド値で測定したときのホール径、ホール径の差分、ホール形成用パターン２１についての長軸方向の径と長軸に垂直な方向の径との比率である縦横比のうち少なくとも２つが含まれる。
【００２４】
レジストパターンデータ取得部３３は、評価関数記憶部３２に記憶されている評価関数で使用されている変数、すなわちホール形成用パターン２１の特徴量を取得する。これは、たとえば測長ＳＥＭでの上記評価関数で指定される変数に関しての測定結果を読込むことによって行われる。
【００２５】
評価部３４は、評価関数記憶部３２中の評価関数に、レジストパターンデータ取得部３３で取得された各ホール形成用パターン２１についての変数（特徴量）を代入して得られた評価値を算出し、その評価値を用いて、ホール形成用パターン２１を形成したレジスト１５で被加工膜１２を加工した際にホールパターン２１ｃが未開口となるか否かを判定する。具体的には、評価値がエラー範囲に含まれない場合に、そのホール形成用パターン２１を用いて加工された被加工膜１２のホールパターン２１ｃは未開口とならないと判定し、評価値がエラー範囲に含まれる場合に、そのホール形成用パターン２１を用いて加工された被加工膜１２のホールパターン２１ｃは未開口になると判定する。ここでは、エラー範囲は評価値が０未満であると定義されるものとする。すなわち、評価値が０以上の場合には、被加工膜１２のホールパターン２１ｃは未開口とならず、評価値が０未満の場合には、ホールパターン２１ｃは未開口となると判定する。
【００２６】
表示処理部３５は、表示部３６に情報を表示する処理、たとえば評価部３４による判定結果を表示部３６に表示する処理を行う。また、表示部３６は、液晶表示装置などの表示手段からなり、表示処理部３５による判定結果を表示したり、ユーザに対して必要な情報を提示したりする。
【００２７】
ここで、評価関数の導出方法について説明する。図６は、第１の実施の形態による評価関数の導出方法の手順の一例を示すフローチャートである。評価関数の導出に当たり、実際の半導体装置の製造条件に近い条件（たとえば使用する材料や厚さ、ホール径など）で、図１に示した被加工膜１２へのホールパターン２１ｃ形成の予備実験を行う。その過程で、以下に示す処理を行う。
【００２８】
まず、図１（ｂ）でレジスト１５に形成されたホール形成用パターン２１について、測長ＳＥＭを用いて特徴量を測定する（ステップＳ１１）。特徴量としては、所定の信号スレショールド値におけるホール径や、ホール周囲長、ホール径のばらつき、ホール径の縦横比などを例示することができる。この例では、つぎに示す特徴量を測定するものとする。
・信号スレショールド２０％でのホール径（th20と表記）
・信号スレショールド５０％でのホール径（th50と表記）
・信号スレショールド８０％でのホール径（th80と表記）
・信号スレショールド５０％でのホール周囲長（circumferenceと表記）
・信号スレショールド５０％でのホール径のばらつき（3sigmaと表記）
・信号スレショールド５０％でのホール径の縦横比（mjrmnrと表記）
【００２９】
ここで、異なる信号スレショールド値で測定されるホール径は、ホール形成用パターン２１の各深さでのホール径に対応しているものと考えられる。たとえば、信号スレショールド８０％でのホール径th80は、ホール形成用パターン２１の上部付近の径を示しており、信号スレショールド５０％でのホール径th50は、ホール形成用パターン２１の中央部付近の径を示しており、信号スレショールド２０％でのホール径th20は、ホール形成用パターン２１の底部付近の径を示している。また、ホール径のばらつき3sigmaは、基準となるホール径に比して、測定したホール形成用パターン２１の各位置での径がどのくらいばらついているかを示すものである。
【００３０】
図７は、ホール径th50の一例を示す図である。これは、図２のＦＥＭ画像における各ショット領域（ドーズ・フォーカス点）での信号スレショールド５０％でのホール径th50を示している。この図で、紙面の左右方向にフォーカスを変化させており、上下方向に露光量を変化させている。たとえば、フォーカスが「−０．１」の場合には、露光量を「３４」から「６６」まで変化させて露光を行って各ショット領域の現像を行い、各ショット領域のホール径th50の測定を行った結果が、ドーズ・フォーカス点に記載されている。
【００３１】
図７では、種々の特徴量を有するホール形成用パターン２１が形成されるように、プロセスパラメータである露光量とフォーカス値とを変化させている。なお、ホール形成用パターン２１の特徴量を変動させるためには、露光量とフォーカス値を変動させるのみでなく、露光装置の照明形状、露光装置の開口数、露光で用いるフォトマスクの寸法、などを変えるようにしてもよい。
【００３２】
ついで、測定して得られた特徴量を用いて、ホール形成用パターン２１の２次的な特徴量を算出する（ステップＳ１２）。２次的な特徴量とは、特徴量を用いて所定の演算を行うことによって得られる値であり、たとえば、異なる信号スレショールド値におけるホール径の差分や平均値を例示することができる。この例では、つぎに示す２次的な特徴量を算出するものとする。
・信号スレショールド８０％と２０％のホール径の差分（=th80-th20；80m20と表記）
・信号スレショールド８０％と５０％のホール径の差分（=th80-th50；80m50と表記）
・信号スレショールド５０％と２０％のホール径の差分（=th50-th20；50m20と表記）
・信号スレショールド８０％と２０％のホール径の平均値（=(th80+th20)/2；mean8020と表記）
【００３３】
ここで計算している異なる信号スレショールド値でのホール径の差分は、レジスト１５の断面パターンでのテーパを表現しているものと考えられる。このようなホール径の差分を特徴量として用いるのは、被加工膜１２に形成されたホールパターン２１ｃが未開口になるリスクは孔形状が垂直からテーパに変化すると（同じホール径で比べた場合）増大すると考えられるからである。
【００３４】
その後、図１（ｅ）のように被加工膜１２に形成されたホールパターン２１ｃの特徴量を測長ＳＥＭによって取得する（ステップＳ１３）。特徴量としては、被加工膜１２のホールパターン２１ｃのホール径を例示することができる。この例では、特徴量として、以下のものを取得するものとする。
・被加工膜１２のホール径（RIEと表記）
【００３５】
また、図１（ｅ）のように被加工膜１２にホールパターン２１ｃを形成した後に測長ＳＥＭを用いて、または図１（ｆ）のようにホールパターン２１ｃにコンタクトを形成した後にＶＣ法によって、ホールパターン２１ｃの未開口の有無を確認する（ステップＳ１４）。
【００３６】
ついで、レジスト１５のホール形成用パターン２１および被加工膜１２のホールパターン２１ｃの特徴量と、被加工膜１２のホールパターン２１ｃの未開口の有無の相関を分析する（ステップＳ１５）。図８は、各ホールについて取得された特徴量の一例を示す図である。この図には、各ホールについて以上の工程で取得した特徴量が記載される。この図の１つの行のデータは、図２と図３の一つのドーズ・フォーカス点（ショット領域）におけるホールの特徴量を示している。なお、図には、２５行分のデータしか示されていないが、実際には図２、図３または図７に示されるすべてのドーズ・フォーカス点分（７９行分）のデータが存在している。この図で、項目「Ｎｏ．」は、ドーズ・フォーカス点を識別する識別子であり、項目「pass0_NG1」は、未開口の有無を示しており、未開口でないショットの場合には「０」が入力され、未開口のホールパターン２１ｃがあるショットの場合には「１」が入力される。
【００３７】
相関分析は、図８に示される特徴量の中から選択される１以上の特徴量と、被加工膜１２のホールパターン２１ｃの未開口の有無との間の相関を求めるものであり、統計学で用いられる判別分析ツールを用いることができる。たとえば、特徴量として信号スレショールド５０％でのホール径th50を選択した場合には、ホール径th50のデータと、被加工膜１２のホールパターン２１ｃの未開口の有無（pass0_NG1）のデータとを用いて相関分析を行う。２以上の特徴量を選択した場合も同様である。
【００３８】
図９は、２変数の場合の判別分析の概念を示す図である。まず、横軸に１つの特徴量ｘ１をとり、縦軸に別の特徴量であるｘ２をとった座標系に、図８に示される（ｘ１，ｘ２）のデータの組をプロットする。ついで、被加工膜１２のホールパターン２１ｃが未開口でないものと未開口のものとを分類する境界を求め、ホールパターン２１ｃが未開口でないものが集合している領域をｐａｓｓ領域とし、未開口のものが集合している領域をｆａｉｌ（未開口）領域とする。そして、ｐａｓｓ領域に存在する未開口のデータの組と、ｆａｉｌ領域に存在する未開口でないデータの組とを抽出し、誤分類としてその数を取得する。ここで、未開口でないデータと未開口のデータとを、できる限り誤分類が少なくなるように分けることができる直線を求めるのが判別分析である。また、このようにして求められた直線が判別式（評価関数）となる。なお、ここでは、関数として線形関数を用いる場合を説明するが、二乗項などを含む非線形関数を用いてもよい。この場合には、ｆａｉｌ領域とｐａｓｓ領域とを区切る線は曲線となる。
【００３９】
なお、相関分析を行うに当たっては、行列散布図などを利用して、各特徴量の間の相関を調べておくと有効である。これは、余りに相関の強い２つの特徴量を両方用いるのは、余りメリットがないためである。図１０は、図８に示される２つの特徴量で作成した行列散布図の一例を示す図である。この図に示されるように、ホール形成用パターン２１のホール径（th20，th50，th80）、ホール径の平均値（mean8020）、ホール周囲長（circumference）、および被加工膜１２のホールパターン２１ｃのホール径（RIE）の間は、相関が強いので、これらの特徴量１つずつと被加工膜１２のホールパターン２１ｃの未開口の有無との間の相関をすべて求めたり、これらのうち２つ以上の特徴量と被加工膜１２のホールパターン２１ｃの未開口の有無との間の相関を求めたりするのは余り意味がない。そのため、これらの中で使用する特徴量を１つ選択するのが望ましい。この例では、信号スレショールド５０％でのホール径（th50）のデータまたは被加工膜１２のホールパターン２１ｃのホール径（RIE）を用いるものとする。ただし、これは一例であり、判別分析に用いる特徴量としては、任意のものを選択することができる。また、判別分析ツールに入力する特徴量は、ユーザが任意にまたは上記の行列散布図などを利用した結果に基づいて選択してもよいし、判別分析ツールがすべての特徴量を取り込むようにしてもよい。
【００４０】
図１１は、特徴量と被加工膜のホールパターンの未開口の有無との間の判別分析の結果の一例を示す図である。ここでは、変数としての特徴量を１〜４個用いた場合について判別分析を行っている。たとえば、行１０１は、特徴量としてホール径th50を用いて判別分析を行った場合を示しているが、この場合の誤分類の数として、未開口でないデータの組がｆａｉｌ領域に７個存在し（真ｐ→ｆ）、未開口のデータの組がｐａｓｓ領域に１個存在し（真ｆ→ｐ）、誤分類は合計８個であることを示している。また、行１０２は、ホール径th50とホール径の差分80m20の２つの特徴量を用いて判別分析を行った場合を示しているが、この場合の誤分類は４個であることを示している。
【００４１】
図１２は、判別分析の結果の一例を示す図である。ここでは、（ａ）は図１１の行１０１のホール径th50を１つの変数として用いた場合、（ｂ）は行１０３のホール径th50とホール径差分50m20を２つの変数として用いた場合、（ｃ）は行１０４のホール径th50とホールの縦横比mjrmnrを２つの変数として用いた場合、および（ｄ）は行１０５のホール径th50とホール径差分50m20とホールの縦横比mjrmnrを３つの変数として用いた場合の判別分析の結果を示している。
【００４２】
この図中の判別式は、判別分析ツールによって求められたｐａｓｓ領域とｆａｉｌ領域との境界を示す式であり、グラフは、横軸にフォーカス値をとり、縦軸に判別式の値をとった座標平面に、図８の各データを判別式に代入して得られた値をプロットしたものである。また、判別式において、pass/fail≧０の場合が未開口でない場合を示しており、pass/fail＜０の場合が未開口である場合を示している。さらに、グラフでは、太い破線で囲まれた点が実際の加工において未開口であるものを示しており、細い点線で囲まれた点が、判別分析による結果と実際の加工での状態とが異なるものを示している。
【００４３】
図１１と図１２の結果より、変数の取り方によって、また変数を多くするほど誤分類の数が減少し、変数として選択した特徴量の線形関数が、未開口の有無とよい相関を示すことがわかる。たとえば、２変数の場合には、ホール径th50と縦横比mjrmnrとを用いて判別分析を行うと（図１１の行１０４と図１２（ｃ）の場合）誤分類が最小の２つとなって、最もよい結果が得られ、３変数の場合には、ホール径th50とホール径差分50m20と縦横比mjrmnrとを用いて判別分析を行うと（図１１の行１０５と図１２（ｄ）の場合）誤分類が最小の０となって、最もよい結果が得られることがわかる。
【００４４】
そして、以上の判別分析の結果から、評価装置３０で評価関数として使用する判別式を選択する（ステップＳ１６）。選択する判別式としては、判別分析の結果が最良のものであることが望ましいが、たとえば最良の判別式に用いられる変数の数が非常に多い場合には、判別分析の結果が最良ではないが、誤分類の数が非常に少なく、かつ判別式に用いられる変数が適当な個数の判別式でもよい。これは、評価装置３０の処理能力によって選択される。以上のようにして、評価関数導出処理が終了する。
【００４５】
つぎに、レジストに形成されたホールパターンの評価方法について説明する。図１３は、第１の実施の形態によるレジストパターンの評価方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、実際の半導体装置の製造工程でのホールパターンの形成において使用される条件に合致した評価関数として、図１２（ｄ）に示したホール径th50とホール径差分50m20とホールの縦横比mjrmnrを３つの変数として用いた判別式が既に求められ、評価関数記憶部３２に記憶されているものとする。
【００４６】
まず、図１（ａ）〜（ｂ）に示した手順と同様に、ウェハ１１上に、被加工膜１２、ハードマスク膜１３、反射防止膜１４、レジスト１５およびトップコート膜１６を形成し、リソグラフィ技術によって露光、現像を行い、レジスト１５にホール形成用パターン２１を形成する。ついで、ホール形成用パターン２１について、測長ＳＥＭを用いて評価関数の変数として使用されている特徴量を測定する。この測定は、各ホール形成用パターン２１について行ってもよいし、任意の位置のホール形成用パターン２１について行うようにしてもよい。ここでは、特徴量として、ホール径th50とホール径差分50m20とホールの縦横比mjrmnrを測定する。そして、これらの測定した特徴量をレジストパターンデータとして保存する。
【００４７】
その後、評価装置３０のレジストパターンデータ取得部３３は、測長ＳＥＭで測定したレジスト１５のホール形成用パターン２１の特徴量であるレジストパターンデータを取得する（ステップＳ３１）。レジストパターンデータ取得部３３は、たとえば測長ＳＥＭでレジストパターンデータが保存された記憶媒体を読み込むことによって、測長ＳＥＭに保存されたレジストパターンデータを通信回線を介して読み込むことによって、または入力部３１を介して入力された特徴量を読み込むことによって、レジストパターンデータを取得する。
【００４８】
ついで、評価部３４は、レジストパターンデータ取得部３３で取得したレジストパターンデータの各ホール形成用パターン２１についての特徴量を、評価関数記憶部３２に記憶されている評価関数のパラメータに代入して演算を行い、ホール形成用パターン２１を用いて加工を行ったときに被加工膜１２に形成されるホールパターン２１ｃが未開口であるか否かを評価する（ステップＳ３２）。この評価は、読み込まれたレジストパターンデータのすべてについて行われる。
【００４９】
その後、評価部３４によって、被加工膜１２に形成されるホールパターン２１ｃが未開口と評価されたものが存在するかを判定し（ステップＳ３３）、１つも未開口のものが存在しない場合（ステップＳ３３でＮｏの場合）には、表示処理部３５は、被加工膜１２上に形成されたホール形成用パターン２１を有するレジスト１５で加工を行ってもよい旨の表示を表示部３６に行い（ステップＳ３４）、処理が終了する。この後、ユーザは、現像したレジスト１５を用いて被加工膜１２の加工を行い、半導体装置の製造処理を進行させることになる。
【００５０】
一方、未開口のものが存在する場合（ステップＳ３３でＹｅｓの場合）には、表示処理部３５は、被加工膜１２上に形成されたレジスト１５で加工を行うと、被加工膜１２に未開口のホールパターン２１ｃが形成される虞のある旨の表示を表示部３６に行い（ステップＳ３５）、表示部３６が警告を出力して処理が終了する。この後、ユーザは、現像したレジスト１５をウェハ１１上から剥離し、再び同じウェハ１１上にレジストパターンを形成し、被加工膜１２に未開口のホールパターン２１ｃが形成されない旨の判定がなされるまで上記した処理を繰り返し行う。
【００５１】
第１の実施の形態では、レジスト１５のホール形成用パターン２１もしくは被加工膜１２のホールパターン２１ｃについての特徴量、またはこれらの特徴量から取得される２次的な特徴量を２つ以上用いて、被加工膜１２に形成されるホールパターン２１ｃの未開口の有無を判別する評価関数を形成した。これによって、レジスト１５のホール形成用パターン２１についての特徴量を１つだけ用いて被加工膜１２のホールパターン２１ｃの未開口の有無を判定する場合に比して、より高い精度で未開口の有無を判定することが可能となる。
【００５２】
また、実際の半導体装置の製造プロセスで形成されるレジスト１５のホール形成用パターン２１の特徴量を含むレジストパターンデータを取得し、取得したレジストパターンデータと、上記評価関数を用いて、被加工膜１２に未開口のホールパターン２１ｃが生じないように被加工膜１２を加工することができるか否かを判定することができる。その結果、未開口のホールパターン２１ｃが生じると判定された場合には、ウェハ１１を加工する前にレジスト１５のみを剥離して、再度レジスト１５を塗布してレジストパターンを形成すればよいので、ウェハロスが生じることがないという効果を有する。
【００５３】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、レジストのホール形成用パターンを用いて被加工膜を加工した場合に、未開口のホールパターンが形成されるか否かを評価する場合について説明した。第２の実施の形態では、第１の実施の形態で使用した評価関数（判別式）を用いて、露光条件を求める場合について説明する。
【００５４】
実際のデバイス作製の際に用いる露光条件を決めるには、フォーカスのセンターをきちんと決めることが重要である。これは、フォーカスのセンターをずらしてしまうと、フォーカスの変動によって、未開口のホールパターン発生のリスクが高くなるからである。第１の実施の形態では図１２に示される通り、横軸にフォーカスをとって判別式による各評価値をプロットした場合、部分的に上に凸の形状を有する判別分析の結果が得られている。そのため、この上に凸の部分、すなわち極大値となるフォーカス値を露光条件として採用することで、フォーカスの変動による未開口のホールパターン発生のリスクを低減することができる。
【００５５】
図１４は、評価関数から露光条件を求める一例を示す図であり、（ａ）は、ホール径th50とホール径差分50m20と縦横比mjrmnrとをパラメータとして用いて判別を行う場合で、図１２（ｄ）と同じであり、（ｂ）は、開口径th50のみをパラメータとして用いて判別を行う場合を示している。また、図１２と同様にグラフの横軸は、レジストのホールパターン形成時のフォーカスを示しており、縦軸は、求められた判別式（評価関数）による評価値を示している。
【００５６】
図１４（ａ）の場合には、フォーカスセンターとして、評価値がフォーカス方向で最大（極大）となる−０．０６μｍが選択される。そこで、フォーカスを−０．０６μｍに固定し、ドーズをセンター条件に固定する条件で２５枚のウェハを、第１の実施の形態と同様のプロセスにて露光し、加工して、被加工膜１２にホールパターン２１ｃを形成する。そして、被加工膜のホールパターン２１ｃを測長ＳＥＭにて観察したが、未開口のホールパターン２１ｃは見られなかった。
【００５７】
一方、図１４（ｂ）の場合には、フォーカスセンターとして、評価値（ホール径th50）がフォーカス方向で最大（極大）となる−０．０８μｍが選択される。そこで、フォーカスを−０．０８μｍに固定し、ドーズをセンター条件に固定する条件で２５枚のウェハを、第１の実施の形態と同様のプロセスで露光し、加工して、被加工膜１２にホールパターン２１ｃを形成する。そして、被加工膜１２のホールパターン２１ｃを測長ＳＥＭにて観察したところ、いくつかのショットにおいて、未開口のホールパターン２１ｃが見られた。これは、図１４（ａ）の場合のフォーカスセンターの値（−０．０６μｍ）との間にずれが生じているためである。
【００５８】
第２の実施の形態によれば、被加工膜１２に形成されるホールパターン２１ｃの未開口の有無の判定に使用する評価関数を用いて、露光条件を求めることができるという効果を有する。
【００５９】
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態では、レジストに形成されたホール形成用パターンに関して評価関数を用いた評価値から被加工膜に形成されるホールパターンが未開口となるか否かを判定するようにした。第３の実施の形態では、露光条件を固定した場合に、レジストに形成されたホール形成用パターンに関して評価関数を用いた評価値から露光装置の異常を検出する評価装置について説明する。
【００６０】
図１５は、第３の実施の形態による評価装置の構成の一例を模式的に示すブロック図である。第３の実施の形態で用いられる評価装置３０Ａは、第１の実施の形態の図５に示される評価装置３０に、露光条件記憶部３８がさらに設けられる構成を有する。露光条件記憶部３８は、第２の実施の形態で説明した方法によって選択された露光条件を記憶する。この露光条件は、たとえばユーザによって入力部３１を介して入力される。また、この露光条件記憶部３８に露光条件が入力されている場合には、評価部３４Ａは露光装置の状態が適正であるかを判定する。
【００６１】
評価部３４Ａは、露光条件記憶部３８に露光条件が入力されている場合には、評価関数記憶部３２中の評価関数を用いて評価した各レジストのホール形成用パターンの評価値を用いて、露光装置の状態が適正であるか否かを判定する機能をさらに備える。たとえば、評価値が０以上の場合には、露光装置は正常であり、０未満の場合には、露光装置に異常が発生したものと判定する。
【００６２】
表示処理部３５Ａは、露光条件記憶部３８に露光条件が入力され、評価部３４Ａが露光装置に異常が発生したものと判定した場合に、表示部３６に、露光装置に異常が発生している旨の表示を行う機能をさらに有する。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
【００６３】
また、このような構成の評価装置３０Ａの露光装置の異常発生の判定方法は、第１の実施の形態の被加工膜に形成されるホールパターンが未開口となるか否かの判定方法と同様である。ここでは、第３の実施の形態による評価装置３０Ａを用いた露光装置の異常発生の判定方法の具体例について説明する。
【００６４】
評価関数として、第２の実施の形態の図１４（ａ）に示した関数を選択し、露光条件のフォーカスセンターとして、同様に第２の実施の形態の図１４（ａ）に示した−０．０６μｍを選択し、ドーズは５４ｍＪに固定する。そして、これらの露光条件を露光条件記憶部３８に記憶する。
【００６５】
このような状態で、第１の実施の形態と同様に、２５枚のウェハを露光し、加工する。そして、被加工膜のホールパターンを形成し、測長ＳＥＭでホールパターンを観察したところ、未開口のものは見られなかった。また、１枚目のウェハについて、レジストに形成されたホール形成用パターンの特徴量を測定した結果得られる評価値は８．０になったものとする。
【００６６】
その後、本条件を用いて、ウェハをロット単位で流し処理を行う。各ロットにおいて、レジストパターン形成後に、測長ＳＥＭを用いて、第２の実施の形態の図１４（ａ）と同様の特徴量、すなわちホール径th50とホール径差分50m20と縦横比mjrmnrとを測定し、評価関数で評価値を計算する。このとき、４９ロット目までは、評価値は７．５〜８．５の間の値を示したものとする。その結果、評価部３４Ａは露光装置が異常でないと判定する。
【００６７】
しかし、５０ロット目に、評価値が−１．０と、０未満の値を示したものとする。このため、評価部３４Ａは、被加工膜に形成されるホールパターンの未開口リスクが高まった旨（または、露光装置が異常である旨）の判定を行い、表示処理部３５Ａによって表示部３６に警告が出されるものとする。その警告によってロットを流すのを中断し、原因を調査した結果、露光装置のフォーカスが、何らかの原因でずれていることが判明した。このずれは、露光装置の修理によって解消することができる。
【００６８】
このように、露光装置に異常が発生した旨の警告を行うことで、露光装置が異常のままでロットを流すことを避けることができる。なお、５０ロット目の（フォーカスがずれた）ウェハは、レジストを一度剥離し、再度レジストを塗布し、修理後の露光装置で露光、現像して再利用される。その後、図１４（ａ）と同様の特徴量を測定し、評価値を計算したところ、上記評価値は８．０の値となったため、今度は問題なく流品することができる。以上によって、ウェハのロスを避けることができる。
【００６９】
なお、ここでは、露光条件記憶部３８を設け、そこに露光条件が記憶されている場合に露光装置の状態の判定を行うようにしているが、これに限定されるものではない。たとえば、露光装置の状態の判定のみを行う構成としてもよいし、露光装置の状態の判定と、被加工膜に形成されるホールパターンが未開口となるか否かの判定と、をスイッチによって切替え可能な構成としてもよい。また、第１の実施の形態と同様に、被加工膜に形成されるホールパターンが未開口であるか否かの判定結果を、そのまま露光装置の状態が異常であるか否かの判定に利用してもよい。
【００７０】
さらに、上記の説明では、露光装置が異常と判定する場合を評価関数の値が０未満となる場合とした。しかし、たとえば、露光条件を設定したときに通常得られる評価関数の値の範囲を設定し（上記の例では、７．５〜８．５）、評価関数の値がこの設定範囲よりも小さい値を有する場合に、露光装置に異常が発生したものと判定するようにしてもよい。
【００７１】
第３の実施の形態によれば、実際の製品となる半導体装置の製造工程において、評価関数を用いてレジストのホール形成用パターンの評価値を計算し、その評価値が所定の値未満の場合に、露光装置に異常が発生している旨の通知を出すようにしたので、被加工膜のホールパターンの未開口だけでなく、露光装置の異常についても、判定を行うことができるという効果を有する。
【００７２】
なお、上述した実施の形態で示したレジストに形成されたホール形成用パターンを用いて、被加工膜に形成されるホールパターンの未開口の有無または露光装置の異常発生の有無を評価する評価方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとすることも可能である。この評価方法をコンピュータに実行させるためのプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ（Compact  Disk  Read  Only  Memory）、フロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ（Digital  Versatile  DiscまたはDigital  Video  Disc）などのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。また、上述した実施の形態で示した評価方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。
【００７３】
このように評価方法をコンピュータに実行させるプログラムとすることで、上記した評価装置３０，３０Ａは、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）の演算手段と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭ（Random  Access  Memory）などの記憶手段と、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）やＣＤ−ＲＯＭドライブ装置などの外部記憶手段と、ディスプレイ装置などの表示手段と、キーボードやマウスなどの入力手段と、また必要に応じてネットワークボードなどのネットワークインタフェース手段と、を備えたパーソナルコンピュータなどの情報処理装置によって構成することができる。この場合には、外部記憶手段にインストールされた評価方法をコンピュータに実行させるプログラムを、ＲＡＭなどの記憶手段に展開し、演算手段で実行することで、上記の方法が行われる。
【符号の説明】
【００７４】
１１…ウェハ、１２…被加工膜、１３…ハードマスク膜、１４…反射防止膜、１５…レジスト、１６…トップコート膜、１７…コンタクト、２１…ホール形成用パターン、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…ホールパターン、３０，３０Ａ…評価装置、３１…入力部、３２…評価関数記憶部、３３…レジストパターンデータ取得部、３４，３４Ａ…評価部、３５，３５Ａ…表示処理部、３６…表示部、３７…制御部、３８…露光条件記憶部。
【図１】
2011192837.tif 000003
【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】
2011192837.tif 000011
【図１０】
2011192837.tif 000012
【図１１】
2011192837.tif 000013
【図１２】
2011192837.tif 000014
【図１３】
2011192837.tif 000015
【図１４】
2011192837.tif 000016
【図１５】
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