(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に形成されたパターンにビームを走査することによって得られる検出信号に基づいて、当該パターンの寸法を測定するパターン寸法測定方法において、
パターンの第１の部分に対するビーム走査を実施した後、前記パターンを含む試料に対し、薄膜を形成し、当該薄膜が形成された前記第１の部分に相当する領域にビームを走査することによって、前記薄膜が形成されたパターンの第１の測定値を取得し、前記第１の部分と設計データ上、同じ寸法を持つ第２の部分に対し、ビームを走査することによって、前記薄膜が形成されたパターンの第２の測定値を取得し、当該第２の測定値から前記第１の測定値を減算する減算処理に基づいて、前記パターンのシュリンク量を求めることを特徴とするパターン寸法測定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記シュリンク量と、前記薄膜形成前の第１の部分に対するビーム走査に基づいて得られる第３の測定値との加算に基づいて、シュリンク前のもとの寸法を測定することを特徴とするパターン寸法測定方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記薄膜はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）膜であることを特徴とするパターン寸法測定方法。
【請求項４】
荷電粒子ビームを放出するための荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの走査位置を変更する走査位置制御装置と、前記荷電粒子ビームの走査位置に対するビーム走査によって得られた検出信号に基づいて、前記走査位置内のパターンの寸法を測定する寸法測定装置を備えた荷電粒子線装置において、
当該走査位置制御装置は、予めビームが走査された試料上の第１の部分に走査位置を位置付け、第１のビーム走査を実施した後、薄膜が形成された当該第１の部分と、当該第１の部分に位置するパターンと設計データ上、同じ寸法を持ち、且つ前記薄膜が形成された第２の部分に前記走査位置を設定してそれぞれ第２の走査と第３の走査を実施し、
前記寸法測定装置は、当該第２の走査と第３の走査に基づいて得られる検出信号に基づいて、前記第１の部分の第１の測定値と第２の部分の第２の測定値を出力することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記寸法測定装置は、前記第２の測定値から、第１の測定値を減算することによって、第３の測定値を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記寸法測定装置は、前記第３の測定値と、前記第１のビーム走査に基づいて得られる第４の測定値とを加算することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる検出信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置において、
前記荷電粒子ビームの走査によってパターン寸法が減少した第１の部分に薄膜が形成された後に行われるビーム走査によって得られる第１の測定値と、当該第１の部分と設計データ上、同じ寸法を持ち、且つ前記薄膜が形成された第２の部分の第２の測定値との差分に基づいて、前記第１の部分の減少量を演算する演算装置を備えたことを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項８】
荷電粒子ビームの走査によって、試料表面を帯電させ、当該帯電領域に、前記荷電粒子ビームを走査することによって、試料から放出される荷電粒子を検出し、当該検出された荷電粒子に基づいて画像を形成する画像形成方法において、
前記試料表面を帯電させる前に、前記試料表面に薄膜を形成し、当該薄膜上に前記試料表面を帯電させるためのビームを走査して、当該試料を帯電させることを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン寸法測定方法、及び荷電粒子線装置に係り、特にビーム照射によって体積が減少する可能性のあるパターンの測定に好適なパターン寸法測定方法、及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や薄膜磁気ヘッドなど、表面の微細加工により製作される機能素子製品の製造・検査工程では、加工されたパターン幅の測定（以下「測長」と呼ぶ）および外観検査に、走査型電子顕微鏡が広く用いられている。走査型電子顕微鏡は、数百エレクトロンボルトの到達エネルギーを持つビームを測定対象となるパターンに走査することによって測定を行う装置であるが、例えばフッ化アルゴンエキシマレーザー光に反応するフォトレジスト（ＡｒＦレジスト）は、微細な回路パターンの形成に適している反面、電子ビームの照射によって体積が減少（シュリンク）する。よって、走査電子顕微鏡では体積減少前の正確な寸法を測定することが難しい。
【０００３】
このよう課題に対し、特許文献１，２では、測定回数と体積減少量との関係をプロットし、当該関係を示すカーブに近似関数をフィッティングすることによって、体積減少前の寸法値を推定する手法を提案している。即ち、外挿法（Extrapolation）を用いて、体積減少前の寸法を推定することが提案されている。
【０００４】
一方、半導体デバイスの更なる微細化の要求に対し、自己整合型ダブルパターニング（Self Aligned Double Patterning：ＳＡＤＰ）と呼ばれるパターン形成法が採用されるようになってきた。ＳＡＤＰは、従来の露光装置が到達できる露光限界以下の非常に狭いピッチで配置されたパターンを作成する技術である。このようなパターン形成法によって形成されたパターンをＳＥＭの測定対象とすることは、例えば特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００３／０２１１８６号公報（対応米国特許ＵＳＰ７,６５９,５０８）
【特許文献２】ＷＯ２００３／０９８１４９号公報（対応米国特許ＵＳＰ７,２８５,７７７）
【特許文献３】ＷＯ２０１０／１１９６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
昨今、半導体デバイスの微細化が更に進み、ビーム照射によってパターンがシュリンクする現象がより顕著に認められるようになってきた。シュリンクは、ビーム照射開始後、大きく発生し、その程度は時間の経過に従って徐々に収束していく傾向がある。特にビーム照射初期のシュリンクが大きく、特許文献１，２に開示されているような、近似関数によるフィッティングを高精度に行うことが困難になりつつある。また、外挿法によって求められる値はあくまでも推定値であるため、より微細化が進むと測定精度が十分に確保できなくなる可能性もある。特許文献３には、シュリンクするパターンを測定することについては何も言及がない。
【０００７】
以下に、ＳＡＤＰ等の薄膜形成工程を含む半導体プロセスにおいて、シュリンクするパターンのシュリンク量、或いはシュリンク前のもとの寸法を測定することを目的とするパターン寸法測定方法、及び当該測定を実現するための荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための一態様として、試料上に形成されたパターンにビームを走査することによって得られる検出信号に基づいて、当該パターンの寸法を測定するパターン寸法測定方法において、パターンの第１の部分に対するビーム走査を実施した後、前記パターンを含む試料に対し、薄膜を形成し、当該薄膜が形成された前記第１の部分に相当する領域にビームを走査することによって、前記薄膜が形成されたパターンの第１の測定値を取得し、前記第１の部分と設計データ上、同じ寸法を持つ第２の部分に対し、ビームを走査することによって、前記薄膜が形成されたパターンの第２の測定値を取得し、当該第２の測定値から前記第１の測定値を減算する減算処理に基づいて、前記パターンのシュリンク量を求めることを特徴とするパターン寸法測定方法を提案する。
【０００９】
また、上記シュリンク量と、前記薄膜形成前の第１の部分に対するビーム走査に基づいて得られる第３の測定値との加算に基づいて、シュリンク前のもとの寸法を測定するパターン寸法測定方法を提案する。
【００１０】
更に、上記目的を達成するための他の態様として、荷電粒子ビームを放出するための荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの走査位置を変更する走査位置制御装置と、前記荷電粒子ビームの走査位置に対するビーム走査によって得られた検出信号に基づいて、前記走査位置内のパターンの寸法を測定する寸法測定装置を備えた荷電粒子線装置において、当該走査位置制御装置は、試料上の第１の部分と、当該第１の部分に位置するパターンと設計データ上、同じ寸法を持つ第２の部分に前記走査位置を設定し、前記寸法測定装置は、前記第１の部分と第２の部分から得られた検出信号に基づく寸法値を出力することを特徴とする荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１１】
上記一態様によれば、ビームの照射によってシュリンクするパターンを高精度に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ビーム照射によって生ずるパターンのシュリンク量を測定する工程を示すフローチャート。
【図２】レジストパターン及び薄膜形成後のパターンと、ビーム走査位置との関係を示す図。
【図３】走査電子顕微鏡の概要を示す図。
【図４】走査電子顕微鏡を含む半導体デバイス測定システムの概要を示す図。
【図５】データベース化した測定結果の表示例を示す図。
【図６】ビーム照射によって生ずるパターンのシュリンク量を補正した補正測定値を導出する工程を示すフローチャート。
【図７】ビーム条件を変えてレジストパターンの異なる位置にビーム走査したときのパターン形状の一例を示す図。
【図８】ビーム条件とシュリンク量の関係を示すグラフ。
【図９】パターン毎に、ビーム条件と測定値の補正値、或いは近似関数を関連付けて記憶するデータベースの一例を示す図。
【図１０】テンプレートマッチングのマッチング条件を設定するＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１１】２点の参照領域と、シュリンク部に測定領域（ビーム走査領域）を設定した例を示す図。
【図１２】２点の参照領域の測定値の差分に基づいて、シュリンク量の補正の要否を判定する工程を示すフローチャート。
【図１３】シュリンク評価位置の指定に基づいて、２つのレシピ情報を更新する工程を示すフローチャート。
【図１４】レシピ作成のために測定位置情報を入力するためのＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１５】測長値の出力画面の一例を示す図。
【図１６】ＡＬＤ膜を形成したコンタクトホールの一例を示す図。
【図１７】プリドーズ開始ボタンが設けられたＳＥＭ画像表示用画面の一例を示す図。
【図１８】表面帯電の影響によって、電子ビームの軌道が偏向される状態を示す図。
【図１９】ＡＬＤ膜を形成することによって、電子ビームの軌道偏向を抑制する例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する実施例は、顕微鏡などによって得られた画像、或いは検出信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの寸法を測定する装置、コンピュータに測定を実行させるコンピュータープログラム、或いは当該プログラムを記憶するコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に関するものである。特に、微細パターンを走査し、その寸法を計測する走査型電子顕微鏡に関し、電子線照射によって試料に発生するシュリンク、或いは帯電による測定値の誤差の抑制や、二次電子の検出量を増やして画像をより鮮明にすることが可能な走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）に関するものである。
【００１４】
ＡｒＦレジストのような微細パターン形成の要求に応じて、昨今用いられるようになってきたレジストは、電子ビームの照射条件によっては、レジストパターンが収縮する（シュリンクする）可能性がある。シュリンクしたパターンは、シュリンク前のパターンの寸法値と比較すると、幅が小さくなっているため、シュリンク後のパターンを測定しても、正確な測定値を得ることはできない。
【００１５】
そこで、本実施例ではシュリンクを実際の測定値に基づいて導出する装置等について説明する。以下に説明する測定法によれば、シュリンクによる線幅の減少寸法を、実測値に基づいて求めることができるため、サブナノメートルの精度が要求される微細プロセスを評価するのに必要な精度を有する測定が可能となる。一方、シュリンク量を複数回の測定に基づいて求める場合、１回目の測定に基づくシュリンク量は、２回目以降のシュリンク量に比べると大きくなる傾向がある。よって、外挿法によってシュリンク量を求める場合、測定精度が十分ではない場合がある。
【００１６】
本実施例では、外挿法によってシュリンク量やパターンの寸法値を求めるのではなく、上述のように実際の測定値に基づいて、シュリンク量を求めることができるため、十分な測定精度を確保できる。
【００１７】
以下に、図面を用いてシュリンクするパターンを高精度に測定するための装置等について詳細に説明する。
【００１８】
図３は、測定装置の一態様であるＳＥＭの概要を示す図である。なお、本実施例はＳＥＭを測定装置として適用した例を説明するものであるが、ビーム照射によってパターンがシュリンクするという共通の課題を持つのであれば、他の装置（例えば集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）装置）に、以下の実施例を適用することも可能である。
【００１９】
電子源３０１から引出電極３０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム３０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ３０４によって、絞られた後に、走査偏向器３０５により、試料３０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム３０３は試料ステージ３０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ３０６のレンズ作用によって集束されて試料３０９上に照射される。
【００２０】
電子ビーム３０３が試料３０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子３１０が放出される。放出された電子３１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極３１２に衝突し、二次電子３１１を生じさせる。変換電極３１２から放出された二次電子３１１は、検出器３１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器３１３の出力が変化する。この出力に応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器３０５への偏向信号と、検出器３１３の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。また、図３に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査領域を移動する偏向器（図示せず）が備えられている。この偏向器は異なる位置に存在する同一形状のパターンの画像等を形成するために用いられる。この偏向器はイメージシフト偏向器とも呼ばれ、試料ステージによる試料移動等を行うことなく、電子顕微鏡の視野（Field Of View：ＦＯＶ）位置の移動を可能とする。イメージシフト偏向器と走査偏向器を共通の偏向器とし、イメージシフト用の信号と走査用の信号を重畳して、偏向器に供給するようにしても良い。
【００２１】
なお、図３の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
【００２２】
制御装置３２０は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。
【００２３】
試料３１８は、ミニエン３１７を介して、ロードロック室３１５に搬入され、その後、試料室３０７に搬入される。ロードロック室３１５には、ゲートバルブ３１４，３１６が設けられ、ロードロック室３１５内の真空排気が可能なように構成されている。
【００２４】
図４は、ＳＥＭを含む測定、或いは検査システムの詳細説明図である。本システムには、ＳＥＭ本体４０１、当該ＳＥＭ本体の制御装置３２０、及び演算処理装置４０２が含まれている。演算処理装置４０２には、制御装置３２０に所定の制御信号を供給する演算処理部４０３と、得された画像情報や、レシピ情報を記憶するメモリ４０４が内蔵されている。
【００２５】
試料から放出された電子は、検出器３１３にて捕捉され、制御装置３２０に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。演算処理装置４０２に内蔵されるＣＰＵ，ＡＳＩＣ，ＦＰＧＡ等の画像処理ハードウェアによって、目的に応じた画像処理が行われる。演算処理部４０８には、試料を配置した試料ステージの移動条件を設定するステージ制御条件設定部４０５、得られた画像に基づいてテンプレートマッチングを実行するマッチング実行部４０６が内蔵されている。テンプレートマッチングは、位置合わせの対象となる撮像画像と、テンプレートが一致する個所を、正規化相関法等を用いた一致度判定に基づいて特定する手法であり、マッチング実行部４０６は、一致度判定に基づいて、撮像画像の所望の位置を特定する。
【００２６】
また、演算処理部４０３には、イメージシフト用偏向器の偏向条件を設定する視野移動条件設定部４０７、得られた検出信号（例えばラインプロファイル）に基づいて、パターン寸法を測定するための寸法測定実行部４０８、及び寸法測定実行部４０８によって得られた測定値に基づいて、シュリンク量やシュリンク後のパターン寸法を測定するシュリンク量演算部４０９が内蔵されている。寸法測定実行部４０８では、例えば検出信号に基づいて、ラインプロファイルが形成され、プロファイルのピーク間の寸法測定が実行される。演算処理部４０３の詳細については後述する。ステージ制御条件設定部４０５と、視野移動条件設定部４０７は、いずれもビームの走査位置を決定するためのものであり、これらの設定部にて設定された設定情報に基づいて、制御装置３２０は走査位置の制御を行う。
【００２７】
更に演算処理装置４０２は、入力手段を備えた入力装置１４１１と接続されている。入力装置４１１に設けられた表示装置には、操作者に対して画像や検査結果等を表示するＧＵＩ（Graphcal User Interface）等が表示される。
【００２８】
なお、演算処理装置１４０７における制御や処理の一部又は全てを、ＣＰＵや画像の蓄積が可能なメモリを搭載した電子計算機等に割り振って処理・制御することも可能である。また、入力装置４１１は、検査等に必要とされる電子デバイスの座標，位置決めに利用するパターンマッチング用のテンプレート，撮影条件等を含む撮像レシピを手動もしくは、電子デバイスの設計データ記憶媒体４１１に記憶された設計データを活用して作成する撮像レシピ作成装置としても機能する。
【００２９】
入力装置４１１は、設計データに基づいて形成される線図画像の一部を切り出して、テンプレートとするテンプレート作成部を備えており、作成されたテンプレートは画像処理部５０７に内蔵されるマッチング処理部４０６におけるテンプレートマッチングのテンプレートとして、メモリ４０４に登録される。
【００３０】
設計データ記憶媒体４１０に記憶される設計データは、ＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。また、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、図形データは、設計データに基づいて形成されるパターンの理想形状を示す線分画像情報に替えて、露光シミュレーションを施すことによって、実パターンに近くなるような変形処理が施された線分画像情報であっても良い。
【００３１】
なお、以下に説明する実施例では、シュリンク量やパターン寸法等の演算を演算処理装置４０２にて実行する例を説明するが、これに限られることはなく、コンピュータープログラムによって、測定処理を実行する汎用の演算装置を用いて、後述するような処理を行うようにしても良い。
【００３２】
以下に、演算処理装置４０２にて実行されるシュリンク量演算の一態様について説明する。
【００３３】
図１は、シュリンク量の測定工程の一例を示すフローチャートである。なお、本実施例ではＳＡＤＰと呼ばれる製造プロセスを経て、形成されるパターンを測定する例について説明するが、これに限られることはなく、測定対象となるパターンがシュリンクし、当該シュリンクするパターンの形成後に、ビーム照射に対して耐性のある膜を形成する工程によって形成されるパターン測定全般に適用が可能である。
【００３４】
ＳＡＤＰは、従来の露光装置が到達できる露光限界以下の非常に狭いピッチで配置されたパターンを作成する技術である。具体的には、試料上に第一マスク層を形成し、当該マスク層上にレジストパターンを形成し、露光処理、及び第１マスク層のエッチング処理を経て、第２のマスク層（例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成される膜）を形成する。その後、第２のマスク層の一部が残るように、エッチング条件を調整した上で、第２のマスク層をエッチングし、第２のマスク層の残留構造物をマスクとして、エッチング処理を行うことによって、露光限界の１／２のピッチでのパターン形成を可能とする。
【００３５】
以上のようなＳＡＤＰ法によるパターン形成工程において、レジスト等（ビーム照射によってシュリンクするパターン）が適正に形成されているか否かの判断は、半導体製造工程の評価において非常に重要である。図１のフローチャートは特にレジストの評価を適正に行い得る測定工程を例示している。図２は、パターンの製造工程と、各製造工程における測定個所との関係を示す図である。
【００３６】
特に本実施例では、ダブルパターニングプロセスで作成されたパターンのコアレジストパターンの線幅を測定する際に、コアレジストパターンの表面に、ダブルパターニング用のハードマスクを形成した後に測長を行い、ハードマスクの厚さを測長値から差し引いたものを、コアレジストパターンの線幅測長値として出力することによって、コアレジストパターンに発生するシュリンクの影響を減らした正確な寸法を可能とする顕微鏡または寸法測定装置について説明する。
【００３７】
図２（ａ）は、レジスト形成工程を経て形成されたレジストパターン２０１を示すものであり、パターン寸法（線幅）はＶである。この線幅Ｖを正確に測定することが、本実施例における主たる目的である。図２（ｂ）に例示するように、測定個所Ａ２０２に、走査領域を設定してビーム走査を行う（ステップ１０１）と、パターンが、パターンがシュリンクする。このときのパターン寸法Ｆ（第４の測定値）を測定によって抽出する（ステップ１０２）。なお、シュリンクしたパターン部分２０３を含む画像を記憶（ステップ１０３）しておき、後のシュリンク量算出の際に線幅Ｆを求めるようにしても良い。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に例示されているようにパターン２１０に対し、薄膜の一態様であるＡＬＤ膜２０５（例えば厚さ約４ｎｍのＳｉＮ膜）を形成した後、図２（ｄ）に例示されるように、線幅Ｒ（第２の測定値）、及び線幅Ｓ（第１の測定値）を測定するための走査領域２０６，２０７を設定してビーム走査を行う（ステップ１０４）。このような視野移動の制御は、視野移動条件設定部４０７での移動量設定に基づいて行われる。ここで線幅Ｒは、シュリンクのないパターン部分の寸法にＡＬＤ膜の膜厚が加算された寸法となる。一方、線幅Ｓはシュリンク部分の寸法にＡＬＤ膜の膜厚が加算された寸法となる。即ち、線幅Ｒと線幅Ｓの差分（第３の測定値）はシュリンク量であると定義できる。
【００３９】
そこで、このシュリンク量をＺとすると、
Ｚ＝Ｒ−Ｓ                                                    …（数式１）
となる。
【００４０】
線幅Ｒを測定した場所は、線幅Ｖの近傍であり同じラインパターンであるから、線幅の違いは、実用上無視できるほど小さい。設計データ上、同じ寸法を持つ個所を、シュリンク量を算出するための参照個所とすることによって、高精度にシュリンク量を求めることができる。ステップ１０５では、この差分を演算する。なお、本例では単に差分を求める例について説明するが、他の寸法変動要因が存在するのであれば、その要因分を加減乗除することによって、シュリンク量やパターン寸法を求めるようにしても良い。線幅ＳとＲの測定時には、ＳｉＮ薄膜が電子線を遮っているので、下地にビームが到達することがない。
【００４１】
以上のようにして求められたシュリンク量Ｚと上述の線幅Ｆを加算（数式２）することによって、シュリンク前の寸法値Ｖを演算する（ステップ１０６）。
【００４２】
Ｖ＝Ｆ＋（Ｒ−Ｓ）                                            …（数式２）
シュリンク後の線幅Ｆに、ゼロシュリンク量を加えたものを、シュリンク前の線幅Ｖとみなせることができる。また、差分Ｚのみを登録（ステップ１０７）しておき、後に他の演算に用いるようにしても良い。具体的な演算法については後述する。
【００４３】
以上のようにして求められた線幅Ｖをシュリンク前の寸法値として登録する（ステップ１０８）。以上のような寸法測定や演算は寸法測定実行部４０８やシュリンク量演算部４０９にて行われ、その測定結果はメモリ４０４や外部の記憶媒体に、記憶される。薄膜を形成した後では、線幅Ｆを正確に測定することが困難になるため、上記の手法はシュリンク量、或いはシュリンク前の線幅を測定するのに非常に有効な手法であると言える。
【００４４】
なお、ステップ１０１〜１０３と、ステップ１０４〜１０８はそれぞれ異なる製造工程の後の測定工程であるため、ＳＥＭの動作条件を記憶した動作プログラム（レシピ）をそれぞれ用意し、それぞれのレシピを用いて測定を行う。本例では２種のレシピ（レシピ１，レシピ２）を、予め制御装置３２０内の記憶媒体、或いは演算処理装置４０２のメモリ４０４に記憶させておき、必要に応じて切り替えて使用する。即ち、図３に例示するＳＥＭは少なくとも２つのレシピによって動作制御される装置であると言える。
【００４５】
図５はデータベース化した測定結果の表示例を示す図である。ＩＤ（Identification）は、測定個所に割り当てられた識別番号であり、ＥＰ（Evaluation Point）は測定部位に割り当てられた識別番号である。レジスト（Resist）のＣＤ１には、線幅Ｆの値が記憶され、ＡＬＤのＣＤ１とＣＤ２にはそれぞれ線幅Ｒと線幅Ｓに相当する値が記憶される。このように異なる製造工程にて測定された測定結果を、一括して登録しておくことによって、シュリンク量（Ｒ−Ｓ）と、シュリンク前の線幅Ｖ（Result）の演算を容易に実現することが可能となる。
【００４６】
なお、これらの測定結果を汎用の表計算ソフトに記憶させ、当該ソフトにて上記演算を行うようにしても良い。この場合、測定装置としては線幅Ｆ，Ｒ，Ｓの測定結果を出力できるようにすれば良い。
【００４７】
図６は、シュリンク量を予め登録しておき、当該登録されたシュリンク量に基づいて、シュリンク前の測定値を算出する工程を示すフローチャートである。先に説明したように、シュリンク量はパターンの種類（材質，パターン寸法，形状等の組み合わせ）と、ＳＥＭの光学条件に応じて変化する。よって、これらの組み合わせごとに正確なシュリンク量を登録しておくことができれば、ＡＤＬ膜に対する測定を行うことなく、シュリンク前の寸法を算出することが可能となる。
【００４８】
ステップ６０１にてレジストパターンの測定を実施した後、上記パターンの種類、及び光学条件の組み合わせに対応したシュリンク量が登録されているか否かの判定（ステップ６０２）を行う。予めシュリンク量が登録されている場合には、当該シュリンク量を用いて、数式２に例示したような演算式に基づいて、測定値を補正する（ステップ６０３）。ここで、シュリンク量が登録されていない場合には、図１に例示したような測定を行うことによって、シュリンク量を求め（ステップ６０４）、測定値の補正を行う（ステップ６０５）。この補正値を測定値として、メモリ４０４等に登録する。この場合、シュリンク量をパターンの種類と光学条件の組み合わせに関連付けて記憶することによって、後の測定の際の補正値として用いることができる。例えば、このようなシュリンク量を、測定値の補正値（Offset Value）として、図９に例示するようなデータベースに登録するようにする。このようなデータベースを、ステップ６０２において参照することによって、効率の良い測定を行うことが可能となる。
【００４９】
図７は、図９に例示するようなデータベースを構築するために、光学条件を変えてビーム走査したときの複数のシュリンク量を求める例を説明する図である。図７に例示するパターン７０１は、レジストの段階で異なる位置の走査領域７０２，７０３，７０４へのビーム走査を行い、各位置にて線幅Ｆ１〜Ｆ３を算出する。本例では異なる走査位置ごとに異なるビーム条件（ビーム電流（Beam current），測定回数（Measurement times），フレーム数（Number of frames），ビームの到達エネルギー（Landing energy），走査スピード（Scan speed）等）にて走査を行うことによって、シュリンク量を変化させている。そしてＡＬＤ膜の形成後、走査領域７０２，７０３，７０４，７０５にビームを走査し、線幅Ｓ１〜Ｓ３（走査領域７０２〜７０４）、及び線幅Ｒ（走査領域７０５）を測定する。
【００５０】
これらの値に基づいて、各位置のシュリンク量をそれぞれＺ１＝Ｒ−Ｓ１，Ｚ２＝Ｒ−Ｓ２，Ｚ３＝Ｒ−Ｓ３のようにして求め、図９に例示するようなデータベースに登録する。データベースはパターンの種類とこれら光学条件の組み合わせごとに登録されており、当該データベースを参照することによって、シュリンク分を補正した測定値を得ることができる。また、図８に例示するように、シュリンク量とビーム条件との関係をプロットし、当該曲線を近似関数（Approximate function）として登録しておくことによって、未知のビーム条件であっても、光学条件の代入によってシュリンク量を導出することが可能となる。
【００５１】
図１０は、テンプレートマッチングを行うときのマッチング条件を設定するＧＵＩ画面の一例を示す図である。微細なパターンに測定のためのＦＯＶを設定するための位置合わせにテンプレートマッチングと呼ばれる手法が用いられる。テンプレートマッチングは、ユニークな形状を持つパターンが含まれるテンプレートを用意し、当該テンプレートとの一致度が高い部分をマッチング位置とすることによって、位置合わせを行う手法であるが、ＳＡＤＰによって形成されるパターンは、露光装置が到達できる露光限界以下の非常に狭いピッチで形成されるパターンであり、単純な繰り返しパターンである場合が多い。一方、単純な繰り返しパターンが連続するパターンの一部がシュリンクによって変形している場合、当該部分は、他の部分に対してユニークな形状を持つことになる。
【００５２】
そこで本実施例では、シュリンクによって形成されたユニークな形状を利用してパターンマッチングを行う手法を提案する。シュリンクによって変形する部分を含むテンプレートを作成し、当該テンプレートを用いてマッチングを実行する。測定点自体がテンプレートとなるため、レシピの設定時に測定点の座標指定に基づいて、自動的にテンプレートマッチングが行われる座標情報を登録するようにしても良い。
【００５３】
また、設計データに基づいてテンプレートを作成する場合、走査領域に相当する部分を擬似的に変形（シュリンク）させたレイアウトデータを作成し、当該変形レイアウトデータに基づいてテンプレートを作成するようにしても良い。この場合、光学条件とシュリンク量や変形量との関係を記憶したデータベースを用意しておき、光学条件の入力に応じて、適正なシュリンク量や変形量を読み出し、レイアウトデータの変形に用いるようにしても良い。また、任意の変形を可能とすべく、ビームの走査領域内のレイアウトデータを変形できるようなＧＵＩ画面を用意するようにしても良い。変形処理が施されたレイアウトデータは、平滑化処理等の画像処理が施された上で、テンプレートとしてレシピに登録される。
【００５４】
図１１は、２個所以上の参照領域１１０１，１１０３（測定点１，３）を用意し、シュリンク領域１１０２の線幅（測定点２）を測定する例を示す図である。例えばＡＬＤ膜の形成状態に問題があり、膜厚が一定ではないような場合、膜圧が一定であることを前提とした図１に例示するような測定法が成立しなくなることが考えられる。そこで、本例では２つの参照領域を用意し、ＡＬＤ膜形成後の参照領域の線幅Ｒ１，Ｒ２の差分を求め（ステップ１２０２）、当該差分がゼロ、或いは所定値未満の場合に、図１に例示した測定を行い（ステップ１２０４）、両者の差分は所定値以上の場合に、エラーメッセージを発生する（ステップ１２０５）。
【００５５】
ステップ１２０３にて差分が所定値以上と判断される場合には、膜圧が不安定、或いはレジストの形状が不安定であることが考えられる。このような場合、ＡＬＤ膜の実測値に基づいてシュリンク量を算出する上記手法の前提が成り立たなくなるため、エラーメッセージを発生することによって、誤った測定を行うことを未然に防ぐことが可能となる。また、製造条件の変化を検出することが可能となる。
【００５６】
図１３は、シュリンク評価位置の指定に基づいて、２種のレシピを更新する工程を示す図である。上述したように、本例の場合、レジスト形成後の測定位置（線幅Ｆを測定する位置）と、ＡＬＤ膜形成後の測定位置（線幅Ｓを測定する測定位置）が同じである。よって、評価位置やＦＯＶの大きさの指定に基づいて、２種のレシピが自動的に更新できれば、レシピ作成を簡単に行うことが可能となる。図１４は、レジストパターンの測定部位の設定を行うためのＧＵＩ画面の一例を示す図である。測定対象のＩＤや座標情報やＦＯＶサイズの入力ウィンドウの他に、レシピ２（ＡＬＤ膜が施された後の測定条件が設定されたレシピ）のＦＯＶサイズや座標情報等をアップデートするか否かの選択が可能となっている。また、参照領域の座標も設定可能となっている。このような自動更新手段を設けることによって、レシピ作成を簡単に行うことが可能となる。
【００５７】
図３に例示したＳＥＭは、例えば測長型の走査電子顕微鏡（Critical Dimension-SEM：ＣＤ−ＳＥＭ）であり、対象試料に応じて、レシピ１とレシピ２に基づく動作制御が行われる。例えば、図４の入力装置４１１による製造工程情報の入力や、その他のトリガに基づいて、レシピ１とレシピ２が切り替わるように構成されている。
【００５８】
図１７はシュリンク前の測長結果（ゼロシュリンク測長結果）を表示する表示画面の一例を示す図である。まず、ユーザは自動測定レシピを用いて、線幅Ｆを測長しておく。そして、ＡＬＤ膜をウエハ表面に形成しておく。次に、この自動測長レシピを再度、測長ＳＥＭに読み込ませ、操作画面上のゼロシュリンク量測長ボタンを押す。そうすると、測長ＳＥＭは、線幅Ｓを測長するのに加えて、その上方に隣接していて、かつ線幅Ｓを測長するときの電子線があたらない場所の線幅Ｒを、自動的に測長する。
【００５９】
測定が完了すると、画面上に、シュリンクしていない線幅である、Ｖ＝Ｆ＋（Ｒ−Ｓ）が表示される。
【００６０】
次に、高アスペクト比のパターンを測定するのに好適な測定法について説明する。以下の手法によれば、ゼロシュリンク量を推定するだけでなく、ＳＥＭによる観察が困難であったパターンに対して、見え方を改善する効果も期待できる。図１６に、深穴の底を測定する場合の実施例を示す。穴径が小さくかつ深い高アスペクト比のコンタクトホール（ＨＡＲＣ）では、穴底からの二次電子が表面に出にくいために、穴底のＳＥＭ像が見えにくいという課題がある。
【００６１】
これに対して、像観察する前に、予め電子線を照射し、穴の入り口付近の表面に正の電荷をチャージアップさせる、プリドーズと呼ばれる手法が使われている。この入り口付近の正の電荷が、穴底から出てくる負の電荷を持つ二次電子を引き上げるため、穴底の二次電子が表面に出やすくなり、穴底のＳＥＭ像が見やすくなる効果がある。
【００６２】
しかしながら、プリドーズによる電荷吸着密度には上限があるため、例えばアスペクト比が５０以上あるような深いＨＡＲＣパターンでは、穴底の観察が困難であった。
【００６３】
そこで、プリドーズをする前に、パターンの表面に、例えばＳｉＯ2のＡＬＤ薄膜を約４ｎｍ程度形成しておく。このようにすると、ＳｉＯ2は絶縁性の高い薄膜であるために、プリドーズの電荷吸着密度を、約４倍程度に向上させることができる。そうすると、二次電子を引き上げる力がより強くなり、穴底の観察画像がより鮮明になる。
【００６４】
この新たな測定方法を測長ＳＥＭで運用するために、絶縁薄膜プリドーズ機能を測長ＳＥＭに設ける。図１７に、絶縁薄膜プリドーズ機能の実施例を示す。通常のプリドーズでは帯電した電荷が散逸しやすいため、例えばプリドーズ時間が約２０秒に設定されている。これに対して、表面にＳｉＯなどの絶縁性の高いＡＬＤ薄膜を形成して、プリドーズする場合には、測長ＳＥＭの操作画面上に現れている、絶縁薄膜プリドーズのボタンを押してＯＮにする。こうすると、プリドーズ時間が約２分の１に短縮され、本例では約５秒になる。これにより、絶縁性薄膜上では電荷吸着密度が約２倍程度に高いので、結果的に約２倍の電荷吸着密度が得られて、穴底の観察画像が鮮明になる。この際に、電荷吸着密度があまり高すぎてしまうと、吸着電荷が引き起こす静電引力が強すぎて、ホールパターンが形成されている層が物理的に破壊されてしまう可能性がある。これは、一般に静電破壊という事故であるが、本例の絶縁薄膜プリドーズ機能を使うと、静電破壊が起きるほど長い時間のプリドーズができないようになっているので、静電破壊の事故を防止できる効果がある。
【００６５】
また、ホールの入り口の直径を測長したときには、測長値から絶縁薄膜の２倍の値を足したものを、測長値として表示する。なぜなら、薄膜は穴の入り口から比較的奥のほうまで形成されるので、薄膜の厚さの分だけ穴の直径が小さく測定されているからである。
【００６６】
また、これとは逆に、導電性を持つ金属材料のＡＬＤ薄膜を形成することによって、観察画像がより鮮明になる例もある。
【００６７】
図１８に、レジストパターンの帯電の影響を示す。この場合は、パターン自身がＳｉＯ2やフォトレジストなどの、絶縁性の高い材質で作られているときである。このようなパターンは、ＳＥＭ観察の一次電子が当たることによって、パターン表面に正の電荷を発生させる。これが一次電子や二次電子の軌道を曲げてしまうことによって、ＳＥＭ画像が歪んだり、暗くなってしまう場合がある。
【００６８】
このような課題に対し、図１９に例示するように、導電性ＡＬＤ膜を形成し、電荷の蓄積を抑制する。パターン表面に例えばハフニウムのＡＬＤ薄膜を約２ｎｍ程度形成しておく。このようにすると、パターン表面が導電性材料で覆われているので、表面に電荷が帯電することがなくなり、帯電による問題を低減することができる。
【００６９】
このときも、絶縁薄膜のときと同様に、パターンの測長値がホールの直径であれば、実際の測長値から薄膜の厚さの２倍を足したものを、測長値として表示する。また、パターンが線幅であれば、薄膜の厚さの２倍を引いたものを、測長値として表示する。
【符号の説明】
【００７０】
３０１  電子源
３０２  引出電極
３０３  電子ビーム
３０４  コンデンサレンズ
３０５  走査偏向器
３０６  対物レンズ
３０７  試料室
３０８  試料ステージ
３０９，３１８  試料
３１０  電子
３１１  二次電子
３１２  変換電極
３１３  検出器
３１４，３１６  ゲートバルブ
３１５  ロードロック室
３１７  ミニエン
３２０  制御装置
【図１】
0005686627.tif 000002
【図２】
0005686627.tif 000003
【図３】
0005686627.tif 000004
【図４】
0005686627.tif 000005
【図５】
0005686627.tif 000006
【図６】
0005686627.tif 000007
【図７】
0005686627.tif 000008
【図８】
0005686627.tif 000009
【図９】
0005686627.tif 000010
【図１０】
0005686627.tif 000011
【図１１】
0005686627.tif 000012
【図１２】
0005686627.tif 000013
【図１３】
0005686627.tif 000014
【図１４】
0005686627.tif 000015
【図１５】
0005686627.tif 000016
【図１６】
0005686627.tif 000017
【図１７】
0005686627.tif 000018
【図１８】
0005686627.tif 000019
【図１９】
0005686627.tif 000020