(57)【要約】【課題】二重露光または二重転写するリソグラフィ技術により形成されたパターン間のずれを超精密に計測する。【解決手段】複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像のパターンから、１回目の露光又は転写により得られたパターン画像を抽出して、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた設計データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、前記ＳＥＭ画像のパターンから、２回目の露光又は転写により得られたパターンを抽出して、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた設計データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出する。【選択図】図２
2008118033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像のパターンから、１回目の露光又は転写により得られたパターン画像を抽出して、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた設計データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記ＳＥＭ画像のパターンから、２回目の露光又は転写により得られたパターンを抽出して、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた設計データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項２】
複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像と、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた設計データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記ＳＥＭ画像と、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた設計データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項３】
複数回の露光又は転写により形成された試料のＳＥＭ画像と、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データに変換を施したデータとをパターンマッチングし、評価値を求め、当該評価値が最小になる変換を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、前記変換は、ｘ方向又はｙ方向の平行移動、回転移動、拡大もしくは縮小であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項５】
請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、前記評価値は、ＳＥＭ画像と、変換を施したデータとのバイアスの２乗和または絶対値または絶対値の平均値であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データを、マスクのパターンを縮小投影レンズによって予想されるシミュレーションデータに置き換えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項７】
複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンＤに分割し、
予め記憶された複数回の露光又は転写によって最終的に得られる試料上の描画データを、前記１回目の露光又は転写により得られるパターンＥと、前記２回目の露光又は転写により形成されたパターンＦに対応した形状に分割し、
前記最終のパターンのＳＥＭ画像のうちの１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、前記最終的に得られる試料上の描画データから分割したパターンＥとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記最終のパターンのＳＥＭ画像のうちの２回目の露光又は転写により得られるパターンＤと、前記最終的に得られる試料上の描画データから分割したパターンＦとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項８】
複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンＤに分割し、
得られたＳＥＭ画像のパターンCと、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記ＳＥＭ画像のパターンＤと、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項９】
複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により形成されたパターンと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンに分割し、
分割された各々のＳＥＭ画像と、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに変換を施したデータとをパターンマッチングし、評価値を求め、当該評価値が最小になる変換を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、前記変換は、ｘ方向又はｙ方向の平行移動、回転移動、拡大もしくは縮小であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、前記変換は、ＳＥＭ画像と、変換を施したデータとのバイアスの２乗和または絶対値または絶対値の平均値であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データは、前記マスクのパターンを縮小投影レンズによって予想されるシミュレーションデータであることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【請求項１３】
試料に積層された多層膜のうちの下層のパターンに対する、１回目の露光又は転写により得られたパターンのずれ、又は、前記下層のパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンのずれを算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重露光又は二重転写のような複数回の露光又は転写により形成されたパターン間のずれを計測する荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１のパターンマッチング方法、すなわち、設計データを利用してＬＳＩチップの内部を解析する電子ビーム装置において、ＬＳＩの設計マスク図とＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像との位置合わせを行うパターンマッチング方法が知られている（特許文献１の段落０００１）。また、特許文献２の検査装置、すなわち、ＣＡＤ設計データを受けて所定の画像処理を経て補正レイアウト画像を作成する画像補正部と、この補正レイアウト画像と、ＳＥＭ画像とのマッチングを行う画像対比手段であるマッチング部と、メモリとを備えた画像照合部を備えた検査装置が知られている（特許文献２の段落００１９及び図１）。
【０００３】
また、一方で、基板上に形成したレジスト膜に半導体装置を製造するのに必要なパターンを投影光学系を用いて露光し且つ現像を行って前記パターンを転写するリソグラフィ工程に於いて、２枚のマスクを同一の領域に重ねて露光することで所望のパターンを形成する方法（二重露光法）が知られている（特許文献３の段落０００２及び図４参照）。
【０００４】
さらに、非特許文献１の第２頁の左欄Ｆｉｇｕｒｅ５：Ｇａｔｅ  ｓｈｒｉｎｋ  ＰＳＭ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｙのＤｅｓｉｇｎ（設計データ）とＴｒｉｍ  ｍａｓｋ、ｐａｈｓｅ  ｍａｓｋ、ＲｅｓｕｌｔとＥｘｐｏｓｕｒｅ１、Ｅｘｐｏｓｕｒｅ２や、非特許文献２の第１０２頁の「２重露光による延命も視野に」以降の説明にあるように、２重露光または２重転写するリソグラフィ技術が報告されている。
【特許文献１】特開平６−１０４３２０号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６７０６号公報
【特許文献３】特開２００４−９５６８３号公報
【非特許文献１】「Ｌａｙｏｕｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｕｂ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」，Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｌ．  Ｒｉｅｇｅｒ，Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｐ．Ｍａｙｈｅｗ，Ｓｒｉｄｈａｒ  Ｐａｎｃｈａｐａｋｅｓａｎ，Ａｖａｎｔｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【非特許文献２】「本命で斬る  プロセス装置技術総覧  第３回リソグラフィ技術  装置から回路レイアウトまで  総合技術で高解像度化」Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｈ．Ａｒｎｏｌｄ，オランダＡＳＭ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ社（ＡＳＭＬ）Ｃｈｉｅｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ  ａｎｄ  Ｖｉｃｅ  Ｐｒｅｓｉｄｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｅｎｔｅｒ，日経マイクロデバイス，９６頁〜１０３頁，４月号，２００６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近の二重露光または二重転写するリソグラフィ技術により形成されたパターン間のずれを超精密に計測することは重要な課題であるが、上述した特許文献１や特許文献２における設計データとＳＥＭ画像とをパターンマッチングする方法では、このようなずれを超精密に計測することは困難であった。とくに、設計データでのパターン間のすき間がきわめて狭い領域では、二重露光または二重転写の工程後のパターンが過度に接近しすぎて露光又は転写されてしまう可能性があり、超精密にパターン間のずれを計測することが困難であった。
【０００６】
従来は、例えば図１（Ａ）に示すように、矩形の繰り返しパターン（周期的なパターン）を二重露光または二重転写する場合、一回目に露光または転写するパターンと、二回目に露光または転写するパターン（斜線）とをウェハ上に各々露光または転写し、その露光後のパターンをＳＥＭで観察したＳＥＭ画像のパターンがあるときに、図１（Ｂ）に示すように、左右方向の一方向（Ｐ．Ｌ．Ｓ．）のみしか測定できず、しかも形状が同一パターンの繰り返しのような形状が単純な場合にのみしか対応することができず、汎用性、実用性が乏しかった。
【０００７】
そこで、本発明は、例えば二重露光又は二重転写のような複数回の露光又は転写により形成されたパターン間のずれを超精密に計測することができる荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を特徴とする。
【０００９】
（１）複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像のパターンから、１回目の露光又は転写により得られたパターン画像を抽出して、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた設計データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記ＳＥＭ画像のパターンから、２回目の露光又は転写により得られたパターンを抽出して、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた設計データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１０】
（２）複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像と、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた設計データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記ＳＥＭ画像と、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた設計データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１１】
（３）複数回の露光又は転写により形成された試料のＳＥＭ画像と、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データに変換を施したデータとをパターンマッチングし、評価値を求め、当該評価値が最小になる変換を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１２】
（４）請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、前記変換は、ｘ方向又はｙ方向の平行移動、回転移動、拡大もしくは縮小であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１３】
（５）請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、前記評価値は、ＳＥＭ画像と、変換を施したデータとのバイアスの２乗和または絶対値または絶対値の平均値であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１４】
（６）請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データを、マスクのパターンを縮小投影レンズによって予想されるシミュレーションデータに置き換えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１５】
（７）複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンＤに分割し、
予め記憶された複数回の露光又は転写によって最終的に得られる試料上の描画データを、前記１回目の露光又は転写により得られるパターンＥと、前記２回目の露光又は転写により形成されたパターンＦに対応した形状に分割し、
前記最終のパターンのＳＥＭ画像のうちの１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、前記最終的に得られる試料上の描画データから分割したパターンＥとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記最終のパターンのＳＥＭ画像のうちの２回目の露光又は転写により得られるパターンＤと、前記最終的に得られる試料上の描画データから分割したパターンＦとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１６】
（８）複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンＤに分割し、
得られたＳＥＭ画像のパターンCと、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記ＳＥＭ画像のパターンＤと、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１７】
（９）複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により形成されたパターンと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンに分割し、
分割された各々のＳＥＭ画像と、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに変換を施したデータとをパターンマッチングし、評価値を求め、当該評価値が最小になる変換を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１８】
（１０）請求項９に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、前記変換は、ｘ方向又はｙ方向の平行移動、回転移動、拡大もしくは縮小であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００１９】
（１１）請求項９に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、前記変換は、ＳＥＭ画像と、変換を施したデータとのバイアスの２乗和または絶対値または絶対値の平均値であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００２０】
（１２）請求項７〜１１のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法において、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データは、前記マスクのパターンを縮小投影レンズによって予想されるシミュレーションデータであることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【００２１】
（１３）試料に積層された多層膜のうちの下層のパターンに対する、１回目の露光又は転写により得られたパターンのずれ、又は、前記下層のパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンのずれを算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、二重露光または二重転写するリソグラフィ技術により形成されたパターン間のずれ、上層・下層に露光または転写されたパターン間のずれを超精密に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る方法を適用したパターン間のずれ測定装置は、露光装置１、走査型電子顕微鏡２（ＳＥＭ）及びパターンマッチング装置３を組み合わせたものである。
【００２４】
パターンマッチング装置３は、図２に示すように、記憶手段４、演算制御手段５および表示手段６を有する。記憶手段４、演算制御手段５および表示手段６は、電気的に接続されている。また、マスクの設計データや、１回目の露光、２回目の露光または１回目の転写、２回目の転写により形成される各々の試料（ウェハ）上の描画データ（露光後に形成されるシミュレーション上の形状データ）を記憶するデータベースが備え付けられており、演算制御手段５でパターンがずれていたと判断した場合に、露光装置１のパラメータを調整するためのデータをデータベースで記憶保存するようになっており、同時に、露光装置１にも調整すべきパラメータの情報が伝達されるようになっている。伝達された調整すべきパラメータは、露光装置１からＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）２に伝達され、調整すべきパラメータに応じたＳＥＭ像が観察撮像できるように調整される。
【００２５】
演算制御手段５は、データベースからマスクの設計データや、１回目の露光、２回目の露光または１回目の転写、２回目の転写により形成される各々の試料（ウェハ）上の描画データを呼び出し、そのデータを露光装置１へ送り、１回目の露光または転写が行われ、２回目の露光または転写が行われる。上述したように、演算制御手段５でパターンがずれていたと判断した場合に、露光装置１のパラメータを調整するためのデータを記憶保存するために、データベースにデータを送る。
【００２６】
パターンマッチング装置３は、図２に示すように、露光装置１（リソグラフィ装置）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と別体に設けても良いし、図には示されていないが、露光装置１の内部に設けてもよいし、走査型電子顕微鏡２の内部に設けても良い。また、パターンマッチング装置３は、走査型電子顕微鏡２の機能を備えた露光装置１（リソグラフィ装置）の内部に設けても良い。
【００２７】
図３（Ａ）に示すように、１回目に露光または転写するパターン１ｓｔ  Ｅｘ（斜線を施したパターン）と、２回目に露光または転写するパターン２ｎｄ  Ｅｘからなる設計データを用いて、露光装置１（リソグラフィ装置）で２回露光または２回転写を行い、その結果、図３（Ｂ）に示すように、１回目に露光または転写するパターン１ｓｔ  Ｅｘ（斜線を施したパターン）のＳＥＭ画像と、２回目に露光または転写するパターン２ｎｄ  ＥｘのＳＥＭ画像の各々のパターンの画像のずれを計測する。
【００２８】
その場合に、１回目に露光または転写するパターン１ｓｔ  Ｅｘ（斜線を施したパターン）に用いる設計データのパターンと、１回目に露光または転写するパターン１ｓｔ  Ｅｘ（斜線を施したパターン）のＳＥＭ画像のパターンとをパターンマッチングして、１回目のずれを計測し、２回目に露光または転写するパターン２ｎｄ  Ｅｘに用いる設計データのパターンと、２回目に露光または転写するパターンのＳＥＭ画像のパターンとをパターンマッチングして、２回目のずれを計測し、複数回露光または転写したパターンのＳＥＭ画像のパターンのずれを、パターンマッチング装置３に内蔵された演算制御手段５（演算制御回路）により求める。
【００２９】
複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察して得られたＳＥＭ画像のパターンを用いる。
【００３０】
まず、１回目の露光又は転写により得られたパターン画像を抽出して、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた設計データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出する。
【００３１】
次は、前記ＳＥＭ画像のパターンから、２回目の露光又は転写により得られたパターンを抽出して、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた設計データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出する。
【００３２】
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出する。
【００３３】
また、複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像と、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた設計データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出する。
【００３４】
前記ＳＥＭ画像と、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた設計データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出する。
【００３５】
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出する。
【００３６】
また、複数回の露光又は転写により形成された試料のＳＥＭ画像と、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データに変換を施したデータとをパターンマッチングし、評価値（偏差）を求め、当該評価値（偏差）が最小になる変換を算出する。
【００３７】
次に、１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出する。
【００３８】
好ましくは、前記変換は、ｘ方向又はｙ方向の平行移動、回転移動、拡大もしくは縮小である。
【００３９】
また、前記評価値は、ＳＥＭ画像と、変換を施したデータとのバイアスの２乗和または絶対値または絶対値の平均値である。
【００４０】
さらに、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データは、前記マスクのパターンを縮小投影レンズによって予想されるシミュレーションデータに置き換えることが好ましい。
【００４１】
また、図４は、非特許文献１の第２頁の左欄の図５、すなわちＧａｔｅ  ｓｈｒｉｎｋ  ＰＳＭ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｙのＤｅｓｉｇｎ（設計データ）とＴｒｉｍ  ｍａｓｋ、ｐａｈｓｅ  ｍａｓｋ、ＲｅｓｕｌｔとＥｘｐｏｓｕｒｅ１、Ｅｘｐｏｓｕｒｅ２の図である。図４に示すようなＴｒｉｍ  ｍａｓｋの設計データのパターンと、その設計データのパターンを露光または転写した１回目のパターン１（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ１）とをパターンマッチングして、ずれを計測し、ｐａｈｓｅ  ｍａｓｋの設計データのパターンと、その設計データのパターンを露光または転写した２回目のパターン２（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ２）をパターンマッチングして、ずれを計測し、それらのずれから、露光または転写したＳＥＭ画像のパターン間のずれを計測する。
【００４２】
また、図５（Ａ）に示すように、最終パターンデータがあって、そのパターンの設計データを分割し、図５（Ｂ）に示すように、部分部分に分割し、各々の部分の設計パターンと、露光または転写したパターンのＳＥＭ画像のパターンの部分部分に分割したＳＥＭ画像の部分のパターンとをパターンマッチングし、ずれを各々計測し、ＳＥＭ画像のパターンのずれを計測する。
【００４３】
また、図６は、図３に示した設計データのパターンと、そのパターンをＸ方向およびＹ方向にシフト（平行移動）した変換データを施した設計データのパターンと、その変換データを施した設計データに基づいて複数回露光または転写したパターンのＳＥＭ画像のパターンを夫々示す。
【００４４】
たとえば、１回露光または転写するのに用いる設計データのパターンをＸ方向及びＹ方向に０．５（μｍ）シフトし、その変換データを施した設計データに基づいて１回露光または転写したパターンのＳＥＭ画像のパターンと、基になった０．５（μｍ）シフト変換データを施した設計データのパターンとをパターンマッチングした結果、偏差がかなり大きいことがわかる。
【００４５】
つぎに、１回露光または転写するのに用いる設計データのパターンをＸ方向及びＹ方向に４．０（μｍ）シフトし、その変換データを施した設計データに基づいて１回露光または転写したパターンのＳＥＭ画像のパターンと、基になった４．５（μｍ）シフト変換データを施した設計データのパターンとをパターンマッチングした結果、偏差がかなり小さいことがわかる。
【００４６】
以上から、複数回の露光又は転写により形成された試料のＳＥＭ画像と、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データに変換を施したデータとをパターンマッチングし、評価値（偏差）を求め、当該評価値（偏差）が最小になる変換を算出し、１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することができる。
【００４７】
前記変換は、ｘ方向又はｙ方向の平行移動、回転移動、拡大もしくは縮小である。
【００４８】
前記評価値は、ＳＥＭ画像と、変換を施したデータとのバイアスの２乗和または絶対値または絶対値の平均値である。
【００４９】
さらに、予め記憶された1回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いたマスクの設計データは、前記マスクのパターンを縮小投影レンズによって予想されるシミュレーションデータに置き換える。
【００５０】
つぎに、図７に示すように、設計データを右斜め方向にシフト（平行移動）し、各々の移動に伴うベクトルの二乗和を求め、その大きさを評価値として、ずれの大きさを評価する。上述した変換データを変えて、評価値が最小になる値を、非線形最小二乗法を用いることにより演算制御手段５（演算制御回路）を用いることにより求める。
【００５１】
評価値は、たとえば、各ベクトルの２乗和とする。
【００５２】
変換データを変えて、評価値が最小になるところを探す。非線形最小２乗問題になる。
【００５３】
上述した実施例では、おおよそ、繰り返しの周期的な略同一パターン間のずれ測定について説明したが、これに限定されず、図４のような全く形状の異なるパターン間のずれ測定であってもよいことは言うまでもなく、繰り返しの非周期的なパターン間のずれ測定であってもよい。
【００５４】
また、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、積層するパターンは多層に試料（ウェハ）に形成され、ＳＥＭ画像を観察した場合、下層のパターンを観察撮像することができる。そこで、下層のパターンと、上層のパターンとのＳＥＭ画像のパターンのずれを測定することができる。
【００５５】
例えば、図８（Ｃ）においては、薄くパターン像がみえる。その上に、上層に露光または転写されたパターンがみえる。
【００５６】
試料に積層された多層膜のうちの下層のパターンに対する、１回目の露光又は転写により得られたパターンのずれ、又は、前記下層のパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンのずれを算出することができる。
【００５７】
なお、本願発明の前述の実施例における荷電粒子ビーム装置に用いる荷電粒子ビームは、電子ビームであったが、本発明は、電子ビームに限定されず、Ｘ線、陽子線、中性子線、α線、γ線、β線等であってもよい。
【００５８】
本発明方法は、次に示す装置により実施できる。
【００５９】
（１）複数回の露光又は転写に用いられるマスクの設計データを記憶する記憶手段と、
複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像のパターンと、記憶手段に予め記憶されたマスクの設計データとを表示する表示手段と、
記憶手段と表示手段に電気的に接続された演算制御手段を有し、
複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンＤに分割し、
予め記憶された複数回の露光又は転写によって最終的に得られる試料上の描画データを、前記１回目の露光又は転写により得られるパターンＥと、前記２回目の露光又は転写により形成されたパターンＦに対応した形状に分割し、
前記最終のパターンのＳＥＭ画像のうちの１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、前記最終的に得られる試料上の描画データから分割したパターンＥとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記最終のパターンのＳＥＭ画像のうちの２回目の露光又は転写により得られるパターンＤと、前記最終的に得られる試料上の描画データから分割したパターンＦとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置。
【００６０】
（２）複数回の露光又は転写に用いられるマスクの設計データを記憶する記憶手段と、
複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像のパターンと、記憶手段に予め記憶されたマスクの設計データとを表示する表示手段と、
記憶手段と表示手段に電気的に接続された演算制御手段を有し、
複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により得られるパターンＣと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンＤに分割し、
得られたＳＥＭ画像のパターンCと、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データとをパターンマッチングし、１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する１回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
前記ＳＥＭ画像のパターンＤと、予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データとをパターンマッチングし、２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに対する２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置。
【００６１】
（３）複数回の露光又は転写に用いられるマスクの設計データを記憶する記憶手段と、
複数回の露光又は転写により形成された試料をＳＥＭで観察し得られたＳＥＭ画像のパターンと、記憶手段に予め記憶されたマスクの設計データとを表示する表示手段と、
記憶手段と表示手段に電気的に接続された演算制御手段を有し、
複数回の露光又は転写によって得られる最終のパターンのＳＥＭ画像を、１回目の露光又は転写により形成されたパターンと、２回目の露光又は転写により形成されたパターンに分割し、
分割された各々のＳＥＭ画像と、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データに変換を施したデータとをパターンマッチングし、評価値を求め、当該評価値が最小になる変換を算出し、
１回目の露光又は転写により得られたパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンとのずれ量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置。
【００６２】
（４）前述の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置において、前記変換は、ｘ方向又はｙ方向の平行移動、回転移動、拡大もしくは縮小であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置。
【００６３】
（５）前述の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置において、前記変換は、ＳＥＭ画像と、変換を施したデータとのバイアスの２乗和または絶対値または絶対値の平均値であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置。
【００６４】
（６）前述の荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置において、予め記憶された１回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データ及び予め記憶された２回目の露光又は転写に用いた試料上の描画データは、前記マスクのパターンを縮小投影レンズによって予想されるシミュレーションデータであることを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置。
【００６５】
（７）試料に積層された多層膜のうちの下層のパターンに対する、１回目の露光又は転写により得られたパターンのずれ、又は、前記下層のパターンに対する、２回目の露光又は転写により得られたパターンのずれを算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のパターンマッチング装置。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】矩形の繰り返しパターンを露光又は転写する従来例を示す。
【図２】本発明によるパターン間のずれ測定装置を示す説明図。
【図３】設計データとＳＥＭ画像に関するパターン間のずれを示す。
【図４】従来のパターン間のずれ測定方法を示す。
【図５】従来の分割による、パターン間のずれ測定方法を示す。
【図６】図３に示した設計データのパターンと、そのパターンをＸ方向およびＹ方向にシフト（平行移動）した変換データを施した設計データのパターンと、その変換データを施した設計データに基づいて複数回露光または転写したパターンのＳＥＭ画像のパターンを夫々示す。
【図７】右斜め方向にシフトする方法を示す。
【図８】下層のパターンと、上層のパターンとのＳＥＭ画像のパターンのずれを測定する方法を示す。
【符号の説明】
【００６７】
１  露光装置
２  走査型電子顕微鏡
３  パターンマッチング装置
４  記憶手段
５  演算制御手段
６  表示手段
【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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