(57)【要約】【課題】半導体プロセスにおいて、パターンを平面的さらには立体的に捉え、その形状を評価する方法がなかった。【解決手段】評価対象のパターンの位置をＣＡＤデータ上で決定する手段と、上記決定した位置の実パターンの電子線像を得るための画像取得手段と、上記電子線像から実パターンのエッジ部に相当するホワイトバンドを抽出する手段と、ホワイトバンドとＣＡＤデータを重ね合わせて、実パターンのトップ部の二次元形状およびボトム部の二次元形状を評価する手段を備える。【選択図】  図１
2004228394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＡＤデータに従って半導体ウェーハ上に形成された実パターンの形状を評価するシステムであって、評価対象のパターンの位置をＣＡＤデータ上で決定する手段と、上記決定した位置の実パターンの電子線像を得るための画像取得手段と、上記電子線像から実パターンのエッジ部に相当するホワイトバンドを抽出する手段と、ホワイトバンドとＣＡＤデータを重ね合わせて、実パターンのトップ部の二次元形状およびボトム部の二次元形状を評価する手段を備えたことを特徴とする半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【請求項２】
ＣＡＤデータに従って半導体ウェーハ上に形成された実パターンの形状を評価するシステムであって、評価対象のパターンの位置をＣＡＤデータ上で決定する手段と、プロセス変動と評価対象パターンの形状変化との関係を関連づける手段と、上記電子線像から実パターンのエッジ部に相当するホワイトバンドを抽出する手段と、ホワイトバンドとＣＡＤデータを重ね合わせて、実パターンのトップ部の二次元形状およびボトム部の二次元形状を評価する手段と、前記プロセス変動と評価対象パターンの形状変化との関係に上記二次元形状の評価結果を照らし合わせることによってプロセス変動の変動量を推定することを特徴とする半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【請求項３】
前記評価対象パターンの位置をＣＡＤデータ上で決定する手段は、リソグラフィシミュレータを備え、プロセス変動を模擬したシミュレーションの結果、プロセス変動に対するマージンが所定の基準以下の部位を評価対象パターンの位置として選択することを特徴とする、請求項１から２記載の半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【請求項４】
前記プロセス変動を模擬したシミュレーションは、露光器の露光量変動、露光器のフォーカス変動、露光器の収差変動のいずれか、あるいは全てを備えることを特徴とする請求項３記載の半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【請求項５】
前記プロセス変動と評価対象パターンの形状変化との関係を関連づける手段は、リソグラフィシミュレータを備え、リソグラフィシミュレータ上でプロセスパラメータを変化させてパターン形状を計算することによって、プロセス変動とパターンの形状変化を関連づけることを特徴とする、請求項２記載の半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【請求項６】
前記プロセス変動と評価対象パターンの形状変化との関係を関連づける手段は、プロセス条件を変化させて実際にウェーハパターンを形成し、請求項１記載のパターン形状評価システムを用いてパターン形状を評価することによって、プロセス変動とパターンの形状変化を関連づけることを特徴とする、請求項２記載の半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【請求項７】
評価対象パターンの位置をＣＡＤデータ上で決定する手段は、リソグラフィシミュレータを備え、プロセス変動を模擬したシミュレーションの結果、プロセス変動に対するマージンが所定の基準以下の部位を評価対象パターンの位置として選択することを特徴とする、請求項１から２記載の半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【請求項８】
前記実パターンの二次元形状を評価する手段は、ＣＡＤパターンと実パターンとの差異を、パターンの移動量と、拡大または縮小量と、パターンの変形量の各項目を評価する手段を備えることを特徴とする請求項１から２記載の半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【請求項９】
前記パターンの変形量を評価する手段は、ＣＡＤパターンの頂点、返上に配置された評価ポイントに区切られた領域ごとにＣＡＤパターンと実パターンとの差異を比較する手段を備えることを特徴とする請求項１から２記載の半導体ウェーハのパターン形状評価システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハのパターン形状を評価するシステムに関し、半導体ウェーハの電子線像とＣＡＤデータとの比較によりパターン形状を評価するためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体プロセスにおいては、形成されたパターンが設計通りであるかを評価する手段として測長ＳＥＭが用いられ、ラインパターンの線幅や線幅間隔、ホールパターンの径などの寸法（ＣＤ）が測定され、寸法でパターン形状が評価されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスの微細化に伴い、露光波長以下のパターンを形成することが一般的に行われるようになってきている。変形照明、光近接効果補正などの超解像技術の導入が進んでいるが、プロセスマージンが減少は避けがたく、より厳密なプロセス管理が求められている。プロセス変動によるパターン形状の変化は、パターン側壁の傾斜（ダレ）、パターンの角の丸まりやくびれ、露光器の収差の変化によるパターンの変形など、パターンの寸法計測では捉えがたいものも含む。
上記従来の技術で述べたようなパターンの１次元的な扱いでは、こうしたパターン形状の変化を的確に計測することは困難である。パターンを平面的さらには立体的に捉え、その形状を評価する技術が求められている。
【０００４】
本発明の目的は、ウェーハ上に形成されたパターンの２次元的な形状変化を定量評価することができるパターン形状評価システムを提供することにある。
【０００５】
また、本発明の他の目的は、上記パターンの２次元的な形状評価と共に、パターンの３次元的な形状変化である側壁の傾斜度合いを合わせて評価するシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を備えたシステムとして構成されるようにしたものである。
（１）評価対象のパターンの位置をＣＡＤデータ上で決定する手段。
（２）上記決定した位置の実パターンの電子線像を得るための画像取得手段。
（３）上記電子線像から実パターンのエッジ部に相当するホワイトバンドを抽出する手段。
（４）ホワイトバンドとＣＡＤデータを重ね合わせて、実パターンのトップ部の二次元形状およびボトム部の二次元形状を評価する手段。
【０００７】
また、実パターンの形状評価結果からプロセス変動を推定するために、上記の（１）〜（４）に加えて、以下の（５）、（６）の手段を備えるようにしたものである。
（５）プロセス変動と評価対象パターンの形状変化との関係を関連づける手段。
（６）上記（４）の形状評価結果を、上記（５）の関係に照らし合わせることによってプロセス変動の変動量を推定する手段。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
本発明第１の実施の形態に係る、半導体ウェーハの形状評価のフローを図１に、形状評価のシステムの構成を形状評価のためのデータのやりとりを図２に示す。図１の各処理内容と図２の各処理ブロックには共通の番号（ＳＴ１〜ＳＴ１０）を付した。
【０００９】
ＳＴ１〜ＳＴ４はパターン形状を評価するのに必要な前処理であり、オフラインにて予め実施しておくステップである。ＳＴ５〜ＳＴ８は測長ＳＥＭなどによりホットスポットの高倍率のＳＥＭ像を取得するステップである。ＳＴ９〜ＳＴ１０は、高倍率のＳＥＭ像とＣＡＤデータを重ね合わせる琴似より、パターン形状を評価するステップである。
【００１０】
（ＳＴ１）パターン形状を評価するウェーハのＣＡＤデータおよびリソグラフィ条件（露光波長、露光器のレンズのＮＡ、コヒーレンシー、膜材料の屈折率など）をシミュレータに入力する。シミュレータとしてはＳｏｌｉｄ−Ｃ、Ｐｒｏｌｉｔｈなど市販のリソグラフィシミュレータを用いることができる。
【００１１】
（ＳＴ２・ＳＴ３）適正なプロセス条件下、および、考え得るプロセス変動（露光量変動、フォーカス変動、収差変動など）条件下におけるレジスト形状をシミュレーションし、プロセス変動に対する形状変化量が大きい、すなわち、プロセスマージンが小さい部位であるホットスポットを決定する。図３（ａ）がＣＡＤデータであり、図３（ｂ）の網点で示したようなレジスト形状がシミュレーションの結果得られたとすると、形状の変化量が多い○印を付した部位がホットスポットとなる。
【００１２】
（ＳＴ４）ＣＡＤデータ上に形状を評価するための基準となる評価ポイントを配置し、評価ポイントの位置を記憶する。図３（ｃ）において菱形で示したマークが評価ポイントである。配置する位置は、図３（ｃ）のようにＣＡＤパターンの頂点、および、返上を適当なピッチ（例えば最小パターン幅相当のピッチ）で分割する位置とする。
【００１３】
（ＳＴ５・ＳＴ６）ＳＴ３で決定した位置に測長ＳＥＭのステージを移動させて、ホットスポット部の低倍率のＳＥＭ像を取得する。
【００１４】
（ＳＴ７）低倍率のＳＥＭ像（図４（ａ））に対して、エッジ検出により輪郭線を抽出し（図４（ｂ））、これとＣＡＤデータのパターンマッチングを行う（図４（ｃ））。
【００１５】
（ＳＴ８）パターンマッチングで判明するホットスポット部の位置に限定して高倍率のＳＥＭ像を取得する（図４（ｄ））。なお、低倍率のＳＥＭ像を用いてＣＡＤデータとマッチングするのは、個々のパターン形状の変化に対するＣＡＤデータの合わせ込みを防ぐためである。
【００１６】
（ＳＴ９）高倍率のＳＥＭ像（図５（ａ））に対して、平滑化フィルタ処理を施すなどして画像のノイズを提言した後（図５（ｂ））、実パターンの側壁部に相当するホワイトバンド輪郭線を抽出する（図５（ｃ））。輪郭線を抽出する方法は、パターン内部、背景、ホワイトバンド部を３値化処理により分離してもよいし、通常のエッジ検出処理により、パターンの明るさが急峻に変化するポイントを検出するようにしてもよい。
【００１７】
（ＳＴ１０）得られたホワイトバンドの輪郭線をＣＡＤデータと比較することにより、パターン形状を評価する。比較の手順を図６、図７にて説明する。図６（ａ）の左図に於いて、長方形の実線がＣＡＤデータ、楕円の破線がホワイトバンドの外側輪郭線とする。図６（ｂ）のようにＣＡＤデータ、および、ホワイトバンドの輪郭線に対して外接する長方形を当てはめ（ＣＡＤデータはこの場合長方形なので、ＣＡＤデータそのものとなる）、長方形の対角線の交点間の距離ｘ１―ｘ０をｘ方向の移動量、ｙ１―ｙ０をｙ方向の移動量、長方形の辺の長さの比Ｗｘ１／Ｗｘ０をｘ方向のパターン縮小率、Ｗｙ１／Ｗｙ０をｙ方向のパターン縮小率とする。パターンの移動量、縮小率に基づきＣＡＤデータを変形すると、図６（ｂ）のように、ＣＡＤデータは概ねホワイトバンドの輪郭線に密着する。パターンの変形量は図７（ｂ）のように、各評価ポイントとホワイトバンドの輪郭線の距離Ｒ２（ＣＡＤデータ上、評価点を通る垂線とホワイトバンドの輪郭線との交点と評価点との距離。評価点が頂点上の場合は頂角の２等分線とホワイトバンドの輪郭線との交点）をパターンの変形量の指標とするか、あるいは、図７（ｃ）のように、ホワイトバンドの輪郭線上に投影された評価ポイント間を関数で近似し、関数そのものを変形量の指標とする。例えば、ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃという２次式で近似したならば、ａ、ｂ、ｃの３個のパラメータがパターン変形量の指標となる。ホワイトバンドの輪郭線はエッジラフネスの影響などで実際には図７（ｂ）のようにギザギザしているため、適当な関数を当てはめた方が安定した指標となる効果がある。
【００１８】
図８にホワイトバンド内側、外側の輪郭線を用いる意味を示す。図８（ａ）と（ｂ）を比較すると、（ａ）の方がホワイトバンドの幅が広いが、これは側壁の傾斜がよりなだらか（ダレている）であることを示している。外側輪郭線のみを用いたのでは、側壁傾斜の変化を捉えることができないが、内側輪郭線も用いるようにすれば、それが可能となる。図６、図７に示したのと同様の処理を内側輪郭線に対して実施してもよいし、あるいは、図８（ｄ）のように、評価ポイントにおけるホワイトバンド幅ｒ２を合わせて算出するようにしても良い。
【００１９】
本実施の形態による半導体ウェーハのパターン形状評価システムを用いて半導体プロセスをモニタする場合、図９のように、ホットポイントの形状の変化をパターンの移動量、拡大縮小量、パターン変形度という多数の指標でモニタすることができるため、従来よりも厳密なプロセスモニタが可能となる。従来は寸法のみをモニタしていたため、基本的に露光器の露光量の変化によるパターン形状変化しか捉えられなかったが、本発明によれば、露光器のフォーカスの変化や、収差の変化を検出することが可能となる。
（第２の実施の形態）
本発明第１の実施の形態に係る、半導体ウェーハの形状評価のフローを図１０に示す。
【００２０】
第２の実施の形態では、予め、プロセス変動と評価対象パターンの形状変化との関係を調べておくことにより（ＳＴ１１）、実パターンの形状評価結果から、どういったプロセス変動が生じているかの推定を行う（ＳＴ１２）。
【００２１】
プロセス変動と評価対象パターンの形状変化との関係は、プロセスパラメータ値を振ってシミュレーションした結果を用いても良いし、実際にプロセス条件を振ってウェーハパターンを作成し、できたパターンの形状を計測した結果を蓄えるようにしてもよい。
【００２２】
なお、本発明によるパターン形状評価システムは、上記のようにプロセス変動モニタに用いる他、光近接効果補正（ＯＰＣ）の検証、リソグラフィーシミュレータの実プロセスへの合わせ込み、プロセスの条件出しにも有効であることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、パターンを平面的さらには立体的に捉え、パターン形状を定量化することが可能となる。本発明によるパターン形状評価システムを半導体プロセスに適用すれば、より厳密なプロセス変動モニタが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施の形態に係る、半導体ウェーハの形状評価のフロー。
【図２】本発明第１の実施の形態に係る、半導体ウェーハの形状評価システムの構成。
【図３】ホットスポットの説明図。
【図４】画像取得の処理手順を説明する図。
【図５】ホワイトバンドの輪郭線の説明図。
【図６】形状評価方法の説明図。
【図７】形状評価方法の説明図の続き。
【図８】形状評価方法の説明図の続き。
【図９】本発明の半導体プロセス変動モニタへの利用を示す図。
【図１０】本発明第２の実施の形態に係る、半導体ウェーハの形状評価のフロー。
【符号の説明】
ＳＴ１〜ＳＴ１２  パターン形状評価のステップ。
【図１】
2004228394.tif 000003
【図２】
2004228394.tif 000004
【図３】
2004228394.tif 000005
【図４】
2004228394.tif 000006
【図５】
2004228394.tif 000007
【図６】
2004228394.tif 000008
【図７】
2004228394.tif 000009
【図８】
2004228394.tif 000010
【図９】
2004228394.tif 000011
【図１０】
2004228394.tif 000012