(57)【要約】【課題】高い信頼性および精度での測定を可能にする。【解決手段】実施形態のパターン形状計測方法によれば、計測対象パターンについて複数の形状モデルが作成され、形状モデル判別用の第１の光学条件と形状計測用の第２の光学条件とが決定され、前記複数の形状モデルから前記計測対象パターンの形状計測に最適の形状モデルが選択され、第２および第３の波形のフィッティングにより前記計測対象パターンの形状が算出される。前記第１および第２の光学条件は、前記複数の形状モデルについて複数の光学条件下で得られる第１の波形から決定される。前記最適の形状モデルは、前記第１の波形の特徴量を用いて選択される。前記第２の波形は、選択された形状モデルについて寸法を順次変更しながらそれぞれの寸法に対応して取得される。前記第３の波形は前記第２の光学条件下で前記計測対象パターンに光を照射して取得される。【選択図】図１
2013200180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し周期を有する計測対象パターンについて、製造プロセスに起因する形状変化を予測して複数の形状モデルを作成する工程と、
前記複数の形状モデルについて複数の光学条件下で得られる第１の波形を取得し、該第１の波形から形状モデル判別に好適な第１の光学条件と、形状計測に好適な第２の光学条件とを決定する工程と、
前記第１の波形の特徴量を用いて前記複数の形状モデルから前記計測対象パターンの形状計測に最適の形状モデルを選択する工程と、
選択された形状モデルについて寸法を順次変更しながらそれぞれの寸法に対応する第２の波形を取得する工程と、
前記第２の光学条件下で前記計測対象パターンに光を照射して第３の波形を取得する工程と、
前記第１の光学条件下で前記計測対象パターンに光を照射して第４の波形を取得する工程と、
前記第３の波形と前記第２の波形とのフィッティングにより前記計測対象パターンの形状を算出する工程と、
を備え、
前記第１の光学条件は、所定の波長帯域の全てに亘って前記複数の形状モデル間で前記第１の波形の差異が生ずる光学条件であり、
前記第２の光学条件は、各形状モデルの寸法を変動させた場合に前記所定の波長帯域の全てに亘って前記第１の波形の差異が各形状モデルについて生ずる光学条件であり、
前記特徴量は、任意の波長帯域における前記第１の波形のピーク値であり、
前記最適の形状モデルは、前記任意の波長帯域における前記第４の波形のピーク値と、前記第１の波形のピーク値との比較により選択される、
パターン形状計測方法。
【請求項２】
繰り返し周期を有する計測対象パターンについて、複数の形状モデルを作成する工程と、
前記複数の形状モデルについて複数の光学条件下で得られる第１の波形を取得し、該第１の波形から形状モデル判別に用いられる第１の光学条件と、形状計測に用いられる第２の光学条件とを決定する工程と、
前記第１の波形の特徴量を用いて前記複数の形状モデルから前記計測対象パターンの形状計測に最適の形状モデルを選択する工程と、
選択された形状モデルについて寸法を順次変更しながらそれぞれの寸法に対応する第２の波形を取得する工程と、
前記第２の光学条件下で前記計測対象パターンに光を照射して第３の波形を取得する工程と、
前記第３の波形と前記第２の波形とのフィッティングにより前記計測対象パターンの形状を算出する工程と、
を備えるパターン形状計測方法。
【請求項３】
前記第１の光学条件下で前記計測対象パターンに光を照射して第４の波形を取得する工程をさらに備え、
前記特徴量は、任意の波長帯域における前記第１の波形のピーク値であり、
前記最適の形状モデルは、前記任意の波長帯域における前記第４の波形のピーク値と、前記第１の波形のピーク値との比較により選択されることを特徴とする請求項２に記載のパターン形状計測方法。
【請求項４】
前記第１の光学条件は、所定の波長帯域の全てに亘って前記複数の形状モデル間で前記第１の波形の差異が生ずる光学条件であることを特徴とする請求項２または３に記載のパターン形状計測方法。
【請求項５】
前記第２の光学条件は、各形状モデルの寸法を変動させた場合に前記所定の波長帯域の全てに亘って前記第１の波形の差異が各形状モデルについて生ずる光学条件であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のパターン形状計測方法。
【請求項６】
繰り返し周期を有する計測対象パターンに光を照射して計測波形を取得する計測波形取得手段と、
前記計測対象パターンについて得られた複数の形状モデルについて複数の光学条件下で得られる第１の波形を取得し、該第１の波形から形状モデル判別に用いられる第１の光学条件と、形状計測に用いられる第２の光学条件とを決定する光学条件決定手段と、
前記第１の波形の特徴量を用いて前記複数の形状モデルから前記計測対象パターンの形状計測に最適の形状モデルを選択する形状モデル選択手段と、
選択された形状モデルについて寸法を順次変更しながらそれぞれの寸法に対応する第２の波形を取得し、前記第２の光学条件下で前記計測対象パターンに光を照射して取得された第３の波形と前記第２の波形とのフィッティングにより前記計測対象パターンの形状を算出する形状算出手段と、
を備えるパターン形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形状計測装置およびパターン形状計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスでの形状計測方法として、スキャタロメトリ（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）と呼ばれる技術がある。この測定方法は、繰り返し周期を有する計測対象パターンについて、その形状変化をシミュレーションにより予測して理論波形を予め取得しておき、計測対象パターンに実際に光を照射して得られた信号波形と、理論波形とをフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）することにより、測定対象パターンの３次元形状を求める手法である。この手法は、非破壊、高スループット、高精度で断面計測ができるため、配線幅や高さなどの形状計測を行う手法として近年特に注目されている。
【０００３】
スキャタロメトリは、測定を実行する前に、形状モデルの作成を必要とする。形状モデルは断面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等から得られた実画像等を参考にしつつ、主に、四角、台形等を組み合わせて作成する（図２参照）。そのモデルを元に、マックスウェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）方程式から光学的振る舞いを解いた理論波形を作成する。計測する場合は、計測波形と理論波形との一致率が最も高くなるように、形状モデルを構成する各パーツの寸法、高さ等のパラメータ（以下、「構成パラメータ」という）を漸次変更していき、計測波形と理論波形の差が最も小さくなった時の各数値を測定値として出力する。
【０００４】
この一方、フィッティングを簡素化する手法として、ライブラリ法がある。理論波形を必要とする点は、上述した形状モデルを個別に作成する方法と同じだが、ライブラリ法では、事前に想定されるあらゆる理論波形を作成してライブラリとして保有しておく点が異なる。そして、計測時にライブラリの中から最適な波形を抽出することにより、フィッティングにかかるシミュレーション時間を短縮することができる。
【０００５】
このように、スキャタロメトリにおいては最初の形状モデル作成が重要になる。半導体装置の製造プロセスにおいて、成膜装置や、エッチング（Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置等の製造装置の変更や製造条件の変更は多々あり、それに伴ってパターン形状の変化が当然に起こり得る。特に、被計測箇所が、それとは異なる箇所の形状変化の影響を被って誤った数値を出す問題は多々ある。この形状変化が、スキャタロメトリの形状モデルの想定の範囲内であれば、問題なく計測可能であるが、想定以上に変化した場合は、形状モデルが追従できなくなり、間違った数値を出力してしまことになる。
【０００６】
その対処法として、再度、断面ＳＥＭ画像等を元に形状モデルを組みなおす必要がある。
【０００７】
しかしながら、その場合は可変パラメータが多くなり、解の候補が複数存在してしまい、間違った数値を出力し、却って再現性の低下を招く可能性があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３４４０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、製造プロセス変更に伴って想定以上にパターンの形状が変化した場合であっても高い信頼性および精度での測定を可能にするパターン形状計測装置およびパターン形状計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態のパターン形状計測方法は、繰り返し周期を有する計測対象パターンについて複数の形状モデルを作成する工程と、形状モデル判別に用いられる第１の光学条件と形状計測に用いられる第２の光学条件とを決定する工程と、前記複数の形状モデルから前記計測対象パターンの形状計測に最適の形状モデルを選択する工程と、第２および第３の波形を取得する工程と、第２および第３の波形のフィッティングにより前記計測対象パターンの形状を算出する工程とを持つ。前記第１および第２の光学条件は、前記複数の形状モデルについて複数の光学条件下で得られる第１の波形から決定される。前記最適の形状モデルは、前記第１の波形の特徴量を用いて選択される。前記第２の波形は、選択された形状モデルについて寸法を順次変更しながらそれぞれの寸法に対応して取得される。前記第３の波形は前記第２の光学条件下で前記計測対象パターンに光を照射して取得される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１による形状計測装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】形状モデルの作成方法を説明する図。
【図３】プロセス変動前に想定された形状モデルおよび近似形状の一例を示す図。
【図４】プロセス変動後に想定された形状モデルおよび近似形状の一例を示す図。
【図５】実施形態１によるパターン形状計測方法で使用される形状モデルの一例を示す図。
【図６】実施形態１によるパターン形状計測方法で使用される形状モデルの他の一例を示す図。
【図７】実施形態１によるパターン形状計測方法の基本フローを示すフローチャート。
【図８】光学条件の決定方法の具体的手順を示すフローチャート。
【図９】形状測定の具体的手順を示すフローチャート。
【図１０】図５に示す近似形状に寸法を規定した一例を示す図。
【図１１】図６に示す近似形状に寸法を規定した一例を示す図。
【図１２Ａ】図５および図６に示す形状モデルについて垂直方向に光を入射して得られる理論波形の一例を示すグラフ。
【図１２Ｂ】図５および図６に示す形状モデルについて垂直方向に光を入射して得られる理論波形の一例を示すグラフ。
【図１３Ａ】図５に示す形状モデルについて所望の計測寸法を変動させた場合の理論波形の一例を示す図。
【図１３Ｂ】図５に示す形状モデルについて所望の計測寸法を変動させた場合の理論波形の一例を示す図。
【図１４Ａ】図６に示す形状モデルについて所望の計測寸法を変動させた場合の理論波形の一例を示す図。
【図１４Ｂ】図６に示す形状モデルについて所望の計測寸法を変動させた場合の理論波形の一例を示す図。
【図１５Ａ】図５および図６に示す形状モデルについて水平方向に光を入射して得られる理論波形の一例を示すグラフ。
【図１５Ｂ】図５および図６に示す形状モデルについて水平方向に光を入射して得られる理論波形の一例を示すグラフ。
【図１６Ａ】図５に示す形状モデルについて所望の計測寸法を変動させた場合の理論波形の一例を示す図。
【図１６Ｂ】図５に示す形状モデルについて所望の計測寸法を変動させた場合の理論波形の一例を示す図。
【図１７Ａ】図６に示す形状モデルについて所望の計測寸法を変動させた場合の理論波形の一例を示す図。
【図１７Ｂ】図６に示す形状モデルについて所望の計測寸法を変動させた場合の理論波形の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。各図において同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。また、以下の実施の形態では、リソグラフィ工程やエッチング工程等の半導体装置の製造工程で作成される微細パターンを計測する場合を取り上げて説明するが、本発明はこの場合に限定されるものでは決してなく、例えば、液晶パネル製造工程等他の様々な産業分野におけるパターン評価全般に適用可能である点に留意されたい。本明細書において、「パターン」は実際の製品を構成するものに限らず、製造工程で作成された後に除去されるレジストパターンを含む。
【００１３】
（Ａ）パターン形状計測装置の実施形態
図１は、実施形態１による形状計測装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示す形状計測装置は、分光エリプソメトリタイプのスキャタロメトリ装置であり、光源１と、偏光子２と、ステージＳと、検光子４と、分光器５と、検出器６と、検出信号処理部７と、光学系制御部８と、制御コンピュータ９と、形状算出部１０と、光学条件決定部１１と、メモリＭＲ１〜ＭＲ３と、を備える。
【００１４】
光源１は、白色光を発光する。ステージＳは、光学系制御部８から制御信号が与えられたアクチュエータ（図示せず）が行う並進運動および回転運動（ψ方向）によりウェーハ３を移動する。ウェーハ３の表面には、任意のパターンをウェーハ３上に実際に作成して得られた計測対象としてのパターンＴＰが作成されている。
【００１５】
図１に示すパターンＴＰは、互いに直交する２方向にそれぞれ所定のピッチで配置された矩形パターンの一例であるが、このようなパターンに限ることなく、繰り返し周期を有するものであれば、ライン・アンド・スペースパターンや、一方向もしくは互いに直交する２方向に所定ピッチで配置された穴パターン、または、穴パターン、矩形パターンおよびラインパターンの少なくともいずれかが混在するパターンも本実施形態において形状測定の対象となり得る。
【００１６】
光源１から出射した白色光は、偏光子２を介して角度θの入射角でパターンＴＰに入射する。パターンＴＰで反射した光は検光子４を介して分光器５により分光され、検出器６で検出される。検出器６は、パターンＴＰの実際の分光波形の信号を出力し、検出信号処理部７へ与える。検出信号処理部７は、検出器６の出力信号から計測波形データを生成してメモリＭＲ２に記憶させる。
【００１７】
本実施形態において、光源１、偏光子２、ステージＳ、検光子４、分光器５、検出器６、検出信号処理部７、および光学系制御部８は、例えば計測波形取得手段に対応する。
【００１８】
光学条件決定部１１は、メモリＭＲ３から検査対象パターンＴＰに関する複数の形状モデルに関するデータを取り出し、シミュレーションにより複数の光学条件下で各形状モデルについて波形を取得し、得られた波形から形状モデル判定用の光学条件と形状計測用の光学条件とを決定し、取得した波形とともに制御コンピュータ９へ与える。
【００１９】
コンピュータ９は、光学条件決定部１１から与えられた光学条件のデータと、光学条件決定の際に用いた波形の特徴量とを用いて最適の形状モデルを選択し、メモリＭＲ１に格納された各形状モデル毎のレシピから最適の形状モデルのレシピを取り出して形状算出部１０に与える。制御コンピュータ９は、本実施形態において例えば形状モデル選択手段に対応する。
【００２０】
形状算出部１０は、制御コンピュータ９を介して検出信号処理部７から検査対象パターンＴＰの計測用波形を与えられ、最適形状モデルの構成パラメータを順次に変更しながらシミュレーションにより各パラメータ毎の理論波形、または理論波形の集まりであるライブラリを取得し、計測用波形との間でフィッティングを行って検査対象パターンＴＰの形状を算出し、算出結果を出力する。
【００２１】
以下、図１に示すパターン形状計測装置を用いたパターン形状計測方法について図面を参照しながらより具体的に説明する。
【００２２】
（１）理論波形またはライブラリの準備
スキャタロメトリにて計測する場合、理論波形の事前作成が必要である。この理論波形を作成するために、まず、実際に作成した計測対象パターンＴＰを撮像した画像（以下、「実画像」という）を元にした形状モデルを組み立てる必要がある。形状モデルは、例えば図２に示すように、実画像を元に主として四角や台形等の簡易な形状を組み合わせて作成する。そして、その形状モデルに光を照射した場合の光学的振る舞いをマックスウェル方程式から解くことで理論波形が作成される。理論波形の計算は、ＲＣＷＡ法（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｗａｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）またはＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）で可能であるが、パターンの周期性が必要なスキャタロメトリでは、計算時間が短いＲＣＷＡを使用することが多い。
【００２３】
（２）形状モデルの準備
以下では、製造工程の中途でプロセス装置が変更され、これに起因して想定以上にパターン形状が変化した場合の形状測定について説明する。
【００２４】
プロセス装置の変更前は、例えば図２のような形状モデルを想定していたが、プロセス装置の変更から、例えば図３や図４のような形状も発生する可能性があると、これらの形状をもモデルに含む形状計測の必要が生じる。この場合、図３の形状については、図２の形状モデルで台形２の下辺の寸法を変えてマッチングを行えば、計測可能である。しかしながら、図４の場合は、マッチング不可能である。図４の形状モデルについてもマッチングする場合は台形１〜３および四角１でモデリングする必要がある。このように、モデルを組み直せば計測自体は可能であるが、非常に手間の掛かる作業となる。
【００２５】
そのため、事前に変化を予測し、形状を細かくし、如何なる変化にも追従出来るように形状モデルを組む方法もある。例えば図２の形状から出発して図４の形状まで事前に予測し、モデルを組んでおけば、図３および図４の形状も計測可能であるが、その場合は可変パラメータが多くなり、解の候補が複数存在してしまい、間違った数値を出力する可能性が高くなる。
【００２６】
本実施形態では、一例として、例えば、元々図５の形状モデルＡの形状を想定して作成されていたが、プロセス装置の変更により、図６に示す形状モデルＢの形状も混在するようになるプロセスを取り挙げる。
【００２７】
まず、図５の近似形状ＣＦＡに対し、図１０に示すように寸法を規定する。また、図６の近似形状ＣＦＢに対し、図１１に示すように寸法を規定する。ここで、本例のプロセスにおいて、プロセス管理を行いたい寸法をＣＤ２とする。本実施形態において、これらの形状モデルＡ，Ｂ、および近似形状ＣＦＡ，ＣＦＢおよびそれぞれの寸法は、予め作成・規定されてメモリＭＲ２に格納される。
【００２８】
（３）光学条件の決定
光学条件決定部１１は、メモリＭＲ２から形状モデルＡ，Ｂに関するデータを取り込み、シミュレーションを用いた理論波形の作成・分析により、以下の方法で形状モデル判別用の光学条件と、形状計測用の光学条件を決定する。
【００２９】
本実施形態では、形状計測に際していずれの形状モデルを採用すべきかの判定基準としてレシピ判別用波形を用いる。そして、レシピ判別用波形についてどのような光学条件下で取得することが適切かを選択する必要がある。レシピ判別用波形については後に詳述する。
【００３０】
本実施形態では光学条件として、光Ｌｉの検査対象パターンＴＰに対する入射方向とその波長を取り挙げる。プロセス装置に応じて、入射偏光角、結像偏光角、配線に対する角度、平面方向の入射角等を考慮する必要があるが、それらに対しても、下記手順と同様に行えば良い。
【００３１】
光Ｌｉの入射方向として、検査対象パターンＴＰに対して任意の角度を取ることができるが、ここでは説明を簡明にするため、検査対象パターンＴＰに対して９０°（垂直）及び０°（平行）について、シミュレーションした。
【００３２】
まず、光Ｌｉの入射方向を検査対象パターンＴＰに対し垂直に入射した場合の形状モデルＡ（図５参照）での理論波形をシミュレーションで求める。同様にして形状モデルＢ（図６参照）について、その理論波形をシミュレーションにより求める。そして、これらの理論波形をグラフにプロットする。図１２Ａおよび図１２Ｂは、これらの理論波形のグラフである。本実施形態のスキャタロメトリ装置は分光エリプソメトリタイプなので、理論波形としては、波長に対する強度比を表すグラフ（図１２Ａ）と、波長に対する位相差を表すグラフ（図１２Ｂ）の２つが得られる。図１２Ａおよび図１２Ｂにより、形状モデルＡと形状モデルＢの理論波形を相互に比較すると、いずれの理論波形ともに、２５０ｎｍ〜約２８０ｎｍの波長においては理論波形に差異が見られず、この一方、約２８０ｎｍ以上の波長においては、理論波形が異なっていることが分かる。
【００３３】
次に、所望の構成パラメータ、本実施形態ではＣＤ２（図１０、図１１参照）について、その寸法変化時の理論波形を作成して相互比較を行う。形状モデルＡにおいて、図１０のＣＤ２を基準値から±５ｎｍ変えた場合について、シミュレーションした結果の例を図１３Ａ、図１３Ｂに示す。図１３Ａは波長に対する強度比を表すグラフであり、図１３Ｂは波長に対する位相差を表すグラフである。また、形状モデルＢについても、同様に、ＣＤ２を基準値から±５ｎｍ変えた場合について、シミュレーションした結果の例を図１４Ａ、図１４Ｂに示す。図１４Ａは波長に対する強度比を表すグラフであり、図１４Ｂは波長に対する位相差を表すグラフである。
【００３４】
図１３Ａ乃至図１４Ｂから、２５０ｎｍ〜７５０ｎｍの全波長域において理論波形に差異が見られ、理論波形間で目視確認できないほど差異が小さい波長域が存在しないことが分かる。このことから、検査対象パターンＴＰに対して垂直な入射方向では、形状モデルＡと形状モデルＢのいずれかを選択すべきかを判別することが困難であることが分かる。この一方、ＣＤ２の寸法変化に対し、理論波形が大きく異なることから、計測感度は高いと言える。
【００３５】
次に、光の入射方向を配線に対し平行に入射した時、形状モデルＡ，Ｂの理論波形をシミュレーションした。その結果を図１５Ａ、図１５Ｂに示す。図１５Ａは波長に対する強度比を表すグラフであり、図１５Ｂは波長に対する位相差を表すグラフである。図１５Ａ，図１５Ｂから、位相差の理論波形の方が強度比の波形よりも形状モデル間で差異が大きいことが分かる。また、形状モデルＡについて、ＣＤ２を基準値から±５ｎｍ変えた場合について、シミュレーションした結果を図１６Ａ、図１６Ｂに示す。また、形状モデルＢについても、同様にＣＤ２を基準値から±５ｎｍ変えた場合について、シミュレーションした結果を図１７Ａ、図１７Ｂに示す。図１６Ａおよび図１７Ａは、波長に対する強度比を表すグラフであり、図１６Ｂおよび図１７Ｂは、波長に対する位相差を表すグラフである。
【００３６】
図１５Ａ乃至図１６Ｂから考察すると、ＣＤ２の寸法変動に対しは鈍感である一方、形状モデルＡと形状モデルＢとでほとんど全ての波長域に亘って波形の差があり、すなわち理論波形に差異が見られないのは、図１６Ｂおよび図１７Ｂの波長に対する位相差の波形のうち２５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長域の波形であることが分かる。
【００３７】
このことから、図１５Ｂに示す位相差の波形のうち２５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長域でのピーク強度から形状モデルＡと形状モデルＢのどちらが形状計測に適切であるかを判別することができる。ただし、ＣＤ２の寸法変化に対応した波形の変化（図１６Ａ乃至図１７Ｂ）が、配線に垂直に入射した場合（図１３Ａ乃至図１４Ｂ）に比べて小さいことから、計測感度は低いと言える。
【００３８】
以上の分析から、レシピ判別用基準波形としては検査対象パターンＴＰに対して平行に入射して得られる位相差の波形（図１５Ｂ）を用い、計測用波形としては、検査対象パターンＴＰに対して垂直に入射して得られる強度比・位相差の波形（図１３Ａ乃至図１４Ｂ）を用いると良いことが分かった。本実施形態において、図１２Ａ乃至図１７Ｂに示す理論波形は例えば第１の波形に対応し、検査対象パターンＴＰに対して平行に光を入射することは例えば第１の光学条件に対応し、検査対象パターンＴＰに対して垂直に光を入射することは例えば第２の光学条件に対応する。
【００３９】
（４）形状モデルの選択
制御コンピュータ９は、光学条件決定部１１から、形状モデル判定用の光学条件のデータと形状計測用の光学条件のデータとを与えられ、制御信号を生成して光学系制御部８に与える。光学系制御部８は制御コンピュータ９からの制御信号に基づいて形状計測装置の光学系を制御し、レシピ判定用信号と計測用信号を出力させ、制御コンピュータ９に供給させる。
【００４０】
より具体的には、最初に検査対象パターンＴＰに対し、光源１から垂直に光Ｌｉを入射させ、その反射光Ｌｏの計測波形を取得する。次に、図示しないアクチュエータにステージＳを９０°回転させ、光源１から検査対象パターンＴＰに対し平行に光Ｌｉを入射させ、その反射光Ｌｏの計測波形（レシピ判別用実測波形）を取得する。制御コンピュータ９は、レシピ判別用実測波形について波長に対する位相差の波形を作成し、レシピ判別用基準波形からレシピ判別用実測波形により近接した波形の形状モデルのレシピを選択する。
【００４１】
本実施形態ではレシピ判別用実測波形で２５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長域でのピーク強度を算出する。そして、そのピーク強度が０．５以上であれば、形状モデルＡを採用し、０．５未満であれば、形状モデルＢを採用する。このように採用モデルが決まったら、対応するレシピをメモリＭＲ２から引き出し、計測用波形のデータと共に形状算出部１０に与える。本実施形態において、計測用波形は例えば第３の波形に対応し、レシピ判別用実測波形は例えば第４の波形に対応する。
【００４２】
（５）フィッティングおよび形状計測
形状算出部１０は、制御コンピュータ９により選択された形状モデルの構成パラメータ（台形の形状や角度等）のうち狙いのパラメータを順次に変更しながらシミュレーションにより各パラメータ毎の理論波形を取得し、計測用波形との間でフィッティングを行う。各パラメータ毎の理論波形は本実施形態において例えば第２の波形に対応する。
【００４３】
計測用波形と理論波形とのフィッティングは、事前に設定した初期値と計測データとを重ね合わせるところから開始する。通常、開始段階から両者に差が生じるが、理論波形の形状モデルの構成パラメータを変えていき、随時計測波形と比較し、両者間の差が小さくなるようにしていく。最終的に、最も差が小さくなった場合の各構成パラメータの数値を出力する。上述した例ではＣＤ２の値を変更しながらフィッティングを行って検査対象パターンＴＰの形状を算出し、算出結果を出力する。
【００４４】
以上述べた実施形態１の形状計測装置によれば、複数の形状モデルについて複数の光学条件下で得られる波形から形状モデル判定用の光学条件と形状計測用の光学条件とを決定する光学条件決定部１１と、得られた波形の特徴量を用いて前記複数の形状モデルから計測対象パターンの形状計測に最適の形状モデルを選択する制御コンピュータ９とを備えるので、製造プロセス変更に伴って想定以上にパターンの形状が変化した場合であっても高い信頼性および精度でパターン形状を測定することが可能になる。
【００４５】
（Ｂ）パターン形状計測方法の実施形態
図７は、本実施形態のパターン形状計測方法の基本フローを示す。まず、製造プロセスに起因する形状変化を予測して複数の形状モデルを作成し、最適の形状モデルを選択するための光学条件を決定し（ステップＳ１０）、続いて、得られた光学条件で最適の形状モデルを選択し、対応する測定レシピを操作する（ステップＳ２０）ことにより形状計測を行う。  
図８は、光学条件決定（図７、ステップＳ１０）のためのより具体的な手順を示すフローチャートである。  
まず、光学条件１の下で各形状モデル、本実施形態では形状モデルＡおよび形状モデルＢの理論波形を作成し（ステップＳ１１、Ｓ１２）、それぞれの理論波形を比較する（ステップＳ１３）。これらの理論波形の作成は順次に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
【００４６】
次に、光学条件２の下で形状モデルＡおよび形状モデルＢの理論波形を改めて作成し（ステップＳ１４、Ｓ１５）、それぞれの理論波形を比較する（ステップＳ１６）。第１の光学条件の場合と同様、これらの理論波形の作成についても順次に行っても同時に行ってもよい。
【００４７】
次いで、光学条件１の下の形状モデルＡおよび形状モデルＢの理論波形と、光学条件２の下の形状モデルＡおよび形状モデルＢの理論波形とを相互に比較検討する（ステップＳ１７）ことにより、レシピ判別用波形に好適な光学条件（レシピ判別用光学条件）を選択し（ステップＳ１８）、さらに、形状計測に好適な光学条件（形状計測用光学条件）を選択する（ステップＳ１９）。ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１４およびＳ１５で得られた理論波形は、本実施形態において例えば第１の波形に対応する。
【００４８】
図９は、測定レシピを操作する（図７、ステップＳ２０）方法の具体的手順を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、計測対象パターンについて、図８のステップＳ１９により選択された形状計測用光学条件でスキャタロメトリ装置を作動させ、計測波形を取得する。上述した例では検査対象パターンＴＰに対して垂直に光Ｌｉを入射させた時の位相差の波形を取得する。この位相差の波形は、本実施形態において例えば第３の波形に対応する。
【００５０】
次いで、図８のステップＳ１８により選択されたレシピ判別用光学条件でスキャタロメトリ装置を作動させ、レシピ判別用実測波形を取得する（ステップＳ２２）。上述した例では検査対象パターンＴＰに対して平行に光Ｌを入射させた時の位相差の波形を取得する。得られた位相差の波形は、本実施形態において例えば第４の波形に対応する。
【００５１】
次に、レシピ判別用実測波形の特徴量を用いて最適の形状モデルを選択し、これに対応する測定レシピを取得する（ステップＳ２３）。上述した例では、２５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長域でのピーク強度を算出し、そのピーク強度に近いピーク強度を有する形状モデルを選択する。これにより、フィッティングに用いる形状モデルが選択される。上述した例のように２つの形状モデルＡ，Ｂが準備された場合はいずれかの形状モデルのレシピを選択する（ステップＳ２４）。
【００５２】
そして、選択されたレシピを用いて形状モデルの構成パラメータを順次に変動させながらそれぞれ対応する理論波形を取得し、逐次に計測波形と比較することによりフィッティングを行い（ステップＳ２５〜Ｓ２８）、理論波形と計測波形との間の差が最も小さくなった場合の各構成パラメータの数値を検査対象パターンＴＰの計測結果として出力する（ステップＳ２９）。フィッティングに使用される理論波形は、本実施形態において例えば第２の波形に対応する。
【００５３】
以上述べた実施形態１の形状計測装置によれば、複数の形状モデルについて複数の光学条件下で得られる波形から形状モデル判定用の光学条件と形状計測用の光学条件とを決定し、得られた波形の特徴量を用いて前記複数の形状モデルから計測対象パターンの形状計測に最適の形状モデルのレシピを選択するので、製造プロセス変更に伴って想定以上にパターンの形状が変化した場合であっても高い信頼性および精度でパターン形状を測定することが可能になる。
【００５４】
上記実施形態では、各光学条件の選択に際し、シミュレーションを用いて波形を導き出す方法について説明したが、これに限ることなく、例えば実ウェーハから取得した波形から各光学条件を選択することもできる。具体的には、形状が異なる断面を持つウェーハを準備し、その波形を様々な光学条件で波形取得する。この場合、シミュレーション時に説明したように、計測したい項目を変えたウェーハも必要である。実ウェーハから波形を取得した段階以降の手順は、シミュレーションを用いた手法と同様である。
【００５５】
上記説明では分光エリプソメトリタイプのスキャタロメトリを例として取り挙げて説明したが、これに限ることなく、入射方向や入射角等の光学条件を変更できる光学系を持つものであれば、光干渉タイプや単一波長角度可変タイプのスキャタロメトリ、または、これらを組み合わせたタイプのスキャタロメトリを使用することもできる。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１…光源、２…偏光子、４…検光子、５…分光器、６…検出器、７…検出信号処理部、８…光学系制御部、９…制御コンピュータ、１０…形状算出部、１１…光学条件決定部、ＭＲ１〜ＭＲ３…メモリ（記憶装置）、Ｓ…ステージ、ＴＰ…検査対象パターン
【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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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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