(57)【要約】【課題】同一の下地上に形成される複数の検査パターンであっても、その幅、形成位置、膜厚等のずれの検査に適したパターン検査方法を提供する。【解決手段】複数の検査パターンを有するモニター素子からの反射による回転光に基づいて波長と反射率の関係を示す実測スペクトルを取得し、予め用意されたスペクトルデータに基づいて前記実測スペクトルに近似した近似スペクトルを取得し、前記近似スペクトルと前記実測スペクトルの差に基づいてフィッティング係数を算出し、前記フィッティング係数が閾値以上か否かを判別し、前記フィッティング係数が前記閾値以上になる前記モニター素子については、前記近似スペクトルについての前記複数の検査パターンの幅、位置を含む設計要素のずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいて複数の検査パターンの幅、位置を求める、処理を含む。【選択図】図９
2013253881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の検査パターンを有するモニター素子からの反射による回転光に基づいて波長と反射率の関係を示す実測スペクトルを取得し、
予め用意されたスペクトルデータに基づいて前記実測スペクトルに近似した近似スペクトルを取得し、
前記近似スペクトルと前記実測スペクトルの差に基づいてフィッティング係数を算出し、
ずれ量演算部において、前記フィッティング係数が閾値以上か否かを判別し、
前記フィッティング係数が前記閾値以上になる前記モニター素子については、前記近似スペクトルについての前記複数の検査パターンの幅、位置を含む設計要素のずれ量を求め、
前記設計要素のずれ量から算出した前記複数の検査パターンの幅、位置を求める、
処理を含むパターン検査方法。
【請求項２】
前記複数の検査パターンは、同じ下地の上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のパターン検査方法。
【請求項３】
前記複数のモニター素子は、
前記設計要素が目標値となるように設計される前記複数の検査パターンを有する一のモニター素子と、
前記設計要素が前記目標値と異なるとなるように設計される前記第２の検査パターンを有する他のモニター素子と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のパターン検査方法。
【請求項４】
前記一のモニター素子と前記他のモニター素子のいずれかのフィッティング係数が閾値以上かを判別した後であって、前記設計要素の前記ずれ量を求める前に、前記フィッティング係数が閾値以上で最も良いモニター素子を抽出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパターン検査方法。
【請求項５】
ウエハ上に形成され、複数の検査パターンを有するモニター素子に検査用光を照射する光照射部と、
前記モニター素子からの反射光を受光する光受光部と、
前記受光部からの出力に基づいて波長と反射率の関係を示す実測スペクトルを作成するとともに、前記複数の検査パターンの設計値に基づいて前記実測スペクトルに近似する近似スペクトルを作成するスペクトル作成部と、
前記近似スペクトルと前記実測スペクトルの差に基づいてフィッティング係数を算出するフィッティング係数演算部と、
前記フィッティング係数が閾値以上か否かを判別し、前記フィッティング係数が前記閾値より小さい場合には、前記検査パターンの形状についての設計要素を変更して前記近似スペクトルを修正して前記フィッティング係数が前記閾値以上になる前記設計要素のずれ量を求めるずれ量演算部と、
前記近似スペクトルの修正後に前記フィッティング係数が前記閾値より小さい前記モニター素子については前記検査パターンに異常が発生していると判別する判別部と、
を有するパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン検査方法及びパターン検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、ｎ型、ｐ型ＭＯＳトランジスタのそれぞれのキャリア速度を高くするために、ｎ型ＭＯＳトランジスタ上には引張応力制御膜を形成し、ｐ型ＭＯＳトランジスタ上には圧縮応力制御膜が形成される構造が採用されることがある。引張応力制御（ＴＳＣ：tensile stress Control）膜、圧縮応力制御（ＣＳＣ：Compression stress Control）膜として、例えば、条件を異ならせて形成される窒化シリコン膜が使用される。
【０００３】
ＣＭＯＳではｎ型、ｐ型ＭＯＳトランジスタが隣接して形成されるために、それらの上に形成されるＴＳＣ膜、ＣＳＣ膜のパターンは、互いの縁が接触するように形成される。従って、ＣＭＯＳにおいてＴＳＣ膜とＣＳＣ膜の幅のずれ、位置ずれ等を直に測定するのは難しい。
【０００４】
そこで、膜のパターンの幅、位置等を検査するための検査領域を設け、その検査領域に形成したＴＳＣ膜、ＣＳＣ膜のパターンの幅、位置を測定することにより、パターニングによる幅のずれや位置のずれを検査している。
【０００５】
ところで、基板上に第１の検査パターンを形成し、その上方にレジストパターンである第２の検査パターンを形成して、第２の検査パターンの線幅と、第１、第２の検査パターンの横方向の位置関係を推測する基板検査方法が知られている。この基板検査方法は、第１、第２の検査パターンに所定の波長の光を照射し、第１、第２の検査パターンによる回折光に基づいて検査パターン用のスペクトルを作成し、作成した検査パターン用のスペクトルを比較用のスペクトル群と比較する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００３／０４３０６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の基板検査方法によれば、下側の第１のパターンを基準にして上側の第２の検査パターンであるレジストパターンの線幅とその形成位置を推測するものである。このため、上述したＴＳＣ膜とＣＳＣ膜のように、同一面上で縁部が互いに接触して形成されるパターンの幅ずれ、位置ずれを検査する場合には、上記の基板検査方法を適用することはできない。
【０００８】
本発明の目的は、同一の下地上に形成される複数の膜のパターンであっても、その幅、形成位置、膜厚等のずれの検査に適したパターン検査方法とパターン検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の１つの観点によれば、複数の検査パターンを有するモニター素子からの反射による回転光に基づいて波長と反射率の関係を示す実測スペクトルを取得し、予め用意されたスペクトルデータに基づいて前記実測スペクトルに近似した近似スペクトルを取得し、前記近似スペクトルと前記実測スペクトルの差に基づいてフィッティング係数を算出し、ずれ量演算部において、前記フィッティング係数が閾値以上か否かを判別し、前記フィッティング係数が前記閾値以上になる前記モニター素子については、前記近似スペクトルについての前記複数の検査パターンの幅、位置を含む設計要素のずれ量を求め、前記設計要素のずれ量から算出した前記複数の検査パターンの幅、位置を求める、処理を含むパターン検査方法が提供される。
【００１０】
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解されるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本実施形態によれば、実測スペクトルと近似スペクトルの差を評価するフィッティング係数を用いることにより、同一下地上に形成されて検査対象となる検査パターンについても、それらの幅、位置等の設計要素の設計値に対するずれ量を検知することができる。これにより、ずれ量を高い精度で取得することを容易にする。さらに、検知されたずれ量に基づいて、例えば半導体装置のその後の工程の条件を変更することが可能になる。しかも、検査パターンの異常を検出しているので、検査パターンの形成方法、ひいては半導体装置の形成工程を見直すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係るパターン検査方法が適用されるパターンを有する半導体装置の一例を示す平面図である。
【図２】図２（a）、（ｂ）及び（ｃ）は、実施形態に係るパターン検査方法が適用されるパターンを有する半導体装置の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、実施形態に係るパターン検査方法の検査対象となる検査パターンの形成工程の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態に係るパターン検査装置の一例を示す構成図である。
【図５】図５（a）、（ｂ）及び（ｃ）は、実施形態に係るパターン検査方法、パターン検査装置により得られるスペクトルの例を示す図である。
【図６】図６（a）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、実施形態に係るパターン検査方法、パターン検査装置の検査対象となるパターンのずれの例を示す断面図である。
【図７】図７（a）、（ｂ）は、実施形態に係るパターン検査方法、パターン検査装置の検査対象となるパターンの幅ずれと位置ずれに対するフィッティング係数の大きさを示す図である。
【図８】図８は、実施形態に係るパターン検査方法、パターン検査装置の検査対象となるパターンの幅ずれ、位置ずれによるスペクトルの変化の例を示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第１例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第２例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｆ）は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第１の検査対象となる複数のモニター素子における第１例の実パターン構造を示す断面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す複数の実パターン構の検査結果により求められる幅と位置のずれ量の関係を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｆ）は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第２の検査対象となる複数のモニター素子における実パターン構造を示す断面図である。
【図１４】図１４は、図１５に示す複数の実パターン構の検査結果により求められる幅と位置のずれ量の関係を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｆ）は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第３の検査対象となる複数のモニター素子における実パターン構造を示す断面図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す複数の実パターン構の検査結果により求められる幅と位置のずれ量の関係を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｆ）は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第４例の検査対象となる複数のモニター素子における実パターン構造を示す断面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す複数の実パターン構の検査結果により求められる幅と位置のずれ量の関係を示す図である。
【図１９】図１９（ａ）〜（ｆ）は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第５例の検査対象となる複数のモニター素子における実パターン構造を示す断面図である。
【図２０】図２０は、図１９に示す複数の実パターン構の検査結果により求められる幅と位置のずれ量の関係を示す図である。
【図２１】図２１（ａ）〜（ｆ）は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第６例の検査対象となる複数のモニター素子における実パターン構造を示す断面図である。
【図２２】図２２は、図２１示す複数の実パターン構の検査結果により求められる幅と位置のずれ量の関係を示す図である。
【図２３】図２３は、実施形態に係るパターン検査方法による処理の第２例の検査対象となる複数のモニター素子が形成されたウエハの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るパターン検査方法の検査対象となる２種の膜が形成される半導体装置の一例を示す平面図である。また、図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のぞれぞれは、図１のＩ−Ｉ線、II−II線、III―III線に沿った断面図である。
【００１５】
図１、図２において、半導体基板であるシリコン基板１には、素子分離絶縁膜２により囲まれた第１、第２の活性領域３、４が配置されている。第１の活性領域３には図２（ａ）に示すようにＰウエル５が形成され、第２の活性領域４には図２（ｂ）に示すようにＮウエル６が形成されている。Ｐウエル５の上には、ゲート絶縁膜７ａを介して第１のゲート電極８ａが形成されている。また、Ｎウエル６の上には、ゲート絶縁膜７ｂを介して第２のゲート電極８ｂが形成されている。ゲート絶縁膜７ａ、７ｂとして、例えばシリコン基板１の表面を熱酸化することにより形成されるシリコン酸化膜が使用される。また、第１、第２のゲート電極８ａ、８ｂは、同じポリシリコン膜をパターニングすることにより直線状に形成される。
【００１６】
第１、第２のゲート電極８ａ、８ｂは、素子分離絶縁膜２上で接続され、その接続部分には、上記と同じポリシリコン膜から形成される配線８ｃが接続されている。配線８ｃは、Ｐウエル５とＮウエル６の間の領域の素子分離絶縁膜２上に形成され、第１、第２のゲート電極８ａ、８ｂに対して直交する方向に形成されている。
【００１７】
Ｐウエル５のうち第１のゲート電極８ａの両側には、不純物イオン注入によりｎ型エクステンション領域１１ａ、１１ｂが形成されている。また、Ｎウエル６のうち第２のゲート電極８ｂの両側には、不純物イオン注入によりｐ型エクステンション領域１２ａ、１２ｂが形成されている。さらに、第１、第２のゲート電極８ａ、８ｂ及び配線８ｃの側面には、例えばシリコン酸化膜から形成される絶縁性のサイドウォール１０が形成されている。
【００１８】
さらに、Ｐウエル５のうち第１のゲート電極８ａとサイドウォール１０から露出した領域には不純物イオンが注入されて高不純物濃度のｎ型ソース／ドレイン領域１１ｓ、１１ｄが形成されている。また、Ｎウエル６のうち第２のゲート電極８ｂとサイドウォール１０から露出した領域には不純物イオンが注入されて高不純物濃度のｐ型ソース／ドレイン領域１２ｓ、１２ｄが形成されている。
【００１９】
さらに、ｎ型ソース／ドレイン領域１１ｓ、１１ｄとｐ型ソース／ドレイン領域１２ｓ、１２ｄの上部と、第１、第２のゲート電極８ａ、８ｂ及び配線８ｃとなるポリシリコン膜の上部には、それぞれシリサイド層１３ａ〜１３ｇが形成されている。
【００２０】
これにより、Ｐウエル５には、第１のゲート電極８ａ、ｎ型ソース／ドレイン領域１１ｓ、１１ｄ等を有するｎ型ＭＯＳトランジスタＴｎが形成される。また、Ｎウエル６には、第２のゲート電極８ｂ、ｐ型ソース／ドレイン領域１２ｓ、１２ｄ等を有するｐ型ＭＯＳトランジスタＴｐが形成される。
【００２１】
ｎ型ＭＯＳトランジスタＴｎにおける第１のゲート電極８ａ、ｎ型ソース／ドレイン領域１１ｓ、１１ｄの上には、ＴＳＣ膜１５として第１のシリコン窒化膜が形成されている。また、ｐ型ＭＯＳトランジスタＴｐにおける第２のゲート電極８ｂ、ｐ型ソース／ドレイン領域１２ｓ、１２ｄの上には、ＣＳＣ膜１７として第２のシリコン窒化膜が形成されている。さらに、図２（ｃ）に示すように、配線８ｃ上では、ｎ型ＭＯＳトランジスタＴｎ寄りの半分にはＴＳＣ膜１５が形成され、さらに、ｐ型ＭＯＳトランジスタＴｐ寄りの半分にはＣＳＣ膜１７が形成されている。また、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７は、好ましくは、配線８ｃ上でそれぞれの縁部が横方向に繋がり、重ならず、しかも隙間がないようにパターニングされる。
【００２２】
ＴＳＣ膜１５である第１のシリコン窒化膜は、ＣＳＣ膜１７の形成よりも前に、シリコン基板１の上にＣＶＤ法により形成される。第１のシリコン窒化膜を形成するための反応ガスとして、例えば、窒素、アンモニア、モノシランを含むガスが使用される。その後に、ＴＳＣ膜１５の上にシリコン酸化膜１６がＣＶＤ法により形成される。第１のシリコン窒化膜１５とその上のシリコン酸化膜１６は、フォトリソグラフィーとエッチングにより、ｐ型ＭＯＳトランジスタＴｎとこの近傍の配線８ｃの半分の領域を含む領域の上から除去される。これにより、ｎ型ＭＯＳトランジスタＴｎとその近傍の配線８ｃの半分の領域は、ＴＳＣ膜１５及びシリコン酸化膜１６により覆われる。
【００２３】
ＣＳＣ膜１７である第２のシリコン窒化膜は、まず、パターニングされたシリコン酸化膜１６、ＴＳＣ膜１５の上とそれから露出した領域に形成される。第２のシリコン窒化膜を形成するための反応ガスとして、例えば、窒素、水素、アンモニア、モノシラン、トリメチルシランを含むガスが使用される。その後に、ＴＳＣ膜１５に覆われない配線８ｃの部分とｐ型ＭＯＳトランジスタＴｐとを覆うレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクに使用し、シリコン酸化膜１６をエッチングストップ層としてＣＳＣ膜１７をエッチングする。この場合のエッチャントとして例えばフッ酸とフッ化アンモニウムの混合液を使用する。これにより、ｐ型ＭＯＳトランジスタＴｐとその近傍の配線８ｃの半分はＣＳＣ膜１７により覆われる。
【００２４】
この後に、ＴＳＣ膜１５、シリコン酸化膜１６、ＣＳＣ膜１７の上に第１層間絶縁膜１８として例えばシリコン酸化膜を形成する。さらに、ｎ型ソース／ドレイン領域１１ｓ、１１ｄ、ｐ型ソース／ドレイン領域１２ｓ、１２ｄと配線８ｃに達するコンタクトホール１８ａ〜１８ｅを第１層間絶縁膜１８内に形成する。その後に、コンタクトホール１８ａ〜１８ｅ内面にバリアメタル層としてチタン、窒化チタンを順に形成した後に、さらにコンタクトホール１８ａ〜１８ｅ内をタングステンで充填する。これにより、コンタクトホール１８ａ〜１８ｅのそれぞれの中には導電性プラグ１９ａ〜１９ｅが形成される。なお、第１層間絶縁膜１８上のバリアメタル層とタングステン層は化学機械研磨（ＣＭＰ）法により除去される。その後に、第１層間絶縁膜１９の上に、導電性プラグ１９ａ〜１９ｅに接続される配線２０ａ〜２０ｅを形成する。
【００２５】
配線２０ａ〜２０ｅは、第１層間絶縁膜１９の上に第２層間絶縁膜２１を形成した後に、第２層間絶縁膜２１に配線溝を形成し、その配線溝内に銅などの導電膜を充填することにより形成される。
【００２６】
ところで、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７は、配線８ｃ上でそれらの縁部が重ならずに接続されている状態が理想的である。しかし、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７のパターニングに使用されるレジストパターンの位置ずれによって、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７が配線８ｃ上で離れたり、重なったりすることがある。
【００２７】
ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７にそのような幅ずれや位置ずれが生じると、配線８ｃの上にコンタクトホール１８ｅを形成する際に次のような不良が生じる。
【００２８】
例えば、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７の間に隙間が生じると、その隙間を通してコンタクトホール１８ｅがシリサイド層１３ｇを貫通して配線８ｃのポリシリコン膜内にまで達する。これにより、コンタクトホール１８ｅ内に形成される導電性プラグ１９ｅと配線８ｃとのコンタクト抵抗が高くなる。
【００２９】
また、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７が配線８ｃ上で重なると、コンタクトホール１８ｅを形成する際にそれらの厚みによりエッチング不足が発生して、その重なった部分でコンタクトホール１８ｅがシリサイド層１３ｇに達しなくなる。これにより、コンタクトホール１８ｅ内に形成される導電性プラグ１９ｅと配線８ｃとのコンタクト不良が発生する。
【００３０】
これらのような導電性プラグ１９ｅと配線８ｃとのコンタクト不良の原因は、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７の位置ずれだけでなく、それらの膜厚のずれ、或いは幅のずれなどにある。従って、それらのずれ量を検出したり、パターン形状の良否を検出したりすることが好ましい。そして、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７にそのようなずれが生じた場合には、図１、図２で示したコンタクトホール１８ｅの形成位置をＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７の境界から外し、導電性プラグ１９ｅと配線８ｃとのコンタクト不良を回避することが可能になる。
【００３１】
そこで、ＴＳＣ膜１５とＣＳＣ膜１７のように、同一の下地の上に形成され、屈折率が近似する複数のパターンの厚さ、位置、幅等についてのずれ量を以下のパターン検査方法により管理する。
【００３２】
最初に、パターン検査方法に使用するモニター素子の形成工程について図３を参照して説明する。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウエハ３０上に形成された下地絶縁膜３１、例えばシリコン酸化膜の上にＴＳＣ膜３２をＣＶＤ法により形成し、その上にシリコン酸化膜３３をＣＶＤ法により形成する。ついで、シリコン酸化膜３３の上に等間隔をおいて複数のストライプ状の第１のレジストパターン３４を形成する。
【００３４】
その後に、図３（ｂ）に示すように、第１のレジストパターン３４をマスクに使用してシリコン酸化膜３３とＴＳＣ膜３２をエッチングする。これにより、パターニングされたＴＳＣ膜３２は、第１の検査用パターンである複数のストライプ状のＴＳＣパターン３２ｐとなる。
【００３５】
ついで、第１のレジストパターン３４を除去した後に、図３（ｃ）に示すように、複数のストライプ状のシリコン酸化膜３３の上とそれらの間の下地絶縁膜３１の上にＣＳＣ膜３５をＣＶＤ法により形成する。なお、ＴＳＣ膜３２、ＣＳＣ膜３５は、上記のように異なる成長ガスを用いて形成されたシリコン窒化膜であり、ＴＳＣ膜３２の屈折率は例えば１．８５、ＣＳＣ膜３５の屈折率は例えば１．９７となる。
【００３６】
ついで、図３（ｃ）に示すように、ＣＳＣ膜３５のうちストライプ状のＴＳＣパターン３２ｐの間の上にストライプ状の第２のレジストパターン３６を形成する。
【００３７】
その後に、第２のレジストパターン３６をマスクにして、ＣＳＣ膜３５をエッチングする。これにより、ＴＳＣパターン３２ｐの間と側方に残されたＣＳＣ膜３５は、第２の検査用パターンであるストライプ状のＣＳＣパターン３５ｐとなる。なお、ＣＳＣ膜３５は、ＴＳＣパターン３３ｐの上のシリコン酸化膜３４がエッチングストップ層として機能するような条件でエッチングされる。例えば、エッチャントとしてフッ酸とフッ化アンモニウムの混合液を使用する。
【００３８】
この後に、図３（ｄ）に示すように、第２のレジストパターン３６を除去し、ついでシリコン酸化膜３４をフッ酸により選択的に除去する。これにより、ストライプ状のＴＳＣパターン３２ｐとストライプ状のＣＳＣパターン３５ｐが横方向に交互に形成された構造を有するモニター素子３７がシリコンウエハ３０の上に形成される。モニター素子３７は、例えば、半導体基板として使用されるシリコンウエハ３０における素子形成領域の周囲のスクライブ領域に形成される。
【００３９】
ストライプ状のＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐのそれぞれの幅を例えば約１００ｎｍ、約５０ｎｍとする。また、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐは、それぞれ例えば約２０ｎｍ〜３０ｎｍの厚さとなるように形成される。
【００４０】
次に、図４に示すエリプソ測定装置４１のステージ４２上にシリコンウエハ３０を載置し、光照射部４３からシリコンウエハ３０上のモニター素子３７に向けて波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの光を照射する。さらに、シリコンウエハ３０上のモニター素子３７から反射した光を受光部４４により受光する。受光部４４は受光した回折光を電気信号に変換し、その電気信号は信号処理部４５に送信される。信号処理部４５は、記憶部４７内のデータを参照して波長λと反射率Ｒの関係を示すスペクトルを作成し、表示部４６に表示する。
【００４１】
記憶部４７では、モニター素子のＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐの幅、位置、膜厚等の設計要素を少しずつ変更し、それらからの回折光に基づいて作成された多数のスペクトル群のデータを格納している。
【００４２】
信号処理部４５は、例えばＣＰＵ、記憶部等を有するにコンピュータの構造を有し、さらに、スペクトル作成部４５ａ、フィッティング係数演算部４５ｂ、ずれ量演算部４５ｃ、異常判別部４５ｄ等の機能部を有している。
【００４３】
スペクトル作成部４５ａは、モニター素子３７からの回折光に基づく波長λと反射率Ｒの関係を示すスペクトルを作成する。スペクトルとして、例えば、実測データに基づいて得られる場合と、記憶部４７のデータとモニター素子３７の設計データに基づいて得られる場合がある。ここで、実測に基づくスペクトルを実測スペクトルとし、設計データを含む記憶部４７のデータに基づくスペクトルを論理スペクトルとする。また、スペクトル作成部４５ａは、記憶部４７のデータに基づいて、実測スペクトルに近似するスペクトルをシミュレーションする処理を行い、これにより得られるスペクトルを近似スペクトルとする。
【００４４】
スペクトル作成部４５ａは、例えば、図５（ａ）に例示するような論理スペクトルＡと実測スペクトルＢを作成する。図５（ａ）において、論理スペクトルＡは実線で示され、実測スペクトルＢは破線で示されている。
【００４５】
理論スペクトルＡと実測スペクトルＢのような２つのスペクトルの差は、例えば次式で示されるフィッティング係数（ＧＯＦ：goodness of fit）を用いてフィッティング係数演算部４５ｂにより演算される。本実施形態では、理論スペクトルＡと実測スペクトルＢの差の積分が大きくなるほどフィッティング係数ＧＯＦの値が小さくなるように関数Ｆ（ΔＲ）を定義する。しかし、これに限るものではなく、その逆にＧＯＦが大きくなるように定義してもよい。例えば、Ｆ（ΔＲ）として、理論スペクトルＡと実測スペクトルＢの差の逆数を変数にもつ関数であってもよい。なお、λ１は、光照射部４３から出射される光の短波長側で設定された波長を示し、λｎは（ｎ：数）、λ１よりも長波長側に設定された波長を示している。
【数１】
2013253881.tif 000003
【００４６】
信号処理部４５におけるずれ量演算部４５ｃは、フィッティング係数ＧＯＦが予め定められた閾値以上の場合には、モニター素子３７のパターンがほぼ設計通りに形成され、ずれが無いと判断する。フィッティング係数ＧＯＦが閾値より小さい場合には、ずれ量演算部４５ｃは、幅、位置、厚さ等のいずれかの設計要素を設定値で増加又は減少させ、その値に当てはまるスペクトルを記憶部４７から取得し、理論スペクトルＡを実測スペクトルＢに近似させる。これにより、図５（ｂ）に示すような近似スペクトルＣを取得する。理論スペクトルＡよりも近似スペクトルＣが実測線スペクトルＢに近づくほど、フィッティング係数ＧＯＦが高くなる。
【００４７】
しかし、図５（ｂ）に示す状態では、近似スペクトルＣが実測スペクトルＢに十分にフィットしていない。そこで、設計要素の値を予め定めた設定値で変更し、近似スペクトルＣを修正すると、図５（ｃ）に示すように近似スペクトルＣは実測スペクトルＢにさらに近づく。これにより、実測スペクトルＢに対する近似スペクトルＣのフィッティング係数ＧＯＦが閾値以上になる場合、ずれ量演算部４５ｃは、最終的な近似スペクトルＣを取得するために修正した設計要素のずれ量、即ち、幅ずれ、位置ずれ、厚さずれ等を検出することができる。
【００４８】
例えば、最終的な近似スペクトルＣを得るためにＴＳＣパターン３２ｐの幅が設計値よりも２０ｎｍ細くし、ＣＳＣパターン３５ｐの幅を設計値よりも２０ｎｍ太くした場合に、それらの値がずれ量として量演算部４５ｃにより演算される。以上のような近似スペクトルを求める方法は以下の例でも適用される。
【００４９】
ところで、モニター素子３７におけるＴＳＣパターン３２ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐの位置、幅、厚さ等が設計通り形成されていると仮定すると、図６（ａ）に示すように、光源４３からの光は、ＴＳＣパターン３５ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐに照射され、その多くはその上面や下地絶縁膜３１で反射する。
【００５０】
これに対し、モニター素子３７におけるＣＳＣパターン３５ｐの実際の幅が図６（ｂ）に示すように設計値よりも広く、その両側部がＴＳＣパターン３２ｐ上に乗り上げて形成されることがある。この場合には、光照射部４３からの光はＣＳＣパターン３５ｐの側面にも照射され、ここで反射する。
【００５１】
また、ＣＳＣパターン３５ｐの実際の幅が図６（ｃ）に示すように設計値よりも狭く形成され、ＴＳＣパターン３２ｐとの間に隙間が形成されたりすることがある。この場合には、ＣＳＣパターン３５ｐに入射した光が隙間を介してＴＳＣパターン３２ｐに入射するので、設計された構造に比べて光路が変更されたり、隙間内で光が吸収されたりする。
【００５２】
ＣＳＣパターン４５ｐが図６（ａ）のように目標の通り形成されている場合には、図７（ａ）のようにフィッティング係数ＧＯＦはピーク又は閾値以上となる。また、ＣＳＣパターン４５ｐの幅が図６（ｂ）のように目標値よりも広がって図７（ａ）の幅がプラス側になるとフィッティング係数ＧＯＦは小さくなる。さらに、ＣＳＣパターン４５ｐの幅が図６（ｃ）のように設計値よりも狭くなって図７（ａ）の幅がマイナス側になってもフィッティング係数ＧＯＦは小さくなる。
【００５３】
また、図６（ｄ）に示すように、ＣＳＣパターン３５ｐの形成位置がずれて、一方の側部がＴＳＣパターン３５ｐの上に乗り上げ、さらにＣＳＣパターン３５ｐの他方の側部とＴＳＣパターン３５ｐの間に隙間が発生する。これにより、図６（ｂ）、（ｃ）に示す光経路が合わされたと同じような反射光が生成される。
【００５４】
ＣＳＣパターン３５ｐの位置ずれが無い場合には、図７（ｂ）に示すようにフィッティング係数ＧＯＦがピーク又は閾値以上となる。また、ＣＳＣパターン４５ｐの位置が目標よりも図６（ｄ）のようにプラス側にずれると、図７（ｂ）に示すようにフィッティング係数ＧＯＦは小さくなる。また、特に図示しないが、ＣＳＣパターン４５ｐの位置が目標よりもマイナス側にずれると、図７（ｂ）に示すようにフィッティング係数ＧＯＦは小さくなる。
【００５５】
また、図６（ｂ）に示すようなＣＳＣパターン３５ｐのパターン幅の拡張は、図８（ａ）の破線に示すように、第１の波長帯域Ｄで実測スペクトルＢが論理スペクトルＡに対して変化する。また、図６（ｃ）に示すようなＣＳＣパターン３５ｐのパターン幅の縮小は、図８（ｂ）に示すように、第２の波長帯域Ｅで実測スペクトルＢが論理スペクトルＡに対し変化する。さらに、ＣＳＣパターン３５ｐの実際の位置が図６（ｄ）に示すように設計よりも一側方にずれている場合には、図８（ｃ）に示すように、第３の波長帯域Ｆで実測スペクトルＢが論理スペクトルＡに対し変化する。このような性質は、ＴＳＣパターン３２ｐも同様に有している。
【００５６】
ＴＳＣパターン３２ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐの設計要素のずれには、位置ずれ、幅ずれの他に膜厚のずれ、パターン形状不良なども含まれ、これらは複合的に発生する。このため、位置ずれ量、膜厚ずれ量などの設計要素の値を変えて近似スペクトルＣを変更してもフィッティング係数ＧＯＦが十分に高くならず、閾値より小さくなることがある。このような場合には、ＴＳＣパターン３２ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐが目標から乖離していると判断し、検知処理を終了させる。
【００５７】
以上のようなパターン検査は、図９に示すようなフローに従って実施される。
まず、図９のステップＳ１に示すように、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐの幅、位置、膜厚等の設計要素を異ならせて形成される複数のモニター素子３７からの回折光に基づいて作成された多数のスペクトル（スペクトル群）のデータを記憶部４７に格納する。
【００５８】
続いて、図９のステップＳ２に示すように、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐを有するモニター素子３７を図３（ａ）〜（ｄ）に示す工程に従って作成する。この後、図９のステップＳ３に示すように、試験対象となるモニター素子３７に光を照射し、モニター素子３７からの回折光に基づいて実測スペクトルを作成する。さらに、図９のステップＳ４に示すように、スペクトル群の中から実測スペクトルに最も近似した近似スペクトルを作成する。実測スペクトルと近似スペクトルの作成は、図４のスペクトル作成部４５ａで処理される。
【００５９】
その後に、図９のステップＳ５に示すように、実測スペクトルと近似スペクトルの近似残差であるフィッティング係数ＧＯＦを算出する。フィッティング係数の算出は、図４のフィッティング係数演算部４５ｂで処理される。
【００６０】
続いて、図９のステップＳ６に示すように、算出したフィッティング係数ＧＯＦが閾値以上であるか否かを判別する。フィッティング係数が閾値以上の場合には、図９のステップＳ７に示すように、近似スペクトルの作成の基礎とした幅、位置等の設計要素の値、及び、目標とする幅、位置等の設計要素の値についての情報を用いて実デバイスの幅ずれ、位置ずれ等を算出し、さらに算出したずれ量からＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐの幅、位置を算出する。その後にパターン検査を終了する。そのような幅、位置やずれ量等は、図４のずれ量演算部４５ｃで演算される。
【００６１】
また、図９のステップＳ８に示すように、フィッティング係数が閾値より低い場合には、モニター素子３７に形成されたＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが異常な形状であり、形成工程に問題があると判断してパターン検査を終了する。そのような異常については、図４の異常判別部４５ｄで処理される。  
【００６２】
以上のような実施形態によれば、波長λと反射率Ｒの関係を示すスペクトルについて、フィッティング係数ＧＯＦが閾値より大きくなるように設計要素の値を調整して近似スペクトルを作成している。これにより、実測スペクトルが論理スペクトルから乖離している原因を知ることができる。しかも、複数の設計要素の値を変更して実測スペクトルと近似スペクトルのフィッティング係数ＧＯＦが閾値以上になるか否かを判断する。
【００６３】
また、設計要素の値を変更してフィッティング係数ＧＯＦを閾値よりも大きくすることができる場合には、その値と設計データを用いて、例えば図１に示すコンタクトホール１８ｅの形成位置を決めることもできる。また、近似スペクトルのフィッティング係数ＧＯＦを基準値よりも大きくできない場合には、その結果を利用して、ＴＳＣ膜３２、ＣＳＣ膜３５の形成条件やパターニング条件の見直し作業に入ることができる。
【００６４】
ところで、上記の例では、１つのモニター素子３７を用いてＴＳＣパターン３２ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐの幅ずれ、位置ずれ等を検査しているが、同一ウエハ上に設計要素の異なる複数のモニター素子を形成し、それらの素子を使用して幅ずれ、位置ずれ等を判別してもよい。その一例を、図１０のフローに従って以下に説明する。なお、図１０のフローは、図４に例示したエリプソ測定装置４１を使用して処理される。
【００６５】
まず、図１０のステップＳ１１に示すように、図３（ｄ）と同様な構造のＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐの幅、位置等の設計要素を少しずつ変更した複数のモニター素子からの回折光に基づいて多数のスペクトル群を作成する。スペクトル群には、種々の幅のＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが隙間無く、重ならずに平坦化されたモニター素子のスペクトルも含まれる。この処理については、図９のステップＳ１と同様である。そして、作成した多数のスペクトルを基礎データとして図４の記憶部４７に格納する。
【００６６】
次に、フィッティング係数ＧＯＦの閾値を図１０のステップＳ１２〜Ｓ１６により基づいて設定する。なお、ステップＳ１２〜Ｓ１６は、実製品のモニター測定を示すステップＳ１７〜Ｓ２０の準備のための処理となる。
【００６７】
まず、図１０のステップＳ１２に示すように、検査対象となる複数のモニター素子を同じウエハ上に形成する。複数のモニター素子として、図１１（ａ）〜（ｆ）に示すパターン形状を有する第１〜第６のモニター素子５１〜５６が形成される。それらのパターンは、図３と同様な工程に従って作成されるＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐを有している。
【００６８】
第１のモニター素子５１では、図１１（ａ）に示すように、本来形成しようとする理想のパターン幅、位置等を有するＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが横方向に交互に形成されるように設計されている。また、第２〜第６のモニター素子５２〜５６では、幅、位置のうちの少なくとも一方が第１のモニター素子５１の目標とは異なる構造となるようにＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが設計されている。それらの幅、位置の少なくとも一方は、第１〜第６のモニター素子５１〜５６毎に異なっている。
【００６９】
具体的には、第２のモニター素子５２は、図１１（ｂ）に示すように、第１のモニター素子５１の目標値に対してＴＳＣパターン３２ｐの幅を１０ｎｍ増やしてＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐを横方向に交互に形成するように設計されている。
【００７０】
第３のモニター素子５３は、図１１（ｃ）に示すように、第１のモニター素子５１の目標値に対してＴＳＣパターン３２ｐの幅を１０ｎｍ減らしてＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐを横方向に交互に形成するように設計されている。
【００７１】
第４のモニター素子５４は、図１１（ｄ）に示すように、第１のモニター素子５１の目標位置に対してＣＳＣパターン３５ｐの位置を−１０ｎｍずらし、ＴＳＣパターン３２ｐの幅を１０ｎｍ減らしている。さらに、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐを横方向に交互に形成するように設計されている。なお、形成位置のマイナス（−）は図中右方向、プラス（＋）は図中左方向とする。
【００７２】
第５のモニター素子５５は、図１１（ｅ）に示すように、第１のモニター素子５１の目標位置に対してＣＳＣパターン３５ｐを＋１０ｎｍずらしてＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐを横方向に交互に形成するように設計されている。
【００７３】
第６のモニター素子５６は、図１１（ｆ）に示すように、１のモニター素子５１の目標に対してＣＳＣパターン３５ｐの位置を−１０ｎｍずらしてＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐを横方向に交互に形成するように設計されている。
【００７４】
なお、第２〜第５のモニター素子５２〜５６におけるＴＳＣパターン３２ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐの上記以外の幅、位置等については、第１のモニター素子５１の目標値と同じになるように設計されている。
【００７５】
まず、上記のような設計の通りに作成されたと判断される第１〜第６のモニター素子５１〜５６を用意する。その後に、図１０のステップＳ１３に示すように、第１〜第６のモニター素子５１〜５６のＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐから反射した回折光に基づいて、図５（ｃ）に示すような実測スペクトルを作成する。続いて、図１０のステップＳ１４に示すように、得られた各々の実測スペクトルに対して、取得済みの上記のスペクトル群の中から最も近似した近似スペクトルを選択する。実測スペクトルと近似スペクトルは、図４のスペクトル作成部４５ａで作成される。
【００７６】
続いて、図１０のステップＳ１５に示すように、第１〜第６のモニター素子５１〜５６の各々について、実測スペクトルと近似スペクトルの近似残差であるフィッティング係数を上記のＧＯＦの式により算出する。
【００７７】
その後に、図１０のステップＳ１６に示すように、算出されたフィッティング係数を第１〜第６のモニター素子５１〜５６の間で比較し、例えば最も高い値と２番目の値の中間をモニター選択の閾値として設定する。フィッティング係数については、フィッティング係数演算部４５ｂで処理される。これにより、検査パターンの良否を判断するために使用されるフィッティング係数の閾値の設定が終了する。
【００７８】
次に、図１０のステップＳ１７に示すように、実際の検査対象となる第１〜第６のモニター素子５１〜５６を作成する。続いて、図１０のステップＳ１８に示すように、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐから反射した回折光に基づいて、第１〜第６のモニター素子５１〜５６についての実測スペクトルを取得する。
【００７９】
続いて、図１０のステップＳ１９に示すように、得られた各々の実測スペクトルに対して、予め取得した上記のスペクトル群の中から最も近似したスペクトルを選択して近似スペクトルとする。実測スペクトル、近似スペクトルは、図４のスペクトル作成部４５ａで作成される。
【００８０】
続いて、図１０のステップＳ２０に示すように、第１〜第６のモニター素子５１〜５６の各々について、実測スペクトルと近似スペクトルの近似残差であるフィッティング係数を算出する。フィッティング係数は、上記のＧＯＦの式により求められる。フィッティング係数は、図４のフィッティング係数演算部４５ｂにより演算される。
【００８１】
続いて、図１０のステップＳ２１に示すように、第１〜第６のモニター素子５１〜５６に関するフィッティング係数が閾値以上であるか否かを判断する。そして、図１０のステップＳ２３に示すように、フィッティング係数が閾値以上で最も高いモニター素子を抽出する。ここでは、例えば、第１のモニター素子５１を抽出するが、抽出されるモニター素子が無い場合には、図１０のステップＳ２２に示すように、検査パターンに異常が発生していると判断し、検査を終了する。
【００８２】
さらに、図１０のステップＳ２４に示すように、抽出されたモニター素子がある場合には、その近似スペクトルについてのパターン幅、パターン位置等のデータを求め、これを記憶部４７に記録する。この処理は、図４のスペクトル作成部４５ａによって処理される。
【００８３】
次に、図１０のステップＳ２５に示すように、抽出された例えば第１のモニター素子５１の近似スペクトルについてのパターン幅、バターン位置のデータとそれらの設計データを比較する。そして、図１０のステップＳ２６に示すように、比較したデータが適切であるか否か、例えばその比較差が許容範囲に入っているかどうか、を判断する。
【００８４】
比較結果が適切な場合には、図１０のステップＳ２７に示すように、近似スペクトルについてのパターン幅とパターン位置とそれらの設計のデータを用いてパターン幅とパターン位置のずれ量を算出する。そして、算出したずれ量からモニター素子の第１、第２の検査パターンの幅や位置の正確な値を求める。これにより、図１、図２に示すような実際の製品のＴＳＣ膜１５、ＣＳＣ膜１７の正確な幅、位置と設計値からのずれ量を把握することができる。その後に検査を終了する。ステップＳ２５、Ｓ２６、Ｓ２７は図４のずれ量演算部４５ｃによって処理される。
【００８５】
なお、図１０のステップ２６で比較結果が不適切なときには、図１０のステップＳ２２に示すように、パターン異常が発生していると判断して検査を終了する。フローにおける異常の判別は図４の異常判別部４５ｄによって処理される。
【００８６】
第１〜第６のモニター素子５１〜５６が設計通りに実際に形成されている場合を第１例とすると、第１例では、第１、第２の検査パターンの幅ずれ、位置ずれは第１〜第６のモニター素子５１〜５６には基本的には生じていないと判断される。このため、抽出された第１のモニター素子５１が理想形状であり、フィッティング係数が閾値より高くなり、近似スペクトルについての検査パターンの幅、位置が適切な場合には、図１２の○で示す範囲に幅ずれと位置ずれが該当する。従って、検査結果によれば、ＴＳＣパターン３２ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐには実質的なずれが存在しないと判断される。
【００８７】
第２例として、設計値よりもＴＳＣパターン３２ｐの幅が１０ｎｍ太く形成された第１〜第６のモニター素子５１〜５６を検査対象とする場合について説明する。第２例の第１〜第６のモニター素子５１〜５６は、図１３（ａ）〜（ｆ）に示す断面となる。第２例の場合でも、第１〜第６のモニター素子５１〜５６については、図１０のフローに従って検査パターンが検査される。
【００８８】
ところで、図１３（ｃ）に示す第３のモニター素子５３では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐは互いに乗り上げず、それらの間に隙間がなく平坦に形成される。そこで、図１０のステップＳ１９では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが平坦化されたモニター素子の近似スペクトルも第１〜第６のモニター素子５１〜５６に関連づけて作成する。これにより、図１０のフローによれば、例えば第３のモニター素子５３が選択され、その近似スペクトルと設計データにより図１４の“○”で示すような幅と位置のずれ量が算出され、実際に形成される検査パターンの幅と位置も算出される。
【００８９】
第３例として、ＣＳＣパターン３５ｐの幅が設計値よりも１０ｎｍ細く形成された第１〜第６のモニター素子５１〜５６を検査対象とする場合について説明する。第３例の第１〜第６のモニター素子５１〜５６は図１５（ａ）〜（ｆ）に示す断面となる。第３例の場合でも、第１〜第６のモニター素子５１〜５６については、図１０のフローに従って検査パターンが検査される。
【００９０】
ところで、図１５（ｂ）に示す第２のモニター素子５２では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐは互いに乗り上げず、それらの間に隙間がなく形成される。そこで、図１０のステップ１９では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが平坦化されたモニター素子の近似スペクトルも第１〜第６のモニター素子５１〜５６に関連づけて作成する。これにより、図１０のフローによれば、例えば第２のモニター素子５２が選択され、その近似線と設計データにより、図１６の“○”で示すような幅と位置のずれ量が算出される。
【００９１】
第４例として、目標に対してＣＳＣパターン３５ｐに＋１０ｎｍの位置ずれが生じた第１〜第６のモニター素子５１〜５６を検査対象とする場合について説明する。第１〜第６のモニター素子５１〜５６は図１７（ａ）〜（ｆ）に示す断面となる。第４例の場合でも、第１〜第６のモニター素子５１〜５６については、図１０のフローに従ってパターンが検査される。
【００９２】
ところで、図１７（ｆ）に示す第６のモニター素子５６では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐは互いに乗り上げず、それらの間に隙間がなく形成される。そこで、図１０のステップ１９では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが平坦化されたモニター素子の近似スペクトルも第１〜第６のモニター素子５１〜５６に関連づけて作成する。これにより、図１０のフローによれば、例えば第６のモニター素子５６が選択され、その近似線と設計データにより、図１８の“○”で示すような幅と位置のずれ量が算出される。
【００９３】
第５例として、ＣＳＣパターン３５ｐに＋１０ｎｍの位置ずれが生じ、さらにＴＳＣパターン３５ｐの幅に１０ｎｍの太りが生じている第１〜第６のモニター素子５１〜５６を検査対象とする場合について説明する。第１〜第６のモニター素子５１〜５６は図１９（ａ）〜（ｆ）に示す断面となる。第５例の場合でも、第１〜第６のモニター素子５１〜５６については、図１０のフローに従ってパターンが検査される。
【００９４】
ところで、図１９（ｄ）に示す第６のモニター素子５６では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐは互いに乗り上げず、それらの間に隙間がなく形成される。そこで、図１０のステップ１９では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが平坦化されたモニター素子の近似スペクトルも第１〜第６のモニター素子５１〜５６に関連づけて作成する。これにより、図１０のフローによれば、例えば第４のモニター素子５４が選択され、その近似線と設計データにより、図２０の“○”で示すような幅と位置のずれ量が算出される。
【００９５】
第６例として、ＴＳＣパターン３２ｐの幅が設計値よりも１０ｎｍ太く、ＣＳＣパターン３５ｐの幅が設計値よりも１０ｎｍ細く形成された第１〜第６のモニター素子５１〜５６を検査対象とする場合について説明する。第６例の第１〜第６のモニター素子５１〜５６は図２１（ａ）〜（ｆ）に示す断面となる。第６例の場合でも、第１〜第６のモニター素子５１〜５６については、図１０のフローに従ってパターンが検査される。
【００９６】
ところで、図２１（ａ）に示す第１のモニター素子５１では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐは互いに乗り上げず、それらの間に隙間がなく形成される。そこで、図１０のステップ１９では、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐが平坦化されたモニター素子の近似スペクトルも第１〜第６のモニター素子５１〜５６に関連づけて作成する。これにより、図１０のフローによれば、例えば第１のモニター素子５１が選択され、その近似線と設計データにより、ＴＳＣパターン３２ｐは＋１０ｎｍの幅ずれが生じ、ＣＳＣパターン３５ｐは−１０ｎｍの幅ズレが生じていることが検知される。従って、ＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐの幅と位置のずれ量の合計は図２２の“○”で示すようになる。
【００９７】
第１例〜第６例によれば、図１０のステップ１９において作成する近似スペクトルには、平坦化されたＴＳＣパターン３２ｐとＣＳＣパターン３５ｐを有するモニター素子のスペクトルを含めることにより、パターンの幅や位置のずれ量が算出し易くなる。
【００９８】
以上のように、本来形成しようとする目標のパターン幅、形成位置等を有する第１のモニター素子５１と、目標に対して故意に幅ずれ、位置ずれを生じさせた他の複数のモニター素子５２〜５６とを同一ウエハ上に形成させている。そして、それらのモニター素子５１〜５６の実測スペクトルを例えばエリプソ測定装置４１により測定し、フィッティング係数が閾値以上のモニター素子を抽出してパターンの設計要素のずれを判断している。
【００９９】
これにより、１つ又は複数の同じ構造のモニター素子を検査対象にする場合に比べて、ＴＳＣパターン３２ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐの幅ずれ、位置ずれを高い精度で検出することができる。
【０１００】
ところで、上記のモニター素子におけるＴＳＣパターン３２ｐ、ＣＳＣパターン３５ｐのストライプの長手方向は、図２３に示すウエハ３０のノッチ３８やオリエントフラット（不図示）を基準にして設定される。具体的には、ストライプ状の検査パターンがｘ方向に伸びるモニター素子３７ａと、ｙ方向（ｘ方向に直交する方向）に伸びるモニター素子３７ｂをスクライブライン６２領域内に形成する。このように直交する２方向に伸びる検査パターンを有するモニター素子３７ａ、３７ｂを形成することにより、ｘ方向とｙ方向のそれぞれのパターンの幅ずれ、位置ずれを個別に検知することができる。
【０１０１】
この場合、エリプソ測定装置４１の光照射部４３の光出射方向と検査対象のＴＳＣパターン３２ｐ及びＣＳＣパターン３５ｐの幅方向とが一致する状態でウエハ３０をステージ４２上に載置する。これは、ＴＳＣパターン３２ｐ及びＣＳＣパターン３５ｐのストライプの長手方向が光出射方向にあると、ＴＳＣパターン３２ｐ及びＣＳＣパターン３５ｐの幅を変化させても、得られるスペクトルには殆ど変化が見られないからである。
【０１０２】
従って、互いに直交する方向に延びるストライプ状検査パターンを有する２つのモニター素子３７ａ、３７ｂのそれぞれの実測スペクトルを取得する場合に、それらの実測スペクトは同時には得られない。このため、２つモニター素子３７ａ、３７ｂの実測スペクトルを取得する場合には、１つのモニター素子３７ａのスペクトルを測定した後に、光照射方向に対してウエハ３０の向きを９０度変えて残りのモニター素子３７ｂのスペクトルを測定することになる。
【０１０３】
しかし、２つのモニター素子３７ａ、３７ｂの長手方向が正確に直交していない状態にある場合には、２つのモニター素子３７ａ、３７ｂの一方の実測スペクトルを取得している状態であっても、他方の実測スペクトルの取得が可能になる。この場合には、２つのモニター素子３７ａ、３７ｂのストライプ状の検査パターンの長手方向は正確に直交していないことになる。このため、２つのモニター素子３７ａ、３７ｂの実測スペクトルを同時に検査できる状態か否かによって、それらの素子３７ａ、３７ｂのストライプの角度が直交関係にあるか否かを判断することが可能になる。そこで、そのような判断処理を図９のステップ７の後、或いは図１０のステップ２６の後に含ませてもよい。
【０１０４】
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解される。
【０１０５】
次に、実施形態について付記する。
（付記１）
複数の検査パターンを有するモニター素子からの反射による回転光に基づいて波長と反射率の関係を示す実測スペクトルを取得し、予め用意されたスペクトルデータに基づいて前記実測スペクトルに近似した近似スペクトルを取得し、前記近似スペクトルと前記実測スペクトルの差に基づいてフィッティング係数を算出し、ずれ量演算部において、前記フィッティング係数が閾値以上か否かを判別し、前記フィッティング係数が前記閾値以上になる前記モニター素子については、前記近似スペクトルについての前記複数の検査パターンの幅、位置を含む設計要素のずれ量を求め、前記設計要素のずれ量から算出した前記複数の検査パターンの幅、位置を求める、処理を含むパターン検査方法。
（付記２）
前記複数の検査パターンは、同じ下地の上に形成されることを特徴とする付記１に記載のパターン検査方法。
（付記３）
前記モニター素子は、同一ウエハ上に複数個形成される付記１又は付記２に記載のパターン検査方法。
（付記４）
前記複数のモニター素子は、前記複数の検査パターンが第１方向に伸びるストライプ状に形成される第１のモニター素子と、
前記複数の検査パターンが前記第１方向に交差する第２方向に延びるストライプ状に形成される第２のモニター素子とを有することを特徴とする付記３に記載のパターン検査方法。
（付記５）
前記第１のモニター素子と前記第２のモニター素子の双方について前記実測スペクトルと前記設計要素のずれ量が取得される場合には、前記第１の方向と前記第２方向は直交しない関係にあることを判断する処理を含むことを特徴とする付記３に記載のパターン検査方法。
（付記６）
前記複数のモニター素子は、前記設計要素が目標値となるように設計される前記複数の検査パターンを有する一のモニター素子と、前記設計要素が前記目標値と異なるとなるように設計される前記第２の検査パターンを有する他のモニター素子と、を有することを特徴とする付記３に記載のパターン検査方法。
（付記７）
前記一のモニター素子と前記他のモニター素子のいずれかのフィッティング係数が閾値以上かを判別した後であって、前記設計要素の前記ずれ量を求める前に、前記フィッティング係数が閾値以上で最も良いモニター素子を抽出することを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１つに記載のパターン検査方法。
（付記８）
ウエハ上に形成され、複数の検査パターンを有するモニター素子に検査用光を照射する光照射部と、前記モニター素子からの反射光を受光する光受光部と、前記受光部からの出力に基づいて波長と反射率の関係を示す実測スペクトルを作成するとともに、前記複数の検査パターンの設計値に基づいて前記実測スペクトルに近似する近似スペクトルを作成するスペクトル作成部と、前記近似スペクトルと前記実測スペクトルの差に基づいてフィッティング係数を算出するフィッティング係数演算部と、前記フィッティング係数が閾値以上か否かを判別し、前記フィッティング係数が前記閾値より小さい場合には、前記検査パターンの形状についての設計要素を変更して前記近似スペクトルを修正して前記フィッティング係数が前記閾値以上になる前記設計要素のずれ量を求めるずれ量演算部と、前記近似スペクトルの修正後に前記フィッティング係数が前記閾値より小さい前記モニター素子については前記検査パターンに異常が発生していると判別する判別部と、を有するパターン検査装置。
（付記９）
前記設計要素は、前記複数の検査パターンの幅、形成位置を含むことを特徴とする付記８に記載のパターン検査装置。
【符号の説明】
【０１０６】
１  シリコン基板
２  素子分離絶縁膜
３、４  活性領域
５  Ｐウエル
６  Ｎウエル
７ａ、７ｂ  ゲート絶縁膜
８ａ、８ｂ  ゲート電極
８ｃ  配線
１０  サイドウォール
１１ｓ、１１ｄ  ｎ型ソース／ドレイン領域
１２ｓ、１２ｄ  ｐ型ソース／ドレイン領域
１３ａ〜１３ｇ  シリサイド層
１５  ＴＳＣ膜
１６  シリコン酸化膜
１７  ＣＳＣ膜
１８、１９  層間絶縁膜
１８ａ〜１８ｅ  コンタクトホール
１９ａ〜１９ｅ  導電性プラグ
２０ａ〜２０ｅ  配線
Ｔｎ  ｎ型ＭＯＳトランジスタ
Ｔｐ  ｐ型ＭＯＳトランジスタ
３０  シリコンウエハ
３１  下地絶縁膜
３２  ＴＳＣ膜
３２ｐ  ＴＳＣパターン
３３  シリコン酸化膜
３５  ＣＳＣ膜
３５ｐ  ＣＳＣパターン
３７，３７ａ、３７ｂ  モニター素子
４１  エリプソ測定装置
４２  ステージ
４３  光照射部
４４  受光部
４５  信号処理部
４５ａ  スペクトル作成部
４５ｂ  フィッティング係数演算部
４５ｃ  ずれ量演算部
４５ｄ  異常判別部
４６  表示部
４７  記憶部
５１〜５６  モニター素子
【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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