(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
寸法検査装置により基板上の寸法検査パターンの位置を読み取った後、その寸法検査パターンの寸法を測定して加工精度を検査するパターン寸法検査方法において、
寸法検査パターンの位置を次のステップを含む画像認識方法により読み取ることを特徴とするパターン寸法検査方法。
（Ａ）前記基板上には寸法検査パターンの検査部分を挟んでその両側に画像認識補助パターンを配置すること。
（Ｂ）寸法検査装置に寸法検査パターン及び画像認識補助パターンを含む画像認識エリアを設定し、画像認識エリアの面積に対してその中に含まれる寸法検査パターンと画像認識補助パターンの合計面積が３０％から７０％を占めていること。
（Ｃ）画像認識エリア内の寸法検査パターンと画像認識補助パターンに基づいて寸法検査装置で画像認識により寸法検査パターンの位置を読み取ること。
【請求項２】
寸法検査パターンと画像認識補助パターンとの間の間隔は寸法検査パターンの検査部分の寸法の２倍以上である請求項１に記載のパターン寸法検査方法。
【請求項３】
寸法検査パターンと画像認識補助パターンは基板表面にエッチングにより形成されたパターン又は基板表面に写真製版により形成されたホトレジストパターンである請求項１又は２に記載のパターン寸法検査方法。
【請求項４】
寸法検査装置により基板上の寸法検査パターンの寸法を測定する前に、その寸法検査パターンを画像認識するのに利用される画像認識補助パターンであって、
前記基板上でその寸法検査パターンの検査部分を挟んでその両側に配置されており、寸法検査装置により画像認識される画像認識エリアの面積に対して画像認識エリア含まれる寸法検査パターンとこの画像認識補助パターンの合計面積が３０％から７０％を占めるように形成されていることを特徴とする画像認識補助パターン。
【請求項５】
寸法検査パターンとこの画像認識補助パターンとの間の間隔は寸法検査パターンの検査部分の寸法の２倍以上である請求項４に記載の画像認識補助パターン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寸法検査装置により基板上の寸法検査パターンの位置を読み取った後、その寸法検査パターンの寸法を測定して加工精度を検査するパターン寸法検査方法と、その方法で寸法検査パターンの位置を読み取るのに用いられる画像認識補助パターンに関するものである。
このパターン寸法検査方法は、例えば半導体製造工程や光学素子製造工程などで行われるリソグラフィー工程やエッチング工程において、形成したパターンの寸法を検査するのに利用される。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、パターニングにおける寸法検査は微細化によって益々重要な位置を占めるようになっている。寸法測定は最近では省コスト等によって完全自動測定が主流となりつつある。
従来技術の一例として、寸法検査に一般に広く用いられている測定方法を以下に記述する。
【０００３】
寸法検査を行なうのは、例えば半導体装置を形成するウエハである。ウエハを例にして説明する。ウエハを寸法検査装置にセットする。そして、位置合わせのためにウエハ上の２点の位置を認識し、Ｘ，Ｙ、θの位置情報を得る。次に、得られた情報を基に、装置を寸法検査パターンに位置合わせする。しかし、現時点では寸法検査装置の位置精度が不十分なため、ここで再度位置情報を得る。得られた正確な位置情報を基にして、最終的に寸法検査パターンを認識して寸法を測定する。
ここで、位置情報を得る時には、画像認識によってパターンマッチングを行ない、認識されたパターンが予め登録されているパターンであることを確認する。
【０００４】
上記の内容を整理すると、以下のようなステップを踏んでいる。
▲１▼ウエハ上の２点の位置を読み取る。
▲２▼寸法検査パターンの位置を大まかに読み取る。
▲３▼寸法検査パターンの位置を正確に読み取る。
一般的には、ステップ▲１▼では、主に光学顕微鏡によって画像認識を行なっている。ステップ▲２▼、▲３▼ではＳＥＭ（走査電子顕微鏡）による画像認識がほとんどである。
【０００５】
図２は従来の寸法検査パターンの一例を表わし、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は平面図に画像認識エリアを追加したものである。２は一般的に使用されている寸法検査パターンである。（Ｂ）の破線の領域４がこの寸法検査パターン２の画像認識エリアであり、その画像認識エリア４で画像認識を行なっている。一般にステップ▲２▼における画像認識は３０００〜８０００倍のＳＥＭ画像で行なっている。
寸法検査は、（Ａ）に矢印で示した幅ａを測定することにより行なう。
寸法検査パターン２は、半導体装置を形成するウエハその他の基板のエッチングにより形成されたパターンや、写真製版により形成されたレジストパターンである。
【０００６】
本発明のパターン寸法検査方法は、半導体装置の製造工程で使用されるだけでなく、写真製版とエッチングを用いて光学素子など半導体装置以外の素子を製造する工程においても利用されるものである。半導体装置以外の素子においても、微細な加工が必要とされる場合には、本発明は同様にして適用されるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ステップ▲２▼において、寸法検査パターンの画像認識を行なうには、予め登録しておいた寸法検査パターンと測定するウエハなどの寸法検査パターンとの間でパターンマッチングを行ない、予め設定しておいた閾値以上なら画像認識完了となり、次のステップに進むこととなる。
【０００８】
ここで問題になるのは、登録パターンと測定パターンはその時々の製造条件の振れにより見え方が違うということである。これは下地に形成される様々な膜種、膜厚の違いや、形成されるパターンの寸法やその形状の違いによって千差万別となる。通常、寸法検査装置にはこれらの違いを最適にするための様々なアルゴリズムを用意されているが、現時点では不十分なため、認識エラーとなる場合が多い。もし認識のための閾値を下げた場合は、寸法検査パターンの誤認識が発生し、さらにその修正のための作業員の工数が発生する。
そこで本発明は、上記の課題を解決するために、画像認識補助パターンとそれを用いた画像認識方法を提案することによって、寸法検査での画像認識エラーを低減し作業効率を向上させることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、寸法検査装置により基板上の寸法検査パターンの位置を読み取った後、その寸法検査パターンの寸法を測定して加工精度を検査するパターン寸法検査方法において、寸法検査パターンの位置を次のステップを含む画像認識方法により読み取る。
（Ａ）基板上には寸法検査パターンの検査部分を挟んでその両側に画像認識補助パターンを配置すること。
（Ｂ）寸法検査装置に寸法検査パターン及び画像認識補助パターンを含む画像認識エリアを設定し、画像認識エリアの面積に対してその中に含まれる寸法検査パターンと画像認識補助パターンの合計面積が３０％から７０％を占めていること。
（Ｃ）画像認識エリア内の寸法検査パターンと画像認識補助パターンに基づいて寸法検査装置で画像認識により寸法検査パターンの位置を読み取ること。
【００１０】
このように、寸法検査パターンの検査部分を挾んで画像認識補助パターンを配置すると、画像認識エリア内には寸法検査パターンの他に画像認識補助パターンも含まれることになり、画像認識エリアの面積に対する両パターンの合計面積の割合を好ましい割合に設定できるようになる。その結果、画像認識エリアにおけるパターンの面積とそれ以外の部分とのコントラスト比を画像認識率を高めるのに好都合な値に設定するのが容易になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
画像認識エリアの面積（Ａ）に占める両パターンの合計面積（Ｂ）の割合は、５０％であるのが最も好ましく、その場合にはコントラスト比
（Ｂ／（Ａ−Ｂ））
が１００％となって最も認識率が高まる。
面積比が５０％から外れるほどコントラスト比が低下するが、好ましい範囲はその面積比で３０％〜７０％である。面積比がそれよりも小さくなるか、逆に大きくなった場合には、コントラスト比が低下し、画像認識補助パターンを配置する意味がなくなる。
【００１２】
寸法検査パターンと画像認識補助パターンとの間の間隔は寸法検査パターンの検査部分の寸法の２倍以上であることが好ましい。これは、寸法検査パターンの寸法検査精度を維持するためである。寸法検査パターンと画像認識補助パターンは、レジストパターンである場合には写真製版により形成される。写真製版では、基板上にレジスト層を形成し、マスクを介して露光を行ない、その後現像によりパターン化を施す。その露光の際に寸法検査パターンの近くに別のパターンが存在すると、光の干渉により寸法検査パターンのライン幅が狭くなる、いわゆる近接効果が現われる。そのために画像認識補助パターンを寸法検査パターンから検査部分の寸法の２倍以上離すことにより、この近接効果によるライン幅の変動を防ぐことができる。両パターンが基板にエッチングにより形成されたパターンである場合も、その前段階としてレジストパターンが形成されるので、そのレジストパターンを形成する際の露光時の近接効果を避けるためである。
【００１３】
【実施例】
図１は一実施例を表わしたものであり、図２と同一の部分には同一の符号を付す。（Ａ）に記号２，６，８でしめされたパターンは基板に形成されたエッチングパターン又はレジストパターンを示したものであり、（Ｂ）はそれに寸法検査装置の画像認識エリア１０を重ねたものである。このパターン２，６，８は半導体装置を製造する際にシリコンウエハ上に形成されたレジストパターンであってもよく、又はそれをマスクにしてエッチングにより基板に形成されたパターンであってもよい。また、半導体装置以外の分野で、例えば光学素子を形成する工程における基板に形成されたレジストパターン又はエッチングパターンであってもよい。
【００１４】
図１の実施例は、一般的に用いられている寸法検査パターン２に、矢印状の画像認識補助パターン６，８を測定箇所の両側に設置したものである。画像認識補助パターン６，８は、一例として矢印のパターンを示したが、どのような形状であってもよい。ただし、画像認識エリア１０からはみ出さないサイズとし、かつ座像認識エリア１０の面積とその中に含まれるパターン２，６，８の合計面積の比が３０％〜７０％となるようなパターンとする。その理由は、画像認識を行なう白黒コントラストの値が３０％以下では認識率の低下を招くからである。
【００１５】
また図１（Ａ）に示すように、画像認識補助パターン６，８と寸法検査パターン２の寸法測定箇所との間隔ｂは、寸法測定箇所の幅をａとした場合、
ｂ≧２ａ
の関係を満足しているのが好ましい。これは、間隔ｂが２ａより狭いと、近接効果によって測定寸法に影響を生じさせる恐れがあるからである。
【００１６】
画像認識補助パターン６，８は、実施例では寸法検査パターン２の寸法測定箇所の両側に対称な位置に配置されているが、画像認識補助パターン６，８は寸法検査パターン２からの間隔が互いに異なるような非対称な位置に配置してもよい。また、画像認識補助パターン６，８は、互いに形状が異なっていてもよい。パターン２，６，８はレジストパターンのように凸形状のパターンであってもよく、エッチングにより堀り込まれた凹形状のパターンであってもよい。
【００１７】
次に、図１の実施例において、画像認識補助パターン６，８を配置した場合（実施例）と、配置しなかった場合（比較例）を比較して、その認識率を表１に示す。
（表１）
0004023983.tif 000002
【００１８】
表１の結果を得た測定のサンプルは、半導体を製造する際に、選択酸化法によりフィールド酸化膜を形成してフィールド領域を形成するためのフィールド工程で、選択酸化用のシリコン窒化膜を除去するエッチング工程後の状態で、パターン２，６，８を形成したものである。Ｗ＃１，２，３はそれぞれ測定を行なった３枚のウエハを示している。ポイント１〜５は各ウエハ内の５点の位置で測定を行なったことを示している。各測定点において１回ずつ測定した結果を表わす。数値は装置固有の認識率を表わしたものである。「比」は画像認識補助パターン６，８を設けていない従来の方法の場合、「実」は画像認識補助パターン６，８を設けた実施例の場合である。
この結果から、画像認識補助パターンパターン６，８を設けることにより認識率が向上していることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明では、寸法検査パターンの検査部分を挟んでその両側に画像認識補助パターンを配置し、画像認識エリア内の寸法検査パターンと画像認識補助パターンに基づいて寸法検査装置により画像認識するようにしたので、画像認識補助パターンがない場合に比べて画像認識エリアの白黒コントラスト比を最適値に近づけることが可能となり、画像認識エラーの発生が低減できて、パターン寸法検査方法の作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は一実施例における寸法検査パターンと画像認識補助パターンを示す図、（Ｂ）はそれに画像認識エリアを重ねたものである。
【図２】（Ａ）は従来の方法における寸法検査パターンを示す図、（Ｂ）はそれに画像認識エリアを重ねたものである
【符号の説明】
２      寸法検査パターン
６，８  画像認識補助パターン
１０      画像認識エリア
【図１】
0004023983.tif 000003
【図２】
0004023983.tif 000004