(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの製造工程のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件を監視するシステムであって、所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程を経て表面にパターンが形成された基板に電子線を走査しながら照射して前記基板の表面に形成されたパターンの電子線像を得るための画像取得手段と、該画像取得手段により得た前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含む該パターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出する算出手段と、前記所定のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件パラメータ又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件のパラメータと前記所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程を経ることにより基板上に形成されるパターンの電子線像から算出された該パターンの立体形状の特徴量との関係を記述したリファレンスデータベースを記憶した記憶手段と、該記憶手段に記憶したリファレンスデータベースに記述された前記リソグラフィ工程における処理条件パラメータ又はエッチング工程におけるエッチング条件のパラメータと前記所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程を経ることにより基板上に形成されるパターンの電子線像から算出された立体形状の特徴量の関係と前記特徴量を算出する手段で算出した前記パターンの電子線像から算出された該パターンの立体形状の特徴量とを参照して前記所定のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件を監視する監視手段とを備えたことを特徴とする半導体デバイスの製造工程監視システム。
【請求項２】
前記監視手段は、前記リソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件パラメータ又は前記エッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件のパラメータの変動量を算出し、該算出した前記リソグラフィ工程における処理条件パラメータ又はエッチング条件のパラメータの変動量に基づいて前記リソグラフィ工程又はエッチング工程の状態を監視することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造工程監視システム。
【請求項３】
前記監視手段は、前記算出した処理条件パラメータの変動量の情報を用いて前記所定の処理工程の処理条件の修正量を求めることを特徴とする請求項２記載の半導体デバイスの製造工程監視システム。
【請求項４】
前記監視手段は、前記求めた所定の処理工程の処理条件の修正量に関する情報を画面上に表示することを特徴とする請求項３記載の半導体デバイスの製造工程監視システム。
【請求項５】
前記監視手段は、前記パターンの電子線像の特徴量の時間変動を画面上に表示することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体デバイスの製造工程監視システム。
【請求項６】
半導体デバイスの製造工程を監視するシステムであって、露光工程を経た被処理基板上に形成されたレジストパターンの電子線像を取得するための第１の画像検出手段と，該検出した電子線像から前記レジストパターンのパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含む該レジストパターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出する第１の特徴量算出手段と，前記露光工程にて形成されたパターンをマスクとしてエッチング工程にて形成された回路パターンの電子線像を取得するための第２の画像検出手段と，該検出した電子線像から前記回路パターンのパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含む該回路パターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出する第２の特徴量算出手段と，前記第１の特徴量算出手段で前記レジストパターンの電子線像から算出した該レジストパターンの立体形状の特徴量と前記露光工程における露光量やフォーカスなどの露光パラメータの関係および，該露光パラメータと前記エッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件パラメータと前記回路パターンの電子線像から算出された該回路パターンの立体形状の特徴量との関係を記述したリファレンスデータベースを作成するリファレンスデータベース作成手段と、前記第１の特徴量算出手段で前記レジストパターンの電子線像から算出した該レジストパターンの立体形状の特徴量の情報と前記リファレンスデータベース作成手段で作成した前記露光パラメータと前記エッチング工程におけるエッチング条件パラメータと前記回路パターンの立体形状の特徴量との関係の情報とを用いて前記回路パターンの立体形状の特徴量が所望の値となる前記エッチング条件を算出するエッチング条件算出手段とを備えたことを特徴とする半導体デバイス製造工程監視システム。
【請求項７】
半導体デバイスの製造工程のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件を監視する方法であって、所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程を経て表面にパターンが形成された基板に電子線を走査しながら照射して前記基板の表面に形成されたパターンの電子線像を得、該得た前記パターンの電子線像から該パターンのパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含む該パターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出し、該電子線像から算出したパターンの立体形状の特徴量の情報と予め記憶しておいた前記所定のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件パラメータ又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件のパラメータと前記所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程を経ることにより基板上に形成されるパターンの電子線像から算出された立体形状の特徴量との関係の情報とを用いて前記所定のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件を監視することを特徴とする半導体デバイスの製造工程監視方法。
【請求項８】
前記監視する工程において、前記所定のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件パラメータ又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件のパラメータの変動量を算出し、該算出したパラメータの変動量に基づいて前記所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程の状態を監視することを特徴とする請求項７記載の半導体デバイスの製造工程監視方法。
【請求項９】
前記算出したパラメータの変動量の情報を用いて前記所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程の処理条件の修正量を求めることを特徴とする請求項８記載の半導体デバイスの製造工程監視方法。
【請求項１０】
前記求めた所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程の処理条件の修正量に関する情報を画面上に表示することを特徴とする請求項９記載の半導体デバイスの製造工程監視方法。
【請求項１１】
前記パターンの電子線像から算出した該パターンの立体形状の特徴量の時間変動を画面上に表示することを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体デバイスの製造工程監視方法。
【請求項１２】
半導体デバイスの製造工程を監視する方法であって、露光工程を経た被処理基板上に形成されたレジストパターンの電子線像を取得し、該取得した電子線像から前記レジストパターンのパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含む該レジストパターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出し，前記露光工程にて形成されたパターンをマスクとしてエッチング工程にて形成された回路パターンの電子線像を取得し，該取得した電子線像から前記回路パターンのパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含む該回路パターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出し、前記レジストパターンの電子線像から算出した該レジストパターンの立体形状の特徴量の情報と前記露光パラメータと前記エッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件パラメータと前記回路パターンの電子線像から算出した該回路パターンの立体形状の特徴量との関係の情報とを用いて前記回路パターンの立体形状の特徴量が所望の値となる前記エッチング条件を求めることを特徴とする半導体デバイス製造工程監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィ工程やエッチング工程などの半導体デバイスを製造する工程を監視する方法及びそのシステムに係り、各工程で処理された基板上に形成されたパターンを撮像して得られた画像から各工程における処理の状態を監視するのに適した半導体デバイスを製造する工程を監視する方法及びそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は，従来のリソグラフィ工程の流れを示したものである。リソグラフィ工程は露光・現像によりレジストパターンを形成するホト工程と，レジストパターンを被加工膜に転写するエッチング工程からなる。
【０００３】
予め，半導体ウェーハの基板上に加工を行う材料の薄膜を生成しておく。この薄膜上に，（ア）感光材であるレジストを所定の厚さで塗布し，（イ）露光装置を用いてマスクパターンを露光した後に，（ウ）現像することによってレジストパターンが形成される。形成されたレジストパターンは（エ）測長機能付きの走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ）等によって寸法計測が行われ，規格を満たさない場合はレジストパターンを剥離し，露光量を変更後パターンの再形成を行う。露光量の増減量は，作業者の経験と勘に基づいて決定される場合も多い。
【０００４】
次に，（オ）形成されたレジストパターンをマスクとして，レジストの下に生成しておいた薄膜にエッチング処理を施すことでレジストパターンを転写，回路パターンを形成する。現在，半導体の微細パターンの多くは，プラズマを用いたドライエッチングにより加工される。（カ）レジストを除去した後，レジストパターンと同様，（キ）測長ＳＥＭなどで形成された回路パターンの寸法を測定する。エッチング工程の場合は，ウェーハの再処理は行えないため，異常が確認された場合は，ウェーハの着工を中止し，原因の調査・対策が行われる。パターンが正常に形成されている場合は，成膜・ホト・エッチングの工程を同様に繰り返し多層回路を形成する。
【０００５】
これらの製造工程を経て，良好なパターン形状を得るためには，レジストパターン形成とエッチングの両プロセスが適正に実行されなければならない。図３はレジストパターンとエッチング後の膜パターンの関係の一例を示したものである（日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会第９８回研究資料「電子ビームテスティングハンドブック」Ｐ．２５５より）。レジストパターンの形状と膜パターンの形状との間にはエッチング条件が同じであれば一定の関係があり，所定の形状の膜パターンを得るためにはレジストパターンもまた所定の形状を有することが必要である。
【０００６】
新規プロセスの着工の際などには図４のようにショット（１回の露光単位）ごとにフォーカス、露光量を変えてパターンを焼き付けたウェーハを作り（通常こうしたウェーハはＦＥＭ：Ｆｏｃｕｓ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｍａｔｒｉｘと呼ばれる：以下、ＦＥＭウェハと記載する）、各ショットのレジストパターンの寸法を測定したり、パターンの出来映えを観察したりして最適なレジストパターン形状が得られるフォーカスと露光量をみつける「条件出し作業」が行われる。
【０００７】
なお、特開平１１−２８８８７９号公報には、条件出し作業を支援するシステムが開示されている。この作業によって、マージンがより広く取れる露光量、フォーカス条件が決定され、その条件を用いて製品ウェーハの露光が行われる。しかし、種々のプロセス変動（レジストの感光感度の変化、レジスト下の反射防止膜の膜厚変動、露光装置のドリフトなど）によって、製品ウェーハの中には、条件出し作業で決定した条件ではレジストパターンが所定の形状とはならないものも現れる。これを検知するのが図２の（エ）における寸法計測の目的であり、図２に示した従来技術においては、プロセス変動によって引き起こされるレジスト形状の変化を露光量の補正によって補償しようとしている。
【０００８】
一方，エッチング工程に要求されるパターンの加工形状は，デバイスの品種や工程によって異なる。例えば，図４１（ａ）に示すように，素子分離工程では，埋め込み性能の向上のためにテーパをつけたり，角部分での電界集中を避けるために角部を丸めたりする。また，図４１（ｂ）に示すゲート配線工程では配線底部のゲート酸化膜部分の配線幅（ゲート長）が重要なため，特に薄膜底部の寸法精度が要求される。また当然，これら目的に応じた形状はウェーハ面内全体で均一加工されなければならない。エッチング加工は化学反応を利用するため，加工対象の材質によって使用する装置もガスも異なる。
【０００９】
図４１（ａ）に示したようなパターン側壁の傾斜角の制御は，加工中に発生する副生成物による側壁保護膜の生成とエッチングのバランスにより行われ，使用するプロセスガスの流量やその流量比，圧力などの影響を大きく受ける。この他にもエッチング処理時間，プラズマ放電の電力，試料に印加するバイアス電力，ウェーハ温度などが複雑に影響しあい，側壁形状だけではなく，エッチレートや，レジストパターンとの寸法差，角部の形状などにも影響を与える。このため，新規製品立ち上げ時などの加工条件出しは熟練者の経験と勘によるところがおおきい。また，形状を精度よく確認することが難しく，殆どが断面観察により行われている。
【００１０】
条件出しによって加工条件が定まっても，装置のドリフトなどにより所望の形状が得られない場合もある。特に，加工中に発生した副生成物のチャンバ内付着や，部品の消耗などが原因のプロセスが変動については，定期的にクリーニングや部品交換を行うことで対応しているが，前記のように多くのパラメータの影響を受けるため，これらの変動によるパターン形状の変化は避けられない。これを検知するのが図２（キ）のエッチング後の寸法計測の目的である。しかし，従来技術では，図４１に示したようなパターンの傾斜角や角部の形状などを非破壊で定量的に評価する有効な手段はなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術においては、次の（１）〜（３）に示すような問題点がある。
（１）寸法値ではパターンの形状異常を検知できない場合がある。
（２）寸法値ではパターンの形状異常の対策が正しくなされない場合がある。
（３）リソグラフィ工程を監視し、プロセスを安定に保つために必要なプロセス変動を定量的に示す情報が得られない。
【００１２】
以下、前記の問題がいかにして発生するかを説明する。
【００１３】
図５、図６はレジストパターンの断面形状の変化のバリエーションを示したものである。図５は露光装置の露光量を固定し、フォーカスを変化させた場合のレジスト断面形状の変化を模式的に示したものである。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の順でフォーカス位置をプラス方向にずらしている。また、図６は露光装置のフォーカスを固定し、露光量を変化させた場合のレジスト断面形状の変化を模式的に示したものである。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の順で露光量を増やしている。
【００１４】
測長ＳＥＭ上での寸法計測は二次電子像のラインプロファイルを用いて行うことが一般的なため、まず始めに日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会第９８回研究資料「電子ビームテスティングハンドブック」Ｐ．２６１に述べられている、断面形状と二次電子強度のラインプロファイルの関係を紹介する。
【００１５】
図７において、
Ａ）電子ビームが基板部を照射しているときは、検出二次電子信号の強度は基板材料の二次電子の放出効率による一定値を示し、
Ｂ）ビーム照射点がパターンに接近するにつれ、発生した二次電子のうちパターンの傾斜部に衝突する二次電子が増加することにより二次電子の補集効率が低下するため信号強度が低下し、
Ｃ）二次電子信号強度は、パターンのボトムエッジからビーム径の半分だけ外側にシフトした位置で最小値を示す。
Ｄ）Ｃ点の通過後は試料傾斜角の変化に対応した二次電子放出効率の変化によりほぼ直線的に急激に増大し、
Ｅ）ビーム照射点がトップエッジ付近に近づくにつれ傾斜部の各照射点からのからの放出二次電子の補集効率の違いにより信号強度の増大が穏やかになる。
Ｆ）二次電子信号強度はパターンのトップエッジからビーム径の半分だけ外側にシフトした位置で最大値を示し、
Ｇ）Ｆ点の経過後低下していき、パターン材料の二次電子放出効率で決まる一定値に落ち着く。
【００１６】
ラインプロファイルから寸法を測定するには、ラインプロファイルのエッジ検出を行うことが必要である。測長ＳＥＭ上に搭載されているエッジ検出の手法としては、図８（ａ）に示すように最大傾斜位置をエッジとして検出する方法（最大傾斜法）、図８（ｂ）に示すように所定のしきい値でエッジ検出を行うしきい値法や、図８（ｃ）に示すようにエッジ部と基材部に直線をあてはめこれらの交点をエッジとして検出する直線近似法などが知られる。
【００１７】
図５、図６のような断面形状を有すレジストパターンの二次電子像のラインプロファイルから図８に示した手法でエッジ検出を行い寸法を計測し、その結果でレジスト断面形状の良否を判定しているのが図２の従来技術である。仮に、図８（ａ）の最大傾斜法を用いる、あるいは、図８（ｂ）のしきい値法でしきい値を５０％として用いたとすると、図５の（ｂ）〜（ｅ）では寸法値に殆ど差が生じないため、寸法値のみで良否を判断する従来の技術においては形状の変化を見逃しかねない（→問題（１））。
【００１８】
あるいは、図８（ｃ）の直線近似法を用いたとすると、台形の断面形状のボトム幅相当の寸法が得られるので前記のタイプの見逃しは生じないものの、ボトム幅がほぼ等しい図５の（ｂ）と図６の（ａ）の区別はつかない。図５の（ｂ）の状況であったなら、補正すべきパラメータはフォーカスであるが、従来の技術においては寸法の測定結果に基づき露光量の補正を行うので、露光量を補正したとしてもレジストパターン形状の改善は期待できない（→問題（２））。
【００１９】
また、リソグラフィ工程の安定化を図るためには計測結果が規格からはずれるという大きな変化ではなく、それに至る前のわずかな変化、すなわち、最適形状とのわずかな違いを検出することによってプロセスドリフトの前兆を検知することが重要である。そして、その結果を、次に投入する製品の露光条件を調整したり、あるいは、次工程であるエッチングの条件を調整するのに利用すべきであるが、前記従来技術においては、レジストの断面形状が必ずしも正確にモニターできていないため、こうしたプロセス制御は事実上困難である（→問題（３））。
【００２０】
かつて素子寸法が大きい時代であれば（図９（ａ））、側壁のテーパがエッチング後の膜パターン形状に及ぼす影響は僅かであったが、近年の素子寸法の低下に伴いパターンのアスペクト比（パターンの高さ寸法と幅寸法との比）が大きくなると（図９（ｂ））、側壁のテーパの影響は無視できない段階に達している。側壁のテーパを考慮できない従来の技術ではリソグラフィー工程は成立しなくなりつつある。
【００２１】
前記では，ホト工程の例について説明したが，エッチング工程においても同様の問題が生じる。図４１に示したように，パターンによって目標となる形状が異なるため，従来の寸法測定では，必要な形状情報を得ることができない。また，従来技術では，ホト工程におけるプロセスの異常を正確に検知できないため，エッチング後のパターン形状に問題が生じた場合に，ホト工程とエッチング工程のどちらに問題があったのか判別できなくなるといった問題があった。
【００２２】
本発明の目的は、製品ウェーハレベルでレジストパターンやエッチング後の回路パターンの立体形状を監視でき、かつ、的確な加工条件パラメータの変更が指示できる半導体デバイスの製造工程監視システムを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、以下に示す半導体デバイスの製造工程監視システムを測長ＳＥＭ（ＣＤ−ＳＥＭ）上に構築するようにしたものである。
【００２４】
即ち、本発明では、上記目的を達成するために、半導体デバイスの製造工程のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件を監視するシステムを、所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程を経て表面にパターンが形成された基板に電子線を走査しながら照射して基板の表面に形成されたパターンの電子線像を得るための画像取得手段と、画像取得手段により得たパターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含むパターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出する算出手段と、所定のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件パラメータ又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件のパラメータと所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程を経ることにより基板上に形成されるパターンの電子線像から算出されたパターンの立体形状の特徴量との関係を記述したリファレンスデータベースを記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶したリファレンスデータベースに記述されたリソグラフィ工程における処理条件パラメータ又はエッチング工程におけるエッチング条件のパラメータと所定のリソグラフィ工程又はエッチング工程を経ることにより基板上に形成されるパターンの電子線像から算出された立体形状の特徴量の関係と特徴量を算出する手段で算出したパターンの電子線像から算出されたパターンの立体形状の特徴量とを参照して所定のリソグラフィ工程における露光量やフォーカスなどの処理条件又はエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件を監視する監視手段とを備えたて構成した。
【００２５】
また、本発明では、上記目的を達成するために、半導体デバイスの製造工程を監視するシステムを、露光工程を経た被処理基板上に形成されたレジストパターンの電子線像を取得するための第１の画像検出手段と，検出した電子線像からレジストパターンのパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含むレジストパターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出する第１の特徴量算出手段と，露光工程にて形成されたパターンをマスクとしてエッチング工程にて形成された回路パターンの電子線像を取得するための第２の画像検出手段と，検出した電子線像から回路パターンのパターン幅、パターンのボトム側の平均的な傾斜角の大小を示すボトム指標値、パターンのトップ側の平均的な傾斜角の大小を示すトップ指標値を含む回路パターンの立体形状の特徴量又は前記パターンの電子線像からパターン幅、パターンのボトム側の線幅、パターンのトップ側の線幅を含む該パターンの立体形状の特徴量を算出する第２の特徴量算出手段と，第１の特徴量算出手段でレジストパターンの電子線像から算出したレジストパターンの立体形状の特徴量と露光工程における露光量やフォーカスなどの露光パラメータの関係および，露光パラメータとエッチング工程における処理時間・プラズマ放電電力・バイアス電力・ガス流量・ガス圧力などのエッチング条件パラメータと回路パターンの電子線像から算出された回路パターンの立体形状の特徴量との関係を記述したリファレンスデータベースを作成するリファレンスデータベース作成手段と、第１の特徴量算出手段でレジストパターンの電子線像から算出したレジストパターンの立体形状の特徴量の情報とリファレンスデータベース作成手段で作成した露光パラメータとエッチング工程におけるエッチング条件パラメータと回路パターンの立体形状の特徴量との関係の情報とを用いて回路パターンの立体形状の特徴量が所望の値となるエッチング条件を算出するエッチング条件算出手段とを備えて構成した。
【００２６】
本発明による半導体デバイスの製造工程を監視するシステムにおいては、ＣＤ−ＳＥＭは電子線像（ＣＤ−ＳＥＭで取得した画像）からレジストパターンの立体形状の特徴を表す新しい特徴量群を算出する機能を有する。
【００２７】
ホト工程を監視する段階においては、被検査対象のレジストパターンの電子線像を取得して特徴量群を算出し、予め構築しておいたリファレンスデータベース（露光条件パラメータと特徴量群との関係を記述したデータベース）に対して算出した特徴量群をマッピングすることにより、レジストパターンの立体形状を評価すると共に、露光条件パラメータの変動量を算出するようにしたものである。
【００２８】
また，本発明による半導体デバイスの製造工程を監視するシステムにおいては、ＣＤ−ＳＥＭは電子線像からエッチング後のパターンについても，その立体形状の特徴を表す新しい特徴量群を算出する機能を有する。
【００２９】
エッチング工程を監視する段階においては、被検査対象のパターンの電子線像を取得して特徴量群を算出し、予め構築しておいたパターン形状と特徴量群との関係を記述したリファレンスデータベースに対して算出した特徴量群をマッピングすることにより、パターンの立体形状を評価するようにしたものである。
【００３０】
また本発明は、前記の新しい特徴量群に基づくリファレンスデータベースを構築するのに最適なユーザインターフェースを提供するようにしたものである。また、本発明は前記のリファレンスデータベースを用いたプロセスウィンドウの設定方法を提供するようにしたものである。  また本発明は、リファレンスデータベースを構築するにあたって、実際のウェーハ（ＦＥＭウェーハなど）を用いる方法のほか、シミュレーションを用いる方法を提供するようにしたものである。
【００３１】
また本発明は、通常のｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗの二次電子線像以外に、二次電子像のチルト像、方向性をもった反射電子像を検出する機能を有し、より精密な立体形状の監視ができるようにしたものである。
【００３２】
さらにまた本発明においては、前記露光条件パラメータの変動量を一定期間にわたって保存することによって、露光条件パラメータのドリフトを監視する機能を提供するようにしたものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による半導体デバイスの製造工程監視システムの実施例として、リソグラフィ工程に適用した場合と、エッチング工程に適用した場合とについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
〔第１の実施の形態〕
（１−０）ホト工程の基本形
図１は、本発による第１の実施の形態に係る、ＣＤ−ＳＥＭ２００（図１０に概略構成を図示）上に構築したリソグラフィ工程監視システムを有するリソグラフィ工程の概念図である。本実施例においては、ＣＤ−ＳＥＭは、電子線像を取得した後（工程２００１）、電子線像からレジストパターンの立体形状の特徴をあらわす特徴量群（詳細は後述）を算出し（工程２００２）、特徴量群に基づく立体形状の評価を行なうと共に、予めＦＥＭウェーハを用いて構築しておいたリファレンスデータベース３０１（詳細は後述）を用いて、露光条件パラメータ（露光量とフォーカス）へのフィードバック量ΔＥ、ΔＦを算出する（工程２００３〜２００５）。
【００３４】
図４２は，本発明のリソグラフィ工程監視システムを含む半導体製造ラインの構築例を示している。各々の製造装置は，装置管理システム５００にネットワークを介してつながっており，装置管理システム５００は，これら装置の稼働状態やメンテナンスの状況に加え，各品種・工程の製造条件などの情報を管理している。また，膜厚計測装置５０６や測長ＣＤ−ＳＥＭ２００などの計測装置は，ＱＣデータ収集・解析システム５０１とつながっており，膜厚や測長の結果を収集管理している。また，このＱＣデータ収集・解析システム５０１は異常監視システム５０２につながっており，測長結果に何らかの異常が発生した場合には，表示連絡手段５０３を通じて，製造ラインの管理者５０５に連絡される。また，各々のウェーハが，いつどの工程をどの装置で着工したかという情報は着工来歴管理システム５０４により管理されている。このため，必要に応じて，全てのウェーハについての処理来歴を参照することが可能となっている。
【００３５】
図１０は本リソグラフィ工程監視システムで用いるＣＤ−ＳＥＭ２００の構成を示すブロック図である。図１０において、電子銃２０１より出た一次電子線２０２はビーム偏向器２０４、ＥｘＢ偏向器２０５、対物レンズ２０６を経てステージ１０１上におかれたウェーハ１００上に焦点を結んで照射される。電子線が照射されると、ウェーハ１００からは二次電子が発生する。試料１００から発生した二次電子は、ＥｘＢ偏向器２０５により偏向され、二次電子検出器２０７で検出される。偏向器２０４による電子線の二次元走査、あるいは偏向器２０４による電子線のＸ方向の繰り返し走査と、ステージ１０１によるウェーハのＹ方向の連続的な移動に同期して試料から発生する電子を検出することで、２次元の電子線像が得られる。
【００３６】
二次電子検出器２０７で検出された信号はＡ／Ｄ変換器２０８によってディジタル信号に変換され、画像処理部３００に送られる。画像処理部３００はディジタル画像を一時記憶するための画像メモリと、画像メモリ上の画像からのラインプロファイルや特徴量の算出を行うＣＰＵを有する。さらにまた、検出した画像あるいはラインプロファイルあるいは算出された特徴量などをリファレンスデータベースとして保存するための記憶媒体３０１を有す。画像処理部には表示装置３０２が接続され、必要な装置の操作、検出結果の確認等をグラフィカルユーザーインタフェース（以下、ＧＵＩと表記する）によって実現できるようになっている。
【００３７】
始めに、画像処理部３００で行う特徴量の算出手順を図１１に示す。まず、Ｓ／Ｎを改善するために、取得した画像（図１０（ａ））についてＮラインの重ねあわせを行ない滑らかなラインプロファイルを作成する（図１１（ｂ））。ラインプロファイルは、レジストパターンのエッジ部に相当する位置にピークを有すが、左側のピークを例にとって説明すると、図１１（ｃ）のように、極大点を通る直線Ｌ１によってピーク部分を左右に分割した時の左側の幅ＤＯ（ｊ）の平均値ＤＯと、右側の幅ＤＩ（ｊ）の平均値ＤＩを算出する。図１１（ｄ）に示すように、前記極大点はおおよそレジストパターンエッジ部の最大傾斜ポイントＰｂに相当するので、ＤＯは最大傾斜ポイントより下側すなわちボトム側の平均的な傾斜角の大小を、また、ＤＩは最大傾斜ポイントより上側すなわちトップ側の平均的な傾斜角の大小を表すといえる。以下、ＤＯをボトム指標値、ＤＩをトップ指標値と呼ぶ。このトップ指標値、ボトム指標値に、図８の方法等で算出した寸法値ＣＤを加えた３個の特徴量が、レジストパターンの立体形状の特徴をあらわす特徴量群となる。
【００３８】
図１２は前記３個の特徴量が、露光量、フォーカスの変動によってどのように変化するかを示した一例である。一般にＣＤ値（ライン幅など）は露光量に応じて値が変化するが、フォーカス変動に対する値の変化は僅かであり、図１２（ａ）のような状況となる。一方、トップ指標、ボトム指標は、図１２（ｂ）、（ｃ）のように、露光量よりもむしろ、フォーカスによって値が変化する。一般には、フォーカスがプラスに変動するとトップ部でラウンディングが生じるため、トップ指標の値が大きくなり、フォーカスがマイナスに変動するボトム部分でフッティングが生じるためボトム指標が大きくなる。以上説明した３個の指標が、図１の工程２００２にて算出する特徴量群である。
【００３９】
次に、リファレンスデータベース３０１について説明する。本実施例では、製品ウェーハの投入に先立って、図４に示したＦＥＭウェーハを用いてリファレンスデータベースを作成しておく。図１３はＦＥＭウェーハを用いたリファレンスデータベース作成のフローを示したものである。まずレシピを指定してウェハをロードしアライメンとした後、測定点へウェハを移動させ、フォーカス調整してテンプレートマッチングによりパターンを探索し、測定点を観察視野内に入れて画像を取得し、測定点の画像データから特徴量を算出して保存する。これを、全測定点について実行する。この求めた特徴量を、露光量、フォーカスのデータと対にして保存する（図１４（ａ））。ついで、このデータベースを用いて最適露光条件を求めると共に、３個の指標値の適性範囲を決定する。
【００４０】
図１５は最適露光条件を決定するのに用いるＧＵＩ画面の一例である。４０１ａには、図１４（ａ）の情報を参照して、各露光量、フォーカスにおけるＣＤ値が表示される。表示内容は、（１）ＣＤ値の表示、（２）ＣＤ値の大小による色分け表示、（３）４０１ｂの適性範囲設定用のバーで設定した適性範囲内と範囲外の色分け表示、のいずれかである。トップ指標値ＤＩ、ボトム指標値ＤＯは、それぞれ、４０２、４０３に同様の表示が行なわれる。４０４にはＣＤ値、トップ指標値ＤＩ、ボトム指標値ＤＯの適性範囲の重なり部分４０５が表示される。この重なり部分がいわゆるプロセスウィンドウとなる。ユーザーはバー４０１ｂ、４０２ｂ、４０３ｂを用いて各特徴量の適性範囲を設定してプロセスウィンドウを決定することができるほか、逆に、４０４上でプロセスウィンドウを設定して、各特徴量の適性範囲を決定することもできる。プロセスウィンドウの中央値（Ｅ０、Ｆ０）が最適露光条件であり、４０６に表示されされると共に、リファレンスデータベースに保存される（図１４（ｂ））。また、以後の製品ウェーハの露光条件となる。決定した３個の特徴量の適性範囲は４０７に表示されると共に、リファレンスデータベースに保存される（図１４（ｃ））。
【００４１】
続いて、図１の工程２００３〜２００５を説明する。
【００４２】
工程２００３では、被検査対象である製品ウェーハの電子線像から算出した３個の特徴量（ＣＤ値、トップ指標、ボトム指標）を、図１４（ｃ）の情報と比較し、３個全てが条件を満たせばリソグラフィプロセスが正常であるとみなす。１個でも条件を外れた場合には、工程２００４、２００５に進み、リファレンスデータベース上に保存された図１４（ａ）の情報と比較して、３個の特徴量が最も合致するインデックスｉを求める。そのインデックスにおける露光量Ｅ（ｉ）、フォーカスＦ（ｉ）と、最適露光量Ｅ０、最適フォーカスＦ０との差ΔＥとΔＦ（ΔＥ＝Ｅ（ｉ）−Ｅ０、ΔＦ＝Ｆ（ｉ）−Ｆ０）が被検査対象であるレジストパターンの露光条件の適性範囲からのずれ量ということになる。ΔＥ、ΔＦは以後の露光条件を修正するために露光器にフィードバックされる（図１の２００６）。
【００４３】
図１６はユーザーが、露光条件の変動状況を確認するためのＧＵＩ画面の模式図である。４１０には３個の特徴量それぞれが、どの程度適性範囲から外れているかが表示される。４１１には最適露光条件からのずれ量ΔＥ、ΔＦが、プロセスウィンドウと重ねあわせて表示され、ユーザーは画面上で、露光量、フォーカスそれぞれどの程度のマージンがあるかを確認することができる。なお，図１では，算出された露光条件の変動量ΔＥ、ΔＦの情報に基づき，露光条件が自動的に修正されるものとしたが，図１６に示すように，画面表示された露光条件補正量に基づいて，作業者が露光条件の変更を行ってももちろんよい。
【００４４】
また，図１のシステムでは，電子線像取得からパターン形状の良否判定および露光条件の修正量算出までＣＤ−ＳＥＭ２００内で行っているが，図４２の製造ラインにおいては，画像取得のみＣＤ−ＳＥＭ２００で行い，残りの処理はＱＣデータ収集・解析システム５０１や装置管理システム５００，あるいはこれらにつながった他の計算機を用いて行ってもよい。露光条件の変更は装置管理システム５００により自動的に行っても良いし，表示・連絡手段５０３を介して人間が結果を確認，条件変更の指示を行ってもよい。
【００４５】
本実施の形態（１−０）によれば、第１に、従来のＣＤ値に加えてトップ指標、ボトム指標を導入したことにより、従来のＣＤ値のみでは困難であった、ラウンディング、フッティングといったレジストパターンの形状異常の検出が可能となる。ひいては、レジスト形状の異常がもたらすエッチング後の膜パターンの形状異常を防止することができる。また、単なる形状異常としてではなく、具体的にラウンディングが起こっている、フッティングが起こっているといった、形状異常の部位が分かるという利点もある。
【００４６】
第２に、形状異常が検出可能なだけでなく、その要因である露光量、フォーカスの変動が定量的に分かるため、より正確なプロセスフィードバックが可能となる。特に、パターンルールの低下に伴って、露光器の焦点深度は浅くなる傾向にあるため、フォーカス変動量が分かることの効果は大きい。
【００４７】
第３に、最適露光条件を決定する作業が、色々な意味で容易かつ高精度になる。例を挙げると、露光条件の変動による、寸法、ラウンディング、フッティングの状態が数値で表されるため、感覚に頼ることなく最適条件が決定できるようになる。また、断面形状を調べるためにウェーハを切断する、あるいはＦＩＢで加工して断面観察をする場合も、ＦＥＭ上の数ポイントに付いて行なえば、他のポイントにおける断面形状につては特徴量から予測することが可能なため、断面観察に要する多大な時間の節約が可能となる。あるいは、各特徴量が断面形状にリンクしたものであるため、適性範囲の設定が分かりやすいという利点もある。
【００４８】
第４に、一連の作業（図１の工程２００１〜２００５）に要する時間は、従来のリソグラフィ工程においてＣＤ−ＳＥＭを用いて寸法計測を行なう工程（図２の（エ））と比べて大差のない時間であるため、前記のような数々の利点があるにもかかわらず、プロセスのスループットは落ちないという利点もある。
【００４９】
なお、複数の露光器を使用しているリソグラフィー工程においては、露光器には機差があるので、露光器ごとにリファレンスデータベースを作成しておくことが望ましい。
また、ここではラインパターンを例にとって説明したが、ラインプロファイルの作成方法を変更することにより、円形パターン、その他のパターンに対して本実施の形態を適用することも可能である。
【００５０】
さらになお、ここまで、被検査対象のウェーハ内の画像取得位置について言及しなかったが、実際の運用に当たっては、図２３に示したように、ウェーハ上の所定ポイント（例えば図２３（ｂ）の×印）で画像を取得し、それらの画像から得られた特徴量を総合的に判断して、露光条件のフィードバック量ΔＥ、ΔＦを決定することが望ましい。
【００５１】
この場合、例えば、図２３（ｂ）の×印を付した個所をウェハの中央で上下、左右の４つの領域（グループ）に分けてそれぞれの領域の×印を付した個所の画像について特徴量をまとめることにより、または、それぞれの領域内で×印を付した個所の画像のラインのプロファイルを重ね合わせて各領域毎のラインプロファイルを作成して、それから各領域毎の特徴量を求めることによりウェハ内の特徴量の分布がわかり、露光条件へのフィードバック量ΔＥ、ΔＦを、ウェハの各領域毎に設定することができる。
【００５２】
さらに、同様にして、露光時の単位露光領域内（ステップアンドリピート方式の露光においては、露光１ショットの領域、ウェハとマスクとを相対的に連続的に移動させながら露光するスキャン露光方式の場合には１スキャン領域）での特徴量の分布を求めることも可能になり、この分布に応じて１露光単位内で場所に応じて露光条件を調整することも可能である。ここで，露光条件の調整とは，露光量や露光時間だけでなく、露光用のマスクの条件(マスクパターンのサイズ、マスクの変形量など)を変えて調整することも含まれる。
【００５３】
（１−１）変形その１
前記の実施の形態（１−０）では、リファレンスデータベースには、図１４（ａ）に示したように、露光量、フォーカスに関連付けられた特徴量の値そのものを記憶したが、その代わりに、露光条件と特徴量の関係を関数の形で記述して、この関数をリファレンスデータベースデータベースに記憶するようにしても良い。リファレンスデータベースを作成する段階においては、まず、ＦＥＭ上の全点の電子線画像から特徴量を算出した後、特徴量と露光量、あるいは特徴量とフォーカスの関係を表す適当な関数への当てはめ（例えば、最小二乗法等による多項式への当てはめ）を行なう。具体例を以下に示す。
【００５４】
図１７（ａ）にＣＤ値と露光量の関係を示す。ＣＤ値は露光量に対して（フォーカスによらず）ほぼリニアに変化するので、Ｅに対する1次式を当てはめて、ＣＤ＝ｆ（Ｅ）を得る。図１７（ｂ）に各露光量でのフォーカスとトップ指標の関係を示す。トップ指標は、フォーカスがマイナス方向にずれると値が殆ど変化しないため、Ｆ＞０の範囲に限定して、例えば、Ｆに対する２次式を当てはめて、ＴＯＰ（Ｅ１）＝ｇ１（Ｆ）、ＴＯＰ（Ｅ２）＝ｇ２（Ｆ）・・を得る。図１７（ｃ）に各露光量でのフォーカスとボトム指標の関係を示す。ボトム指標は、フォーカスがプラス方向にずれると値が殆ど変化しないため、Ｆ＜０の範囲に限定して、例えば、Ｆに対する２次式を当てはめて、ＢＯＴ（Ｅ１）＝ｈ１（Ｆ）、ＢＯＴ（Ｅ２）＝ｈ２（Ｆ）・・を得る。リファレンスデータベースデータベースには、ｆ（Ｅ）、ＴＯＰ（Ｅ１）、ＴＯＰ（Ｅ２）・・、ＢＯＴ（Ｅ１）、ＢＯＴ（Ｅ２）・・が記憶される。
【００５５】
図１の工程２００４では、まずＣＤ値を関数ＣＤ＝ｆ（Ｅ）に代入することによって、露光量Ｅｘを求め、その後に、露光量Ｅｘにおけるフォーカスとトップ指標ＴＯＰの関係を表す関数ｇｘ（Ｆ）、露光量Ｅｘにおけるフォーカスとボトム指標の関係を表す関数ｈｘ（Ｆ）に代入することによってフォーカスＦｘを求める。これらと、最適露光量Ｅ０、最適フォーカスＦ０との差ΔＥとΔＦ（ΔＥ＝Ｅｘ−Ｅ０、ΔＦ＝Ｆｘ−Ｆ０）が被検査対象のレジストパターンの露光条件の適性範囲からのずれ量ということになる。
【００５６】
本実施の形態（１−１）によれば、先に示した実施の形態（１−０）での効果に加えて、リファレンスデータベースの規模が小さくて済むという利点がある。このことを利用して、露光装置別、現像装置別に関数を持つようにしても良い。また、露光条件Ｅｘ、Ｆｘは単に計算式に代入すれば求まるので、処理時間が格段に短くて済むという利点がある。
【００５７】
なお、ここでは、ＣＤ値と露光量の関係を1次式で、トップ指標、ボトム指標とフォーカスの関係を２次式で記述するとしたが、これは単なる一例であって、被検査対象の実状に合わせた関数を採用することが望ましい。
【００５８】
（１−２）変形その２
前記の実施の形態（１−０）では、特徴量として図１１（ｂ）のように、極大点を通る直線Ｌ１によってピーク部分を左右に分割した時の左側の幅ＤＯ（ｊ）の平均値ＤＯと、右側の幅ＤＩ（ｊ）の平均値ＤＩを用いたが、ＤＯ（ｊ）、ＤＩ（ｊ）そのものを特徴量として用いても良い。図１８では、極大点における値を１００％、左右に分割した時のそれぞれの最小値を０％として、１０％から９０％まで、５％刻みでＤＯ（ｊ）、ＤＩ（ｊ）を算出する。従って、１７個のＤＯ（ｊ）、１７個のＤＩ（ｊ）に、ＣＤ値を加えた、計３５個の値が特徴量として用いられることになる。図１８（ｂ）、図１８（ｃ）は異なった互いに異なった露光条件での、ＤＯ（ｊ）、ＤＩ（ｊ）一例である。
【００５９】
図１の工程２００４〜２００５においては、実施の形態（１−０）と同様、製品ウェーハの特徴量をリファレンスデータベース上に保存された特徴量と比較して最も合致するインデックスｉを求める。例えば、製品ウェーハの特徴量をＩ（Ｉは３５の特徴量を要素として持つベクトル）、リファレンスデータベース上の各露光条件での特徴量をＲ（ｉ）（Ｒ（ｉ）は３５の特徴量を要素として持つベクトル、ｉは露光条件インデックス）とすると、（Ｒ（ｉ）−Ｉ）２が最小となるｉを求めればよい。
【００６０】
本実施の形態（１−１）によれば、実施の形態（１−０）と比べると特徴量の個数が多い分、特徴量が最も合致するインデックスｉを求めるのに必要な処理時間は増加するものの、インデックスｉ算出の確実さが増すという利点がある。なお、５％刻みとしたのは一例であり、ポイントを増やす、あるいは減らすことも可能である。あるいは、図１８のＤＯ（ｊ）、ＤＩ（ｊ）の代わりに、図１９に示した寸法１、寸法２を用いても良い。
【００６１】
（１−３）変形その３
さらに別な特徴量として、取得した電子線画像そのもの、あるいはラインプロファイルを特徴量として用いてもよい。リファレンスデータベースを作成する段階においては、取得画像、ラインプロファイルを露光条件と組にして記憶する（図２０）。
【００６２】
始めに、電子線画像そのものを用いる場合について説明する。被検査対象である製品ウェーハの電子線像をＩ（ｘ、ｙ）、リファレンスデータベース上に記憶された、最適露光条件における電子線像をＲ０（ｘ、ｙ）、露光条件番号ｉにおける画像をＲｉ（ｘ、ｙ）とする。（ｘ、ｙ）は画像上の座標である。図１の工程２００３では、Ｉ（ｘ、ｙ）と、Ｒ０（ｘ、ｙ）との相関値（正規化相関）を求め、相関値が予め決めたしきい値未満であれば、工程２００４、２００５へと進む。工程２００４、２００５では、Ｉ（ｘ、ｙ）とＲｉ（ｘ、ｙ）（ｉ＝１、２、３、・・・）との相関値を順次求め、最も相関値が高い露光条件番号ｉを求める。露光条件番号ｉにおける露光量をＥ、フォーカスをＦとすると、これらと、最適露光量Ｅ０、最適フォーカスＦ０との差ΔＥとΔＦ（ΔＥ＝Ｅｘ−Ｅ０、ΔＦ＝Ｆｘ−Ｆ０）が被検査対象のレジストパターンの露光条件の適性範囲からのずれ量である。
【００６３】
ラインプロファイルを用いる場合も手順は全く同様である。被検査対象である製品ウェーハの電子線像をＩ（ｘ）、リファレンスデータベース上に記憶された、最適露光条件における電子線像をＲ０（ｘ）、露光条件番号ｉにおける画像をＲｉ（ｘ）とする。ｘはラインプロファイルの座標である。図１の工程２００３では、Ｉ（ｘ）と、Ｒ０（ｘ）との相関値（正規化相関）を求め、相関値が予め決めたしきい値未満であれば、工程２００４、２００５へと進む。工程２００４、２００５では、Ｉ（ｘ）とＲｉ（ｘ）（ｉ＝１、２、３、・・・）との相関値を順次求め、最も相関値が高い露光条件番号ｉを求める。露光条件番号ｉにおける露光量をＥ、フォーカスをＦとすると、これらと、最適露光量Ｅ０、最適フォーカスＦ０との差ΔＥとΔＦ（ΔＥ＝Ｅｘ−Ｅ０、ΔＦ＝Ｆｘ−Ｆ０）が被検査対象のレジストパターンの露光条件の適性範囲からのずれ量である。
【００６４】
本実施の形態（１−３）で電子線像そのものを用いる場合、リファレンスデータベースの規模が大きくなるという難点がある一方、あらゆるパターンへの適用が可能という利点がある。一般に電子線像はＳ／Ｎが低いため処理に適したラインプロファイルを得るには、図１１に示したようなライン加算がどうしても必要となる。単純なライン加算が可能なのはラインパターンのみで、それ以外については何らかの工夫が必要となるが（円形パターンの場合は、複数の直径方向の断面波形を加算するなど）、あらゆるパターンに対応するのは難しい。電子線像そのものを用いるのであれば、パターン形状に対する制約はなくなる。パターンの形状に応じて、以上示した実施の形態を使い分けるようにしても良い。
【００６５】
〔第２の実施の形態〕
図２１は本発明による第２の実施の形態に係る、ＣＤ−ＳＥＭ２００上に構築したリソグラフィ工程監視システムでの処理シーケンスである。
【００６６】
図２１において、工程２００１〜２００５によりΔＥ、ΔＦを算出するまでは、第1の実施の形態と同様である。その後、ΔＥ、ΔＦそのものを露光器にフィードバックせずに、来歴データベース３０３を参照して、過去のΔＥ、ΔＦの情報を用いて、フィードバック量ΔＥ１、ΔＦ１を決定する。例えば、来歴データベース３０３には、過去数ロット分のΔＥおよびΔＦが記憶されており、図２１（ｂ）のように、来歴データに対して直線を当てはめることにより、最終的なフィードバック量ΔＥ１、ΔＦ１を決定する。
【００６７】
露光量とフォーカスが等しくとも、微視的に見て全く等しいレジストパターンが形成されるとは限らない上、ＣＤ−ＳＥＭの撮像条件の僅かな違い、特徴量の算出誤差等によって個々の被検査対象から算出したΔＥ、ΔＦは一定の誤差を有する。フォーカスも突発的に変動するというよりは、ドリフト的に変化するものであるため、単独の結果からフィードバック量を決定するのに比べて、本実施の形態はより安定したプロセス制御が可能となる。
【００６８】
なお、図２１では来歴データベースがＣＤ−ＳＥＭ上にあるとしているが、必ずしもＣＤ−ＳＥＭ上にある必要はなく、図４２に示したように，ネットワーク上にある他の記憶装置上でもよいことは言うまでもない。また、同図では、過去数ロット分を来歴データとして用いているが、数ロット部というのは一例であり、これに限定するものではない。
【００６９】
〔第３の実施の形態〕
図２２は本発明第３の実施の形態に係る、ＣＤ−ＳＥＭ２００上に構築したリソグラフィ工程監視システムでの処理シーケンスである。
【００７０】
第１の実施の形態、第２の実施の形態においては、工程２００３において、特徴量群が条件を満たさない場合のみ、ΔＥ、ΔＦを算出するルーチンを実施したが、本実施の形態では、被検査対象の特徴量群が条件を満たしていても、来歴データベース３０３を参照し、過去からのΔＥおよびΔＦの変化傾向に基づいて、今後の状況を予測し、必要に応じて露光条件の微調整（Δｅ、Δｆ）を実施する。
【００７１】
図２２（ｂ）において、一点鎖線に挟まれた範囲がプロセスウィンドウであるとすると、露光量は増加の傾向にあることがみてとれ、次回はプロセスウィンドウから外れる危険性がある。一方、フォーカス値は減少の傾向にあることがみてとれる。この場合、今回の被検査対象はそのまま次工程に流すが、以降の露光条件は、Δｅ、Δｆだけ調整する。
【００７２】
本実施の形態によれば、条件から外れる予兆が見えた時に先回りして露光条件を調整することができるため、安定したリソグラフィープロセスが実現でき，再露光処理のウェハを低減することができる。また、露光条件の規格範囲からのずれが大きくなるに従い、精度よく露光条件の調整量を見積もることが困難になるため、その意味からも、常にずれ量があまり大きくならないようにしておくことによる効果は大きい。なお、図２２では来歴データベースがＣＤ−ＳＥＭ上にあるとしているが、必ずしもＣＤ−ＳＥＭ上にある必要はなく、図４２に示したように，ネットワーク上にある他の記憶装置上でもよいことは言うまでもない。また、同図では、過去数ロット分を来歴データとして用いているが、数ロット分というのは一例であり、これに限定するものではない。
【００７３】
〔第４の実施の形態〕
図２４は本発明第４の実施の形態に係る、ＣＤ−ＳＥＭ２００上に構築したリソグラフィ工程監視システムを有するリソグラフィ工程の概念図である。本実施例においては、ＣＤ−ＳＥＭは、電子線像を取得した後（工程２００１）、電子線像からレジストパターンの断面形状を予測し（詳細は後述）（工程２０２０）、予測断面形状に基づく立体形状の評価を行なうと共に、予めＦＥＭウェーハを用いて構築しておいたリファレンスデータベース３０１（詳細は後述）を用いて、露光条件パラメータ（露光量とフォーカス）へのフィードバック量ΔＥ、ΔＦを算出する（工程２０２２〜２０２３）。
【００７４】
始めに、図２５によりレジストパターンの断面形状を予測する方法を説明する。図２５（ａ）は、第1の実施の形態と同様、Ｎラインの重ね合わせによって得たラインプロファイルである（図１１（ａ）参照）。位置ｋにおける信号強度をＳＥ（ｋ）、位置ｋにおける局所的な傾斜角をθ（ｋ）とすると、二次電子信号強度は１／ｃｏｓθ（ｋ）に比例するので、ＳＥ（ｋ）とθ（ｋ）の関係は、式（２５−１）のように書き表すことができる。ここで、ａは比例定数、ｂはオフセットである。一方、図２５（ａ）における区間Ｌは、レジストパターンのエッジ部に相当するので、レジスト高さをＨ、画素サイズをｄすると、式（２５−２）のように、ｄ×ｔａｎθ（ｋ）を区間Ｌにわたって積分するとＨになる。ここで、Ｈとして適当な値を与え、レジストトップでの傾斜角は０と仮定すれば、最小二乗法によって、ａ、ｂの値を求めることができる。得られたａ、ｂを式（２５−１）に代入すれば、各位置ｋにおける傾斜角θ（ｋ）が定まり、エッジ部において傾斜角度がどのように変化しているかの様子が表現でき、図２５（ｃ）のような擬似的な断面形状が得られる。
【００７５】
レジスト高さＨが未知であること、また、ＳＥ（ｋ）とθ（ｋ）の関係は実際には、図２５中に記載した式（２５−１）のような単純な関係ではないことから、前記のようにして得た疑似断面形状は、実際の断面形状に合致するものではないが、露光条件の変動によってレジストの断面形状が変化すれば、疑似断面形状にもそれを反映した変化が現われるので、第１の実施の形態における特徴量群と同様に扱うことができる。
【００７６】
次に、リファレンスデータベース３０１について説明する。本実施例では、製品ウェーハの投入に先立って、図４に示したＦＥＭウェーハを用いてリファレンスデータベースを作成しておく。作成の手順は、第１の実施の形態と同様であるが、特徴量群を算出する代わりに、疑似断面形状を算出して、露光量、フォーカスと対にして保存する。疑似断面形状の算出結果はそのまま数列として保存しても良いし、あるいは、疑似断面形状を適当な関数で表現してその関数を保存しても良いが、図２６（ａ）には、高さ１０％、２０％、・・９０％における、左右それぞれのエッジ位置として保存する場合を示す。例えばＸＬ（９０）は、図２６（ｂ）に示すように、高さ９０％における左エッジの位置である。リファレンスデータベースには、第１の実施の形態と同様、図２６（ａ）の情報に加え、最適露光条件（図２６（ｃ））、および、最適露光条件における疑似断面形状（図２６（ｄ））が保存される。
【００７７】
図２７に最適露光条件を決定するのに用いるＧＵＩ画面の一例を示す。横軸に露光量を、縦軸にフォーカスをとったマトリクス４２０上の適当なエリア、例えば４２１をユーザーが指定すると、先に選択したエリアに相当する露光条件における疑似断面形状が４２２のように表示される。４２３に示したように、レジストの上部、中部、下部のレジスト幅の許容範囲という形で疑似断面形状に対する条件を設定すると、リファレンスデータベース上にある図２６（ａ）の情報が参照され、条件を満たす露光量、フォーカスの範囲のマトリクスが４２０に代わって４２４のように表示される。疑似断面形状に対する条件として、図２８（ａ）に示したレジストパターンのトップ側の幅とボトム側の幅の比や、図２８（ｂ）に示したような左右のエッジ幅の比をプロセスウィンドウに加えても良い。プロセスウィンドウの中央値（Ｅ０、Ｆ０）が最適露光条件であり、画面上に表示されると共に、リファレンスデータベースに保存され、以後の製品ウェーハの露光条件となる。
【００７８】
続いて、図２４の工程２０２１〜２０２３を説明する。
【００７９】
工程２０２１では、被検査対象である製品ウェーハの電子線像から算出した疑似断面形状を、図２６（ｄ）の情報と比較し、疑似断面形状が許容誤差範囲内であればリソグラフィプロセスは正常であるとみなす。許容誤差範囲を外れた場合には、工程２０２２、２０２３に進み、リファレンスデータベース上に保存された図２６（ａ）の情報と比較して、疑似断面形状が最も合致するインデックスｉを求める。そのインデックスにおける露光量Ｅ（ｉ）、フォーカスＦ（ｉ）と、最適露光量Ｅ０、最適フォーカスＦ０との差ΔＥとΔＦ（ΔＥ＝Ｅ（ｉ）−Ｅ０、ΔＦ＝Ｆ（ｉ）−Ｆ０）が被検査対象であるレジストパターンの露光条件の適性範囲からのずれ量ということになる。ΔＥ、ΔＦは以後の露光条件を修正するために露光器にフィードバックされる（工程２００６）。
【００８０】
図２９はユーザーが、露光条件の変動状況を確認するためのＧＵＩ画面の模式図である。４３０には被検査対象の電子線像のラインプロファイルから算出した疑似断面形状と、最適露光条件における電子線像のラインプロファイルから算出した疑似断面形状とが重ね合わせて表示される。どの程度適性範囲から外れているかが表示される。４３１には最適露光条件からのずれ量ΔＥ、ΔＦが、プロセスウィンドウと重ねあわせて表示される。
本実施の形態によれば、実施の形態（１−０）で述べたのと同様の効果に加え、特にプロセスウィンドウを求めて最適露光条件を決定する際、実寸法にリンクした値を用いた条件設定が可能であるため、相対値で無名数である特徴量を用いるのと比べると、ユーザーにとってパラメータが扱いやすく、調整が容易という利点がある。
【００８１】
なお、疑似断面形状を求める際に用いる、信号強度をＳＥ（ｋ）と傾斜角をθ（ｋ）の関係式は、式（２５−１）に限定する必要はなく、予め、信号強度と傾斜角の関係を調べておき、それに合わせた関数を用いるようにしてもよい。
【００８２】
また、本実施の形態が第２、第３の実施の形態と組み合わせ可能であるのはいうまでもない。
【００８３】
〔第５の実施の形態〕
図３０は、本発明の第５の実施の形態に係る、ＣＤ−ＳＥＭ２００上に構築したリソグラフィ工程監視システムを有するリソグラフィ工程の概念図である。本実施例で用いるＣＤ−ＳＥＭは図３１に示すようにＸＹ平面内で移動可能で更にチルト機能を備えたチルトステージ１０２を有し、通常のｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ像の他、チルト像を得ることができる。
【００８４】
本実施例においては、ＣＤ−ＳＥＭは、通常のｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ像、および、チルト像を取得した後（工程２０３１）、後述する方法により通常画像とチルト像とからレジストパターンの高さを算出し（工程２０３２）、さらに、レジストパターンの立体形状の特徴をあらわす特徴量群を算出し（工程２０３３）、予測断面形状に基づく立体形状の評価を行なうと共に、予めＦＥＭウェーハを用いて構築しておいたリファレンスデータベース３０１を用い、露光条件パラメータ（露光量とフォーカス）へのフィードバック量ΔＥ、ΔＦを算出する（工程２０３４〜２０３６）。
【００８５】
始めに、図３２によりレジストパターンの高さ算出方法を説明する。図３２（ａ）はｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ像、図３２（ｂ）はチルト像である。ｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ像におけるエッジ幅をＸ１、チルト像におけるエッジ幅をＸ２とすると、各々のチルト角α１とα２は既知なので（α１＝０、α２は図３１のステージチルト角）これを、図３２（ｃ）付した式に代入すればレジストパターンの高さｈを求めることができる。図３２（ｃ）は日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会第９８回研究資料「電子ビームテスティングハンドブック」Ｐ．２６９からの抜粋である。
【００８６】
図３３（ａ）は本実施の形態でのリファレンスデータベース３０１の保存情報である。特徴量群にレジストパターンの高さが加わっている点が、第１の実施の形態と異なる。特徴群はｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ像から求めても良いし、チルト像から求めても良いし、両方から求めるようにしても良い。
【００８７】
図３０における工程２０３４〜２０３６は、基本的に第１の実施の形態における工程２００３〜２００５と同様であるため、説明を省略する。
【００８８】
本実施の形態によれば、実施の形態（１−０）で述べたのと同様の効果に加え、レジストパターンの高さという情報が加わるため、より正確に露光条件のフィードバック量ΔＥ、ΔＦが求まるという利点がある。
【００８９】
なお、ステージをチルトさせる代わりに電子光学系のカラムをチルトさせても、あるいは、照射電子線の偏向角度を変えることによって、試料への入射角度を変えるようにしても良い。
また、本実施の形態を第４の実施の形態と組み合わせても良い。第４の実施の形態ではレジスト高さＨが未知なため、適当な値を仮定したが、前記のようにして求めた高さを用いれば、より実際の断面形状に合致した疑似断面形状を得ることが可能となる。第４の実施の形態と組み合わせる場合のリファレンスデータベース３０１の保存情報を、図３３（ｂ）に示す。
【００９０】
さらにまた、ｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ像とチルト像を用いてレジストの高さを求めるだけでなく、ステレオ立体視の原理による断面形状の再構成を行い、第４の実施の形態における疑似断面形状と同様、再構成結果を特徴量として扱うようにしても良い。
また，チルト像においては，図３２（ｂ）に示したように，左側のレジスト側壁相当部および平坦部は画素数が増し，右側の側壁相当部の画素数は減少する（チルトステージの傾斜が試料にとって右上がりの場合）。本実施の形態で着目するのは，画素数が増加した側のレジスト側壁相当部のラインプロファイルである。図４３に示すように，傾斜面を十分な広さで検出できれば，傾斜面の中央部（図４３ｂ）では，エッジ効果の影響はあまり受けず，傾斜角に応じた信号量を安定に検出することができる。
【００９１】
そこで，この信号量と角度の関係を利用して，側壁部の信号量を側壁の傾斜角を表す特徴量として用いることができる。例えば，トップおよびボトムのエッジを抽出し，その中央付近の明るさを平均してこれを特徴量とする。第４の実施例でも述べたように，ＳＥＭの電子線画像は，傾斜角度が大きいほど明るくなるので，この特徴量の増減で，傾斜角の変化を知ることができる。予め，傾斜角のわかっているサンプルを用いて，傾斜角と信号量の関係を求めておけば，さらに高精度な評価が可能となる。これに，レジスト膜厚の情報を組み合わせれば，パターン断面の大まかな形状を推定することもできる。
【００９２】
また，図１１の実施例と同様に，トップ部（図４３ｃ）やボトム部（図４３ａ）の波形を利用すればラウンディングやフッティングの状態も併せて評価することができる。これらは全て，前記第１の実施例における特徴量として使用することができる。
【００９３】
本実施の形態によれば，第１の実施の形態で述べたのと同様の効果に加え，チルト画像を用いることにより側壁部に相当する画素数が増すため，より精度の高い特徴量が得られ，ひいては，より正確な露光条件の予測が実現できる。さらにまた，ｔｏｐ−ｄｏｗｎ ｖｉｅｗでは計測不可能な逆テーパの計測も一定範囲について可能となる。傾斜面の信号量を利用して，傾斜角度を直接求めることができるため，パターン幅測定誤差の影響を受けにくくなる。なお，ステージをチルトさせる代わりに電子光学系のカラムをチルトさせても，あるいは，照射電子線の偏向角度を変えることによって，試料への入射角度を変えるようにしても良い。  また，本実施の形態が第２、第３の実施の形態と組み合わせ可能であるのはい
うまでもない。
【００９４】
〔第６の実施の形態〕
図３４は本発明第６の実施の形態に係る、ＣＤ−ＳＥＭ２００上に構築したリソグラフィ工程監視システムを有するリソグラフィ工程の概念図である。先に示した第５の実施の形態では、ＣＤ−ＳＥＭ上でレジストの高さを算出したが、本実施の形態では、ＣＤ―ＳＥＭ外で何らかの測定手段によって測定された結果を、第４の実施の形態での疑似断面形状を求める際のレジスト高さとして用いる。具体的には、レジスト塗布後に実施される膜厚計測２０４１の測定結果、あるいは、レジスト現像後に実施されるレジスト高さ計測２０４２の測定結果を用いる。
第４の実施の形態ではレジスト高さＨが未知なため、適当な値を仮定したが、本実施の形態によれば、より実際の断面形状に合致した疑似断面形状を得ることが可能となる。また、チルト像を取得する必要がないため、第５の実施の形態に比べてスループットが高いという利点もある。
【００９５】
また、本実施の形態が第２、第３の実施の形態と組み合わせ可能であるのはいうまでもない。
【００９６】
〔第７の実施の形態〕
図３５は、本発明の第７の実施の形態に係る、ＣＤ−ＳＥＭ２００上に構築したリソグラフィ工程監視システムを有するリソグラフィ工程の概念図である。本実施例で用いるＣＤ−ＳＥＭは図３６に示すように反射電子検出器２０９、２１０を有し、通常のｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ像の他、図３７（ａ）、（ｂ）に示すような陰影像を得ることができる。
【００９７】
本実施例においては、ＣＤ−ＳＥＭは、通常のｔｏｐ−ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ像、および、陰影像を取得した後（工程２０５１）、陰影像からレジストパターンのエッジ部の傾斜強度を算出し（工程２０５２）、さらに、レジストパターンの立体形状の特徴をあらわす特徴量群を算出し（工程２０５３）、特徴量群に基づく立体形状の評価を行なうと共に、予めＦＥＭウェーハを用いて構築しておいたリファレンスデータベース３０１を用い、露光条件パラメータ（露光量とフォーカス）へのフィードバック量ΔＥ、ΔＦを算出する（工程２０５４〜２０５６）。
また，第５の実施例と同様に，反射電子のチルト像を用いてパターンの高さ検出や，側壁の特徴量を得てもよい。
【００９８】
本実施の形態によれば、実施の形態（１−０）で述べたのと同様の効果に加え、レジストパターンエッジ部の傾斜強度という情報が加わるため、より正確に露光条件のフィードバック量ΔＥ、ΔＦが求まるという利点がある。
【００９９】
また、本実施の形態が第２、第３の実施の形態と組み合わせ可能であるのはいうまでもない。
〔第８の実施の形態〕
本発明の第８の実施の形態は、リファレンスデータベースを構築方法に関する。これまで述べた実施の形態では、実際のウェーハの電子線像を用いてリファレンスデータベースを構築したが、本実施の形態では、計算機上のシミュレーションでリファレンスデータを作成する。
図３８にリファレンスデータ作成のフローを示す。まず、様々な露光条件（露光量、フォーカス）におけるレジストの断面形状をシミュレーションして求め（工程２０６１）、これらをリファレンスデータベースに保存する（工程２０６２）。さらに、得られた断面形状における電子線像のラインプロファイルをシミュレーションして求め（工程２０６３）、これをリファレンスデータベースに保存する（工程２０６４）。シミュレーターとしては、例えばＶＳ−Ｍ／ＥＢ（富士総研のパッケージソフトの商品名）を用いる。このラインプロファイルから、第１の実施の形態と同様にして特徴両群を算出して（工程２０６５）、これをリファレンスデータベースに保存する（工程２０６６）。図示しないが、シミュレーションを行う前に、結果が実状に合うようなシミュレーション条件を求めておくことが必要なのは言うまでもない。
【０１００】
被検査対象であるレジストパターンから算出したラインプロファイルを用いて、レジストパターンの立体形状の評価、および、フィードバック量の算出を行なう場合は、工程２０６４で保存したリファレンスデータを用いる。
【０１０１】
被検査対象であるレジストパターンから算出した特徴量を用いる場合には、工程２０６６で保存したリファレンスデータを用いる。
【０１０２】
被検査対象であるレジストパターンの予測断面形状（第４の実施の形態、第６の実施の形態で算出した疑似断面形状、あるいは、第５の実施の形態でチルト像を用いた再構成結果）を用いる場合は、工程２０６２で保存したリファレンスデータを用いる。
【０１０３】
本実施の形態によれば、様々な露光量、フォーカスにおける電子線像を取得する必要がないため、リファレンスデータベースの作成に要する時間を短縮できるという利点がある。
【０１０４】
〔第９の実施の形態〕
これまでの実施例で示したホト工程の監視システムをエッチング工程に応用する方法を第９の実施例として図４０に示す。
エッチング工程においても，ホト工程と同様の方法によるプロセス管理が可能であるが。特にエッチング工程の特徴として以下の点が挙げられる。（１）エッチ後パターン形状は回路パターンの最終形状であり，工程により目標形状が異なる，（２）加工条件パラメタが多く複雑である，（３）ウェハ面内で均一な加工が必要である，（４）条件出しが困難である（ホト工程のＦＥＭのように様々な条件での加工を一度に行うことができない），（５）処理チャンバ内の汚れ等による経時変化が大きい。
これらの特徴を考慮して，エッチング工程監視システムを実現する方法について以下に説明する。
【０１０５】
露光装置ではレジストの剥離・再加工が可能だが、エッチング装置の場合は再加工は不可能である。このため、変動をフィードバックし、寸法を常に許容範囲内に保つ必要がある。エッチング装置においても、加工後のパターン形状を評価し、その加工状態を決める装置パラメタを制御することで、前出の露光装置の場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
所定の工程を経て製造されたパターンの形状を、前出の実施の形態（１−２）で示したラインプロファイルの測定値の組や、実施の形態（１−３）で示したラインプロファイルの相関値や電子線像そのものの相関値を用いて、目標形状との一致度を評価し、その差をエッチング装置にフィードバックすればよい。
図４１に示したように，エッチング工程により形成されるべき加工形状は，半導体デバイスの要求仕様から決定され，対象となる製品や工程によって異なる。このため，使用する特徴量は目標形状の評価に適したものを用いるのが望ましい。例えば，配線工程であれば，トップ部およびボトム部に相当する配線幅を含む特徴量として，図１９の寸法１および寸法２のうち，トップおよび求む幅と相関の高い寸法を選択して用いることができる。ゲート配線の場合には，配線底部に形成されるゲート酸化膜部分の幅が最も重要であるため，配線幅に加え，ボトム部のフッティング特徴量を加えるといったことが有効である。
【０１０７】
また，エッチング工程では，ウェハ面内の均一性を確保することが重要であるため，図２３（ｂ）の例のように，ウェハ内複数点で評価を行い，均一性を考慮したプロセス監視を行う。詳細については後述する。
【０１０８】
次に，前記特徴量と組み合わせてリファレンスデータベースに保存する加工条件について説明する。露光装置に比べ，エッチング装置では，加工性能を左右するパラメータが多い。例えばドライエッチングの場合には、使用するガスの種類や混合比、ガス圧力、高周波電力、温度、エッチング時間などを制御する必要がある。そこで、第９の実施例では、これらの制御パラメータのうち比較的変更が容易なものを選択して加工形状を管理する。
【０１０９】
例えば、図４０の場合は、調整するエッチングパラメタとしてエッチング時間を用いている。特徴量として選択した配線寸法を用いて，この寸法が許容値を超え，目標値よりも増えた場合はエッチング時間を増加させ、目標値よりも小さい場合にはエッチング時間を減少させる。このときリファレンスデータベースには、予め目標形状を実現している加工条件と、その条件に対して制御するパラメータ（図４０の場合はエッチング時間）を変化させた条件で加工されたパターンとの評価値の違いを保持しておけば、どの程度エッチング時間を変化させればよいのかがわかる。
【０１１０】
この方法の場合、実際に変動している製造装置のパラメタを直接調整できるとはかぎらない。例えば、図４０の例の場合において、実際にはエッチング装置のガス圧など他の条件が変動して加工形状が変化しているとしても、エッチング時間の制御により加工形状を所定の目標値に近づける。このため、調整パラメータが変動原因と異なる場合には、形状を完璧に制御できるとは限らないが、エッチング装置のように制御パラメータが多い場合には、最良の加工条件の組み合わせは１つとは限らず、変動量が小さい場合には，異なるパラメータを用いても，ある程度の補正は可能である。
【０１１１】
また、変動がゆるやかな場合であれば、エッチング装置の条件のみならず、露光装置の変動にもエッチングの条件で同様に対応することが可能である（詳細は後述）。なお，処理チャンバ内の汚れや部品の消耗などが原因の形状変動の場合には，加工条件の変更では十分に対応できない場合も考えられる。このような場合には，図４２の表示・連絡手段５０３などを用いて，対応できるパラメタが存在しない旨エラー表示すればよい。
【０１１２】
なお，図４０では，算出されたパターン形状特徴量群に基づき，エッチング条件（ここではエッチング時間）などのエッチング装置の加工条件をリファレンスデータベースを参照して見直し、その結果に基づいてエッチング装置のレシピを修正してエッチング装置を制御するシステムについて説明しているが、算出されたパターン形状特徴量群のデータを画面上に表示したり、リファレンスデータベースを参照した結果を表示したり、エッチング条件の修正量を画面表示して，それを元に作業者が条件変更を行ってももちろんよい。
【０１１３】
図４０の例では，電子線画像取得からパターン形状の良否判定および加工条件見直しまで全てＣＤ−ＳＥＭ上で行われているが，図４２の製造ラインにおいては，画像取得のみＣＤ−ＳＥＭ２００で行い，残りの処理はＱＣデータ収集・解析システム５０１や装置管理システム５００，あるいはこれらにつながった他の計算機を用いて行ってもよい。加工条件の変更は装置管理システム５００により自動的に行っても良いし，表示・連絡手段５０３を介して人間が結果を確認，条件変更の指示を行ってももちろんよい。
【０１１４】
図４０の例では、制御パラメタとしてエッチング時間を選択しているが、他の制御パラメータであっても、また露光装置のフォーカスと露光量のように、２つあるいはそれ以上の複数のパラメータの組み合わせであってももちろんよい。この場合、多次元の組み合わせのリファレンスデータベースが必要となる。
【０１１５】
また，このとき、これらの関係を表す適当な関数を導入すれば、実施の形態（１−１）と同様の制御が実現できる。エッチング工程では，ホト工程におけるＦＥＭウェハのように，１枚のウェハ上で加工条件を変更することができないため，ホト工程よりもデータベース作成に多くの時間を要する。このため，実施の形態（１−１）と同様に関数を導入することで，さらに大きな高速化効果を得ることができる。
【０１１６】
また，エッチング工程の場合にも図３１や図３６に示したようなシステムを利用すれば、第５の実施例や第７の実施例と同様に、さらに詳細な立体形状の情報を得ることが可能である。加えて，側壁部のチルト画像を用いれば，ホト工程と同様の利点の他に，逆テーパへの対応や，パターン底部に発生するノッチなどの異常検出も可能となる。また，側壁面が観察可能なため，多層膜の場合にも，材質ごとに領域を分けるなどの方法により，有用な特徴量を得ることが可能となる。
【０１１７】
また，第６の実施例と同様に，被エッチング膜の膜厚情報を利用することもできる。この，膜厚の値は，予め製品および工程ごとに製造仕様値を登録しておいてもよいし，着工する製品ウェーハごとに他の手段でデータを収集してもよい。成膜工程における膜厚は，数百ナノメートルの膜厚に対して，その変動を数ナノから数十ナノメートル程度におさめるように，光学式の膜厚計５０６などを用いて比較的厳しく管理されている。特にエッチング工程では，パターン表面はレジストマスクにより保護されているため，膜厚はほぼ一定とみなすことができる。例えば，図４２のシステムであれば，装置管理システム５００を介して，当該ウェーハの被加工膜の膜厚仕様値を得ることができる。また，膜厚計測が行われていれば，ＱＣデータ解析システム５０１から，膜厚計５０６により実際に計測した膜厚情報を取得することにより，精度の高い情報を得る事ができる。
【０１１８】
また、エッチングの加工状態についても、ＰＬＡＴＡＮ−ＥＴＣＨなどのシミュレータがあり、これらを利用すれば第８の実施例と同様の処理を行うことができる。エッチング工程においては，リファレンスデータベースの作成に非常に多くの時間を要するため，シミュレータ利用による所要時間短縮の効果はホト工程よりもさらに大きい。
【０１１９】
また，図４０では，パターン形状特徴量が許容値を超過した場合にのみパラメタの変更を実施しているが，ホト工程における第３の実施例と同様に，パターン形状が許容値内であっても，パラメタを変更してもよい。
【０１２０】
次に，図４０に示すプロセス監視システムにおけるＧＵＩ画面の一例を図４４に示す。エッチング装置では，加工中に発生する副生成物のチャンバ内付着や，部品の消耗などが原因でパターン形状が変動するため，定期的にクリーニングや部品交換が行われる。本発明では，これらの装置のメンテナンス記録とＳＥＭ画像から得られた特徴量の推移を併せて表示する。図４４（ａ）に示すように，特徴量別に時系列データ５１０をグラフ表示すると同時に，メンテナンス記録５１１の表を表示する。グラフ表示内のメンテナンス記録は色が変わって表示され，グラフ上にも対応する時間がわかるようにメンテナンス記録表示５１２が示される。なお，時系列データグラフには目標値５１３と許容値５１４も併せて表示されている。
【０１２１】
これらの表示はエッチング装置毎に行う。同一エッチング装置のデータが異なる測長ＳＥＭ上にあり，かつ図４２のようにお互いにネットワーク上でつながっている場合には，それらのデータを転送して表示することもできる。また，リファレンスデータベースは必ずしもＳＥＭ上にある必要はなく，ネットワークで接続された他の場所にあってもよい。横軸は，該当ウェハの着工日時や該当エッチング装置の累積稼働時間，または該当エッチング装置の着工ウェハ累積枚数など，該当装置の着工順に対応するものを用いる。図４４（ａ）では特徴量別に表示するようになっているが，一つのグラフに複数の特徴量を同時に表示してもよいし，これらの和など，全体の様子を表す値に変換して表示してもよい。
【０１２２】
また，図４４（ａ）は特徴量別に表示しているが，図４４（ｂ）に示すように，得られた特徴量から推定されたエッチングパラメタを表示してももちろんよい。図４４（ｂ）の例では，第３の実施例のように，加工パラメタを常に制御した場合を示しており，エッチング条件の変動量５２０と併せて調整量５２１を表示している。このようにすれば，どの程度の条件変更が実行されているのか，また条件変更によっても対応できない変動がどの程度あるのかを容易に確認することができる。また，図４４（ａ）あるいは（ｂ）と併せて，エッチング装置に搭載されている各種センサ（圧力計など）の出力を表示してもよい。これらのセンサ出力は，ウェハを加工した際の装置の状態を示すため，同時に表示することで，装置の変動がパターン形状に与える影響を容易に確認することができる。
【０１２３】
プロセスウィンドウの表示および，現在のウェハの評価結果の表示に関しては，図１５および図１６と同様の表示を行ってももちろんよい。このとき，露光量およびフォーカスの代わりにエッチングパラメタを用いてやればよい。
【０１２４】
このように、本実施の形態により、エッチング工程においても，露光工程と同様に，高度なプロセス制御が実現可能となり、パターンの加工を良好に行うことができる。また，パターン形状を表す特徴量群や，形状変化に相当するエッチング条件パラメタ変動とともに，実際のエッチング装置の状態やメンテナンス記録を容易に確認可能なため，装置の状態の把握が容易となり，異常発生時には速やかに対処が可能となる。
【０１２５】
〔第１０の実施の形態〕
次に，第１０の実施の形態について図４５を用いて説明する。エッチング工程においては，ホト工程と異なり，ウェハ面内における加工均一性を確保することが，良好な加工を実現するうえで非常に重要である。そこで，本実施例では，前記実施例で示した，配線幅やラウンディング，フッティング等の特徴量に加えて，これら特徴量の面内均一性を新たな特徴量として加える。例えば，図４５（ａ）に黒色で示すチップでＳＥＭ画像を取得する。次に，図４５（ｂ）に示すように，ある特徴量（例えば配線幅）のウェハ面内分布を求めて，この最大値と最小値の比あるいは差などを新たな特徴量として用いればよい。このとき，必ずしも全ての特徴量の面内分布を求める必要はなく，対象とする工程において特に重要な特徴量についてウェハ面内分布の特徴量を算出すればよい。
このように，新たな特徴量を設けることで，ウェーハ面内の均一性を考慮したプロセス管理が行え，ウェーハの大口径化にも対応可能となる。
【０１２６】
また，ウェハ面内均一性の表示例を図４６に示す。図４６（ａ）はある特徴量（例えば線幅）のウェハ面内分布を測定し，特徴量の大きさに応じて異なる色で表示している。図１５の各特徴量のパラメタ依存性を表すグラフ（４０１ａ，４０２ａ，４０３ａなど）の代わりに図４６（ａ）のグラフを用いてもよい。また図４６（ｂ）では，ある特徴量のプロセスウィンドウをウェハ面内位置，例えばウェハ中央，中間，外周に分けて表示している。このように表示することで，エッチングパターン形状のウェハ面内均一性を容易に確認することができる。
【０１２７】
〔第１１の実施の形態〕
エッチングプロセスの主な加工処理条件には，エッチング処理時間，プラズマ放電の電力，試料に印加するバイアス電力，プロセスガスの流量（比）やその圧力，ウェーハ温度などがあり，これらを適切な値に設定しなければ，所望の形状のパターンを形成することはできない。これらのパラメータは互いに影響しあうため，最適な条件を設定することは非常に難しく，現状では熟練者の経験と勘に頼っているところが大きい。
【０１２８】
これに対し，本発明では，第（１−１）の実施例のように，形状を表す特徴量を関数で示すことで，条件出しに要する時間を短縮する。図４７に本発明の条件出し手順を示す。図４７（ａ）は現状の条件出し手順であり，パターンの良否判定のために，加工と断面観察を繰り返す。ホト工程におけるＦＥＭのように，１枚のウェハ上に異なる加工条件のパターンを形成することはできず，エッチング条件１つに対して１枚のウェハが必要となるため，この繰り返しループが多くなると，条件出しのコストも増加する。このため，ホト工程に比べ，リファレンスデータベースの作成はもとより，最適条件の決定にも多くの時間とコストを必要とする。この，繰り返しの回数は熟練者の技術によって異なるが，エッチング条件と形状の関係を定量的に評価できれば，この繰り返し作業を低減することができ，条件出しは容易となる。
【０１２９】
図４７（ｂ）は本発明の条件出し手順を示している。まずはじめに，ステップ２２００〜２２０５で条件パラメタと形状を表す特徴量の関係を表す関数を大まかに求める。
【０１３０】
一例として，ダマシン加工により酸化膜に溝状に配線を形成する場合において，エッチング時間，ガス圧力を主要なパラメータとして調整する例について説明する。ここでは，エッチング条件の評価基準として，例えば，トップ部およびボトム部に相当する配線幅を含む特徴量として，図１９の寸法１および寸法２のうち，トップおよび求む幅と相関の高い寸法を選択して用いる。例えばｂ＝１０％の寸法１をボトム幅，寸法２をトップ幅とする。図４８は，求めるべきこれら特徴量と加工条件の関係を表している。
【０１３１】
通常は，加工材料や加工形状に応じた標準的な加工条件があり，それを対象製品・工程に対して最適化する。また，それぞれのパラメータの定性的な性質（例：エッチング時間を長くすれば，エッチング量が増える）はある程度わかっていることが多い。そこで，はじめに最適化前の標準条件での加工（図４７ステップ２２００）を行い，特徴量であるトップ部幅およびボトム部幅を評価する（図４７ステップ２２０１，図４８に黒色の印で示す点）。
【０１３２】
この結果をもとに，他の条件は標準条件のままで，それぞれの単独のパラメータのみを適切な値変化させた第２の加工（ステップ２２０２）を実施し，各々の特徴量を評価する（ステップ２２０３，図４８に白色の印で示す点）。このとき，各パラメータの定性的な性質がわかっている場合には，各特徴量の目標値に近づく方向に値を設定する。例えば，図４８（ａ）で，現在の寸法よりも目標寸法を小さくしたいのであれば，エッチング時間を長く設定して評価する。
【０１３３】
この評価により，各パラメータの変化量と特徴量の変化量の関係をおおまかに捉えることができる。この関係（図４８に点線で示す直線）を初期関数として，目標形状の特徴量を仮に決定する（ステップ２２０５）。
【０１３４】
ここで，標準条件および，第２の条件による加工結果はＡＦＭや断面観察を利用して加工形状の良否をきちんと確認（ステップ２２０４）しておくことが望ましい。但し，予め他の手段でこれらの特徴量が校正されている場合には，ステップ２２０４は必ずしも必要ない。このように，あらかじめこれらの形状をきちんと評価しておけば，後はこの結果を利用して，ＳＥＭ画像の特徴量のみから加工形状の良否判定が可能となる。
【０１３５】
このようにして得られた初期関数を利用することにより，選択したパラメータで，所望の形状を実現するためには，どの程度の値に設定すればよいか予測できるので，これを利用してさらに条件の絞り込みを行う。ステップ２２０６では，この初期関数を用いて，次の加工条件を設定する。図４８の例では，エッチング時間を変更すれば，トップ幅，ボトム幅共に同様に変化する（図４８(ａ)）が，ガスの圧力を変えてもボトム幅しか変化しない（図４８(ｂ)）という特性の違いが明らかになっている。これらの特性と，標準条件での特徴量と目標値との違いを考慮して，変更する主なパラメータを決定する。
【０１３６】
例えば，図４８において，灰色の線で示すように目標寸法が決められているのであれば，特性の推定直線と交わる領域から，図４８（ｂ）にハッチングで示した範囲あたりを目安に，ガス圧力のパラメータを変更してみて，所望の形状を実現できる値を選択すればよいことになる。これは，第１の実施例のパラメータの変動量算出時に行った，特徴量群の目標値からのずれが最小になる条件を選択するのと同じ作業である。このとき，同様な形状変更が可能なパラメータが複数ある場合は，スループットやパラメータの変更のしやすさ，安定性などを考慮して選択すればよい。
【０１３７】
このようなパラメータの選択は，目標値からのずれと，各パラメータの変更の容易さなどを考慮した適当な評価関数を設定すれば，自動で計算することもできる。この際，複数のパラメータを選択する場合には，相乗効果を想定した変更量の調節を行う。なお，ここでは標準パラメータに対して，第２の加工条件として，各プロセス条件パラメータの変更を１回ずつ行い，簡単な直線近似で傾向を確認したが，条件の変更を複数回行ってさらに多くのデータを用いてもよい。この場合は取得データに応じて，直線近似以外に適した方法を用いればよい。
【０１３８】
その後，加工（ステップ２２０７），評価（ステップ２２０８），判定（ステップ２２０９）を行い，その結果を元に特徴量と加工パラメタの関数および目標形状の特徴量を修正（ステップ２２１０）し，次の加工条件の決定（ステップ２２０６）を行う作業を目標形状が得られるまで繰り返す。目標形状の特徴量が得られるエッチング条件が決定したら，加工したウェハの断面観察を行い，問題がなければ条件出しを終了する。
【０１３９】
このように，本発明では，定量的な評価結果に基づいて条件変更を行うため，エッチング条件を確実に収束させることができる。また，条件変更の繰り返しループ２２０６から２２１０の間に，最も時間を要する断面観察が入っていないため，従来手法に比べ高速な条件出しを実現することができる。
【０１４０】
もちろん，いくつかの加工条件について，従来と同様に断面観察を実施し，測定値の校正を行えば，さらに条件出しの信頼性を向上することができる。このように，特徴量を利用することで，毎回断面観察を行うのではなく，要所要所での確認のみで，定量的に効率よく条件設定を行うことができる。
【０１４１】
図４８では，形状評価の特徴量として，トップ部およびボトム部の幅を用いたが，壁面の傾斜角や，ラウンディングやフッティングの指標など，加工するパターンにとって重要な形状の特徴をあらわす特徴量を用いればよい。ラウンディングやフッティングの指標を特徴量とする場合は，指標値のみで絶対的な形状を推定することはできないが，例えば，標準条件とパラメータ変更後の加工結果の断面観察により角部の曲率を測定し，指標値と曲率の関係を求めておけば，所望の形状における指標値を推定することができる。
【０１４２】
なお，本実施例では，標準条件がわかっている場合の例を示したが，全く新たな材料や構造などに対応する際に，どのパラメータがどのような性質を示すか明らかでない場合には，実験計画法やタグチメソッドなどを用いた条件出し手法が効果的である。このような場合にも，本システムにより得られる特徴量を出来栄えの評価値として用いてやることで効率よく最適な条件を決めることができる。
【０１４３】
また，このような，エッチング条件出し時に同時にリファレンスデータベースを作成しておけば，前記第９の実施例のプロセス制御に利用することができる。本実施例では，繰り返し作業は最終条件に近い条件でのみ行われるが，実際にプロセスの監視や制御を行う際に用いるデータベースは，目標形状に近い形状変動が算出できれば十分であり，本実施例の条件出し時に保存するデータで十分である。
【０１４４】
〔第１２の実施の形態〕
図３９は、本発明の第１２の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムを有するリソグラフィ工程の概念図である。本発明第１２の実施の形態では、被検査対象である製品ウェーハのレジストパターンおよびエッチング後パターンの電子線像から得られた形状情報を用いてプロセス制御を行う。
【０１４５】
以下に図３９を用いて，手順を説明する。まず，前記第（１−０）の実施例等と同様に，露光後のレジストパターンの形状を評価して，露光条件の変動量を算出する（ステップ２２２０，２２２１）。算出された露光条件を予めリファレンスデータベースに記録されているホト工程の許容値と比較して（２２２２），条件を満たしている場合には，そのまま，通常のエッチング条件を設定し（２２２４），エッチング工程（２２２５）に進む。
【０１４６】
ここで，条件を満たさない場合には，予めリファレンスデータベースに記録されている露光条件とエッチング条件の対応関係を参照し，エッチング条件変更による対応の可否を判定する（２２２３）。対応が可能な場合はエッチング条件を変更して（２２２４）エッチング加工を実施し（２２２５），不可能な場合には，レジスト剥離と再露光を行う。この露光条件とエッチング条件の関係を示すデータベースの内容と作成方法については後述する。このステップ２２２０から２２２４までは，ＣＤ−ＳＥＭ２００内で行われる。このとき，ステップ２２２１からステップ２２２４までは，リファレンスデータベース３０１を参照することで行われる。ここで，図３９では，第３の実施例と同様，ステップ２２２１の露光条件算出結果を常に露光装置にフィードバックする例を示しているが，第（１−０）の実施例と同様に，適当な許容値を設定し，許容値超過時のみ補正してももちろんよい。
【０１４７】
このフィードバックは，図４２のデータ収集・解析システムおよび装置管理システムを介して自動で行われる。あるいは，許容値を超過した場合のみ，ＣＤ−ＳＥＭの画面や，ネットワークを通じて図４２の表示・連絡手段５０３などを介して，作業者や製造ライン管理者に連絡するようにしてもよい。
【０１４８】
次に，エッチング後のパターンについても形状特徴量を評価し（ステップ２２２６），加工形状に異常がないか判定を行う（ステップ２２２７）。結果はＣＤ−ＳＥＭのＧＵＩ画面や図４２に示した表示・連絡手段５０３によって確認することができる。ここで，加工結果が正常でない場合には，露光条件の変動およびエッチング条件の変更を考慮して，エッチング工程の変動が原因であると判定されれば，装置の対策や加工条件の変更を行う。このステップ２２２６および２２２７はＣＤ−ＳＥＭ２００内でリファレンスデータベース３０１を参照して行われる。また，算出された形状特徴量からその形状変化に対応するエッチング条件パラメタの変動量を算出して，露光装置と同様に，自動でエッチング装置の条件を変更するようにしてもよい。
【０１４９】
つまり，露光後およびエッチング後にパターンを評価し，露光工程が原因であった場合には，露光工程の条件を最適状態に戻すとともに，異常を検知したウェーハのエッチング処理条件を変更することで，露光工程の異常の影響を吸収し，同ウェーハのエッチング後のパターン形状を良好な状態にする。一方，エッチング工程に問題があった場合には，エッチング工程の装置対策や加工条件変更を行うのである。ここで，ＳＥＭ画像から取得する特徴量は、前記の実施の形態で述べたいずれの特徴量を用いてもよい。
また図３９では，パターンの画像取得から形状評価結果の判定までＣＤ−ＳＥＭ上で実施しているが，電子線画像取得以外の手順については，ＣＤ−ＳＥＭとネットワークでつながっている他の計算機上で行っても当然よい。
【０１５０】
次に，露光条件とエッチング条件の関係を示すデータベースの作成方法について説明する。ホト工程の露光量とフォーカスの変動量に対して，それぞれ適切なエッチング条件を求めるために，第（１−０）や第４の実施例で示したプロセスウィンドウ作成の要領で，図４に示したホト工程の条件出しウェーハ（ＦＥＭウェーハ）を用いてホト工程の加工条件（露光量とフォーカス）と加工結果の特徴量およびその許容値の関係を記述したデータベースを作成する。
【０１５１】
リファレンスデータベース作成手順を図５０により説明する。まずはじめに，図４に示したＦＥＭウェハを複数枚作成する（２２４０）。次に，これらのＦＥＭウェハの画像特徴量を算出し（２２４１），第（１−０）の実施例と同様に露光条件とともに，リファレンスデータベースに保存する（２２４２）。その後作成されたＦＥＭウェハを最適条件とそれ以外のいくつかの条件でエッチング処理を実施して（２２４３），それらのＳＥＭ画像特徴量を算出する（２２４４）。最後に，各ＦＥＭウェハ上で，得られた画像特徴量が最終形状の許容値を満たしている露光条件を調べ，これらの関係をリファレンスデータベースに保存する（２２４５）。
【０１５２】
次に，詳細な内容を図４９を用いて説明する。第１１の実施例で示した酸化膜エッチングに対して，エッチング時間を制御する場合について説明する。たとえば，エッチング条件として３種類のエッチング時間でそれぞれ図４に示した露光条件出し用ウェーハをエッチングする。
【０１５３】
図４９は，露光量とフォーカスの条件を変更して作成したウェーハをエッチングした結果を示したものである。ｘ軸はフォーカス，ｙ軸は露光量を示し，太線で囲った升目は最適露光条件を表す。斜線で示した露光条件のパターンが，特徴量の評価により，エッチング後の形状が許容値内であると判定された条件，すなわちプロセスウィンドウを示す。（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ異なるエッチング時間により処理を行った結果であり，正常に露光されているパターンでの最適エッチング時間は（ｂ）の条件である。これを用いて，例えばホト工程の異常により，フォーカス量および露光量が(Fa, Ea)であったとすると，（ｃ）のエッチング時間Ｔ＋の条件でエッチングすれば，所望の加工形状が得られるということがわかる。
【０１５４】
このように，図４に示すレジストパターンを用いて，ホト工程の露光量，フォーカス量と，エッチング条件とエッチング後のパターン形状の特徴量の組でデータを記録し，データベースを作成しておけば，ホト工程に突発的な異常が発生した場合にも，エッチング工程の条件変更を行うことで，所望のパターン形状を得ることができる。
【０１５５】
図４９（ｄ）は，（ａ）（ｂ）（ｃ）の論理和を表示したものである。ホト工程のみの条件変更では，（ｂ）のプロセスウィンドウにしか対応できなかったが，エッチング条件を変更すれば（ｄ）のプロセスウィンドウ内のホト工程の変動に対応することが可能となる。ここで，図４９（ｄ）の白地部分はどのようなエッチ条件においても所望の加工形状が得られない場合であり，従来のレジスト剥離・再露光を行う。このとき，必要に応じて警告やエラーを出すこともできる。
【０１５６】
この結果を元に，それぞれの露光条件に対して，所望のパターン形成が可能なエッチング条件をリファレンスデータベースに保存しておけば，図３９で示したプロセス制御が可能となる。ここで，複数のエッチング条件で所望の形状が得られる場合には，周囲の領域がより広い条件，すなわち，最もプロセスマージンの大きい条件を選択すればよい。逆に，（ａ）（ｂ）（ｃ）のプロセスウィンドウ間に隙間があるような場合には，その間のエッチング条件を加えてＦＥＭを作成したり，補間により適切な条件を決定したりすればよい。なお，本実施例では，エッチング工程のパラメータは簡単のためにエッチング時間のみ３種類で示したが，変更するパラメータの種類や数はもちろん必要に応じて変更してかまわない。
【０１５７】
本実施の形態によれば，ホト工程およびエッチング工程において，それぞれパターンの立体形状の情報を非破壊で取得し，プロセスの監視を行うことで，従来法では見逃しの恐れがあった露光時のフォーカスずれも確実に検知することができ，異常が発生した場合に，ホト工程とエッチング工程のどちらが原因であるかを即座に判定することができる。このため，異常発生時の原因調査・対策も迅速に行える。その結果，安定なプロセスを実現することができ，パターン形状の異常がもたらす，デバイス不良の大量発生を防止することができる。また，ホト工程において異常が発生した場合にも，エッチング工程の条件を変更することで，従来行っていたレジスト剥離・再生の回数を減らすことができる。
【０１５８】
〔第１３の実施の形態〕
前記第１２の実施例では，図４の条件出し用ウェーハを用いた場合について説明したが，第１３の実施例として，さらにエッチングの均一性を考慮したデータベースの作成手法とそれを用いたプロセスの制御方法について説明する。
【０１５９】
エッチング工程では，処理チャンバ内のプラズマやプロセスガス圧力の分布など様々な要因によりウェーハ面内で均一な加工を行うことが難しい。このため，露光量，フォーカスを変更したサンプルを図４に示したように単純に並べて前記のエッチング処理を実施すると，エッチング加工後のパターン形状の違いが，露光量およびフォーカスの違いによるもの以外に，エッチングの加工均一性の影響も受けてしまう可能性が高い。そこで，図４のように露光量とフォーカス量を順に変更していくのではなく，エッチングの均一性を考慮して配置する。
【０１６０】
図５１に示すように，ウェーハエッジからの距離に応じて露光ショットをグループ（図５１の例ではＡからＤ）に分けて，それぞれのグループ毎に，露光量とフォーカスが異なるショットの組合せを形成する。すなわち，各グループ毎に，図４９に示した露光量とフォーカス量のプロセスウィンドウのデータが得られるようにする。これらを用いれば，エッチング加工前のレジストパターンの特徴量とエッチング後パターンの特徴量の違いから，エッチング加工のウェーハ面内均一性の情報を得ることができる。例えば，同じ露光条件で形成したパターン形状の特徴量が，エッチ後のみばらついていたら，エッチング工程に問題があると考えることができるし，それらのばらつきにウェーハ面内位置依存性があれば，エッチングのウェーハ面内均一性の情報を得ることができ，特にプロセスマージンの少ない位置やその程度も定量的に知ることができる。例えば，図４６（ｂ）と同様に，各グループ毎にプロセスウィンドウを表示すれば，ホト・エッチを含めたリソグラフィ工程のプロセスマージンがウェーハ面内でどの程度異なるのか確認することができる。
【０１６１】
また、これらのデータベースを利用して、更に精度の高いホトリソグラフィプロセスを実現することも可能となる。図５１のウェーハを用いれば、面内位置に応じて、各々のエッチング状態に適した露光条件を知ることができる。そこで、図５１のウェーハを用いて、ウェーハ面内に応じた最適露光条件を決定しておいて、ウェーハ上の位置に応じて、現在のエッチング条件に対して最適な露光条件で露光を行えばよい。例えば、ステップアンドリピート方式の露光装置であれば、ウェーハ上の位置に応じて、露光ショットの条件を変更する。この方式により、エッチングに起因して生じる面内の不均一性を補償することが可能になる。
【０１６２】
なお，図５１は，エッチング加工形状変動が比較的同心円上の分布をもつ特性を利用したものであるが，エッチング装置によって異なる分布を持つことがわかっているのであれば，それに応じたグループ分けを行ってもよい。
【０１６３】
本実施の形態によれば，前記第１２の実施の形態で得られる利点に加え，ウェーハ面内の均一性を考慮したプロセス管理を行うことで，ウェーハの大口径化にも対応可能となる。
【０１６４】
【発明の効果】
本発明によれば、本発明の目的は、製品ウェーハレベルでレジストパターンの立体形状が監視でき、露光量のみならずフォーカスのずれの検出が可能なリソグラフィ工程監視システムが提供可能になる。その結果として、従来の寸法計測では見逃されていたフォーカスのずれによる立体形状の異常が検出可能となり、再生がきかないエッチング後の膜パターンとなる不良の作り込みが防げるようになる。さらにまた、従来、経験と勘に頼っていた露光装置へフィードバックから、定量的な出力が可能となるため精密なプロセスへのフィードバックが可能となる。更にまた、露光条件の変動予測制御をおこなうことにより安定したリソグラフィープロセスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムを有するリソグラフィ工程のフロー図である。
【図２】従来技術のリソグラフィ工程を示すフロー図である。
【図３】エッチング前後のレジストパターンと膜パターンの関係を示すウェハの断面図である。
【図４】条件出し用ウェーハの一例を示す平面図である。
【図５】フォーカスのずれによるレジスト断面形状の変化を示すレジスト断面図である。
【図６】露光量のずれによるレジスト断面形状の変化を示すレジスト断面図である。
【図７】レジストの断面形状と二次電子信号強度の関係を示す模式図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）ラインプロファイルのエッジ検出手法を説明する図である。
【図９】（ａ）昔のレジストパターンの代表的な形状の断面図、（ｂ）現在のレジストパターンの代表的な形状の断面図である。
【図１０】第１の実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭの全体構成を示すブロック図である。
【図１１】（ａ）ラインパターンのＳＥＭ画像、（ｂ）ＳＥＭ画像のラインプロファイル、（ｃ）ラインプロファイルの拡大図、（ｄ）ラインパターンの断面輪郭形状の模式図である。
【図１２】（ａ）は露光量とフォーカスとを振ったときのＣＤ値の変化の状態を示すマトリックス図、（ｂ）は露光量とフォーカスとを振ったときのラウンディングの変化の状態を示すマトリックス図、（ｃ）は露光量とフォーカスとを振ったときのフィッティングの変化の状態を示すマトリックス図である。
【図１３】第１の実施の形態におけるリファレンスデータベースの作成手順を示すシーケンス図である。
【図１４】（ａ）第１の実施の形態におけるリファレンスデータベース上に保存されるデータを示すデータシート、（ｂ）最適露光条件と露光量、フォーカスの関係を示すデータシート、（ｃ）ＣＤ値、トップ値、ボトム値の各上限値と下限値との関係を示すデータシートである。
【図１５】第１の実施の形態に係るプロセスウィンドウ設定用ＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【図１６】第１の実施の形態に係るプロセスモニタリング用ＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【図１７】（ａ）露光量とＣＤ値との関係を示すグラフ、（ｂ）露光量をパラメータにしたフォーカスとトップ指標との関係を示すグラフ、（ｃ）露光量をパラメータにしたフォーカスとボトム指標との関係を示すグラフである。
【図１８】（ａ）ラインプロファイルを示す図、（ｂ）と（ｃ）とは、異なった露光条件で形成したパターンのＤＩとＤＯの状態を示すグラフである。
【図１９】（ａ）ラインプロファイルを示す図、（ｂ）寸法１と寸法２とのｂと寸法との関係を示すグラフである。
【図２０】本発明の第１の実施の形態で用いるさらに別の特徴量データベースのイメージ図である。
【図２１】（ａ）本発明の第２の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムの動作の手順を示すフォロー図、（ｂ）ロット番号とΔＥ、ΔＦとの関係を示すグラフである。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムの動作の手順を示すフォロー図、（ｂ）ロット番号とΔＥ、ΔＦとの関係を示すグラフである。
【図２３】本発明の第１の実施の形態を捕捉説明するリソグラフィ工程監視システムの動作の手順を示すフォロー図、（ｂ）ウェハの平面図である。
【図２４】本発明の第４の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムの動作の手順を示すフォロー図である。
【図２５】（ａ）ラインプロファイルを示す図、（ｂ）レジストパターン断面の輪郭の一部を示す部分断面図、（ｃ）レジストパターンの断面輪郭を示す断面図である。
【図２６】（ａ）本発明の第４の実施の形態におけるリファレンスデータベース上に保存されるデータのデータシート、（ｂ）レジストパターン断面の輪郭を示す断面図、（ｃ）最適露光条件と露光量、フォーカスとの関係を示すデータシート、（ｄ）ＸＬ、ＸＲと許容誤差との関係を示すデータシートである。
【図２７】（ａ）本発明の第４の実施の形態に係るプロセスウィンドウ設定用ＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図、（ｂ）表示画面上でマトリクス４２０と入れ替えて表示されるマトリクス４２４である。
【図２８】（ａ）、（ｂ）は共に本発明の第４の実施の形態に係るプロセスウィンドウ設定方法を捕捉するレジストパターンの断面の模式図である。
【図２９】本発明の第４の実施の形態に係るプロセスモニタリング用ＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【図３０】本発明の第５の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムの処理手順を示すフロー図である。
【図３１】本発明の第５の実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭの全体の概略構成を示すブロック図である。
【図３２】（ａ）はチルトをかけないで検出したレジストパターンのＳＥＭ画像、（ｂ）はチルトをかけて検出したレジストパターンのＳＥＭ画像、（ｃ）本発明の第５の実施の形態に係るレジスト高さ算出の原理を説明するレジストパターンの断面図である。
【図３３】（ａ）、（ｂ）は共に、本発明の第５の実施の形態におけるリファレンスデータベース上に保存されるデータのデータシートである。
【図３４】本発明の第６の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムの処理手順を示すフロー図である。
【図３５】本発明の第７の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムの処理手順を示すフロー図である。
【図３６】本発明の第７の実施の形態に係るＣＤ−ＳＥＭの全体の概略構成を示すブロック図である。
【図３７】（ａ）、（ｂ）は共にレジストパターンの陰影像を説明するレジストパターンの断面図である。
【図３８】本発明の第８の実施の形態に係るリファレンスデータの作成手順を示すフロー図である。
【図３９】本発明の第１２の実施の形態に係るエッチング工程監視システムの処理手順を示すフロー図である。
【図４０】本発明の第９の実施の形態に係るリソグラフィ工程監視システムを有すリソグラフィ工程である。
【図４１】エッチング工程により形成すべき回路パターンの形状を示す図であり，（ａ）は素子分離工程を，（ｂ）はゲート工程をしめしている。
【図４２】本発明における半導体製造ラインの構成の一例を示す図である。
【図４３】本発明の第５の実施の形態に係るチルト画像を説明する図である。
【図４４】本発明の第９の実施の形態に係るプロセスモニタリング用ＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【図４５】本発明の第１０の実施の形態に係るエッチング加工形状の面内均一性評価方法を説明する図である。
【図４６】本発明の第１０の実施の形態に係るプロセスモニタリング用ＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【図４７】本発明の第１１の実施の形態に係るエッチング加工条件出し作業のフロー図であり，（ａ）は従来法，（ｂ）は本発明の手法を示す図である。
【図４８】本発明の第１１の実施の形態に係るエッチング加工条件とパターン形状を表す特徴量の関係を示す図である。
【図４９】本発明の第１２の実施の形態に係る露光条件とエッチング加工条件の関係を説明する図である。
【図５０】本発明の第１２の実施の形態に係る露光条件とエッチング加工条件の関係を表すリファレンスデータベース作成手順を説明するフロー図である。
【図５１】本発明の第１３の実施の形態に係るウェーハを説明する図である。
【符号の説明】
１００・・・ウェーハ    １０１・・・ステージ    １０２・・・チルトステージ
２００・・・ＣＤ−ＳＥＭ    ２０１・・・電子銃    ２０２・・・一次電子線
２０３・・・コンデンサレンズ      ２０４・・・偏向器    ２０５・・・EｘB偏向器
２０６・・・対物レンズ    ２０７・・・二次電子検出器    ２０８・・・Ａ／Ｄ変換器
２０９・・・反射電子検出器    ２１０・・・反射電子検出器
３００・・・画像処理部    ３０１・・・記憶媒体    ３０２・・・表示装置
５００・・・装置管理システム，５０１・・・ＱＣデータ収集・解析システム，
５０２・・・異常監視システム，５０３・・・表示・連絡手段，
５０４・・・着工来歴管理システム５０５・・・製造ライン管理者，５０６・・・膜厚計，
５０７・・・膜厚計（レジスト）５１０・・・特徴量時系列データ，
５１１・・・装置メンテナンス記録，５１２・・・装置メンテナンス記録表示，
５１３・・・目標値，５１４・・・許容範囲，
５２０・・・エッチング条件変動量時系列データ，
５２１・・・エッチング条件調整量時系列データ
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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