(57)【要約】【課題】測定の信頼性を向上させ、より高精度な測定を可能とすることにより、生産性の向上を図ることのできる形状測定方法および形状測定装置を提供する。【解決手段】測定座標位置から回折信号の取得が実行され、検出回折信号記憶部４２に検出データが収容される（５０）。また、ライブラリ記憶部４３内から、所定のライブラリの選択が行われる（５１）。次に、演算部４４において、取得された検出回折信号とライブラリとの第１の波形マッチングを実行する（５２）。次に、再度検出回折信号の取得を行い（５４）、ライブラリの選択（５５）、および第２の波形マッチングが実行される（５７）。次に、第１の波形マッチングの結果と、第２の波形マッチングの結果とで差分を算出し、この値がスペック値を満足するか否かの判定を行う（５８）。【選択図】図２
2009117691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体装置の微細パターンの寸法又は３次元形状を測定する形状測定方法において、
前記基板上の所定の測定箇所の前記微細パターンに光を照射し検出された検出回折信号と、仮想回折信号の集まりであるライブラリとの波形マッチングを行い、前記測定箇所の少なくとも１つ以上のパラメータを求める第１の波形マッチング工程と、
前記第１の波形マッチング工程における前記検出回折信号及び前記ライブラリの少なくとも一方を変更して波形マッチングを行い、前記測定箇所の少なくとも１つ以上のパラメータを求める第２の波形マッチング工程と、
前記第１の波形マッチング工程と前記第２の波形マッチング工程とによって求められた少なくとも１つ以上のパラメータ同士を比較し、これらの差が予め設定された許容値の範囲内か否かを判定する判定工程と、
を具備したことを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の形状測定方法において、
前記第２の波形マッチング工程では、前記第１の波形マッチング工程とは異なる条件で前記微細パターンに光を照射し検出された検出回折信号を使用することを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
請求項１記載の形状測定方法において、
前記第２の波形マッチング工程では、前記第１の波形マッチング工程とは異なる前記ライブラリを用いて波形マッチングを行うことを特徴とする形状測定方法。
【請求項４】
請求項１記載の形状測定方法において、
前記第２の波形マッチング工程では、前記第１の波形マッチング工程とは異なる波長領域において波形マッチングを行うことを特徴とする形状測定方法。
【請求項５】
基板上に形成された半導体装置の微細パターンの寸法又は３次元形状を測定する形状測定装置であって、
前記微細パターンに対して所定の条件で入射光を入射させる光源と、
前記微細パターンからの回折信号を検出する検出器と、
仮想回折信号の集まりであるライブラリを複数記憶するライブラリ記憶部と、
前記検出器で検出された検出回折信号を記憶する検出回折信号記憶部と、
前記検出回折信号記憶部内の検出回折信号と、前記ライブラリ記憶部内のライブラリとの波形マッチングを行い、少なくとも１つ以上のパラメータを求める演算部と、
前記基板上の１つの測定箇所において、前記演算部による前記波形マッチングを、前記検出回折信号及び前記ライブラリの少なくとも一方を変更して複数回行い、これらの複数回の前記波形マッチングの結果得られたパラメータ同士を比較し、これらの差が予め設定された許容値の範囲内か否かを判定するよう制御する制御部と、
を具備したことを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程において、微細パターンの寸法又は３次元形状を測定する形状測定方法および形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程における微細パターンの検査工程では、光学的に形状をモニターする手法に注目が集まっている。代表的な手法としてスキャタロメトリ（Scatterometry）と呼ばれる技術がある。この技術は、パターンに光を照射して得られた回折信号と、予め測定されるパターンの形状変化を予測してシミュレーションされ算出された仮想回折信号の集まりであるライブラリとでマッチングを行うことによりパターンの形状を推測する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この測定方法は、高スループット、高精度なだけでなく、電子ビームを用いた測定手法に比べてパターンへのダメージが少ない等の利点が多く存在する。但し、測定を実行する前にライブラリを作製する必要があり、そのために手間と時間を要する。また、ライブラリとのマッチングにより答えを算出するこのような方法では、パラメータ数が多くなると、解の候補が複数存在してしまい、稀に間違った結果を示す問題が存在していた。以下、実際の例を使って説明を行う。
【０００４】
図１４に、上記した技術により、ウエハ内の５点（サイト１〜サイト５）を測定した結果を示す。測定パターンの断面構造は、図３に示す構造であり、測定に用いたライブラリは、図４に示す構成のものである。図３に示すように、測定パターンはレジスト２１で形成されている。そして、図４に示すように、レジスト２１については、３個の可変パラメ−タ（レジストミドルＣＤ、レジスト高さ、レジスト側壁角度）が設定されている。また、下層膜についても、反射防止膜、下層膜Ａ、下層膜Ｃについて、３個の可変パラメータが設定されている。なお、パラメータを可変とするか固定とするかは、任意に設定可能であるが、一般的にはプロセスの変化に敏感なパラメータを可変とする場合が多い。
【０００５】
図１４の測定結果に目を向けると、サイト４のボトムＣＤ（Bottom CD（ここでは、レジストの高さに対して下から１０%の箇所の線幅と定義している））値だけが他のサイトの結果に比べて小さいことが分かる。一般的に線幅管理はスペック（予め設定された許容値の範囲）を設けて、その値を満足しているか否かで判断するが、この製品の場合では、ボトムＣＤのスペックが５５ｎｍ±５ｎｍで設定されているので、サイト４はスペックアウト（スペック外）と判断される。これにより、このウエハはリワークされ再度パターンが形成され、同様な測定が繰り返される。
【０００６】
しかしながら、このサイト４の測定結果は、以下の理由により実際の寸法が正しく測定されていないことに起因する可能性が高い。下層膜Ｂの挙動に着目する。サイト４のみ下層膜Ｂの値が飛び抜けて大きな値を示している。これはプロセスの変動の範囲では説明がつかない。すわなち、サイト４の測定時に、ボトムＣＤと下層膜Ｂの波形の変化を読み違えてしまい、結果として誤った値を示した可能性が高い。ちなみに、同じサイト４で測定点を少しずらして（サイト４´と定義する）同様の測定を繰り返すと、今度はボトムＣＤの値がスペックを満足し、さらに下層膜Ｂの値も他のサイトと同様な値を示すようになる。
【０００７】
これにより、最初に実行されたサイト４の測定が不正確であったことが分かる。測定が正しく行われているかどうかについては、これまでも、回折信号の比較の際、その一致度から判断する方法があったが、これは明らかに測定がおかしな場合には有効であるが、上記のように微妙な測定ミスを見つけることは不可能であった。
【０００８】
従って、誤った測定結果をそのまま信用し、リワークを実行することで、大きな損失を生じてしまうことがあった。逆に、スペックアウトしているサンプルをスペックイン（スペック内）と判断する可能性もあり、この場合は、さらに大きな損失を生ずる結果となる。このように、従来においては、誤測定の発生により、生産性の低下を招くという問題があった。
【特許文献１】特開２００５−５３４１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したとおり、従来の技術では、誤測定の発生により、生産性が低下する可能性があり、さらに、測定の信頼性を向上させ、より高精度な測定を可能とすることにより、生産性の向上を図ることのできる形状測定方法および形状測定装置の開発が望まれていた。
【００１０】
本発明は、上記した従来の事情に対処してなされたもので、測定の信頼性を向上させ、より高精度な測定を可能とすることにより、生産性の向上を図ることのできる形状測定方法および形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の形状測定方法の一態様は、基板上に形成された半導体装置の微細パターンの寸法又は３次元形状を測定する形状測定方法において、前記基板上の所定の測定箇所の前記微細パターンに光を照射し検出された検出回折信号と、仮想回折信号の集まりであるライブラリとの波形マッチングを行い、前記測定箇所の少なくとも１つ以上のパラメータを求める第１の波形マッチング工程と、前記第１の波形マッチング工程における前記検出回折信号及び前記ライブラリの少なくとも一方を変更して波形マッチングを行い、前記測定箇所の少なくとも１つ以上のパラメータを求める第２の波形マッチング工程と、前記第１の波形マッチング工程と前記第２の波形マッチング工程とによって求められた少なくとも１つ以上のパラメータ同士を比較し、これらの差が予め設定された許容値の範囲内か否かを判定する判定工程と、を具備したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の形状測定装置の一態様は、基板上に形成された半導体装置の微細パターンの寸法又は３次元形状を測定する形状測定装置であって、前記微細パターンに対して所定の条件で入射光を入射させる光源と、前記微細パターンからの回折信号を検出する検出器と、仮想回折信号の集まりであるライブラリを複数記憶するライブラリ記憶部と、前記検出器で検出された検出回折信号を記憶する検出回折信号記憶部と、前記検出回折信号記憶部内の検出回折信号と、前記ライブラリ記憶部内のライブラリとの波形マッチングを行い、少なくとも１つ以上のパラメータを求める演算部と、前記基板上の１つの測定箇所において、前記演算部による前記波形マッチングを、前記検出回折信号及び前記ライブラリの少なくとも一方を変更して複数回行い、これらの複数回の前記波形マッチングの結果得られたパラメータ同士を比較し、これらの差が予め設定された許容値の範囲内か否かを判定するよう制御する制御部と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、測定の信頼性を向上させ、より高精度な測定を可能とすることにより、生産性の向上を図ることのできる形状測定方法および形状測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる形状測定装置の概略構成を示すものである。図１において実線で囲まれた光学系３０は、例えば白色光を発する光源３１から入射光３３を偏向子３２を介して半導体基板上に形成された測定対象３７に斜めに入射する。測定対象３７からは反射光３４が生じ、この反射光３４は、検光子３５を介して検出器３６で検出される。なお、光源３１からの入射光３３は、光源調整機構４５によって調整可能とされている。
【００１５】
図１において、破線で囲まれた処理部４０は、パーソナルコンピュータ等によって構成される。この処理部４０は、処理部４０を統括的に制御する制御部４１と、検出回折信号記憶部４２と、ライブラリ記憶部４３と、後述する波形マッチング等の演算を行う演算部４４とを具備している。なお、測定を実行する前にライブラリ記憶部４３にライブラリを設定しておく必要がある。ライブラリの作製については後で説明を行う。また、測定に必要な情報は制御部４１にレシピの形で事前にインプットされる。
【００１６】
次に、図２を参照して測定までの流れを説明する。まず測定に必要な全ての情報が盛り込まれたレシピが制御部４１にインプットされ、このレシピを使って測定がスタートされる。ここで測定に必要な情報とは、特に、測定座標、光の照射角度、使用されるライブラリ情報、マッチングの情報、スペック値等を指している。
【００１７】
測定が開始されると、制御部４１内のレシピの指示に従い、測定座標位置から回折信号の取得が実行され、検出回折信号記憶部４２に検出データが収容される（５０）。また、ライブラリ記憶部４３内から、所定のライブラリの選択が行われる（５１）。その後、演算部４４において、取得された検出回折信号とライブラリとの波形マッチングを実行する（５２）。以上によって第１の波形マッチング工程が完了する。
【００１８】
次いで、第２の波形マッチング工程に移る。この第２の波形マッチング工程において、検出回折信号取得が必要な場合と、必要でない場合とによって実行する工程が異なる（５３）。本実施形態では、改めて検出回折信号を取得する場合について説明する。この場合、制御部４１内のレシピの指示に従い検出回折信号の取得を行い（５４）、ライブラリの選択（５５）、およびマッチングが実行され（５７）、第２の波形マッチング工程が完了する。
【００１９】
次いで、第１の波形マッチング工程の結果と、第２の波形マッチング工程の結果とで差分を算出する。この算出された値は、制御部４１内のレシピに予め設定したスペック値と比較され、スペック値を満足するか否かの判定が行われる（５８）。
【００２０】
ここで、上記の判定の結果、スペック値を満足する場合は、そこでその測定点での測定は終了し、制御部４１内のレシピの指示に従って、第１の波形マッチング工程の結果あるいは第２の波形マッチング工程の結果、もしくはこれらの結果の平均値等を結果とする。一方、スペックを満たさない場合には、再度、第３の波形マッチング工程に移り、回折信号の取得（５４）、およびライブラリの選択（５５）が再度行われ、マッチングが実行される（５７）。この第３の波形マッチング工程の結果は、上記した第１および第２の波形マッチング工程の結果と比較され、同じようにスペック判定がなされ（５８）、基本的にはスペック判定が満足するまで測定を継続することになる。
【００２１】
以下、実際に具体的な例を挙げて説明を行う。本実施形態で適用した測定パターンは、図３に示されるように、レジスト２１で形成され、その下に反射防止膜２３、下層膜Ａ２４、下層膜Ｂ２５、下層膜Ｃ２６、下層膜Ｄ２７、下層膜Ｅ２８のそれぞれの膜が存在する。なお、図３に示す矢印２２は、実際の管理に用いるパラメ―タであるレジスト２１のボトムＣＤを示している。この構造を考慮して予めライブラリを作製する必要がある。ここでライブラリとは上記したように、形状変化に伴う回折信号の変化を予めシミュレーションにより予測し、予測された複数の仮想回折信号を集めたものを指す。
【００２２】
本実施形態で使用したライブラリのパラメ−タを図４に示す。９個のパラメ−タが存在し、そのうち６個のパラメ−タを可変、３個のパラメ−タを固定値（ステップが１のものが固定値である。）としている。もちろん全てを可変パラメ−タと設定することも可能であるが、ライブラリのサイズ等を考慮して固定パラメ−タを設定する場合が多い。また、可変パラメ−タの範囲は実際の測定対象が変動する範囲を十分に網羅されることが重要となる。この様に作製されたライブラリをライブラリ記憶部４３にインプットすることで測定の実行に移ることが可能となる。
【００２３】
次いで測定を実行する。制御部４１内のレシピをスタートし、まずは回折信号の取得が行われる。このとき測定される座標位置あるいは光の入射角度等必要な情報は全てレシピ内に含まれている。取得された検出回折信号は、一旦検出回折信号記憶部４２に記憶される。そして、演算部４４によって、ライブラリ記憶部４３にあるライブラリと、検出回折信号記憶部４２に記憶された検出回折信号の波形マッチングが実行され、第１の波形マッチング工程が行われる。この際、どのライブラリを選択するかについてもレシピにインプットされている。
【００２４】
上記の波形マッチングによって得られた結果の一例を図５に示す。図５に示す例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示しており、ボトムＣＤ＝５５．２６０９４ｎｍ、高さ＝１３２．６８２４ｎｍ、側壁角度＝８９．８１０１５度、反射防止膜＝９０．９６３７８ｎｍ、アモルファスシリコン＝３８．８１５６６ｎｍ、窒化膜＝２３．７３６４ｎｍである。但し、実際管理に用いるパラメ―タはボトムＣＤのみである。
【００２５】
次いで、第２の波形マッチング工程の実行に移る。本実施形態の場合は、改めて検出回折信号の取得を実行するためレシピにインプットされた情報に基づいて、再度検出回折信号の取得を行う。その際、本実施形態では図６に示すように、１回目の計測場所６１から１μｍ右にずらした２回目の計測場所６２において検出回折信号の取得を実行する。なお、ずらし量については本実施形態では１μｍと設定したが、測定対象が十分にエリアを有していれば１μｍにこだわる必要は無く、１μｍより十分に大きくしても、また小さくしても問題は無い。
【００２６】
その後、ライブラリを選択するが、本実施形態では第１の波形マッチングと同じライブラリを採用し、マッチングを実行している。これにより第２の波形マッチング工程が完了する。これによって得られた結果の一例を図７に示す。図７に示す例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示しており、ボトムＣＤ＝４２．１５７３９ｎｍ、高さ＝１３３．３４７２ｎｍ、側壁角度＝８９．３０５１６度、反射防止膜＝８９．３０５１６ｎｍ、アモルファスシリコン＝３９．６５０７９ｎｍ、窒化膜＝１６３．９１９３ｎｍである。
【００２７】
次いで、第１の波形マッチングの結果と第２の波形マッチングの結果の差分を算出する。ボトムＣＤの差分は１３．１ｎｍとなる。これは予め設定したスペック値である１ｎｍを大きく超えているため、第１の波形マッチングあるいは第２の波形マッチングが正しく実行されていないことが推測される。このことは、窒化膜の測定結果が第１の波形マッチングでは、２３．７３６４ｎｍ、第２の波形マッチングでは、１６３．９１９３ｎｍと大きく相違していることからも推測される。ここで、スペック値は装置の繰り返し再現性とプロセスの実力から設定されるべきものであり、本実施例では１ｎｍと設定した。
【００２８】
次いで、第３の波形マッチング工程に移る。本実施形態では、第２の波形マッチング工程と同様に座標を変えて回折信号の取得を実行する。すなわち、図６に示すように、座標位置を１μｍさらに右にずらした３回目の計測場所６３とする。次いで、ライブラリによるマッチングを実行し、第３の波形マッチングが実行される。この結果の一例を図８に示す。図８に示す例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示しており、ボトムＣＤ＝５５．３７３１１ｎｍ、高さ＝１３２．４９５１ｎｍ、側壁角度＝８７．３５８３２度、反射防止膜＝９１．４０１１９ｎｍ、アモルファスシリコン＝３８．０４９６４ｎｍ、窒化膜＝２７．１３４５２ｎｍである。
【００２９】
次いで、第１と第３、第２と第３の波形マッチングによる測定結果の差分を求める。それぞれ
（第１の結果）−（第３の結果）＝−０．１１３ｎｍ
（第２の結果）−（第３の結果）＝−１３．２１６ｎｍ
となり、第１と第３の結果の差分がスペック１ｎｍを満足していることが分かり。すなわち第２の測定が信頼できないことが示された。
【００３０】
本実施形態では、最終的な測定結果は第１の結果を採用する。ここで第３の結果を採用しても問題ないし、もしくは第１と第３の結果の平均値を利用しても問題ない。なお、本実施例では第３の測定でスペック値を満足したが、基本的にはスペック値を満足するまで測定を繰り返す。あるいは繰り返しの上限を設けて、その上限回数まで達した場合は測定される条件等を見直す必要が生じる。
【００３１】
また、本実施例ではボトムＣＤの値にスペックを設けて、判断を行ったが、もちろん他の可変パラメータを使って同様にスペック判定しても良いし、あるいは、複数のパラメータにスペックを設けて判断することも有効であることは明らかである。上記のように、本実施形態では、マッチングを複数回実行することにより、測定の信頼性を確認することが可能となり高精度の測定を実現することが可能となる。
【００３２】
次に、第２実施形態につい説明する。なお、この第２実施形態では、前述した図１に示した形状測定装置を使用して測定を行うので、重複した説明は省略する。この第２実施形態では、制御部４１に入力されるレシピには、光源３１から偏向子３２を介して半導体基板上に形成された測定対象３７に斜めに入射する入射光３３の入射角度についての情報が含まれており、制御部４１内のレシピからの指示に従って光源調整機構４５は入射角度のセッテングを行う。
【００３３】
図２を参照して、第２実施形態の工程について説明する。まず測定に必要な全ての情報が盛り込まれたレシピが制御部４１にインプットされ、このレシピを使って測定がスタートされる。ここで測定に必要な情報とは、特に、測定座標、光の照射角度、使用されるライブラリ情報、マッチングの情報、スペック値等を指している。
【００３４】
測定が開始されると、制御部４１内のレシピの指示に従い、測定座標位置から回折信号の取得が実行され、検出回折信号記憶部４２に検出データが収容される（５０）。また、ライブラリ記憶部４３内から、所定のライブラリの選択が行われる（５１）。その後、演算部４４において、取得された検出回折信号とライブラリとの波形マッチングを実行する（５２）。以上によって第１の波形マッチング工程が完了する。ここまでは第１実施形態と同じである。
【００３５】
次いで、第２の波形マッチング工程に移る。この第２実施形態の場合においても回折信号の取得は繰り返すが、その際、第１の波形マッチング工程と同じ半導体基板上の座標位置で回折信号の取得を実行する、但し、光の入射角度は第１の波形マッチング工程とは異ならせる。入射角度の調整は、制御部４１にインプットされたレシピの情報に従って光源調整機構４５により実行される。この第２実施形態では、第１の波形マッチング工程における第１の測定は７６度、第２の波形マッチング工程における第２の測定は７７度で回折信号の取得を実行している（５４）。
【００３６】
その後、ライブラリ記憶部４３からライブラリを選択し（５５）、マッチングを実行し（５７）、第２の波形マッチング工程が完了する。この際利用するライブラリは、入射角度７７度で入射されることを考慮して作製されたものである。
【００３７】
次いで、第１の波形マッチング工程の結果と、第２の波形マッチング工程の結果とで差分を算出する。この算出された値は、制御部４１内のレシピに予め設定されたスペック値と比較され、スペック値を満足するか否かの判定が行われる（５８）。
【００３８】
ここで、上記の判定の結果、スペック値を満足する場合は、そこでその測定点での測定は終了し、制御部４１内のレシピの指示に従って、第１の波形マッチング工程の結果あるいは第２の波形マッチング工程の結果、もしくはこれらの結果の平均値等を結果とする。一方、スペックを満たさない場合には、再度、第３の波形マッチング工程に移り、回折信号の取得（５４）、およびライブラリの選択（５５）が再度行われ、マッチングが実行される（５７）。この第３の波形マッチング工程の結果は、上記した第１および第２の波形マッチング工程の結果と比較され、同じようにスペック判定がなされ、基本的にはスペック判定が満足するまで測定を継続することになる。
【００３９】
以下、実際に具体的な例を挙げて説明を行う。本第２実施形態で適用した測定パターンは、第１実施形態と同様に、図３に示した構造とされている。制御部４１内のレシピをスタートすることで、まずは検出回折信号の取得が行われる。このとき測定される座標位置あるいは光の入射角度等必要な情報は全てレシピ内に含まれている。本第２実施形態では、図１に示す光の入射角度θは７６度に設定した。取得された検出回折信号は、一旦検出回折信号記憶部４２に記憶される。そして、演算部４４によって、ライブラリ記憶部４３にあるライブラリと、検出回折信号記憶部４２に記憶された検出回折信号の波形マッチングが実行され、第１の波形マッチング工程が行われる。
【００４０】
上記の波形マッチングによって、前述した図５に示したような結果が得られる。図５に示した例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示している。但し、本第２実施形態で実際管理に用いるパラメ―タはボトムＣＤ（レジストの高さの下から１０％の箇所の線幅）のみである。
【００４１】
次いで、第２の波形マッチング工程の実行に移る。本第２実施形態の場合は、改めて検出回折信号の取得を実行するためレシピにインプットされた情報に基づいて、再度検出回折信号の取得を行う。その際、光の入射角度を変化させる。本第２実施形態の場合、光の入射角度θを７７度に設定した。測定座標については、本第２実施形態の場合、１回目の測定と同じ位置で測定を行ったが、同じ場所である必要は無く第１実施形態と同じように左右にずらして実行しても問題は無い。
【００４２】
その後、制御部４１内のレシピ情報に基づき、ライブラリ記憶部４３内のライブラリを選択するが、当然このライブラリは光の入射角度が７７度であることを考慮して作製されたものである。次いで、選択したライブラリにより検出回折信号の波形マッチングを実行し第２の波形マッチング工程が完了する。これによって得られた結果の一例を図９に示す。図９に示す例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示しており、ボトムＣＤ＝５４．６２３３ｎｍ、高さ＝１３１．３７２７ｎｍ、側壁角度＝８８．２５４８９度、反射防止膜＝９１．２７４２５ｎｍ、アモルファスシリコン＝３８．０６５９４ｎｍ、窒化膜＝２７．５６２２４ｎｍである。
【００４３】
次いで、第１の波形マッチングの結果と第２の波形マッチングの結果の差分を算出する。ボトムＣＤの差分は０．６４ｎｍとなる。これは予め設定したスペック値である１ｎｍを満足しているため、第１の波形マッチング及び第２の波形マッチングが正しく実行されていると推測される。
【００４４】
本第２実施形態では、最終的な測定結果は第１の結果を採用する。ここで第２の結果を採用しても問題ないし、もしくは第１と第２の結果の平均値を利用しても問題ない。どれを選択するかは予めレシピに設定しておけば良い。なお、上記の例では第２の測定でスペック値を満足したが、基本的にはスペック値を満足するまで測定を繰り返す。あるいは繰り返しの上限を設けて、その上限回数まで達した場合は測定される条件等を見直す必要が生じる。
【００４５】
上記の第２実施形態では、入射角度を変えて測定を実行することで、測定箇所を全くずらすことなく異なる組み合わせでマッチングを複数回実行することが可能となり、測定の信頼性を確認することが可能となり高精度の測定を実現することが可能となる。
【００４６】
次に、第３実施形態について説明する。なお、この第３実施形態では、前述した図１に示した形状測定装置を使用して測定を行うので、重複した説明は省略する。
【００４７】
図２を参照して、第３実施形態の工程について説明する。まず測定に必要な全ての情報が盛り込まれたレシピが制御部４１にインプットされ、このレシピを使って測定がスタートされる。ここで測定に必要な情報とは、特に、測定座標、光の照射角度、使用されるライブラリ情報、マッチングの情報、スペック値等を指している。
【００４８】
測定が開始されると、制御部４１内のレシピの指示に従い、測定座標位置から回折信号の取得が実行され、検出回折信号記憶部４２に検出データが収容される（５０）。また、ライブラリ記憶部４３内から、所定のライブラリの選択が行われる（５１）。その後、演算部４４において、取得された検出回折信号とライブラリとの波形マッチングを実行する（５２）。以上によって第１の波形マッチング工程が完了する。
【００４９】
次いで、第２の波形マッチング工程に移る。この第３実施形態の場合改めて回折信号の取得を実行する必要は無い（５３）。その代わりとして第１の波形マッチング工程で利用したライブラリとは異なるライブラリを使ってマッチングを実行する。どのライブラリを使うかは制御部４１内のレシピ情報に基づいて選択され（５６）、波形マッチングが実行され（５７）、第２の波形マッチング工程が完了する。
【００５０】
次いで、第１の波形マッチング工程の結果と、第２の波形マッチング工程の結果とで差分を算出する。この算出された値は、制御部４１内のレシピに予め設定したスペック値と比較され、スペック値を満足するか否かの判定が行われる（５８）。
【００５１】
上記の判定の結果、スペック値を満足する場合は、そこでその測定点での測定は終了し、制御部４１内のレシピの指示に従って、第１の波形マッチング工程の結果あるいは第２の波形マッチング工程の結果、もしくはこれらの結果の平均値等を結果とする。一方、スペックを満たさない場合には、再度、第３の波形マッチング工程に移り、回折信号の取得（５４）、およびライブラリの選択（５５）が再度行われ、波形マッチングが実行される（５６）。この第３の波形マッチング工程の結果は、上記した第１および第２の波形マッチング工程の結果と比較され、同じようにスペック判定がなされ、基本的にはスペック判定が満足するまで測定を継続することになる。
【００５２】
以下、実際に具体的な例を挙げて説明を行う。本第３実施形態で適用した測定パターンは、第１実施形態と同様に、図３に示した構造とされている。制御部４１内のレシピをスタートすることで、まずは検出回折信号の取得が行われる。このとき測定される座標位置あるいは光の入射角度等の必要な情報は全てレシピ内に含まれている。取得された検出回折信号は、一旦検出回折信号記憶部４２に記憶される。そして、演算部４４によって、ライブラリ記憶部４３にあるライブラリと、検出回折信号記憶部４２に記憶された検出回折信号の波形マッチングが実行され、第１の波形マッチング工程が行われる。ここで選択されたライブラリのパラメータ情報については前述した図４に示してある。
【００５３】
上記の波形マッチングによって、前述した図５に示したような結果が得られる。図５に示した例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示している。但し、本第３実施形態で実際管理に用いるパラメ―タはボトムＣＤ（レジストの高さの下から１０％の箇所の線幅）のみである。
【００５４】
次いで、第２の波形マッチング工程の実行に移る。本第３実施形態の場合は、第１の波形マッチング工程で取得した回折信号を使うため改めて回折信号を取得する必要は無い。その代わりに第１の波形マッチング工程で使用したライブラリとは異なるライブラリを選択する。ここで選択されたライブラリの情報を図１０に示す。当然、このライブラリも第１の波形マッチング工程で使ったライブラリと同様に予め準備しておく必要がある。第１の波形マッチング工程と第２の波形マッチング工程で使用したライブラリの違いは下層膜Ｃのパラメータ範囲だけである。ここでは、１つのパラメータのみで変化させたが複数のパラメータに違いを持たせても問題は無い、またステップサイズ等他のパラメータを変化させても同様の効果を得ることは可能である。
【００５５】
その後、このライブラリを使って波形マッチングを実行し、第２の波形マッチング工程が完了する。これによって得られた結果の一例を図１１に示す。図１１に示す例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示しており、ボトムＣＤ＝５５．５７９７６ｎｍ、高さ＝１３２．１６９ｎｍ、側壁角度＝８９．６８１７６度、反射防止膜＝９１．２２０９４ｎｍ、アモルファスシリコン＝３８．９８７４３ｎｍ、窒化膜＝２３．８９１３３ｎｍである。
【００５６】
次いで、第１の波形マッチングの結果と第２の波形マッチングの結果の差分を算出する。ボトムＣＤの差分は０．３２ｎｍとなる。これは予め設定したスペック値である１ｎｍを満足しているため、第１の波形マッチング及び第２の波形マッチングが正しく実行されていると推測される。
【００５７】
本第３実施形態では、最終的な測定結果は第１の結果を採用する。ここで第２の結果を採用しても問題ないし、もしくは第１と第２の結果の平均値を利用しても問題ない。なお、上記の例では第２の測定でスペック値を満足したが、基本的にはスペック値を満足するまで測定を繰り返す。あるいは繰り返しの上限を設けて、その上限回数まで達した場合は測定される条件等を見直す必要が生じる。
【００５８】
上記の第３実施形態では、ライブラリを予め複数準備しておくことで、短時間で異なる組み合わせによる波形マッチングを複数回実行することが可能となり、測定の信頼性を確認することが可能となり高精度の測定を実現することが可能となる。
【００５９】
次に、第４実施形態について説明する。なお、この第４実施形態では、前述した図１に示した形状測定装置を使用して測定を行うので、重複した説明は省略する。
【００６０】
図２を参照して、第４実施形態の工程について説明する。まず測定に必要な全ての情報が盛り込まれたレシピが制御部４１にインプットされ、このレシピを使って測定がスタートされる。ここで測定に必要な情報とは、特に、測定座標、光の照射角度、使用されるライブラリ情報、マッチングの情報、スペック値等を指している。
【００６１】
測定が開始されると、制御部４１内のレシピの指示に従い、測定座標位置から回折信号の取得が実行され、検出回折信号記憶部４２に検出データが収容される（５０）。また、ライブラリ記憶部４３内から、所定のライブラリの選択が行われる（５１）。その後、演算部４４において、取得された検出回折信号とライブラリとの波形マッチングを実行する（５２）。以上によって第１の波形マッチング工程が完了する。
【００６２】
次いで、第２の波形マッチング工程の実行に移る。本第４実施形態の場合は、改めて回折信号の取得を実行する必要は無い（５３）。また、ライブラリも変える必要はなく第１の波形マッチング工程で使用したライブラリをそのまま利用する（同じライブラリを選択する（５６））。但し、マッチングは適用波長領域を変えて実行する。例えば、第１の波形マッチング工程では２５０ｎｍ〜７５０ｎｍの領域を使って波形マッチングを実行し（５２）、第２の波形マッチング工程では３００ｎｍ〜７００ｎｍの領域を使って波形マッチング工程を実行する（５７）。これら波長領域の情報はレシピにインプットされた情報に基づいて選択され、第２の波形マッチング工程が完了する。
【００６３】
次いで、第１の波形マッチング工程の結果と、第２の波形マッチング工程の結果とで差分を算出する。この算出された値は、制御部４１内のレシピに予め設定したスペック値と比較され、スペック値を満足するか否かの判定が行われる（５８）。
【００６４】
上記の判定の結果、スペック値を満足する場合は、そこでその測定点での測定は終了し、制御部４１内のレシピの指示に従って、第１の波形マッチング工程の結果あるいは第２の波形マッチング工程の結果、もしくはこれらの結果の平均値等を結果とする。一方、スペックを満たさない場合には、再度、第３の波形マッチング工程に移り、回折信号の取得（５４）、およびライブラリの選択（５５）が再度行われ、波形マッチングが実行される（５６）。この第３の波形マッチング工程の結果は、上記した第１および第２の波形マッチング工程の結果と比較され、同じようにスペック判定がなされ、基本的にはスペック判定が満足するまで測定を継続することになる。
【００６５】
以下、実際に具体的な例を挙げて説明を行う。本第４実施形態で適用した測定パターンは、第１実施形態と同様に、図３に示した構造とされている。制御部４１内のレシピをスタートすることで、まずは検出回折信号の取得が行われる。このとき測定される座標位置あるいは光の入射角度等必要な情報は全てレシピ内に含まれている。取得された検出回折信号は、一旦検出回折信号記憶部４２に記憶される。そして、演算部４４によって、ライブラリ記憶部４３にあるライブラリと、検出回折信号記憶部４２に記憶された検出回折信号の波形マッチングが実行され、第１の波形マッチング工程が行われる。
【００６６】
ここでのマッチングは、上記検出回折信号を用いて行われるが、厳密にはさまざまな方法で行うことが可能となる。本第４実施形態の場合では、図１２に示すように横軸波長で縦軸光の強度比の情報（７１）と、横軸波長で縦軸位相差の情報（７２）の２つの情報を使って波形によるマッチングを実行している。この際、波長領域の選択は可能であり、この測定では２５０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内（７３）の情報を使って波形マッチングを実行している。
【００６７】
上記の波形マッチングによって、前述した図５に示したような結果が得られる。図５に示した例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示している。但し、本第４実施形態で実際管理に用いるパラメ―タはボトムＣＤ（レジストの高さの下から１０％の箇所の線幅）のみである。
【００６８】
次いで、第２の波形マッチング工程の実行に移る。本第４実施形態の場合は、第１の波形マッチング工程で取得した回折信号を使うため改めて回折信号を取得する必要は無いが、マッチングを実行する波長領域を第１の波形マッチング工程とは異なるように設定する。例えば、波長領域を図１２に示すように３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲（７６）とした横軸波長で縦軸光の強度比の情報（７４）と、横軸波長で縦軸位相差の情報（７５）の２つの情報を使って波形によるマッチングを実行する。
【００６９】
以上により第２の波形マッチング工程が完了する。これによって得られた結果の一例を図１３に示す。図１３に示す例では、可変パラメ−タの全ての結果を表示しており、ボトムＣＤ＝５４．６７６９４ｎｍ、高さ＝１３１．６３６８ｎｍ、側壁角度＝８９．１３１６５度、反射防止膜＝９１．１５６０７ｎｍ、アモルファスシリコン＝３８．６９０５２ｎｍ、窒化膜＝２４．２４４５ｎｍである。
【００７０】
次いで、第１の波形マッチングの結果と第２の波形マッチングの結果の差分を算出する。ボトムＣＤの差分は０．５８ｎｍとなる。これは予め設定したスペック値である１ｎｍを満足しているため、第１の波形マッチング及び第２の波形マッチングが正しく実行されていると推測される。
【００７１】
本第４実施形態では、最終的な測定結果は第１の結果を採用する。ここで第２の結果を採用しても問題ないし、もしくは第１と第２の結果の平均値を利用しても問題ない。なお、上記の例では第２の測定でスペック値を満足したが、基本的にはスペック値を満足するまで測定を繰り返す。あるいは繰り返しの上限を設けて、その上限回数まで達した場合は測定される条件等を見直す必要が生じる。
【００７２】
上記の第４実施形態では、さらに短時間で異なる組み合わせによる波形マッチングを複数回実行することが可能となり、測定の信頼性を確認することが可能となり高精度の測定を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る形状測定方法の工程を示すフローチャート。
【図３】測定パターンの断面概略構造を示す図。
【図４】本発明の実施形態において使用するライブラリのパラメータの例を示す図。
【図５】本発明の実施形態における第１の波形マッチング工程の測定結果の例を示す図。
【図６】本発明の第１実施形態において回折信号を取得した位置を説明するための図。
【図７】本発明の第１実施形態における第２の波形マッチング工程の測定結果の例を示す図。
【図８】本発明の第１実施形態における第３の波形マッチング工程の測定結果の例を示す図。
【図９】本発明の第２実施形態における第２の波形マッチング工程の測定結果の例を示す図。
【図１０】本発明の第３実施形態の第２の波形マッチング工程において使用するライブラリのパラメータの例を示す図。
【図１１】本発明の第３実施形態における第２の波形マッチング工程の測定結果の例を示す図。
【図１２】本発明の第４実施形態における波形マッチングを説明するための図。
【図１３】本発明の第４実施形態において第２の波形マッチング工程の測定結果の例を示す図。
【図１４】従来技術における測定方法を説明するための図。
【符号の説明】
【００７４】
３０……光学系、３１……光源、３２……偏向子、３３……入射光、３４……反射光、３５……検光子、３６……検出器、３７……測定対象、４０……処理部、４１……制御部、４２……検出回折信号記憶部、４３……ライブラリ記憶部、４４……演算部、４５……光源調整機構。
【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】
2009117691.tif 000009
【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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