JP2003173948A - 半導体デバイスの製造工程監視方法及びそのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リソグラフィプロセスにおいて、製品ウェーハ
レベルで、露光装置の条件変動（露光量とフォーカスの
ずれ）を検出する方法がなかった。 【解決手段】事前に様々な露光量、フォーカス値におけ
る電子線像、ラインプロファイル、寸法等の特徴量の算
出結果をライブラリとして保存し、これと製品ウェーハ
の電子線像との比較することにより、露光量・フォーカ
ス値のずれ検出、および画面上での結果確認が容易にな
るようにする。

Description

【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 Ｅｘｐｏｓ
ｕｒｅ 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５
０％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を監視する方法において、
所定の処理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、このパターンの電子線像か
らパターンの特徴量を算出し、この算出したパターンの
特徴量の情報と予め記憶しておいた所定の処理工程にお
ける処理条件パラメータと所定の処理工程を経ることに
より基板上に形成されるパターンの特徴量との関係の情
報とを用いて所定の処理工程の状態を監視するようにし
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方法におい
て、所定の処理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表面に形成された
パターンの電子線像を得、この電子線像からパターンの
特徴量を算出し、この算出したパターンの特徴量の情報
と所定の処理工程における処理条件のパラメータと所定
の処理工程を経ることにより基板上に形成されるパター
ンの特徴量との関係の情報、および、所定の処理工程を
経ることにより基板上に形成されるパターンの特徴量の
適性範囲の情報を用いてパターンの特徴量が適正範囲か
ら外れている場合には処理条件パラメータの変動量が許
容範囲を超えていると判定するようにした。

【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】

〔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−Ｓ
ＥＭ２００（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５
００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−ＳＥＭ２０
０などの計測装置は，ＱＣデータ収集・解析システム５
０１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５０
１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５
０３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２００
２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）４０
１ｂ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Ｄ
Ｉ、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４
０５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、４０２
ｂ、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。Δ
Ｅ、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−ＳＥＭ２０
０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１
７（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Ｅ
ｘにおけるフォーカスとボトム指標の関係を表す関数ｈ
ｘ（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−Ｆ
０）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Ｄ
Ｉ（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−Ｆ
０）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、２００
５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−Ｅ
０、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２
８（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２
６（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、２
０２３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ｔ
ｏｐ−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２０３
３）、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−ｄｏ
ｗｎ ｖｉｅｗ像、図３２（ｂ）はチルト像である。ｔ
ｏｐ−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 ｖｉｅ
ｗ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３
７（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２０５
４〜２０５６）。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２０６
２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１
６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２
２００）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２２
０５）。

【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（２２２
５）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２２
２１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，Ｃ
Ｄ−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Ｃ
Ｄ−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５
０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（２２４
５）。

【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−ＳＥ
Ｍ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−ＳＥ
Ｍ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５
０５・・・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，５
１１・・・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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 裕治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 吉武 康裕 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 松本 俊一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 小室 修 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 飯泉 孝 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 諸熊 秀俊 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 渡辺 正浩 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 4M106 DJ38

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、所定の処理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
   ンの電子線像から該パターンの特徴量を算出する算出手
   段と、前記所定の処理工程における処理条件パラメータ
   と前記所定の処理工程を経ることにより基板上に形成さ
   れるパターン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、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の特徴量と
   前記記憶手段に記憶したリファレンスデータベースに記
   述された処理条件パラメータとパターンの特徴量の関係
   とを参照して前記所定の処理工程の状態を監視する監視
   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。
2. 【請求項２】前記監視手段は、前記所定の処理工程の処
   理条件パラメータの変動量を算出し、該算出した処理条
   件パラメータの変動量に基づいて前記所定の処理工程の
   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。
3. 【請求項３】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、所定の処理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検
   出手段と、該画像検出手段で得た電子線像から前記パタ
   ーンの特徴量を算出する手段と、前記所定の処理工程に
   おける処理条件のパラメータと前記所定の処理工程を経
   ることにより基板上に形成されるパターンの特徴量との
   関係、および、該所定の処理工程を経ることにより基板
   上に形成されるパターンの特徴量の適性範囲を記述した
   リファレンスデータベースを記憶する記憶手段と、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
   像の特徴量を前記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適性範囲と比較して前記特徴量が
   前記適正範囲から外れている場合には前記処理条件パラ
   メータの変動量が許容範囲を超えていると判定する判定
   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。
4. 【請求項４】前記画像検出手段で取得した前記基板上に
   形成されたパターンの電子線像を用いて前記特徴量を算
   出する手段で該電子線像の特徴量を算出し、前記記憶手
   段に記憶したリファレンスデータベースに記述した前記
   処理条件パラメータと前記パターンの特徴量との関係を
   参照して前記算出した電子線像の特徴量から前記処理条
   件パラメータの変動量を算出し、該算出した処理条件パ
   ラメータの変動量に基づいて前記所定の処理工程の状態
   を監視する監視手段を更に備えたことを特徴とする請求
   項３記載の半導体デバイス製造工程監視システム。
5. 【請求項５】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ま
   たは４に記載の半導体デバイスの製造工程監視システ
   ム。
6. 【請求項６】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５記載の半導体デバイスの製造
   工程監視システム。
7. 【請求項７】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乃至４の何れかに記載の半導体デバイスの製
   造工程監視システム。
8. 【請求項８】前記監視手段は、前記特徴量の時間変動と
   ともに前記所定の処理装置から得られる該所定の処理装
   置の状態を示すパラメタを前記画面上に表示することを
   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
   視システム。
9. 【請求項９】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基づいて、該所定の処理工程の
   処理条件を修正することを特徴とする請求項５記載の半
   導体デバイスの製造工程監視システム。
10. 【請求項１０】前記所定の処理工程が、露光工程または
    エッチング工程の何れかであることを特徴とする請求項
    １乃至４の何れかに記載の半導体デバイスの製造工程監
    視システム。
11. 【請求項１１】前記特徴量には、（ａ）パターンの線
    幅、（ｂ）パターンのトップ部分のラウンディング度合
    い、（ｃ）パターンのボトム部分のフッティング度合
    い、の３種類の特徴量が含まれることを特徴とする請求
    項１乃至４の何れかに記載の半導体デバイス製造工程監
    視システム。
12. 【請求項１２】前記特徴量は、前記電子線像のラインプ
    ロファイルから算出したパターンの予測断面形状である
    ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の半導
    体デバイス製造工程監視システム。
13. 【請求項１３】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算出
    した前記レジストパターンの特徴量と前記露光工程にお
    ける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エッチング条件パラメータ
    と前記回路パターン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算出した前
    記レジストパターン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特徴量との関係の情報とを用いて
    前記回路パターン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。
14. 【請求項１４】半導体デバイスの製造工程を監視する方
    法であって、所定の処理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特徴量を算出
    し、該算出したパターンの特徴量の情報と予め記憶して
    おいた前記所定の処理工程における処理条件パラメータ
    と前記所定の処理工程を経ることにより基板上に形成さ
    れるパターンの特徴量との関係の情報とを用いて前記所
    定の処理工程の状態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。
15. 【請求項１５】前記所定の処理工程の処理条件パラメー
    タの変動量を算出し、該算出した処理条件パラメータの
    変動量に基づいて前記所定の処理工程の状態を監視する
    ことを特徴とする請求項１４記載の半導体デバイスの製
    造工程監視方法。
16. 【請求項１６】半導体デバイスの製造工程を監視する方
    法であって、所定の処理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表面
    に形成されたパターンの電子線像を得、該得た電子線像
    から前記パターンの特徴量を算出し、該算出したパター
    ンの特徴量の情報と前記所定の処理工程における処理条
    件のパラメータと前記所定の処理工程を経ることにより
    基板上に形成されるパターンの特徴量との関係の情報、
    および、該所定の処理工程を経ることにより基板上に形
    成されるパターンの特徴量の適性範囲の情報を用いて前
    記パターンの特徴量が前記適正範囲から外れている場合
    には前記処理条件パラメータの変動量が許容範囲を超え
    ていると判定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。
17. 【請求項１７】前記算出したパターンの電子線像の特徴
    量の情報と前記処理条件パラメータと前記パターンの特
    徴量との関係の情報とを用いて前記処理条件パラメータ
    の変動量を算出し、該算出した処理条件パラメータの変
    動量に基づいて前記所定の処理工程の状態を監視するこ
    とを特徴とする請求項１６記載の半導体デバイス製造工
    程監視方法。
18. 【請求項１８】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１５または１７に記
    載の半導体デバイスの製造工程監視方法。
19. 【請求項１９】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１８記載の半導体デバイスの製造工程監視方
    法。
20. 【請求項２０】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１４乃
    至１７の何れかに記載の半導体デバイスの製造工程監視
    方法。
21. 【請求項２１】前記特徴量の時間変動とともに前記所定
    の処理装置から得られる該所定の処理装置の状態を示す
    パラメタを前記画面上に表示することを特徴とする請求
    項２０記載の半導体デバイスの製造工程監視方法。
22. 【請求項２２】前記求めた所定の処理工程の処理条件の
    修正量に基づいて、該所定の処理工程の処理条件を修正
    することを特徴とする請求項１８記載の半導体デバイス
    の製造工程監視システム。
23. 【請求項２３】前記所定の処理工程が、露光工程または
    エッチング工程の何れかであることを特徴とする請求項
    １４乃至１７の何れかに記載の半導体デバイスの製造工
    程監視方法。
24. 【請求項２４】前記特徴量には、（ａ）パターンの線
    幅、（ｂ）パターンのトップ部分のラウンディング度合
    い、（ｃ）パターンのボトム部分のフッティング度合
    い、の３種類の特徴量が含まれることを特徴とする請求
    項１４乃至１７の何れかに記載の半導体デバイス製造工
    程監視方法。
25. 【請求項２５】前記特徴量は、前記電子線像のラインプ
    ロファイルから算出したパターンの予測断面形状である
    ことを特徴とする請求項１４乃至１７の何れかに記載の
    半導体デバイス製造工程監視方法。
26. 【請求項２６】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特徴量
    を算出し、前記算出した前記レジストパターンの特徴量
    と前記露光工程における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エッチ
    ング条件パラメータと前記回路パターンの特徴量との関
    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。