JP2007294739A - パターン形状評価方法、プログラムおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数層の構造を有する製造物のパターン形状を簡易なコンピュータ資源で高精度で評価する。
【解決手段】評価対象パターンＰｔａから検出された輪郭Ｅｔａと、基準パターンＰｒ１から検出された輪郭Ｅｒ１とを相対的に走査して輪郭を重畳し、得られた輪郭Ｅｎａから特徴量Ｓを算出して相対座標に対する特徴量Ｓを表す特徴量関数を導出し、この特徴量関数を予め設定された値Ｃと比較する。
【選択図】図８

Description

本発明は、パターン形状評価方法、プログラムおよび半導体装置の製造方法に関し、例えば複数層の構造を有する製造物において一つまたは複数の層に形成されたパターンを対象とする。

パターン形状の評価に際して評価対象パターンの評価基準となるパターンとして基準パターンを準備し、この基準パターンと評価対象パターンとの相違を指標としてパターン形状を評価する方法が様々な工業分野で広く採用されている。例えば、半導体のデバイスパターンの評価には、パターンの評価画像としてＳＥＭ画像とその基準パターンとしての設計データとを用いることにより、デバイスパターンの加工形状の良否を判定することが行われている。

特に、複雑なパターン形状に対処するため、ＣＡＤデータとしてパターンの公差を生成し、それを設計データに重ねて読み込んで測定対象の公差形状パターンを表示し、得られた公差形状パターンと評価対象パターンの輪郭データとを重ねてパターンの良否を判定するという方法も提案されている（例えば特許文献１）。

ここで、特許文献１に記載の方法を実現するためには、公差形状パターンと輪郭データとを正確に重ね合わせる方法の他、パターン形状評価に効果的な公差形状パターンを生成する方法の確立が不可欠である。このため、上記特許文献１では、ターゲットパターンの幅や面積、ターゲットパターンの角からの距離などの他、配線パターンにコンタクトパターンが接続される場合に、コンタクトパターンの少なくとも一辺からこの一辺と前記配線パターンの並行する一辺までの距離、および、配線パターンと隣接してコンタクトパターンが形成される場合に、配線パターンとコンタクトパターンとの距離の内一つに応じた上限値および下限値を公差形状パターンに持たせることも併せて提案されており、これにより、デバイスの特性に応じたきめの細かい公差形状パターンの生成を可能にしている（同文献の図３の公差形状パターン参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の方法には、公差形状パターンを生成する手間が大きくなってしまうという欠点がある。また、公差データを入れ込んだＣＡＤデータは、そのファイルサイズが通常のＣＡＤデータの約３倍になっていしまい、ファイルの保存、展開にかかるコンピュータリソースも増大するという問題がある。さらに、特許文献１に記載の方法では、半導体デバイスのように層状の構造を持った製造物において、評価対象パターンが存在する層内でのパターンの設計データのみでは評価対象パターンの形状を正確に評価することができないという問題もあった。
特開２００５−９８８８５号公報

本発明の目的は、複数層の構造を有する製造物であっても、簡易なコンピュータ資源でパターンの形状を高精度で評価できる方法、この評価方法をコンピュータに実行させるプログラムおよび半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、
評価対象パターンの画像から前記評価対象パターンの輪郭を検出して第１の輪郭として出力する手順と、
基準パターンの画像から前記基準パターンの輪郭を検出して第２の輪郭として出力する手順と、
前記第１の輪郭と前記第２の輪郭とを相対的に走査して輪郭を重畳し、第３の輪郭として出力する手順と、
前記第３の輪郭から前記第３の輪郭の特徴を表す特徴量を算出し、前記相対的な走査における相対座標に対する前記特徴量を与える特徴量関数を導出する手順と、
前記特徴量関数を予め設定された値と比較することにより評価対象パターンの良否を判定する手順と、
を備えるパターン評価方法が提供される。

また、本発明によれば、
評価対象パターンのデータと基準パターンのデータからパターンマッチング用のテンプレートを作成する手順と、
前記評価対象パターンの画像から評価対象パターン輪郭を検出して第１の輪郭として出力する手順と、
前記基準パターンの画像から基準パターン輪郭を検出して第２の輪郭として出力する手順と、
前記テンプレートを介して前記第１の輪郭と前記第２の輪郭とのマッチングを実行して輪郭を重畳し、第３の輪郭として出力する手順と、
前記第３の輪郭から前記第３の輪郭の特徴を表す特徴量を算出する手順と、
前記特徴量を予め設定された値と比較することにより評価対象パターンの良否を判定する手順と、
を備えるパターン形状評価方法が提供される。

本発明によれば、複数層の構造を有する製造物であっても、簡易なコンピュータ資源で、かつ、高い精度でパターンの形状を評価することができる。

また、本発明によれば、パターンの欠陥部分を定量的に評価することができる。

また、本発明によれば、合わせずれ検査におけるスペックを導出することもできる。

さらに、本発明によれば、高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下では、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程等の半導体の製造工程で形成される微細パターンの形状検査を取り上げて説明するが、本発明はこの場合に限定されることなく、他の様々な産業分野におけるパターン形状検査工程全般に係わるパターン形状の評価方法およびこれをコンピュータに実行させるプログラムを提案するものである。

（１）第１の実施の形態
本実施形態では、多数の工程を経て複数のパターンを層状に重ね合わせて形成される半導体装置のパターンを評価する場合を具体例として取り上げて説明する。評価対象パターンは上記複数の層のうちの一層に存在する。本実施形態では基準パターンも上記複数の層のうちの一層に存在する。

図１および図２は、本実施形態のパターン形状評価方法を説明するブロックチャートである。図１は、下層に形成されたパターンを基準として上層にある評価対象パターンの形状を評価する場合を示し、また、図２は、上層に形成されたパターンを基準として下層にある評価対象パターンの形状を評価する場合を示す。以下では図２に示す場合について説明する。本実施形態において評価対象パターンは配線パターンＰｔａであり（図３参照）、基準パターンは配線パターンの上層に形成されるコンタクトホールＰｒ１（図４参照）、とする。

まず、工程１により配線パターンＰｔａを形成した後に、配線パターンＰｔａの画像を取得する。取得された画像は、画像データとしてハードディスク（図示せず）等の記録媒体に記録しても良いし、画像に対する輪郭検出処理を経た後に、図３に示すように、配線パターンＰｔａの輪郭Ｅｔａのデータとして記録しても良い。この輪郭Ｅｔａは、例えば第１の輪郭に対応する。

配線パターンＰｔａが形成された後に、工程２によりその上層にコンタクトホールパターンＰｒ１がさらに形成される。次いで、コンタクトホールパターンＰｒ１の画像を取得し、輪郭検出処理を施すことにより、図４に示すように、コンタクトホールパターンＰｒ１の輪郭Ｅｒ１を形成する。この輪郭Ｅｒ１は、例えば第２の輪郭に対応する。

次に、図３および図４にそれぞれ示す２つの輪郭Ｅｔａ，Ｅｒ１のデータから、図５に示す新たなパターン輪郭Ｅｎａを生成し、さらに、配線パターンＰｔａとコンタクトホールパターンＰｒ１との重なり部分Ｌ１を検出し、その部分Ｌ１の面積Ｓを算出する。面積Ｓの値は、２つのパターンの各輪郭データ相互間の相対的な位置関係に依存して変化するため、本実施形態では、配線パターンＰｔａとコンタクトホールパターンＰｒ１との間で相対的なスキャンを実行し、全ての相対的位置に対応する面積Ｓを算出する。算出結果を相対座標値に対する面積値を与える二次元関数として表現する。この二次元関数に対して、与えられた座標範囲内の面積値のうちの最大値をＳｍとし、Ｓｍ＞Ｃであれば、配線パターンＰｔａを合格と評価する。ここで、Ｃは、許容値としてパターンの合否を決定するための閾値となる所定の面積値を表し、例えばコンタクトホールパターンＰｒ１の輪郭Ｅｒ１で囲まれた領域の面積値の９０％と設定することができる。図５に示す例では、相対的な走査中で、配線パターンＰｔａの輪郭ＥｔａがコンタクトホールパターンＰｒ１の輪郭Ｅｒ１内の領域全てを包含する相対的位置関係が存在するため、配線パターンＰｔａは合格となる。この一方、図６に示す配線パターンＰｔｂの輪郭Ｅｔｂの場合には、図７に示すように、重なり部分Ｌ２の最大の面積Ｓｍがコンタクトホールの輪郭Ｅｒ１内の面積の９０％以下になるため、配線パターンＰｔｂは不合格となる。

重なり部分の面積と相対座標との二次元関数のグラフの一例を図８に示す。ここで、例えば図８に示すような二次元関数のグラフから本実施形態におけるように最大値を読み取り、予め与えられたスペック値Ｃとの比較によりパターンの良否を判定しても良いし、また、面積として与えられた所定面積値Ｃを越える値を持つ座標範囲（の面積）を予め設定されたスペックと比較しても良い。なお、上記実施形態では面積Ｓの最大値Ｓｍを判定のための特徴量としたが、これに限ることなく、例えば平均値を用いても良い。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、評価対象パターンの輪郭データと基準パターンの輪郭データから新たな輪郭データを生成し、評価指標となる特徴量を算出するので、複数層の構造を有する製造物についても、高い精度で、かつ、多様な値を用いてパターンの形状を評価することができる。また、パターンマッチングを行うことなく、評価対象パターンと基準パターンとの間で相対的なスキャンを実行し、全ての相対的位置に対応する面積Ｓを、相対座標値に対する面積値を与える二次元関数として表現するので、簡易なコンピュータ資源で高精度の形状評価を実現することができる。また、これとは逆に、相対的なスキャンによる評価対象パターンと基準パターンとの重なり部分の面積の所定値を例えばＳｓとして予め与え、例えばＳ＞Ｓｓを満たす相対的座標位置の範囲を算出することにより、面積Ｓｓを合わせずれのスペックとして導出することもできる。この合わせずれのスペックは、当該パターン評価に先立って実施される合わせずれ検査の結果と比較することにより、合わせずれの評価指標として用いることができる。

（２）第２の実施の形態
本実施形態では、パターン評価のための特徴量の算出に先立って、パターンマッチングにより評価対象パターンと基準パターンとの相対的位置関係を確定させる場合について説明する。

図９は、本実施形態によるパターン形状評価方法を説明するブロックチャートである。本実施形態の特徴は、評価対象パターンＰｔｃとは別個のパターンＰr3を基準パターンとして用いる点にある。図９において、両パターンＰtc，Ｐr3の各画像は、半導体デバイス中の同一座標の領域についてＳＥＭ等の装置で得られたものであり、例えば配線パターンやホールパターンのように、それぞれが上層または下層という相対的位置関係にある。本実施形態では、パターンＰtcを配線パターン、パターンＰr3をホールパターンと想定している。

さらに、両パターンＰtc，Ｐr3の設計データＴｃａｄをマッチング用のテンプレートとして準備する。設計データは、通常、ＧＤＳというバイナリフォーマットで構成されている。本実施形態では、少なくとも両パターンの近傍領域の各パターンに対応したレイヤを含む設計データが必要である。ここでは、配線パターンＰtcのレイヤの設計データをＴｔｃとし、ホールパターンＰr3のレイヤの設計データをＴｒ３とする。従って、図９に示す例では、テンプレートＴｃａｄはテンプレートＴｔｃとテンプレートＴｒ３で構成されている。

まず、評価対象パターンＰｔｃと基準パターンＰｒ３の画像をそれぞれ取得し、輪郭を検出することにより、それぞれ輪郭Ｅｔｃおよび輪郭Ｅｒ３のデータを得る。続いて、評価対象パターンＰｔｃの輪郭Ｅｔｃと、これに対応するテンプレートＴｔｃとの位置合せを行う。同様にして、基準パターンＰｒ３の輪郭Ｅｒ３と、これに対応するテンプレートＴｒ３との位置合せを行う。ここで、テンプレートＴｔｃとテンプレートＴｒ３との相対的位置関係は、設計データの一部として予め定まっているので、上述した２つの位置合せの結果から、評価対象パターンＰｔｃの輪郭Ｅｔｃと基準パターンＰｒ３の輪郭Ｅｒ３とを同一の座標系で重ね合わせることができる。以上の重ね合わせの結果から評価対象パターンＰｔｃと基準パターンＰｒ３との重なり部分Ｌ３の面積Ｓを算出し、予め与えられたスペック値Ｃとの比較により評価パターンＰｔｃの良否を定量的に判定する。図９に示す例では、評価対象パターンＰｔｃのうち、符号Ｈに示す部分が基準パターンＰｒ３からはみ出しており、従って、ホールパターンＰｔｃの面積よりもこの部分Ｈの面積だけ小さい値がＳの値として算出される。このような手順により、評価パターンＰｔｃの欠陥を定量的に判定することができる。実際の半導体製造工程では、相関の位置ずれがあるので、例えば合わせずれ検査装置（図示せず）を用いて実際のパターン製造において発生する位置ずれ量を予め測定し、その測定値で補正すれば、より精度の高い判定を行うことが可能になる。

このように、本実施形態によれば、パターンを高精度で、かつ、定量的に評価することができる。また、基準パターンがＣＤ計測などの別の方法で検証されている場合は、その結果と本実施形態により得られた面積Ｓとを対比することにより、本実施形態の方法を合わせずれの検査方法として使用することもできる。

本実施形態では、基準パターンＰｒ３を用いる例を説明したが、このような基準パターンそのものは必ずしも必要ではなく、基準パターンに対応した設計データＴｒ３があれば、そのパターン描画線と評価パターンＰｔｃの輪郭であるＥｔｃとの重ね合わせを実施し、その重なり部分の面積を同様に計算することにより、評価パターンＰｔｃを評価することができる。この場合、設計データＴｒ３の描画線からパターンの輪郭を求めても良いし、パターンの角を丸めるなどのＣＡＤ加工処理を施した描画線から輪郭を求めても良い。

（３）プログラム
上述したパターン形状評価方法の一連の手順は、コンピュータに実行させるプログラムに組み込み、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納してコンピュータに読込ませて実行させても良い。これにより、本発明にかかるパターン形状評価方法を汎用コンピュータを用いて実現することができる。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でも良い。また、上述したパターン形状評価方法の一連の手順を組込んだプログラムをインターネット等の通信回線（無線通信を含む）を介して頒布しても良い。さらに、上述したパターン形状評価方法の一連の手順を組込んだプログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布しても良い。

（４）半導体装置の製造方法
上述したパターン形状評価方法を半導体装置の製造工程に組み込むことにより、高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。

以上、本発明の実施の形態のいくつかについて説明したが、本発明は上記形態に限ることなくその技術的範囲内で種々変形して適用できることは勿論である。また、基準パターンとして第１の実施の形態では実際に作成されたパターンの画像データ、第２の実施の形態ではＣＡＤデータを取り上げて説明したが、これに限ることなく、例えばシミュレーション結果のデータを使用してもよい。

本発明の第１の実施の形態によるパターン形状評価方法を説明するブロックチャートである。 本発明の第１の実施の形態によるパターン形状評価方法を説明するブロックチャートである。 評価対象パターンの一例の輪郭を示す図である。 基準パターンの一例の輪郭を示す図である。 図３に示す評価対象パターンと図４に示す基準パターンとで構成される新たなパターン輪郭を、評価対象パターンと基準パターンとの重なり部分の面積とともに示す図である。 評価対象パターンの他の例の輪郭を示す図である。 図６に示す評価対象パターンと図４に示す基準パターンとで構成される新たなパターン輪郭を、評価対象パターンと基準パターンとの重なり部分の面積とともに示す図である。 評価対象パターンと基準パターンとの重なり部分の面積と相対座標との関数のグラフの例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態によるパターン形状評価方法を説明するブロックチャートである。

符号の説明

Ｔｃａｄ，Ｔｒ３，Ｔｔｃ：テンプレート
Ｅｎａ，Ｅｎｂ：新たなパターン輪郭
Ｅｒ１，Ｅｒ３：基準パターンの輪郭
Ｅｔａ，Ｅｔｂ，Ｅｔｃ：評価対象パターンの輪郭
Ｐｒ１，Ｐｒ３：基準パターン
Ｐｔａ，Ｐｔｂ，Ｐｔｃ：評価対象パターン

Claims (5)

1. 評価対象パターンの画像から前記評価対象パターンの輪郭を検出して第１の輪郭として出力する手順と、
   基準パターンの画像から前記基準パターンの輪郭を検出して第２の輪郭として出力する手順と、
   前記第１の輪郭と前記第２の輪郭とを相対的に走査して輪郭を重畳し、第３の輪郭として出力する手順と、
   前記第３の輪郭から前記第３の輪郭の特徴を表す特徴量を算出し、前記相対的な走査における相対座標に対する前記特徴量を与える特徴量関数を導出する手順と、
   前記特徴量関数を予め設定された値と比較することにより評価対象パターンの良否を判定する手順と、
   を備えるパターン評価方法。
2. 評価対象パターンのデータと基準パターンのデータからパターンマッチング用のテンプレートを作成する手順と、
   前記評価対象パターンの画像から評価対象パターン輪郭を検出して第１の輪郭として出力する手順と、
   前記基準パターンの画像から基準パターン輪郭を検出して第２の輪郭として出力する手順と、
   前記テンプレートを介して前記第１の輪郭と前記第２の輪郭とのマッチングを実行して輪郭を重畳し、第３の輪郭として出力する手順と、
   前記第３の輪郭から前記第３の輪郭の特徴を表す特徴量を算出する手順と、
   前記特徴量を予め設定された値と比較することにより評価対象パターンの良否を判定する手順と、
   を備えるパターン形状評価方法。
3. 前記評価対象パターンおよび前記基準パターンは、複数の層構造を有する製造物の互いに異なる層に形成され、
   前記基準パターンは、前記評価対象パターンの上層または下層の一つまたは複数の層に跨って形成される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形状評価方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン形状評価方法をコンピュータに実行させるプログラム。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン形状評価方法を備える半導体装置の製造方法。

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