JP2013179105A - 半導体評価装置、及びコンピュータープログラム - Google Patents

Abstract

【課題】比較検査等に用いる参照パターンを適正に作成する半導体評価装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子線装置によって得られた信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの寸法測定を行いＳ７０２、当該寸法測定結果が所定の条件を満たすパターン、或いは当該パターンを形成したときの露光条件を選択しＳ７０３、当該選択された露光条件で作成されたパターン、或いは当該選択されたパターンと既知の位置関係にあるパターンであって、設計データ上、同一形状のパターンの画像から得られる輪郭線データを合成してＳ７０５、合成輪郭線データを形成するＳ７０６。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体評価装置、及びコンピュータープログラムに係り、特に露光装置の適正な露光条件を抽出するのに好適な半導体評価装置、及びコンピュータープログラムに関する。

昨今、半導体デバイスの高密度化に伴い、リソグラフィのプロセス条件の高精度設定の要求がより高まりつつある。また、高密度化に伴って、高精度にパターンを製造するための露光装置のドーズ範囲とフォーカス範囲を示すプロセスウィンドウを正確に求める要求は、ますます厳しいものとなりつつある。特許文献１には、２以上の同一形状のパターンの輪郭線を合成し、この合成輪郭線を参照パターンとするパターンの評価法が開示されている。特許文献１では、この参照パターンを比較対象とすることによって、良品検査を行うことが説明されている。

特開２００９−１９４０５１号公報

一方、露光装置の露光条件を求めるために１枚のウェーハに、露光装置のドーズとフォーカスを変化させ、各条件の異なる組み合わせ毎のパターンを形成したＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウェーハが用いられている。ＦＥＭウェーハ上に形成されたパターンを評価し、適正なパターンを選択することによって、そのパターンを形成したときのドーズとフォーカスの条件を見出すことができる。

このパターンの評価に当たり、特許文献１に開示されているように参照パターンを作成し、それを用いた検査を行うことによって、二次元的な形状比較を行うことができる。ドーズやフォーカスの変化は、パターンの二次元的な形状変化となって現れるため、特許文献１に開示の手法によって作成された参照パターンは、適切な露光条件を見出す上で有効なものであると言える。

ところで、参照パターンを作成する場合、参照パターンは理想的なパターン形状に近いものを選択する必要があるが、理想的なパターン形状の基準がない状態でそのようなパターンを探索することは非常に困難である。

以下に、適正な参照パターンを作成することを目的とする半導体評価装置、及びコンピュータープログラムを説明する。また、パターンの二次元評価に基づいて、より正確な範囲のプロセスウィンドウを抽出することを他の目的とする半導体評価装置、及びコンピュータープログラムを説明する。

上記目的を達成するための一態様として、以下に、荷電粒子線装置によって得られた信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの寸法測定を行い、当該寸法測定結果が所定の条件を満たすパターン、或いは当該パターンを形成したときの露光条件を選択し、当該選択された露光条件で作成されたパターン、或いは当該選択されたパターンと既知の位置関係にあるパターンであって、設計データ上、同一形状のパターンの画像から得られる輪郭線データを合成して、合成輪郭線データを形成し、当該合成輪郭線データを参照パターンとして、前記画像に基づいて得られるパターン情報を評価する半導体評価装置、或いはコンピュータープログラムを提案する。

上記構成によれば、パターンの比較測定、或いは検査等に用いる参照パターンを適正に形成することが可能となる。

露光のフォーカス値またはドーズ量と測長値との関係を示すグラフ。 露光のフォーカス値とドーズ量の有効範囲を明確化するためのグラフの作成例。 １次元測定結果と２次元評価結果に基づいて、プロセスウィンドウを絞り込む工程を示すフローチャート。 １次元測定に基づく露光条件の選択と、当該選択に基づいて参照パターンを作成する例を説明する図（その１）。 １次元測定に基づく露光条件の選択と、当該選択に基づいて参照パターンを作成する例を説明する図（その２）。 １次元形状及び２次元形状の計測値を基にしたプロセスウィンドウ作成例。 １次元測定に基づく参照パターンの選択と、参照パターンを用いたパターン評価の工程を示すフローチャート。 一次元測定位置と、参照パターンの測定位置との関係を示す図。 ＥＰＥ測長の概要を示す図。 パターンの特定部位の評価を行う例を説明するための図。 露光条件とパターン評価結果とを関連付けて記憶するデータベースの一例を示す図。 半導体評価システムの一例を示す図。 輪郭線作成工程を示すフローチャート。 輪郭線作成原理を示す図。

以下、参照パターンを用いたパターンの二次元評価に基づいて、プロセスウィンドウ解析やホットスポット観測を実施する例について説明する。プロセスウィンドウ解析により、最も良いドーズ量及び最も良いフォーカス値を求めることができる。

プロセスウィンドウ解析は、露光プロセスの条件や条件を変更し露光されたチップを撮像した画像及び測長値を入力とし、露光のプロセスウィンドウについて解析を行う。

プロセスウィンドウ解析では、露光のフォーカス値またはドーズ量と測長値との関係を示すグラフ及び露光のフォーカス値とドーズ量の有効範囲を明確化するためのグラフを作成する。

図１に露光のフォーカス値またはドーズ量と測長値との関係を示すグラフ作成例を示す。通常、フォーカス値とドーズ量を変化させて作成したＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウェーハと関連付けて使用する。

グラフ上の黒丸等はショット毎の測長値を示している。ＦＥＭウェーハ上のドーズ量毎のライン１０５はグラフの１０１と対応しており、ＦＥＭウェーハ上のドーズ量毎のライン１０６、１０７、１０８もドーズ量毎のライン１０５同様に、グラフの１０２、１０３、１０４と夫々対応している。

図２に露光のフォーカス値とドーズ量の有効範囲を明確化するためのグラフ作成例を示す。プロセスウィンドウは露光のフォーカス値またはドーズ量と測長値との関係を示すグラフのフォーカス値、ドーズ量、測長値から算出する。

露光のフォーカス値またはドーズ量と測長値との関係を示すグラフに示されるフォーカス値変化に対する測長値変化に対して、ドーズ量毎に２次関数近似を行う。それから、同一フォーカス値のドーズ量と測長値の相関演算により近似式を算出、測長値の最大値と最小値からドーズ量のフォーカス値ごとに範囲を算出し、フォーカス値毎のドーズ量の範囲を描画する。描画した範囲と条件値（ドーズ量上限値２０３やドーズ量下限値２０５等）から、プロセスウィンドウ２０６を算出する。

一方、半導体製造工程の複雑化及び微細化に伴い、１次元形状を対象としたプロセスウィンドウ解析やホットスポット観測では不十分になり、２次元形状の計測も必要となってきている。

しかしながら、２次元形状を評価する手法を確立しないと、高精度な２次元評価は望めない。特に２次元形状の比較評価を行うための基準パターン（参照パターン）が比較対象となる要件を満たしていないと、高精度なパターン評価、及びパターン評価に基づく製造条件特定は望めない。参照パターンは理想形状（適正な露光条件にて形成されたパターンの形状）に近いものを選択することが望ましいが、製造条件が定まっていない段階で、そのようなパターン形状を抽出することは困難である。また、目視でパターン形状を確認した上で、参照パターンを作成することも考えられるが、判断者の主観によって、形状が異なる可能性がある。また、判断者による判断を行った上で、参照パターンを作成する必要があるため、自動化も望めない。

以下に、適正な２次元評価用の参照パターンを作成する半導体評価装置、及び当該参照パターンをコンピューターに作成させるコンピュータープログラムについて説明する。

更に、１次元形状及び２次元形状の計測値を用いて、１次元形状及び２次元形状の共通プロセスウィンドウを絞り込むまでの処理を自動化する例についても説明する。

以下に説明する実施例では、特に、参照パターンを作成するに当たり、１次元形状を対象としたプロセスウィンドウ解析結果として得た、最も良い（或いは所定の条件を満たす）ドーズ量及びフォーカス値による露光条件によって作成されたパターンを適用する。より具体的には、パターンの所定部分の一次元測定結果が、設計データ、或いはシミュレーション結果に最も近い、或いは所定の関係（例えば設計データ等との差分が所定範囲内に含まれている）にあるパターンを抽出し、当該パターンと同じ露光条件で作成されたパターンであって同じ形状のものが複数存在するパターンを選択し、それを用いて参照パターンを作成する。

以上のようにして作成された参照パターンは１次元測定結果の観点から見れば、適切な比較対象であり、この参照パターンを用いて今度は２次元評価を行うことによって、高精度な露光条件の絞り込みを行うことが可能となる。

また、露光条件の絞り込みには、１次元測定結果によって得られるプロセスウィンドウ解析結果に、２次元評価結果に基づくプロセスウィンドウ解析結果を重畳することによって、１次元評価結果によって適正な範囲として選択されたプロセスウィンドウ中の領域と、２次元評価結果によって適正な範囲として選択されたプロセスウィンドウ中の領域の重畳領域を、より適切な領域と判定することができる。

上述のように、１次元評価結果に基づいて、参照パターンを作成するための露光条件、或いは対象パターンを決定する手法によれば、１次元形状を対象としたプロセスウィンドウ解析から求めた最も良いドーズ量及びフォーカス値の推定座標から参照パターンを決定することで、形状の崩れが生じていない確からしい形状を基準とすることが可能となる。

また、２次元形状の計測値を自動で求め、１次元形状及び２次元形状の計測値を入力とすることで、１次元形状及び２次元形状の共通プロセスウィンドウを自動で絞り込むことが可能となる。

プロセスウィンドウの解析対象は、ＦＥＭウェーハ上に作られたパターンである。ＦＥＭウェーハとは、ウェーハマップの横軸をフォーカス値、縦軸をドーズ量でショット毎に変化させて作成したウェーハである。露光のフォーカス値とドーズ量の変化によるパターン形成の違いは、ショット毎の測長値を比較することで評価が可能である。ＦＥＭウェーハではショットの縦軸と横軸をフォーカス値とドーズ量の変化に対応している。

ＦＥＭウェーハ上に作られたパターンのプロセスウィンドウ解析は１次元形状だけを実施していたが、半導体製造工程の複雑化及び微細化に伴い、２次元形状の計測も必要となってきている。

しかし現状は、２次元形状を評価する手段が確立されておらず、２次元形状においては目視で実施しなければならないという問題がある。

２次元形状の評価を自動で行うことで、２次元形状の目視は排除され、更に、１次元形状及び２次元形状の計測値を用いた共通プロセスウィンドウ絞込みまでの処理を自動で行うことが可能となる。

図３は、２次元形状の評価と連携した１次元形状及び２次元形状の共通プロセスウィンドウ絞込みまでの流れを示した図である。

以下に、１次元形状及び２次元形状の計測値を用いた共通プロセスウィンドウの絞込みを自動で行う手段を説明する。初めに、１次元形状を対象としたプロセスウィンドウ解析を実施する。プロセスウィンドウから最も良いドーズ量及びフォーカス値を求める。１次元形状を対象とするプロセスウィンドウ解析では、プロセス条件が異なるチップで測長したデータを入力する。設計データを使用し、ラインパターンを自動判別し、１次元形状の計測を実施する。

１次元形状を対象としたプロセスウィンドウ解析後、求めた最も良いドーズ量及びフォーカス値の推定座標で輪郭線を抽出し、２次元形状の評価に使用する参照パターンを決定する。２次元形状の評価は、後述するような手法を使用し、参照パターンと比較パターンの形状差を定量化する。

参照パターンは、通常、設計データやシミュレーション形状を基準パターンとしている。しかし、シミュレーション形状が存在しない場合があるため、参照パターンを決定する必要がある。１つの方法として、図４に最も良いドーズ量及びフォーカス値の推定座標で求めた輪郭線と同一条件のパターンを使用する方法を示す。最も良いドーズ量及びフォーカス値の推定座標４０１と同一条件のパターン４０２、４０３、４０４、４０５を平均化し、参照パターンを決定する。周辺条件４０６、４０７は平均化対象としない。

最も良いドーズ量及びフォーカス値の推定座標で求めた輪郭線と同一条件で撮像されているパターンを平均化するため、形状の崩れが無い参照パターンを決定できる。また、平均化を行うことにより、ラフネス等でパターンの形状が崩れていても、いくつかのパターンの平均をとることで、輪郭線が滑らかになるという利点がある。

違う方法として、図５に最も良いドーズ量及びフォーカス値の推定座標の周辺パターンを使用する方法を示す。最も良いドーズ量及びフォーカス値の推定座標５０１の周辺パターン５０２、５０３、５０４、５０５を平均化し、参照パターンを決定する。同一条件で平均化した場合の参照パターンとは、形状に若干の違いが出るが、周辺のパターンを平均化することによって、２次元形状の評価時に広い範囲で形状差が少ない結果が得られる。

更に違う方法として、最も良いドーズ量及びフォーカス値で抽出した輪郭線を使用する方法がある。最も良いドーズ量及びフォーカス値の推定座標で輪郭線を抽出した場合でも、ラフネスが乗る場合がある。その場合を考慮し、抽出した輪郭線にスムージングをかけることで輪郭線は滑らかになるため、形状の崩れが無い参照パターンが得られる。

参照パターンの決定及び２次元形状の評価はホットスポット分実行する。１次元形状を対象としたプロセスウィンドウ解析で保証されている範囲から参照パターンを決定しているため、確からしい参照パターンと輪郭線抽出結果を比較することによって、１次元形状を対象としたプロセスウィンドウ解析で保証されている範囲に含まれている形状差が少ない２次元形状の評価ができる。

図６は１次元形状及び２次元形状の計測値を基にしたプロセスウィンドウ作成例である。１次元形状の計測値６０１、６０３と、２次元形状の計測値６０２、６０４を露光のフォーカス値とドーズ量との関係を示すグラフで表すと、１次元形状及び２次元形状の計測値の共通許容変動領域が明確化する。１次元形状及び２次元形状の計測値で被っている領域が、１次元と２次元の共通プロセスウィンドウ６０５となる。

２次元形状の評価を自動で行うことにより、２次元形状の目視評価が排除でき、１次元形状及び２次元形状の計測値を基に共通許容変動領域の絞込みまでを自動化することができる。

次に、より詳細に１次元評価によって得られる評価結果に基づいて、参照パターンを選択する装置、及びコンピュータープログラムについて、図７のフローチャートに沿って説明する。なお、図１２は、図７のフローチャートに沿って、参照パターンの作成、及びプロセスウィンドウ解析を行う半導体評価システムの概要図である。この半導体評価システムは、走査電子顕微鏡本体１２０１、走査電子顕微鏡本体を制御する制御装置１２０４、制御装置１２０４へ所定の動作プログラム（レシピ）に基づいて制御信号を伝達すると共に、走査電子顕微鏡によって得られた信号（二次電子や後方散乱電子等）からパターンの寸法測定や形状評価を実行する演算処理装置１２０５、半導体デバイスの設計データが格納された設計データ記憶媒体１２１５、設計データに基づいてパターンのでき栄えをシミュレーションするシミュレーター１２１６、及び所定の半導体評価条件を入力したり、測定結果やプロセスウィンドウ解析結果を出力したりする入出力装置１２１７が含まれている。

演算処理装置１２０５は、得られた画像から輪郭線を形成する画像処理装置として機能する。制御装置１２０４は、レシピ実行部１２０６からの指示に基づいて、走査電子顕微鏡本体１２０１内の試料ステージや偏向器を制御し、所望の一への走査領域（視野）の位置づけを実行する。制御装置１２０４からは設定倍率や視野の大きさに応じた走査信号が走査偏向器１２０２に供給される。走査偏向器１２０２は、供給される信号に応じて、所望の大きさに視野の大きさ（倍率）を変化させる。

演算処理装置１２０５に含まれる画像処理部１２０７では、走査偏向器１２０２の走査と同期して、検出器１２０３による検出信号を配列することによって得られる画像の画像処理を行う画像処理部２１８を備えている。また、演算処理装置１２０５には、画像処理部１２０７における測定、評価結果に基づいてプロセスウィンドウを評価するプロセスウィンドウ評価部１２０８や、必要な動作プログラムや画像データ、測定結果等が記憶されるメモリ１２０９が内蔵されている。

また、演算処理装置１２０５には、予め記憶されたテンプレート画像を用いてテンプレートマッチングを行うマッチング処理部１２１０、検出信号に基づいて輝度波形プロファイルを形成し、当該プロファイルのピーク間の寸法を測定することによってパターン寸法を測定する一次元寸法測定部１２１１、後述するように画像データから輪郭線を抽出する輪郭線抽出部１２１２、得られた複数の輪郭線を合成する合成輪郭線形成部１２１３、合成輪郭線形成部１２１３によって形成された参照パターンデータを用いて、二次元形状を評価するに次元形状評価部１２１４が含まれている。

試料から放出された電子は、検出器１２０３にて捕捉され、制御装置１２０４に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。画像処理部２０７に内蔵されるＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の画像処理ハードウェアによって、目的に応じた画像処理が行われる。

演算処理装置１２０５は、入出力装置１２１７と接続され、当該入出力装置１２１７に設けられた表示装置に、操作者に対して画像や検査結果等を表示するＧＵＩ（Graphcal User Interface）等の機能を有する。

なお、演算処理装置１２０５における制御や処理の一部又は全てを、ＣＰＵや画像の蓄積が可能なメモリを搭載した電子計算機等に割り振って処理・制御することも可能である。また、入出力装置１２１７は、測定、検査等に必要とされる電子デバイスの座標、位置決めに利用するパターンマッチング用のテンプレート、撮影条件等を含む撮像レシピを手動もしくは、電子デバイスの設計データ記憶媒体１２１５に記憶された設計データを活用して作成する撮像レシピ作成装置としても機能する。

入出力装置１２１７は、設計データに基づいて形成される線図画像の一部を切り出して、テンプレートとするテンプレート作成部を備えており、マッチング処理部１２１０におけるテンプレートマッチングのテンプレートとして、メモリ１２０９に登録される。テンプレートマッチングは、位置合わせの対象となる撮像画像と、テンプレートが一致する個所を、正規化相関法等を用いた一致度判定に基づいて特定する手法であり、マッチング処理部１２１０は、一致度判定に基づいて、撮像画像の所望の位置を特定する。なお、本実施例では、テンプレートと画像との一致の度合いを一致度や類似度という言葉で表現するが、両者の一致の程度を示す指標という意味では同じものである。また、不一致度や非類似度も一致度や類似度の一態様である。

輪郭線抽出部１２１２は、例えば図１３に例示するようなフローチャートに沿って画像データから輪郭線を抽出する。図１４はその輪郭線抽出の概要を示す図である。

まず、ＳＥＭ画像を取得する（ステップ１２０１）。次に、ホワイトバンドの輝度分布に基づいて、第１の輪郭線を形成する（ステップ１３０２）。ここではホワイトバンド法等を用いてエッジ検出を行う。次に、形成された第１の輪郭線に対して所定の方向に輝度分布を求め、所定の輝度値を持つ部分を抽出する（ステップ１３０３）。ここで言うところの所定の方向とは、第１の輪郭線に対して垂直な方向であることが望ましい。図１４に例示するように、ラインパターン１４０１のホワイトバンド１４０２に基づいて、第１の輪郭線１４０３を形成し、当該第１の輪郭線１４０３に対し、輝度分布取得領域（１４０４〜１４０６）を設定することによって、第１の輪郭線に対し垂直な方向の輝度分布（１４０７〜１４０９）を取得する。

第１の輪郭線１４０３は粗い輪郭線であるが、パターンのおおよその形状を示しているため、この輪郭線を基準としてより高精度な輪郭線を形成するために、当該輪郭線を基準として輝度分布を検出する。輪郭線に対し垂直方向に輝度分布を検出することによって、プロファイルのピーク幅を狭めることができ、結果として正確なピーク位置等を検出することが可能となる。例えばピークトップの位置を繋ぎ合わせるようにすれば、高精度な輪郭線（第２の輪郭線）を形成する（ステップ１４０５）ことが可能となる。また、ピークトップを検出するのではなく、所定の明るさ部分を繋ぎ合わせるようにして、輪郭線を形成するようにしても良い。

更に、第２の輪郭線を作成するために、第１の輪郭線１４０３に対して、垂直な方向に電子ビームを走査することによってプロファイルを形成（ステップ１３０４）し、当該プロファイルに基づいて、第２の輪郭線形成することも可能である。

合成輪郭線形成部１２１３は、例えば設計データ記憶媒体１２１５から読み出した設計データから、設計データの輪郭線を示す線図データを作成し、当該線図データをテンプレートとして、複数の輪郭線間の位置合わせを行い、各輪郭線の対応点にて、そのずれ分を平均化して合成輪郭線を形成する。この合成輪郭線データ、或いは合成輪郭線に所定の画像処理を施した輪郭線データは、メモリ１２０９に登録され、二次元形状評価部１２１４におけるパターン評価に用いられる。

二次元形状評価部１２１４は、例えば図８〜図１０に例示するような評価法に基づいて、参照パターン（２次元形状パターン）を用いたパターン評価を実行する。なお、図８の例では、１次元評価対象パターンと参照パターンが同じ例を説明するが、別のパターンであっても良い。

図８に例示するパターン８０１は、測長ボックス８０２を用いた１次元測定（１次元測定部８０３の測定）を行うパターンであり、複数の同一露光条件、同一形状のパターンの合成を行うことによって参照パターンを形成するためのパターンでもある。

参照パターン８０１を作成した後、このパターンを用いて、測定部８０４の評価を行う。測定部８０４は１次元測定部８０３と垂直な方向に設定されている。走査電子顕微鏡の場合、電子ビームの走査線方向（Ｘ方向）に垂直なエッジに対して、相対的に水平方向のエッジは、コントラストが出にくい場合がある。よって、まず、１次元測定部８０３の測定を行い、参照パターンの形成するに足る露光条件を見出した後で、合成輪郭線を形成し、当該合成によって水平方向の輪郭線の高精度化を実現した上で、測定部８０４の評価を行うことによって、２方向の寸法精度の高精度化と、２つの評価結果による露光条件の絞り込みを行うことが可能となる。

露光条件の絞込みは、例えば予め理想寸法（例えば設計データ上の寸法）を設定しておき、当該理想寸法、或いは理想寸法を含む所定範囲の寸法値を示すパターンの露光条件を抽出し、この露光条件範囲と、１次元測定から求められた露光条件範囲の重畳範囲を適正な露光条件範囲（プロセスウィンドウ領域）として選択することによって実行する。

図９は設計データに基づいて形成される線図データ９０１と合成輪郭線９０２の複数の対応点間の寸法測定個所９０３の測定例を示す図である。ＥＰＥ（Edge Placement Error）測定と呼ばれる当該測定では、パターンの複数方向の寸法を評価しているため、１次元測定では得られない２次元形状ならではの評価結果を得ることができる。例えば、１次元測定ではその測定結果がノイズによって異なる値を示していてもわからない場合があるが、図９に例示するように、例えば全周囲測定を行い、それを加算平均することによって、パターンが設計データに対して全体的に膨張しているのか収縮しているのか等の判断を行うことが可能となる。

例えば１次元測定結果にノイズが重畳し、パターンが設計データに対して膨張していると判断されたとき、逆に全周囲方向の平均値が縮小しているような場合は、もともとの１次元測定結果が誤りであることが分かる。よって、１次元測定結果と２次元測定結果との比較に基づいて、参照パターンの選択が適切であったか否かの判定を行うこともできる。

図１０は、合成輪郭線９０２の一部分を二次元評価対象とした例を示す図である。評価対象領域１００１には、合成輪郭線９０２のコーナー部が含まれている。このコーナー部の曲率やＥＰＥ測定結果に、所定の閾値範囲を設定しておき、当該範囲に含まれる露光条件を、二次元評価結果に基づくプロセスウィンドウ領域とするようにしても良い。例えば理想的なコーナーの曲率が経験上分かっているような場合、この閾値範囲を設定することによって、二次元評価結果に基づくプロセスウィンドウ領域の特定が可能となる。曲率の演算は例えば、輪郭線に近似関数をフィッティングして求めることが考えられる。

以上のような形状評価パラメータを、参照パターンとの比較対象とすることによって、パターンの二次元的な評価に基づく、プロセスウィンドウ領域の選択を行うことができる。

なお、本実施例では画像取得装置として、ＳＥＭを用いた例について説明するが、集束イオンビーム（Focused Ion beam：ＦＩＢ）装置等、他の荷電粒子線装置から得られる画像等を用いて１次元測定や２次元パターンを用いた評価を行うようにしても良い。

以上のようにして得られた１次元測定結果や２次元評価結果は、例えば図１１に例示するデータベースに記憶しておくことによって、図６に例示したようなプロセスウィンドウの作成が可能となる。図１１に例示するデータベースでは、露光条件（Process condition）としてフォーカス量（Focus）とドーズ量（Dose）の組み合わせが記憶されており、これらフォーカス量とドーズ量の組み合わせごとに、１次元測定結果や２次元評価結果を関連付けて記憶できるようになっている。例えば、図８に例示した１次元測定部８０３の測定結果をＣＤ value １に記憶し、測定部８０４の測定結果をＣＤ value ２に記憶するようにすると良い。また図９に例示したＥＰＥ測定結果はその加算平均値をAverage ＥＰＥに記憶するようにすると良い。更に図１０に例示した評価対象領域のパターンの曲率をCurvatureに記憶するようにしても良い。更に、合成輪郭線と評価対象パターンの面積比を、輪郭線内の画素数等から求め、その比をArea ratioに記憶するようにしても良い。

本実施例では、１次元測定結果に基づくプロセスウィンドウ解析と、少なくとも１つの参照パターンを用いたプロセスウィンドウ解析を行えば、プロセスウィンドウ領域の絞り込みを行うことができる。そして、複数の２次元評価結果を用いて、更なる絞り込みを行うことができれば、更なるプロセスウィンドウの絞り込み、或いは１次元測定結果の適否の判断等を行うことが可能となる。

以下、図７のフローチャートを詳細に説明する。まず、走査電子顕微鏡本体１２０１の試料室内にＦＥＭウェーハを導入する（ステップ７０１）。ＦＥＭウェーハに形成されたパターンの露光条件は、その形成された位置情報と共に、メモリ１２０９等に記憶されている。次に、異なる露光条件領域（例えばショット単位）毎に、設計データ上、同一形状のパターンの所定の１次元測定部位の測定を行う（ステップ７０２）。

本例では、１次元測定に基づいて判断可能な適正なプロセスウィンドウ領域を特定すべく、所定数の測定を実行し、それが終了した後に、１次元測定結果が最も設計値に近いパターン、操作者が任意に設定した１次元測定結果に最も近いパターン、或いは操作者が任意に設定した１次元測定結果範囲に含まれるパターンを特定する（ステップ７０３）。

次に、特定されたパターンと同一露光条件で作成されたパターンの内、設計データ上、複数の同一の形状パターンの画像を取得する（ステップ７０４）。ここで、例えば予め参照パターンの基礎となるパターンのテンプレートを予め記憶しておき、マッチング処理部１２１０によるパターンマッチングで位置を特定できるようにしておけば、参照パターン作成の自動化を実現することができる。このように取得された画像データに基づいて、輪郭線抽出部１２１２による輪郭線化を実行する（ステップ７０５）。このように形成された設計データ上、同一形状のパターンであって、同一の露光条件にて作成されると共に、異なる位置に配置されている複数のパターンの輪郭線を、合成輪郭線形成部１２１３によって合成することによって、参照パターンを形成する（ステップ７０６）。

以上のようにして作成された参照パターンは、理想的な露光条件にて作成されたパターンにある程度、近いものと考えられるため、この参照パターンを比較対象とすることによって、おおよその露光条件の範囲を選択することができる。

このようにして作成された参照パターンを用いて、１次元測定方向とは異なる方向のパターン評価を行い、２次元形状の評価を実行する（ステップ７０７）。

これまでの測定や評価から、１次元測定に基づいて適正な露光条件であると判断できる範囲と、参照パターンを用いた評価によって適正な露光条件であると判断できる領域が特定されているので、両者のアンド条件（プロセスウィンドウ上の重畳領域）からプロセスウィンドウの絞り込みを行い、絞り込まれたプロセスウィンドウ情報をメモリ１２０９等に記憶する。

以上のような構成によれば、ある程度の精度をもって参照パターンを作成することができると共に、複数のプロセスウィンドウの同定情報に基づく、プロセスウィンドウの絞り込みを行うことが可能となる。

１２０１ 走査電子顕微鏡本体
１２０２ 走査偏向器
１２０３ 検出器
１２０４ 制御装置
１２０５ 演算処理装置
１２０６ レシピ実行部
１２０７ 画像処理部
１２０８ プロセスウィンドウ評価部
１２０９ メモリ
１２１０ マッチング処理部
１２１１ 一次元寸法測定部
１２１２ 輪郭線抽出部
１２１３ 合成輪郭線形成部
１２１４ 二次元形状評価部
１２１５ 設計データ記憶媒体
１２１６ シミュレーター
１２１７ 入出力装置

Claims (10)

1. 荷電粒子線装置によって得られた画像に基づいて、試料上に形成されたパターンの評価を行う演算処理装置を備えた半導体評価装置において、
   前記演算処理装置は、前記荷電粒子線装置によって得られた信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法測定を行い、当該寸法測定結果が所定の条件を満たすパターン、或いは当該パターンを形成したときの露光条件を選択し、当該選択された露光条件で作成されたパターン、或いは当該選択されたパターンと既知の位置関係にあるパターンであって、設計データ上、同一形状のパターンの画像から得られる輪郭線データを合成して、合成輪郭線データを形成し、当該合成輪郭線データを参照パターンとして、前記画像に基づいて得られるパターン情報を評価することを特徴とする半導体評価装置。
2. 請求項１において、
   前記演算処理装置は、予め寸法測定結果の許容範囲を記憶する記憶媒体を備え、当該許容範囲に含まれるパターンの第１の露光条件の範囲を抽出することを特徴とする半導体評価装置。
3. 請求項２において、
   前記演算処理装置は、前記参照パターンの形状評価パラメータの許容範囲を記憶する記憶媒体を備え、当該許容範囲に含まれるパターンの第２の露光条件の範囲を抽出することを特徴とする半導体評価装置。
4. 請求項３において、
   前記演算処理装置は、前記第１の露光条件の範囲と、前記第２の露光条件の範囲の重畳範囲を選択することを特徴とする半導体評価装置。
5. 請求項１において、
   前記演算処理装置は、露光条件の異なる複数のパターンの寸法測定の実施に基づいて、前記寸法測定結果が所定の条件を満たすパターン、或いは当該パターンを形成したときの露光条件を選択することを特徴とする半導体評価装置。
6. 荷電粒子線装置によって得られた画像に基づいて、試料上に形成されたパターンの評価を、コンピューターに実行させるコンピュータープログラムにおいて、
   当該プログラムは、前記コンピューターに、前記荷電粒子線装置によって得られた信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法測定を実行させ、当該寸法測定結果が所定の条件を満たすパターン、或いは当該パターンを形成したときの露光条件を選択させ、当該選択された露光条件で作成されたパターン、或いは当該選択されたパターンと既知の位置関係にあるパターンであって、設計データ上、同一形状のパターンの画像から得られる輪郭線データを合成して、合成輪郭線データを形成させ、当該合成輪郭線データを参照パターンとして、前記画像に基づいて得られるパターン情報を評価させることを特徴とするコンピュータープログラム。
7. 請求項５において、
   前記プログラムは、前記コンピューターに、予め記憶された寸法測定結果の許容範囲に含まれるパターンの第１の露光条件の範囲を抽出させることを特徴とするコンピュータープログラム。
8. 請求項７において、
   前記プログラムは、前記コンピューターに、予め記憶された形状評価パラメータの許容範囲に含まれるパターンの第２の露光条件の範囲を抽出することを特徴とするコンピュータープログラム。
9. 請求項８において、
   前記プログラムは、前記コンピューターに、前記第１の露光条件の範囲と、前記第２の露光条件の範囲の重畳範囲を選択させることを特徴とするコンピュータープログラム。
10. 請求項６において、
    前記プログラムは、前記コンピューターに、露光条件の異なる複数のパターンの寸法測定の実施に基づいて、前記寸法測定結果が所定の条件を満たすパターン、或いは当該パターンを形成したときの露光条件を選択させることを特徴とするコンピュータープログラム。