JP2014099568A - 画像処理装置、自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法、及びコンピュータープログラム - Google Patents

Abstract

【課題】自己組織化技術（ＤＳＡ）によるパターニングによって生成された試料上でのアドレッシングに好適な画像処理の実現する画像処理装置、自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法、及びコンピュータープログラムを提供する。
【解決手段】ＤＳＡによるパターニングに用いられるガイドパターンデータに基づいて、アドレッシングのためのテンプレートを作成する画像処理装置、自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法、及びコンピュータープログラムを構成することによって、ＤＳＡによるパターニング工程を経て形成されたパターンを測定、或いは検査するときの視野位置合わせに適したアドレッシングパターンを作成する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、走査電子顕微鏡等によって得られた画像を処理する画像処理装置、走査電子顕微鏡等を用いた評価に要するパターンを生成するパターン生成方法、及びコンピュータープログラムに係り、特に評価対象となるパターン位置を特定するためのアドレッシングパターンデータを生成する画像処理装置、アドレッシングパターンを生成するパターン生成方法、及びコンピュータープログラムに関する。

微細なパターンを形成する技術の一つとしてＤＳＡ(Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｅｍｂｌｙ; 自己組織化技術)がある。これは、ポリマーに熱処理等を加える事により規則的に組織化する特徴を利用し、微細パターンを形成する手法である。

特許文献１にはＤＳＡ技術によって形成されたパターンを走査電子顕微鏡によって観察した例やパターンの寸法測定を行う例が説明されている。

特開２０１０−２６９３０４号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，１１４，３０６）

一方、走査電子顕微鏡等を用いたパターン評価を行うためには、走査電子顕微鏡の視野（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）を、正確に評価対象パターンに位置付ける必要がある。非常に微細な評価対象パターンにＦＯＶを位置付ける手法として、アドレッシングと呼ばれるものがある。アドレッシングは、評価対象パターン近傍に存在するユニークなパターンを、予め用意されたテンプレートによるマッチング処理によって見つけ出すと共に、当該ユニークなパターンと既知の位置関係にある評価対象パターンに視野位置合わせを行う手法である。特許文献１にはＤＳＡ技術によって形成された試料上で、アドレッシングを行うことについての開示はなく、今後、ＤＳＡによるパターニングによって作成された試料に適したアドレッシング法、アドレッシングのためのテンプレート作成法、或いはアドレッシングに適したパターンの作成が求められることが予想される。

以下に、ＤＳＡによるパターニングによって生成された試料上でのアドレッシングに好適な画像処理の実現を目的とする画像処理装置、自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法、及びコンピュータープログラムについて説明する。

上記目的を達成するための一態様として、以下にＤＳＡによるパターニングに用いられるガイドパターンデータに基づいて、アドレッシングのためのテンプレートを作成する画像処理装置、自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法、及び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、ＤＳＡによるパターニング工程を経て形成されたパターンを測定、或いは検査するときの視野位置合わせに適したアドレッシングパターンの提供が可能となる。

ＤＳＡ技術を用いたパターニング工程の一例を示す図。 ＤＳＡ技術を用いたパターニング工程を経て形成されたパターンの一例を示す図。 ＤＳＡ技術を用いたパターニング工程の一例を示す図（ガイドパターン間の間隔が大きい場合）。 ＤＳＡ技術を用いたパターニング工程を経て形成されたパターンの一例を示す図（ガイドパターン間の間隔が大きい場合）。 走査電子顕微鏡の概略構成図。 アドレッシングパターンの作成工程を示すフローチャート。 アドレッシングパターンの基準となるパターンデータの一例を示す図。 アドレッシングパターン内にガイドパターンを配列した例を示す図。 アニールによってアドレッシングパターン内でパターンが配列した例を示す図。 ランダムパターンを除去してアドレッシングパターンを作成する工程を示すフローチャート。 アニール後に整列した部分を選択的に抽出するためのテンプレートの一例を示す図。 ランダムパターンを除去した後のアドレッシングパターンの一例を示す図。 アドレッシングパターンの作成工程と、作成されたアドレッシングパターンを用いた測定工程を示すフローチャート。 同一の製造条件で作成された複数のチップを有する半導体ウエハの一例を示す図。 アドレッシングパターンの設計データと、設計データに基づいて作成されたアドレッシングパターンの一例を示す図。 ガイドパターンの配置例を示す図。 ガイドパターンの配置条件によって、ＤＳＡによって形成されるパターンが変化する例を説明する図。 ＳＥＭのレシピを作成するためのレシピ作成システムの一例を示す図。 高分子化合物と、形成されるパターンのピッチ、幅が関連付けて記憶されているテーブルの一例を示す図。 ＤＳＡ技術を用いて作成された試料を測定する際のアドレッシングパターンを形成する条件を設定するためのＧＵＩ画面の一例を示す図。 半導体デバイスを測定、或いは検査する測定、或いは検査システムの一例を示す図。

ＤＳＡは，高分子の自己組織化現象を利用した新しいパターニング技術であり、高分子ブロック共重合体（Ｂｌｏｃｋ Ｃｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＢＣＰ）がナノサイズの規則的ドメインを形成するミクロ相分離現象を応用した手法で，ＢＣＰ の分子構造や分子量を設計することにより，パターンの形状や大きさを制御できる。特別な装置や設備を使用しないため，コストの節約が可能で，近年この方法用いた半導体製造プロセスの開発がすすめられている。図１はＤＳＡによるパターニングプロセスの一例を示す図である。

図１に例示するパターニングではまず、Ｓｉウエハー１０１上にＳｉＮ１０２を形成した基盤の上にリソグラフィ工程によりある種類のポリマーＡによるパターン１０３を作成する。本例ではパターン１０３の寸法を２８ｎｍとし、隣接するパターンとのピッチを１６８ｎｍとした。次にポリマーＡからなるパターン１０３と隣接するパターン１０３との間に中間層１０４を形成し、それらの上部にＢＣＰ１０５を塗布する。

この状態で熱処理（アニール）を加えるとＢＣＰがパターン１０６（ポリマーＡ）とパターン１０７（ポリマーＢ）の二層に分離し、これらがそれぞれ２８ｎｍの寸法で等間隔に形成される。この時、パターン１０６はパターン１０３上に、パターン１０８は中間層１０４上に形成されるが、どちらも同じ材料である。この後、パターン１０７を取り除く事でラインパターンが形成される。このようにターゲットパターンであるパターン１０６、１０８は、ガイドパターンであるパターン１０３に沿って形成される。このガイドパターン上には固有の寸法、固有のピッチのパターンしか適切に形成されない。作成されたパターンを上から観察すると図２のようになる。

上述のような工程を経て形成されるパターンを適正に評価するために、例えばパターンの寸法測定に適したＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いることが望ましい。ＣＤ−ＳＥＭを用いてパターンを計測する場合、対象パターンの近傍にその位置を補正するためのアドレッシングパターンが必要となる。

アドレッシングは、上述のように予め登録したテンプレートを用いて、測定の際の視野に対して、相対的に大きな視野で取得された画像内をサーチし、各位置とテンプレートの一致度を求め、一致度が最も高い位置、或いは一致度が所定の条件を満たしている位置をマッチング位置として特定すると共に、当該マッチング位置と既知の位置関係にある評価対象位置（測定対象パターンを含む領域）への視野の移動を可能とするものである。

一方、上述のように試料にＢＣＰを塗布しアニールを施すと、ガイドパターン内ではパターンが規則的に配列し、それ以外の部分では方向的な規則性のない、ランダムパターンとなる。例えばランダムパターンが残った状態で、アドレッシングを実行しようとすると、ランダムパターンを含む既登録のテンプレートと、テンプレートによる特定位置との間の形状的な一致度が、異なる測定対象ごとにばらついてしまい、結果としてマッチング精度を低下させてしまう可能性がある。また、ランダムパターンを除去した状態でアドレッシングを行う場合、ガイドパターンと当該ガイドパターン内に選択的に整列したポリマーが重畳したような画像となり、このようなパターン形状に近いテンプレートの作成が望まれる。

以下にガイドパターンを含むテンプレートを用いたパターンマッチングを実行する画像処理装置、及びコンピュータープログラムについて説明する。特にガイドパターンと当該ガイドパターン内へのポリマーの整列に基づいて形成されるパターンを含むテンプレートの作成法について詳細に説明する。

以下に、アドレッシングを経て測定対象パターンを含む領域に視野を位置付ける走査形電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）の概略を説明する。なお、以下に示す実施例では、画像取得装置としてＳＥＭを用いる例を説明するが、画像取得装置は、集束イオンビームを走査して得られる信号に基づいて画像を形成する集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）装置のような他の荷電粒子線装置であっても良い。図５はＳＥＭの概略を示す図である。荷電粒子源（電子銃）５０１から放出される荷電粒子線（電子ビーム）５０２は、走査コイル５０３によって、試料５０４上に一次元的、或いは二次元的に走査される。

荷電粒子線５０２の照射により試料５０４から放出される二次粒子（例えば二次電子）５０５は検出器５０６により検出され、画像データとして画像演算制御の機能も持たせた制御装置５０７（制御プロセッサ）に入力される。なお、本実施例では試料から放出される二次電子等を直接検出する検出器を例示しているが、試料から放出された電子等が二次電子変換電極等に衝突した際に発生する二次電子を検出する検出器を採用するようにしても良い。荷電粒子線５０２は、図示しない集束レンズによって集束され、径が極めて小さなプローブとなって走査されるため、高分解能の画像を形成することができる。

試料５０４はｘ−ｙ−ｚステージ５０８により３次元方向すべての方向に移動可能である。制御装置５０７は、荷電粒子源（電子銃）５０１，レンズ，検出器５０６，ｘ−ｙ−ｚステージ５０８、および画像表示装置５０９の制御も行う。

本例の場合、荷電粒子線５０２は、走査コイル５０３で試料５０４上を二次元的（ｘ−ｙ方向）に走査される。検出器５０６で検出された信号は、制御装置５０７内の信号増幅器で増幅された後、画像メモリに転送されて画像表示装置５０９に試料像として表示される。二次信号検出器は二次電子や反射電子を検出するものであっても、光やＸ線を検出するものであっても良い。

なお、画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号が、制御装置５０７内、或いは別に設置されたコンピュータ内で生成され、アナログ変換された後に、走査コイルに供給される。x方向のアドレス信号は、例えば画像メモリが５１２ｘ５１２画素（ｐｉｘｅｌ）の場合、０から５１２を繰り返すデジタル信号であり、ｙ方向のアドレス信号は、ｘ方向のアドレス信号が０から５１２に到達したときに１プラスされる０から５１２の繰り返しのデジタル信号である。これがアナログ信号に変換される。

画像メモリのアドレスと電子ビームを走査するための偏向信号のアドレスが対応しているので、画像メモリには走査コイルによる電子線の偏向領域の二次元像が記録される。なお、画像メモリ内の信号は、読み出しクロックで同期された読み出しアドレス生成回路で時系列に順次読み出すことができる。アドレスに対応して読み出された信号はアナログ変換され、画像表示装置５０９の輝度変調信号となる。

画像処理装置として機能する制御装置５０７には、図示しない入力装置が設けられ、画像の取り込み条件（走査速度、画像積算枚数）や視野補正方式などの指定、および画像の出力や保存などを指定することができる。

また本例で説明する装置は、検出された二次電子或いは反射電子等に基づいて、ラインプロファイルを形成する機能を備えている。ラインプロファイルは一次電子線を一次元、或いは二次元走査したときの電子検出量、或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、得られたラインプロファイルは、例えば半導体ウエハー上に形成されたパターンの寸法測長等に用いられる。

なお、図５に例示する走査電子顕微鏡は、制御装置５０７が走査電子顕微鏡本体と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には二次信号検出器で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。

更に、本例装置は、例えば半導体ウエハー上の複数点を観察する際の条件（測長個所，走査電子顕微鏡の光学条件等）を予めレシピとして記憶しておき、そのレシピの内容に従って、測長や観察を行う機能を備えている。

また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。即ち、以下に説明する例は画像プロセッサを備えた走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に採用可能なプログラム、或いはプログラムプロダクトとしての説明でもある。

更に、制御装置５０７には、半導体ウエハー上のパターンの設計データを記憶し、ＳＥＭの制御に必要なデータに変換する回路設計データ管理装置５１０が接続されている。回路設計データ管理装置５１０は、図示しない入力装置等によって入力された半導体パターンの設計データに基づいて、上記ＳＥＭを制御するレシピを作成する機能を備えている。また、制御装置５０７から伝達される信号に基づいて、レシピを書き換える機能をも備えている。なお、本実施例の説明では回路設計データ管理装置５１０が、制御装置５０７と別体のものとして説明するが、これに限られることはなく、制御装置５０７と回路設計データ管理装置５１０が一体であっても良い。

本実施例においては試料５０４として、半導体製品を製造する過程において、特に自己組織化技術を用いて作成されたウエハーとした。また、該ウエハーを評価する際に使用するレシピを作成するための入力の一つとして、そのパターンに対応する半導体回路設計データを用いた。ここで用いる半導体回路設計データとは、フォトマスク上に形成されるパターン形状である。なお、以下の説明では、検査対象を半導体ウエハーとしたが、ＤＳＡ技術を利用したウエハーであればこれに限ることはない。また、回路設計データは、回路設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき図形データとして取り扱うことができれば、そのフォーマットや種類は問わない。

また、半導体回路設計データから計測レシピを作成するシステムとして回路設計データから計測レシピを設定でき、それをＣＤ−ＳＥＭにて実行することが可能となり、必要な計測データを得る装置を採用した。

図１８は、画像処理装置（演算処理装置）１８００、及びアドレッシングパターンデータを作成するためのデータを記憶する記憶媒体を含むレシピ作成システムの一例を示す図である。画像処理装置１８００は図示しないＳＥＭに接続されると共に、設計データ記憶媒体１８０１、ターゲットパターンデータ記憶媒体１８０２、及び設計データに基づいてパターン形状等をシミュレーションするシミュレーター１８０３とネットワークを経由して接続されている。また、画像処理装置１８００には、アドレッシングパターンの作成条件を入力可能な入力装置１８０４が接続されている。設計データ記憶媒体１８０１にはＤＳＡ技術に用いられるガイドパターンの図形データが記憶されており、入力装置１８０４からの選択情報に基づいて、読み出しが可能となっている。また、設計データ記憶媒体１８０１に記憶されたガイドパターンの図形データに基づいて、パターンの出来栄えをシミュレーター１８０３によってシミュレーションし、その図形データをガイドパターンのデータとして画像処理部１８００に送るようにしても良い。更に、ターゲットパターンデータ記憶媒体１８０２には、高分子化合物のＳＥＭ画像データ、高分子化合物のピッチ幅のデータ、或いは高分子化合物の擬似画像データ等が記憶されており、入力装置１８０４からの高分子化合物の指示、或いは高分子化合物のパターン幅、ピッチ等の入力に基づいて、これらのデータを読み出せるようになっている。図１９は高分子化合物の種類と、高分子化合物のピッチ及び幅が関連付けて記憶されているデータベースである。画像処理装置１８００では、これらのデータに基づいて、同じ線幅とピッチで形成されるポリマーの擬似画像を形成することができる。

図２０は、入力装置１８０４の表示装置に表示されるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面の一例を示す図である。パターン名入力ウィンドウ２００１、パターン位置入力ウィンドウ２００２からのパターン名や位置の入力に基づいて、設計データ記憶媒体１８０１やシミュレーター１８０３からガイドパターンを含む領域の図形データが読み出される。また、視野の大きさを設定する視野サイズ設定ウィンドウ２００３からの視野サイズの選択によって、アドレッシングのための視野の大きさを選択することができる。また、アドレッシングのためのパターンを視野のどこに位置させるかを、視野内位置選択ウィンドウ２００４への位置情報入力によって選択することもできる。

また、追加パターン選択ウィンドウ２００５では高分子化合物の種類に関する情報の選択が可能であり、例えばこのウィンドウでの材料の選択に基づいて、当該材料と関連付けて記憶されているＳＥＭ画像データ、高分子化合物のピッチと幅のデータ、或いは擬似画像データ等の情報が読み出される。更に画像処理装置１８００では、ピッチ情報入力ウィンドウ２００６、及びパターン幅入力ウィンドウ２００７への数値入力に基づいて、高分子化合物の擬似画像を形成することができる。高分子化合物の擬似画像は、例えば高分子化合物ごとに予め割り当てられた輝度情報を読み出し、作成されるアドレッシングパターンの大きさ、設定されるピッチ情報、及びパターン幅に応じて当該輝度情報を配列することで、実現することができる。

画像処理装置１８００では、設定情報に基づいて作成されたアドレッシングパターンを、ＳＥＭの測定レシピ情報として、レシピ記憶媒体１８０８に記憶することができる。

図２１は、ＳＥＭを含む測定、或いは検査システムの詳細説明図である。本システムには、ＳＥＭ本体２１０１、当該ＳＥＭ本体の制御装置２１０２、及びテンプレートマッチングや測定処理を実行する画像処理装置２１０３が含まれている。画像処理装置２１０３に含まれるレシピ記憶部２１０４には、図１８に例示した画像処理装置１８００にて作成したレシピを登録するためのレシピ記憶部２０１４が内蔵されている。

また、画像処理装置２１０３には、制御装置２１０２を経由して得られる画像信号内でテンプレートを用いたマッチング処理を実行するマッチング処理部２１０５と、マッチング処理部２１０５によって特定された測定位置に視野を位置づけ、検出信号を得ると共に、検出信号に基づいて、ラインプロファイルを作成し、プロファイルのピーク間の寸法を測定する測定処理実行部２１０６が内蔵されている。レシピは、ＳＥＭを自動的に動作させるための動作プログラムであり、測定対象となる試料の種類ごとに、上記メモリ２０８や外部の記憶媒体に記憶され、必要に応じて読み出される。また、図示はしないが、画像処理装置２１０３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。また、画像処理部２０７は、機能をも備えている。

なお，演算処理装置２０５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。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２１０５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。

以下、ＤＳＡに用いられるガイドパターンに基づいて、アドレッシングパターンを生成する方法について説明する。本実施例では、図１に例示したように、ガイドパターンをターゲットパターンと同じ寸法・ピッチで配置して作成されたフォトマスクを用いてアドレッシングパターンを作成する。具体的にはアドレッシングパターンとなるパターン（例えば十字パターン）内に、ガイドパターンとなるパターン１０３を同一のピッチで配列したフォトマスクを用いて露光を行い、更に、ＢＣＰ塗布、及びアニールが施してパターンを形成する。

更に、このようにして作成されたアドレッシングパターンを撮像した画像から、アドレッシングパターン外に位置するランダムパターンを除去して、アドレッシングのためのテンプレート画像データを生成する。

なお、アドレッシングパターンの全体寸法より小さなピッチをもって配列されるガイドパターンを用意してアドレッシングパターンを生成する理由は以下の通りである。アドレッシングパターンは、測定対象となるパターンよりも低い倍率（広い視野）にて画像を取得し、照射される電子線の位置補正を行う必要があるため、通常ターゲットパターンよりも大きな寸法で形成される。

一方、ＤＳＡに用いられるガイドパターンを大きな寸法で形成した場合は、図３に示すようにガイドパターン上にてＤＳＡによるパターン形成が適切に行われない。図４は、図３に例示した工程で作成されたパターンの上視図である。ガイドパターン４０１はターゲットパターン４０２の下層に存在する。ターゲットパターン４０２のパターンの寸法とピッチは狙い通りのものが得られるがその方向が制御できず、ランダムな方向のパターンが形成される。ガイドパターン４０１はターゲットパターン４０２の下層に存在し、その上層のターゲットパターン４０２がランダムな方向に形成されているため、そのコントラストが低下しアドレッシングパターンとして利用することが困難となる場合がある。

本実施例ではアドレッシングパターンをターゲットパターンと同じルールのガイドから形成することで、アドレッシングパターンとしてのコントラストを保ち、その役割を果たす事が可能となる。また、そのように形成されたパターンに画像処理を加える事で、ＤＳＡにより制御できない部分の影響を取り除くことが可能となり、計測シーケンスのアドレッシングにおいて高い位置補正精度が得られる。

以下、図７に例示するような十字形状パターンを用いて、アドレッシングのためのテンプレート画像を作成する例を説明する。図６はその工程の一部を示すフローチャートである。本実施例では、テンプレート画像作成のための対象パターンとして図７に例示するように、十字形状のパターンと二本の直線で構成された回路設計データを例にとる。十字ターゲットパターンよりも寸法が大きくＣＤ−ＳＥＭ計測レシピにおいてアドレッシングパターンとして使用されるパターンである。十字パターンにおける具体的な寸法は図中に記しておいた。今回使用したＤＳＡ技術においては、ターゲット寸法が２８ｎｍで、ガイドパターンを１６８ｎｍピッチにて配置する。また、二本の直線の線幅はＤＳＡのターゲット寸法である２８ｎｍ、その間隔は１６８ｎｍで配置されている。この場合、ステップ６０１において十字パターンがＤＳＡの許容寸法でないと判断され、二本の直線の方はＤＳＡ許容寸法であるため、そのままとした。

次に、ステップ６０２において直線パターンのみで十字パターンを構成するように配置した。今回は縦方向の直線としたが、別に横方向でも構わない。図８は図７の十字パターンに２８ｎｍパターンを１６８ｎｍピッチで配置した具体例である。

この場合十字パターンの右端部にガイドパターンを配置したが、そうなると、それ以外のパターン端部にはガイドパターンが配置されない。また、ガイドパターンを配置する際、元々のパターン領域の外側には配置しなかった。その理由としては、適切な間隔で隣接するパターン同士がガイドパターンを配置した場合重なってしまう可能性を避けるためである。また、二本の直線の方はもともとそれぞれがＤＳＡ許容寸法で作られているため、それがそのままガイドパターン８０２となる。

一般的にガイドパターンが存在しない部分におけるＤＳＡパターンの形状は方向が制御されない指紋のようなパターンとなってしまうため、図８のパターン端部のようにガイドパターンが存在しない状態でＤＳＡパターン形成を行うと、ウエハー上では図９のように十字パターン端部のガイドパターンの外側領域には指紋のようなランダムパターン９０２が形成される。

このように形成されたパターンをＣＤ−ＳＥＭの計測レシピにおけるアドレッシングパターンとして利用する場合は、撮像したＳＥＭ像に画像処理を施し、周辺の指紋のようなパターンを画像として取り除いた状態で画像テンプレートとして計測レシピに保存する。

そのための画像テンプレート登録フローを図１０に示す。ステップ１００１では、アドレッシングに利用するパターンに視野を移動し、ＳＥＭ画像を表示させた状態で、倍率（視野領域）、電子線の加速電圧（電子線の到達エネルギー）、プローブ電流、フレーム枚数条件を選択する。本例では、視野が一辺４５０ｎｍの正方形領域となるように倍率を設定し、加速電圧を８００Ｖ、プローブ電流を８ｐＡ、フレーム積算数を１６枚とした。

次にステップ１００２にて、アドレッシングパターンとするパターンを含む領域を指定し、当該領域の画像を基準画像として登録する。この基準画像は、後述する処理を経て、テンプレート画像となる。ステップ１００３では、アニールによって自己組織化した領域以外に位置するランダムパターンを除去する。なお、ランダムパターンを除去する理由は以下の通りである。

ＣＤ−ＳＥＭは、特に半導体デバイスの量産工程において、同じ製造条件で作成された複数の試料の特定のパターンを定点測定するために用いられるが、製造条件が同じであってもランダムパターンは、形状が試料ごとに変化する。すなわち、ランダムパターンを含めた状態でテンプレートを作成してしまうと、テンプレートと、テンプレートマッチングによる被特定領域との間の一致度が低下してしまうことになる。本実施例によれば、一致度低下の原因となるランダムパターンを除去してテンプレートを作成することによって、マッチングエラー発生の可能性を抑制することが可能となる。

なお、ランダムパターンの除去は例えば自己組織化によって整列したパターン部分を選択的に抽出し、抽出されなかった部分を除去する方法が考えられる。図１８に例示する画像処理装置１８００の整合部位抽出部１８０５では、予め登録された整列部分のテンプレートを用いて、整列部分とそれ以外の部分を選別する。この処理を行うためには、基準となる画像（テンプレート）と、評価対象となる画像が必要となるが、この十字パターンの例では直線が形成される縦方向において最も短い線分とする。図７に例示するパターンでは、４５０ｎｍの長さの線分となる。直線の線幅は今回利用したＤＳＡ技術においてターゲット寸法となっている２８ｎｍとした。また、今回の自己組織化技術においてガイドパターンとしてのピッチが１６８ｎｍであることから、２８ｎｍのライン部と２８ｎｍのスペース部の３周期を一つの単位として画像登録時に選択した。図１１は、整列パターンを抽出するためのテンプレートの一例を示す図である。図９に例示するようなＳＥＭ画像上にて、図１１に例示するようなテンプレートを用いた相関値演算処理を実行し、相関値が所定値以上の部分を選択的に抽出（それ以外の部分を除去）する。なお、より抽出精度を高めるべく、テンプレートと画像間の相関値を利用するだけではなく、相関値が所定値を超えた部分が所定の形状を為しているか否かの判断も含めるようにしても良い。

この時、十字パターン自体の大きさは図７にて設定された当初の大きさと比べて小さくなってしまうが、アドレッシングパターンとしては、位置を合わせる事が目的であるため、テンプレート画像とウエハー上のパターンの両者とも大きさが同様に変化するのであれば、それらの相対位置は同じであるので問題にはならない。

ステップ１００４では、アドレッシングパターン周辺の指紋のようなパターンが適切に除去されているかを目視、或いはパターン形状を自動で判断する判断アルゴリズム等を用いて確認する。適切に確認されていない場合は、ステップ１００２の基準パターン領域の指定を変更することで、周辺パターンの除去が適切に行われる場合がある。

以上のような処理を行うことによって、図１２に例示するような整列した部分を選択的に抽出したテンプレートを作成することができる。なお、整合部位抽出部１８０５にて抽出された画像データは、アドレッシングパターンデータ生成部１８０７にて、レシピとして登録するのに要する所定の情報を付加して、レシピデータ記憶媒体１８０８に登録する。図１２に例示するテンプレートは十字型のガイドパターンを示す形状を為しており、この画像データをテンプレートとして記憶する。

次にレシピデータ記憶媒体１８０８に記憶されたレシピを、図２１に例示した画像処理部２１０３で実行することによって、ＳＥＭによる計測を行うときの工程を図１３に例示するフローチャートを用いて説明する。

計測対象パターンは自己組織化技術を用いて作成されたものであり、ターゲット寸法よりも大きな寸法のパターンが存在する場合であるが、これらのパターンは上述のような工程を経て作成された許容パターンのみで構成される。ＣＤ−ＳＥＭ計測レシピを実行すると、ウエハーが装置内にロードされ、使用するコンディションが設定された後、最初にウエハーの位置を合わせるためのウエハーアライメントが実施される。このウエハーアライメントは光学顕微鏡画像によるもの（ステップ１３０１）と、ＳＥＭ画像によるもの（ステップ１３０２）の二段階にて実施される。

光学顕微鏡画像によるアライメントはランダムパターンの存在にあまり影響されないが、ＳＥＭ画像によるアライメントでは通常の手順に加え、ＤＳＡ技術により生成される指紋のようなパターンを除去する必要がある。その理由としては、ＳＥＭ画像によるアライメントでは、チップ１４０３のようにウエハー１４０１上の異なる露光位置で同様の位置補正を行う必要がある（図１４）。

しかしながらＤＳＡ技術にてパターンを形成する際、ガイドパターンによりその方向を制御できたパターンはよいが、ガイドパターンが存在せずその方向を制御できない領域においては、いわゆる指紋のようなパターンがランダムに形成してしまい、ＳＥＭ画像アライメントに利用する３点の画像は全て同じになることはない。そこで、ＳＥＭアライメントを実施する際に、その周囲の指紋のようなランダム形状のパターンを除去し（ステップ１３０３）、ＳＥＭアライメントとしての使用することを意図したパターンのみとすることで、３点のＳＥＭ画像が図１２に例示する画像と同じ画像となり、それらを用いて位置合わせを実施することが可能となる。（ステップ１３０４）
ウエハーアライメントが実施された後、測長点として登録した場所に視野移動を行い（ステップ１３０５）、アドレッシングが実施される。このアドレッシングを実施する際も前述のＳＥＭ画像を用いたウエハーアライメント同様、パターン周囲の指紋のようなパターンを除去して(ステップ１３０６)アドレッシングを実施する必要がある。その理由としては、計測レシピ登録時に用いた露光ショットと実際に計測する露光ショットが違うショットである場合があり、その時はアドレッシングを実施するパターンの周囲はその方向がランダムな指紋のようなパターンとなるため、全く同じパターンになることはないからである。

それ以降のシーケンスは登録したテンプレートを利用して位置補正を行い(ステップ１３０７)、測長点のブライトネスとコントラストを設定し（ステップ１３０８）、オートフォーカスを実行し（ステップ１３０９）、測長点への視野移動を行いＳＥＭ画像を取得し計測を実施する（ステップ１３１０）。

計測終了後、次の測長点に移動し、同じシーケンスで測長を実施する。このような手法を用いる事で、ＤＳＡにより形成されたパターンにおいても適切にアドレッシングを実行することができたため、計測レシピにおいて測長を実行することができた。

実施例１では、計測レシピを作成する際に、そこに保存される画像テンプレートは実際のウエハーを観測して登録したが、本実施例では計測レシピを作成するにあたり、回路設計データを元に作成した。この時利用した回路設計データはフォトマスクを作成する際に用いたデータであるが、ウエハー上のパターンに対応させるため、データ全体の寸法を１／４として用いた。本実施例ではガイドパターンを露光する際に１／４縮小投影系の露光装置を利用したためである。

今回利用した回路設計データにおいては、ＤＳＡ技術のターゲット寸法以外の寸法で形成されたパターンは存在しない。図８に例示するように、ターゲット寸法のラインパターンが指定の周期で配列されている。

この回路設計データは、設計データ記憶媒体１８０１に記憶されており、入力装置１８０４からの選択情報に基づいて、画像処理装置１８００に取り込まれる。また、設計データにはない情報は、ターゲットパターンデータ記憶媒体１８０２に記憶されている通常の設計データ以外の情報や、入力装置１８０４から入力される入力情報を取り込むことによって取得する。例えば、設計データにない情報として、ターゲットパターン寸法、ガイドパターンピッチ、ターゲットパターンピッチ、及び基準パターン周期等が考えられるが、これらを追加情報として入力する。本実施例では実施例１で作成したテンプレートと同等のテンプレートを作成するために、ターゲットパターン寸法を２８ｎｍ、ガイドパターンピッチを１６８ｎｍ、ターゲットパターンピッチを１：１、基準パターン周期を１に設定した。図１５は十字型のアドレッシングパターンデータ内にガイドパターンが形成されている設計データ１５０１と、設計データ１５０１に付加情報を追加することによって得られる重畳データ１５０２を示す図である。

上述のようにＤＳＡによるパターニングでは、あらかじめ配置されたガイドパターンの間に新たなパターンが配置される。この場合は２８ｎｍの寸法のターゲットパターンが１６８ｎｍのピッチにおいて、ライン部とスペース部の比が１：１の割合の寸法で形成されることになる。基準パターン周期とは、ここで設定された計測レシピがＣＤ−ＳＥＭで実行される際に、アドレッシング実行前に指紋のようなパターンを除去する際に使用されたテンプレート内の周期と同じものである。

本実施例では基準パターン周期を１と設定したので、ラインパターンに垂直な方向には１周期分、すなわち１６８ｎｍ分を、ラインパターンの方向としては、図１１と同様に十字パターンの中から最も短い部分である４５０ｎｍとした。つまり、２８ｎｍ幅のラインとスペースが１：１の割合で形成され、その領域は１６８ｎｍと４５０ｎｍで囲まれる領域が今回の基準領域となる。実施例１との違いは図１１はウエハー上の実際のパターンの中からユーザーが選択した領域であるが、ここではシステムが自動的に回路設計データからパラメータに基づき設定される。

隣接するガイドパターンの長さがそれぞれ違う場合は、隣接するガイドパターンの有無により、パターンを配置する領域と配置しない領域に分けられる。図１６（ａ）の場合では、長さの異なるガイドパターン１６０１がガイドパターンピッチである１６８ｎｍの間隔で配置されている。ガイドパターンピッチ１６０２の領域の両端はガイドパターンに挟まれているため、ここにはパターンが配置される。しかしながら領域１６０３は一方しかガイドパターンが存在しないため、この領域にはパターンが形成されない。また図１６（ｂ）の場合では、領域１６０４の両端はガイドパターンに挟まれているが、この間隔は上記パラメータで設定されたガイドパターンピッチとは異なるため、この領域にはパターンは形成されない。パターンが配置されるのは、その両端をガイドパターンに挟まれ、且つ、その間隔がガイドパターンピッチの場合となる。図１６に例示した試料をアニールすることによって得られるパターン形状を示す図であり、ガイドパターン１７０１に挟まれた領域にパターン１７０２が配列された図を示す図である。但し、図１７（ｂ）に例示するように、ガイドパターン間の距離が大きいときは、パターンは配列されない。

このようにガイドパターンのみで構成された回路設計データとは異なる情報をターゲットパターンデータ記憶媒体１８０２に記憶に必要に応じて読み出したり、入力装置１８０４によって設定することによって、実画像に近いアドレッシングパターンの生成が可能となる。

アドレッシングパターンデータ生成部１８０７では上述のようにして形成された設計データ（シミュレーションデータ）に、追加情報を加味することによって形成された重畳データに、計測レシピのシーケンスにおけるアドレッシング点、オートフォーカス点、ブライトネス＆コントラストのアルゴリズム等、自動計測を行うのに必要な情報を追加して、計測レシピを作成し、レシピデータ記憶媒体１８０８に記憶させる。

なお、回路設計データとしては、ＤＳＡターゲットパターンが配置された図１７に例示したパターンや、図１５のパターン１５０１のようにガイドパターンが配置されたパターンより、図７に例示したデータを用いることが望ましい。その理由は自動設定に用いた手法をそのまま利用するには、寸法の大きなパターンはそのまま大きなパターンとして配置されている必要があるからである。

なお、図２０に例示するＧＵＩ画面では、作成中のテンプレート画像を表示する表示領域２００８、アドレッシング用の低倍率画像を表示する表示領域２００９が設けられている。このような表示領域を設けておくことによって、レシピ作成者はこれらの表示領域を目視で確認しつつ、アドレッシングパターンの適否を確認することが可能となる。

５０１・・・荷電粒子源
５０２・・・荷電粒子線
５０３・・・走査コイル
５０４・・・試料
５０５・・・二次粒子
５０６・・・検出器
５０７・・・制御装置
５０８・・・ステージ
５０９・・・画像表示装置
５１０・・・設計データ管理部

Claims (11)

1. 予め作成されたテンプレートを用いて、画像上でパターンマッチングを実行するマッチング処理部を備えた画像処理装置において、
   当該マッチング処理部は、自己組織化リソグラフィに用いられるガイドパターンを示すデータに基づいて形成されたテンプレートを用いて前記パターンマッチングを実行することを特徴とする画像処理装置。
2. 請求項１において、
   前記マッチング処理部は、前記ガイドパターンの内部に、前記自己組織化リソグラフィのときのアニール処理によって形成されるパターンを選択的に配列したテンプレートを用いて、前記パターンマッチングを実行することを特徴とする画像処理装置。
3. 請求項２において、
   前記テンプレートは、前記ガイドパターンの内部に更にガイドパターンが形成されたパターンに、前記アニール処理を施すことによって得られるパターン形状を示していることを特徴とする画像処理装置。
4. 請求項１において、
   前記テンプレートは、荷電粒子線装置によって取得された画像から、前記ガイドパターン外部の高分子化合物の画像を除去したものであることを特徴とする画像処理装置。
5. 請求項１において、
   前記テンプレートは、前記ガイドパターンの画像データに、当該ガイドパターン内部に形成される高分子化合物に基づいて形成されるパターンの画像を付加したものであることを特徴とする画像処理装置。
6. 請求項５において、
   前記ガイドパターンの画像データは、当該ガイドパターンの設計データに基づいて得られる図形データ、或いは当該設計データに対するシミュレーションに基づいて得られる図形データであることを特徴とする画像処理装置。
7. ガイドパターンが形成された試料上に高分子ブロック共重合体を塗布してアニールを行うことによって、パターニングを行う自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法において、
   パターンマッチング用のテンプレートとなるパターンの内部に、ガイドパターンを形成されたフォトマスクを用いた露光に基づいて作成されるパターン上に前記高分子ブロック共重合体を塗布した上で前記アニールを行い、パターニングを実行することを特徴とする自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法。
8. 請求項７において、
   前記第ガイドパターンは、前記テンプレートとなるパターンの内部で等間隔に配置されることを特徴とする自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法。
9. 請求項８において、
   前記ガイドパターンの幅、及びピッチは、自己組織化技術における許容寸法および許容ピッチであり、一方向のみを向いた線分であることを特徴とする自己組織化リソグラフィ技術によるパターン生成方法。
10. 演算処理装置に、テンプレートを用いて画像上でパターンマッチングを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、前記演算装置に、自己組織化リソグラフィに用いられるガイドパターンを示すデータに基づいて形成されたテンプレートを用いて前記パターンマッチングを実行させることを特徴とするコンピュータープログラム。
11. 請求項１０において、
    当該プログラムは、前記演算装置に、前記ガイドパターンの内部に、前記自己組織化リソグラフィのときのアニール処理によって形成されるパターンを選択的に配列したテンプレートを用いて、前記パターンマッチングを実行させることを特徴とするコンピュータープログラム。