JP2015141023A - パターン測定装置の測定条件設定装置、及びパターン評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＤＳＡによって形成されるパターン、或いはＤＳＡによるパターニングに供されるパターンを高速、且つ高精度に評価する測定条件の設定を行うパターン測定装置の測定条件設定装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明では、上記目的を達成するために、光学式検査装置によって得られる情報に基づいて、荷電粒子線の動作条件を設定する演算装置を備えたパターン測定装置の条件設定装置であって、前記演算装置は、光学式検査装置によって得られる散乱光情報に基づいて、散乱光の輝度に応じた頻度を求め、当該頻度条件が所定の条件を満たす試料上の領域に、前記荷電粒子線装置の視野を設定するパターン測定装置の条件設定装置を提案する。【選択図】 図３

Description

本発明は、パターン測定システム、パターン測定装置の測定条件設定装置、及びパターン測定装置に係り、特に自己組織化現象によって配列するパターンの測定に好適なパターン測定システム、パターン測定装置の測定条件設定装置、及びパターン測定装置に関する。

半導体デバイスの大規模化、高集積化が進んでいる。これらの進歩を支えているのは微細加工技術である。その中でも、リソグラフィ技術は投影露光装置の波長の短波長化や投影レンズの高ＮＡ化によって進められてきた。一方、昨今、露光装置の波長に依存する微細化の限界を超えて、パターンの密度をｎ倍化する手法の半導体製造への適用が検討されている。自己組織化現象を利用したパターニング法であるＤＳＡ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）もその１つであり、今後の半導体デバイスの微細化を支える手法として期待されている。

一方、特許文献１、２にはＣＡＤデータを用いて、測長用走査電子顕微鏡（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＣＤ−ＳＥＭ）のレシピを作成するレシピ作成装置が開示されている。

特開２００４-０３１７０９号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２００４／００３０４３０） 特開２００６-３５１７４６号公報（対応米国特許ＵＳＰ７，５５９，０４７）

上述のように、ＤＳＡは今後の半導体デバイスの高集積化を実現するための重要な技術であり、その出来栄えを評価するための測定装置や測定システムにも、ＤＳＡ固有の事情に応じた対応を求められることが予想される。一方、半導体ウエハ上に形成されるパターン数は膨大であり、この中からプロセス管理や材料評価等に適したパターンを選択して、ＣＤ−ＳＥＭによる測定を行う必要がある。また、上述のようにＣＤ−ＳＥＭは微細なパターンを評価するのに適した装置であるが、反面、広範囲の検査を行うには相応の時間を要する。特許文献１、２にはＤＳＡパターンやＤＳＡパターンを形成するためのガイドパターンを測定するための条件を決定するための手法についての開示がない。

以下に、ＤＳＡによって形成されるパターン、或いはＤＳＡによるパターニングに供されるパターンを高速、且つ高精度に評価する測定条件の設定、或いは高速且つ高精度にパターンの評価を行うことを目的とするパターン測定装置の測定条件設定装置、及びパターン評価装置を提案する。

上記目的を達成するための一態様として、光学式検査装置によって得られる情報に基づいて、荷電粒子線の動作条件を設定する演算装置を備えたパターン測定装置の条件設定装置であって、前記演算装置は、光学式検査装置によって得られる散乱光情報に基づいて、散乱光の輝度に応じた頻度を求め、当該頻度条件が所定の条件を満たす試料上の領域に、前記荷電粒子線装置の視野を設定するパターン測定装置の条件設定装置を提案する。

また、上記目的を達成するための他の態様として、光学式検査装置によって得られた散乱光情報に基づいて、試料上に形成されたパターンの評価を行う演算装置を備えたパターン評価装置であって、前記演算装置は、自己組織化現象を利用したパターニングによって形成されるパターンが形成された試料の散乱光強度と、前記パターンの寸法に関する情報が関連付けて記憶されたライブラリにアクセス可能に構成され、当該ライブラリに前記光学式検査装置によって得られる散乱光を参照することによって、前記パターンの寸法に関する情報を出力するパターン評価装置を提案する。

更に、上記目的を達成するための他の態様として、光学式検査装置によって得られる散乱光情報に基づいて、試料上に形成されたパターンの評価を行う演算装置を備えたパターン評価装置であって、前記演算装置は、散乱光の輝度に応じた頻度を示すヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムのピークが所定の条件を満たすヒストグラム、或いは当該ヒストグラムが得られた試料の情報を出力するパターン評価装置を提案する。

上記構成によれば、ＤＳＡによって形成されるパターン、或いはＤＳＡによるパターニングに供されるパターンを高速、且つ高精度に評価する測定条件の設定、或いは高速、且つ高精度にパターンの評価を行うことが可能となる。

パターン評価システムの構成を示す図。 ＣＤ−ＳＥＭの該当を示す図。 散乱光強度ヒストグラム上で測定対象範囲を設定する入力画面の一例を示す図。 測定対象確認選択画面(ウエハマップ) の一例を示す図。 測定対象確認選択画面(チップマップ) の一例を示す図。 自己組織化パターンのレイヤ情報とデータタイプを入力する入力画面の一例を示す図。 自己組織化によって形成されるパターンに含まれる領域を説明する図。 クライテリア表示条件入力画面を示す図。 散乱光強度とラフネス計測値の相関ライブラリを示す図。 散乱光強度に応じた頻度を示すヒストグラム。 散乱光強度に応じた頻度を示すヒストグラム。 測定装置の測定レシピを作成する工程を示すフローチャート。 光学式検査装置の一例を示す図。 パターン評価システムの一例を示す図。 光学式検査装置の検出信号の一例を示す図。

以下に、主に半導体プロセスを経て形成されるパターンの測定や検査を行うパターン評価システム、評価装置について図面を用いて説明する。本実施例では特に、微細なパターンを形成する技術であるＤＳＡ法を用いて生成されたパターンを評価する装置、システムに関するものである
自己組織化リソグラフィプロセスにてパターンを形成するうえで重要となるのが、ガイドパターンのエッジラフネスを減少させること、アニール(加熱処理)の際にウエハ全面を均等に加熱すること、高分子ブロック共重合体（Ｂｌｏｃｋ Ｃｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＢＣＰ）を塗布する際にウエハ全面の膜厚を均等にすること、形成するプロセスにあったＢＣＰ材料を選定することである。

一方、微細なパターンに電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、パターン寸法を測定するＣＤ−ＳＥＭは、微小なエッジラフネスを評価することができるため、ガイドパターンのエッジを適正に評価することが可能である。このように微細なパターンを高精度に観察できるＣＤ−ＳＥＭと、半導体ウエハのマクロな領域の検査が可能な光学式の検査装置を組み合わせて使用することができれば、ウエハ全面に亘って塗布されるＢＣＰに基づいて形成されるパターンを適正、且つ高速に評価することができると考えられる。

以下に説明する実施例では例えば、ウエハ上の極小領域に含まれるエッジラフネスの微細な変動をモニタすることができるＣＤ−ＳＥＭと、マクロな領域のエッジラフネスの変動を高速にモニタすることが可能な光学式検査装置（例えば暗視野検査装置）を組み合わせ、暗視野検査装置にてウエハ全面のエッジラフネスの分布を算出し異常と思われる位置の座標情報を元にＣＤ−ＳＥＭレシピを作成するパターン測定装置の測定条件設定装置について説明する。後述する実施例によれば、ＣＤ−ＳＥＭと暗視野検査装置をリンクし、高速かつ自動でエッジラフネスの微細な変動をモニタすることが可能となる。

以下に説明する実施例では、例えば、暗視野検査装置にてウエハ全面の閾値処理前の散乱信号（Ｈａｚｅ情報）を取得し、それをもとに算出したエッジラフネスの分布から異常と思われる位置を抽出し、その部分のエッジラフネス計測をデザインデータの情報を利用しＣＤ−ＳＥＭにて自動で実施するためのレシピを作成するレシピ作成装置について説明する。また、暗視野検査装置にてウエハ全面より取得した散乱光信号とＣＤ−ＳＥＭにて取得した計測値との相関結果をライブラリ化し暗視野検査装置の測定結果と相関ライブラリを付き合わせることでＣＤ−ＳＥＭによる測定を行わず暗視野検査装置のみで高速に高精度なエッジラフネス計測を行うパターン評価装置について説明する。

ウエハ全面のエッジラフネス分布から異常と思われる位置を抽出し、その部分のエッジラフネス計測をＣＤ−ＳＥＭにて自動で実施することによって、測定に要する手間や時間を抑制することが可能となる。また、ＣＤ−ＳＥＭによる測定を行わず暗視野検査装置のみの測定を可能とすることによって、高速且つ高精度にエッジラフネスの評価を行うことが可能となる。

図１４は半導体評価システムの全体を示す図である。図１４に例示するシステムには、光学式検査装置（暗視野検査装置）１４０１、ＣＤ−ＳＥＭ１４０２、記憶媒体１４０３、及び光学式検査装置１４０１やＣＤ−ＳＥＭ１４０２によって得られた信号に基づいて、パターンの測定や検査を実行するパターン評価装置１４０４がネットワークを介して接続されている。

図１３は光学式検査装置１４０１の概要を示す図である。図１３に例示する光学式検査装置は、主にウエハ１３０１にビームを照射する照射光学系と、試料で反射した散乱光を検出する散乱光検出光学系から構成される。照射光学系は、レーザ光源１３０２から放出されるレーザ光を試料に投射するためのものである。図１３では省略されているが、照射光学系は、ビームエキスパンダ、偏向素子、集光レンズのような光学素子を含んでおり、レーザ光はミラー１３０３、１３０４によって反射された上で、ウエハ１３０１に照射される。レーザ光源１３０２としては、ウエハ1の表面極近傍（表面から１００ｎｍ以下の深さ）に存在する欠陥の検出には、試料内部に浸透しにくい紫外、真空紫外のレーザビームを発振し、試料内部（表面から１００ｎｍ以上の深さ）の欠陥の検出には試料内部に浸透しやすい可視、赤外のレーザビームを発振するする光源が用いられる。

検出光学系は、欠陥検出光学系とＨａｚｅ検出光学系から構成される。ウエハ１３０１のレーザ照射部から発生した散乱光は検出レンズ１３０５で集光され、ビームスプリッタ１３０６にて２つの光路に分割され、分割された該散乱光は集光レンズ１３０８、１３１０等を介して、光電子増倍管１３０９、１３１１によって検出される。ビームスプリッタ１３０６は、例えばハーフミラーやＰＢＳであり、ウエハ1上におけるレーザ照射部から発生し、検出レンズ１３０５で集光された散乱光に対し、振幅分離、または偏光分離を行う。このような分離によって、欠陥検出用の光電子増倍管１３０９とＨａｚｅ検出用の光電子増倍管１３１１にて、それぞれの光を独立に検出することが可能となる。

光電子増倍管と検出レンズとの間には図示しないフィルタが設けられている。それぞれの検出光学系に設けられるフィルタは、偏光板や液晶であり、検出する偏光軸を調節可能である。ウエハに照射されるレーザビームが、ある偏光特性を有していた場合には、そのレーザ照射により欠陥から発生する散乱光や、ラフネスから発生する散乱光はそれぞれ特定の偏光状態を有しており、この偏光状態は照明条件と検出条件に依存して変化する。

散乱光の偏光状態はシミュレーションにより計算可能であり、照明条件・検出条件毎に欠陥散乱光のみを透過、またはカットしやすい偏光軸や、ラフネス散乱光のみを透過、またはカットしやすい偏光軸を把握することが可能である。欠陥検出用の光学系に設けられるフィルタは、欠陥散乱光のみを通過させやすい偏光軸に調整され、Ｈａｚｅ検出光学系に設けられるフィルタはラフネス散乱光のみを通過させやすい偏光軸に調整される。このような調整によって、それぞれの検出光学系で、欠陥から発生した散乱光のみ、或いはラフネス散乱光のみを高い感度で検出することが可能となる。

ビームスプリッタ１３０６は、複数の異なる透過率を有するスプリッタを保持し、これを変更することにより、欠陥検出光学系とＨａｚｅ検出光学系の感度を調節できる。例えば、欠陥検出光学系への透過率を５０％、Ｈａｚｅ検出光学系への反射率を５０％と設定し、欠陥検出感度が必要な感度に達していない場合には、例えば欠陥検出光学系への透過率を９０％に上げ、Ｈａｚｅ検出光学系への反射率を１０％に下げることで、欠陥検出光学系で検出可能な散乱光を得ることが可能となる。

光電子増倍管１３０９、１３１１は受光光量に応じた電気信号を発生させ、電気信号は図示しないアナログ回路に導かれる。アナログ回路で行われる処理に関して以下、説明する。レーザ照射により、ウエハの被照射部からは図１５のような信号が検出される。表面荒れから発生するラフネス散乱光Ｎ₀はレーザ照射期間中は常に発生しており、低周波なうねりとして検出される（＜数ｋＨｚ）。ラフネス散乱光Ｎ₀が光電子増倍管に入射し光電変換される時に、ランダムな変動であるショットノイズｎ₀が発生し、これも同時に検出される。一方、欠陥から発生する欠陥散乱光Ｓ₀は、幅数十μｍ程度のビームが欠陥の存在する位置を通過する間の時間だけ、パルス状に発生するため、ラフネス散乱光と比較して高周波である（＞数ｋＨｚ）。つまり図１５に記載の検出信号がアナログ回路に導かれてきた際には、検出信号に対し、ハイパスフィルタを適用することで欠陥信号を抽出でき、ローパスフィルタを適用することでＨａｚｅ信号を抽出可能となる。

以上のことより、光電子増倍管１３０９で検出した欠陥散乱光に基づき発生した電気信号に対してはハイパスフィルタがかけられ、光電子増倍管１３１１で検出したラフネス散乱光に基づき発生した電気信号に対してはローパスフィルタがかけられる。アナログ回路では、さらに信号増幅、アナログ−デジタル変換を施される。前記検出信号に基づき、信号処理部１３１３では閾値処理による欠陥判定、およびレベル判定によるＨａｚｅ処理が行われ、欠陥マップやＨａｚｅマップが生成される。欠陥マップは検査時に取り込んだ欠陥信号と座標を基に表示され、Ｈａｚｅマップは検査時に取り込んだＨａｚｅ信号と座標を基に表示される。

図２は、図１４に例示するＣＤ−ＳＥＭ１４０２の概要を示す図である。電子源２０１から引出電極２０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム２０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ２０４によって、絞られた後に、走査偏向器２０５により、試料２０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム２０３は試料ステージ２０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ２０６のレンズ作用によって集束されて試料２０９上に照射される。

電子ビーム２０３が試料２０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子２１０が放出される。放出された電子２１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極２１２に衝突し、二次電子２１１を生じさせる。変換電極２１２から放出された二次電子２１１は、検出器２１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器２１３の出力が変化する。この出力に応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器２０５への偏向信号と、検出器２１３の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。

なお、図２の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。

制御装置２２０は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。制御装置２２０には検出器２１３によって得られた信号の信号処理を実行する演算処理部と、得された画像情報やレシピ情報を記憶するメモリが内蔵されている。試料から放出された電子、或いは変換電極にて発生した電子は、検出器２１３にて捕捉された後、制御装置２２０に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。制御装置２２０に内蔵された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。なお、以下の実施例では、寸法測定を行う装置として電子顕微鏡を例にとって説明するが、イオンビームを走査して測長を行う他の荷電粒子線装置であっても良い。

図１は、図２、図１３に例示した光学式検査装置と、ＣＤ−ＳＥＭを含むパターン評価システムの全体構成を示す図である。図１の全体構成図では、暗視野／明視野検査装置部１０１が、図１３に例示した光学式検査装置に相当し、計測装置部１２０が図２に例示したＣＤ−ＳＥＭに相当する。また、自己組織化リソグラフィプロセスの評価装置１０４は、図１４のパターン評価装置１４０４に相当する。後述するように、パターン評価装置１４０４は、パターン測定装置の測定条件設定装置、及びパターン評価装置として機能する。

ＤＳＡパターンのエッジにはある程度のラフネスが含まれ、且つＤＳＡによるパターニングが適正に行われていれば、そのラフネスは検査領域内にてほぼ同等に形成されると考えられる。一方、ＤＳＡパターンがガイドパターンに沿って形成されず、指紋状に形成されるようになると、当該フィンガープリントパターン（ＦＰパターン）は、正常なＤＳＡパターンとは異なる曲率を持つエッジが形成されることになる。

即ち、ＤＳＡパターンが適正に形成されている場合は、主にパターンのラフネスによってもたらされる散乱光が検出されるが、ＤＳＡパターンが適正に形成されていない場合は、ＦＰパターンの曲線部分の存在によって発生する散乱光も併せて検出されることになると考えられる。

そこで、本実施例では、散乱光信号輝度ヒストグラムが所定の条件となるパターンを選択的にＣＤ−ＳＥＭによる測定対象とする。即ち、頻度条件が所定の条件を満たすパターンをＣＤ−ＳＥＭによる測定対象とする。例えば、複数の異なる幅のガイドパターンの中から、ＢＣＰにとって適正なガイドパターンを選択する場合、実際に複数の幅のガイドパターンを作成した上で、それぞれのガイドパターン内に形成されたＤＳＡパターンを評価する。

一方、形成した全てのガイドパターンに対して測定を行うのは、非効率であるため、ＦＰパターンが形成されていると判断できるガイドパターン（自己組織化によって適正にパターンが形成されなかったガイドパターン）を、ＣＤ−ＳＥＭの測定対象から除外することが考えられる。そのために、散乱光輝度信号ヒストグラムのピーク部分が所定幅以上である場合（通常のエッジラフネス以外にＦＰパターンが形成されていると考えられる場合）は、ＣＤ−ＳＥＭの測定対象から除外すると共に、ピーク部分の幅が所定値以下のもの、或いは所定幅のものを、選択的に測定対象とする。この場合、頻度にも閾値を設け、所定値以上、或いは以下の場合に、選択的に測定、或いは測定から除外するようにしても良い。例えば、ＦＰパターンの形成状態が或る程度分かっているような場合、その形成状態に応じた輝度ヒストグラムが発生することが考えられるので、ＦＰパターンに応じた輝度ヒストグラムのピークが所定の頻度を超えるような場合、そのガイドパターンを測定対象から除外することが考えられる。

また、正常なものを選択的に測定するのではなく、例えばプロセス管理を行う場合に用いられるプロセスウィンドウの境界を見出すべく、輝度ヒストグラムのピークが所定値近傍の所定範囲内に含まれるガイドパターンを選択的にＣＤ−ＳＥＭの測定対象とするようにしても良い。更に、特定のＢＣＰと製造条件の関係を評価すべく、異常な輝度ヒストグラムのピーク（例えば、ピーク幅が所定値以上のもの、頻度が所定値以下のもの、異なるピークが複数現れるもの等々）を選択的にＣＤ−ＳＥＭの評価対象とするようにしても良い。本実施例によれば、ＤＳＡパターンの評価目的に応じたパターンを選択的に評価することが可能となる。

図１２は、異なる条件のガイドパターンの中から、ＣＤ−ＳＥＭの測定対象となるパターンを選択し、そのパターンを測定するための測定レシピを作成する工程を示すフローチャートである。まず、異なる複数の条件のガイドパターンのマスクデータを作成する（ステップ１２０１）。ＤＳＡパターンはガイドパターンが適正に形成されていないと、自己組織化によるパターニングが適正に行われない。よって、例えばガイドパターン間の幅を変化させた複数のガイドパターンを作成するためのマスクデータを作成し、当該マスクデータに基づいて、縮小投影露光装置に用いられるフォトマスクを作成する（ステップ１２０２）。次に、ステップ１２０２にて作成されたフォトマスクを用いて、縮小投影露光装置による露光を実行し、異なる複数の条件のガイドパターンが形成された試料に対しBCPの塗布とアニールを実行しDSAパターンが形成された試料を作成する（ステップ１２０３）。次に、異なる複数の条件のガイドパターンに含まれるＤＳＡパターンごとに、光学式検査装置（例えば暗視野／明視野検査装置）を用いて、散乱光を検出する（ステップ１２０４）。散乱光信号強度分布作成処理部１１５では検出された散乱光に基づいて、異なるガイドパターン条件ごとに、図３に例示するような散乱光信号輝度ヒストグラムを作成する（ステップ１２０５）。

計測位置決定処理部１０７では、異なるガイドパターン条件ごとに得られたヒストグラムを評価して、特定のピーク条件を持つガイドパターンデータ、ガイドパターンの生成条件、或いは当該生成条件によって生成されたガイドパターンの座標情報等を選択する（ステップ１２０６）。

測長ＳＥＭレシピ自動生成処理部１１３では、計測位置決定処理部１０７によって得られたガイドパターン情報に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭの測定条件が記憶された測定レシピを作成する（ステップ１２０７）。測定レシピは、ＣＤ−ＳＥＭの動作プログラムであり、測定対象となるパターンに、電子顕微鏡の視野（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）を位置づけるために必要な情報が記憶されている。よって、選択されたパターンに視野が位置づけられるように、半導体デバイスの設計データ（デザインデータ１０５）を参照して、ＤＳＡパターンに視野を位置づけるための計測レシピ１２２を生成する。計測レシピには、測定対象となるパターンの座標情報に加え、視野の大きさ等の電子顕微鏡の光学条件が併せて記憶される。

更に、ＣＤ−ＳＥＭの測定対象領域の選択の際には、設計データ記憶媒体１４０５に記憶された設計データに基づいてＣＤ−ＳＥＭの測定対象個所（座標）を決定することによって、適正な位置に視野位置を設定できるレシピの作成が可能となる。具体的には、光学式検査装置１４０１によって得られた特定の散乱光が発生する領域であって、設計データ上、ガイドパターンが存在する領域のアンドがとれる領域を、測定対象として設定することによって、試料上の適正な位置を測定対象位置として設定することが可能となる。

以上のようにして生成された計測レシピ１２２に基づいて、計測装置部１２０の計測レシピ実行部分処理部１２４による計測処理を実行（ステップ１２０８）することによって、評価すべきパターンを選択的に評価することが可能となる。

次に、図１の半導体評価システムの全体構成図を用いて、ＣＤ−ＳＥＭの計測位置の決定手順を説明する。まず、暗視野検査装置１０１にて検査領域の閾値処理前の散乱信号情報１０３を取得（１０２）する。次に、ウエハ全面の閾値処理前の散乱信号情報１０３を暗視野検査装置１０１から受け取り散乱信号情報記憶部１１６へ保存する。この情報は、例えば暗視野検査装置１０１（光学式検査装置１４０１）に内蔵された記憶媒体、或いは図１４に例示するライブラリ１４０３に記憶するようにしても良い。次に記憶部１１６へ保存されている情報を元に散乱信号強度分布を作成する。

散乱信号強度分布作成処理部１１５では、例えば光学式検査装置１４０１で得られた散乱光情報に基づいて、ガイドパターンの生成条件やポリマーの種類ごとに、図３に例示するような散乱光信号輝度ヒストグラムを作成する。このようにパターンの生成条件ごとに、ヒストグラムを作成することによって、ヒストグラムを用いたパターンの生成条件の適否を判断することが可能となる。パターン評価装置１４０４の表示装置等に図３に例示するヒストグラムを表示し、以下の設定を行う。具体的には、図３の測定対象散乱信号輝度範囲設定ウィンドウ３０４に輝度の上限と下限を入力する（１０６）。この際、検索対象とする散乱信号の上下限値の入力は散乱信号強度分布図１１４上に表示されている範囲バーの操作によって入力するようにしても良い。

上記手段で閾値処理前の散乱信号の上下限値を入力しＡｐｐｌｙボタン３０４を押下すると、図４に例示するように、入力された上下限値内であり、かつ自己組織化リソグラフィ技術にて形成されたパターン領域内の閾値処理前の散乱信号情報の一覧のリスト４０３が作成される。自己組織化リソグラフィ技術にて形成されたパターン領域の特定方法については更に後述する。

暗視野検査装置ではウエハ上に形成されたパターンの形状を見る事が出来ないため、閾値処理前の散乱光位置の座標を元に該当箇所のデザインデータを参照することで、閾値処理前の散乱光検出位置にパターンが存在するか（虚報ではないか）または、入力した閾値処理前の散乱信号の上下限値で想定するパターンの異常が検出できているかの確認をおこなう。

閾値処理前の散乱信号取得結果を全てリスト４０３に表示する。リスト中の選択された領域と、当該領域のウエハマップ４０２、或いは図５に例示するチップマップ５０２上の該当位置にマークを付けて表示する。デザインデータ上の計測対象パターンを表示（表示画面４０１）する機能を設けることによって、ウエハを必要とせず測定位置の確認が行える。

ボタン４０４は、ウエハマップ４０２或いはチップマップ５０１にて、散乱光が検出された個所を、拡大し順番に表示する機能を始動するためのものである。この機能によって、散乱光強度上下限値の範囲内で検出された散乱光位置にパターンが存在するか（虚報ではないか）または、入力した散乱光強度の上下限値が適切であるかの確認を行うことができる。またレビューの際に拡大した箇所を画像として保存することで測定位置のデザイン上のパターン形状を本システム環境以外で確認することが可能となる。

次に、閾値処理前の散乱光強度分布ライブラリから取得した測定位置座標を元に、ウエハレス測長レシピ生成装置（特開２００４−０３１７０９）並びに走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置及びその方法並びに半導体パターンの形状評価装置（特開２００６−３５１７４６）の方法でＬＥＲ測定レシピの自動生成を行う。

また、その際にアドレシングまたは測長ポイントの近隣に設計上不要である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が存在する場合は、オートフォーカスとオートスティグマ実行位置へ設計上不要である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を自動で設定しパターンが形成された領域への電子線によるダメージを回避する。

次に、設計データを用いて、自己組織化リソグラフィプロセスにて形成されるパターンの領域を特定する方法を説明する。まずは、自己組織化リソグラフィプロセスにて形成されたパターン領域をマスクする図形が存在する場合について説明する。自己組織化リソグラフィプロセス技術にてパターンを形成する際、ガイドパターン７０１によりその方向を制御できたパターン（自己組織化パターン７０２）はよいが、ガイドパターン７０１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されてしまう。

自己組織化リソグラフィプロセス技術にてパターンを形成後、指紋のようなランダムパターンが以降の半導体製造工程で邪魔になるため自己組織化リソグラフィプロセス技術にて形成したパターン領域７０３をマスクし、それ以外の領域にて形成された指紋のようなランダムパターンを消去する工程が必要となる。この工程で使用する自己組織化リソグラフィプロセス技術にて形成したパターン領域７０３をマスクする図形を自己組織化リソグラフィプロセス技術にて形成されたパターンの領域７０３を特定するために使用する方法を説明する。

ＤＳＡパターン領域をマスクする図形７０３のＬａｙｅｒ Ｎｕｍｂｅｒ６０１またはＤａｔａ Ｔｙｐｅ６０２を入力する。この際、Ｌａｙｅｒ Ｎｕｍｂｅｒ６０１とＤａｔａ Ｔｙｐｅ６０２はそれぞれ複数指定を可能としＬａｙｅｒ Ｎｕｍｂｅｒ６０１とＤａｔａ Ｔｙｐｅ６０２を共に入力した場合はＡｎｄ条件にて図形の検索をおこなう。

検索時にヒットした図形の最少外接矩形の左上と右下座標をＤＳＡパターン領域テーブルへ登録する。本処理をＤＳＡ技術にて形成したパターン領域７０３をマスクする図形が全て抽出されるまで繰り返す。

自己組織化リソグラフィプロセスにて形成されたパターン領域７０３をマスクする図形がデザインデータ内に存在しない、あるいは自己組織化リソグラフィプロセスにて形成されたパターン領域をマスクする図形のＬａｙｅｒ Ｎｕｍｂｅｒ６０１またはＤａｔａ Ｔｙｐｅの情報を特定できない場合は、以下のような処理に基づいてパターン領域７０３を特定する。
1. デザインデータ内にガイドパターン図形７０１の情報が存在する場合は、ガイドパターン図形７０１のＬａｙｅｒ Ｎｕｍｂｅｒ ６０１またはＤａｔａ Ｔｙｐｅ ６０２とガイドパターンを配置する際のピッチ６０３を入力する。デザインデータ内にガイドパターン図形７０１の情報が存在せず自己組織化リソグラフィプロセスにより形成しようとするパターン図形７０２の情報のみ存在する場合は、自己組織化リソグラフィプロセスにより形成しようとするパターン図形７０２のＬａｙｅｒ Ｎｕｍｂｅｒ ６０１またはＤａｔａ Ｔｙｐｅ ６０２と自己組織化リソグラフィプロセスにより形成しようとするパターンを配置する際のピッチ６０３を入力する。

入力されたＬａｙｅｒ Ｎｕｍｂｅｒ ６０１またはＤａｔａ Ｔｙｐｅ ６０２をキーにデザインデータ内の対象図形を検索し対象の全図形を抽出後、ガイドパターンを配置する際あるいは自己組織化リソグラフィプロセスにより形成しようとするパターンを配置する際のピッチ６０３内に存在する図形どおしを１つのグループとみなし、この１つのグループ内の全図形の最小外接矩形を自己組織化リソグラフィプロセスにより形成しようとするパターン領域７０３とする。

計測結果をＷａｆｅｒ Ｍａｐ毎あるいは指定されたＣｈｉｐ毎へ格子状に領域を分け領域毎の測定結果毎にカラーマップとして表示を行うことによって計測結果を目視で確認することが可能となる。表示の際のパラメータは図８に例示するように、クライテリア毎に計測値の上下限値８０１，８０２と表示を行う際のカラー８０３を入力する。

次に、光学式検査装置にて得られる散乱光強度情報と、ＣＤ−ＳＥＭによって得られる測定結果とを関連付けて記憶するライブラリを参照して、ＤＳＡパターンの検査を行う手法、及び当該検査を実現するための装置について説明する。図９は、光学式検査装置によって検出された散乱光強度と、ＣＤ−ＳＥＭによって測定されたラフネス測定結果とを関連付けて記憶したライブラリの一例を示す図である。このライブラリ９００には、散乱光強度と、ＬＥＲの計測結果が、座標情報（チップ内座標）及びチップ番号と共に記憶されている。

光学式検査装置によって得られる散乱光強度情報を、図９に例示するようなライブラリに参照することによって、ＣＤ−ＳＥＭを使用することなく、ＣＤ−ＳＥＭによる測定結果を求めることが可能となる。

図９に例示するようなライブラリは、例えば予め異なるＤＳＡパターン条件ごとに、暗視野検査装置の散乱光強度検出と、ＣＤ−ＳＥＭによる測定を行い、その結果をパターン条件ごとに関連付けて記憶する。このライブラリは、例えば図１４に例示するライブラリ記憶媒体１４０３に記憶する。パターン評価装置１４０４に内蔵された演算装置は、ライブラリ記憶媒体１４０３、或いはその他の記憶媒体にアクセス可能に構成されている。演算装置は、暗視野検出器から出力された出力データを、ライブラリに参照し、当該出力データ、或いは当該出力データに近似する出力データ（例えば出力データ±所定値）に関連付けて記憶されたＣＤ−ＳＥＭによる測定結果（パターン寸法に関する情報）を出力する。より具体的には、まず、ライブラリ作成対象とするWaferに対し暗視野検査装置にて測定を行う。次に、暗視野検査装置よりウエハ全面の閾値処理前の散乱信号を取得する。ライブラリ作成の際に対象とする散乱光強度の上下限値と抽出範囲の分割数とデータ抽出先をＣｈｉｐ毎にするかＷａｆｅｒ全面にするか入力する。

暗視野検査装置によって得られた散乱光強度分布画像からライブラリ作成の際に対象とする散乱光強度の上下限値以内の散乱光強度かつ自己組織化リソグラフィプロセスにて形成されたパターン領域内のデータを抽出しライブラリを作成する。

以上のようにして作成されたライブラリの位置情報を元にＣＤ−ＳＥＭのラインエッジラフネス計測レシピの作成を行い、そのレシピを用いて測定を実行する。ＣＤ−ＳＥＭの測定結果に基づいて、散乱光強度毎のラインエッジラフネス測定値との相関テーブルの作成をおこなう。更に、散乱光強度とラインエッジラフネス計測値を元に最小二乗法によりモデルを決定する。

暗視野検査装置によって得られた散乱光強度情報と、上記モデルを用いることによって、ラインエッジラフネスを求めることが可能となる。

次に、暗視野検査装置を用いて、ＤＳＡパターニングに用いられるガイドパターンを評価する手法、及び当該評価を行う装置について説明する。ガイドパターンは、縮小投影露光装置を用いた露光に基づいて形成されるものであり、露光条件に応じて変化する。適正な露光条件は、最終的にガイドパターン内に形成されるＤＳＡパターンが適正に形成される条件であるため、露光条件を変化させたときのＤＳＡパターンの出来を評価することによって、適正な露光条件を選択することができる。本実施例ではその具体的手法について説明する。

まず、縮小投影露光装置の露光量（ドーズ）、フォーカスのような露光装置の装置条件や、パターンのピッチサイズやマスク形状等の設計データ上の条件を変化させた異なる露光条件にて、パターンを形成する。この場合、半導体ウエハのチップ単位、或いはショット単位で露光条件を変化させてパターニングを行う。その上で、ＢＣＰの塗布、アニールを行い、ＤＳＡパターンを形成する。

上記工程を経た半導体ウエハ上には、チップ、或いはショット毎に異なる露光条件のガイドパターンと、そのガイドパターンを用いた自己組織化したＤＳＡパターンが形成されている。

このような条件出しウエハを用いて、適正な露光条件を選択すべく、散乱信号強度分布作成処理部１１５にて、暗視野検査装置によって得られる露光条件ごとの散乱信号強度分布（ヒストグラム）を作成する。図１０、図１１は、そのヒストグラム例を示す図である。ＤＳＡパターンが正しく形成されている（ガイドパターン内に適正に整列している）場合は、図１０に例示するように、特定の輝度の高いピーク１００１が形成される。一方、ＤＳＡパターンが適正に形成されていないと、図１１に例示するように、適正に形成されている場合に比べて、異なる輝度の広い幅の低いピーク１１０１が形成される。

よって、異なる露光条件の中から、最も高いピークが形成される露光条件を見出すことによって、適正な露光条件を選択することが可能となる。散乱信号強度分布作成処理部１１５は、複数のヒストグラムの中から最もピークが高い露光条件を表示装置や所定の記憶媒体等に出力する。また、上述のように正しく形成されていないパターンは、適正に形成されたパターンと比較して、ピークの幅が広く、ピーク位置も異なっている場合があるため、例えばピーク幅が所定値以下のものや、特定の輝度からのピークのずれが所定値以下のものを選択するようにしても良い。更に、ピーク高さが所定の閾値以上のものを選択するようにしても良い。閾値判断によって複数の候補が選択される場合には、複数のパラメータのアンド条件でベスト条件を求めるようにしても良い。

次に、暗視野検査装置を用いて、ＤＳＡパターニングの際の膜厚、アニール等の製造条件を評価する手法、及び当該評価を行う装置について説明する。ＤＳＡのパターニングの際には、ＢＣＰの塗布、ＢＣＰ塗布後のアニール（加熱処理）が行われるが、これらの条件が適正でないと、適正なパターニングができない。そこで、複数のチップ、或いはショット単位で、図１０、１１に例示したようなヒストグラムを複数作成し、当該複数のヒストグラムを比較することによって、製造条件が適正であるか否かをモニタする。散乱信号強度分布作成処理部１１５は、複数のヒストグラムを比較し、そのばらつきの程度を評価すると共に、その評価結果を表示装置や所定の記憶媒体等に出力する。

ばらつきの評価には例えば、ピーク位置のばらつき、ピーク高さのばらつき、ピーク幅のばらつき、ピーク波形面積のばらつき等々が考えられる。同じ露光条件、製造条件でパターンを形成していれば、ばらつきは所定値以下となる筈であるが、ウエハ上の膜厚が一定ではない場合には、ピーク位置等がばらつく。よって、そのばらつきを評価することによって、適正な製造条件でパターニングがされたか否かの評価を行うことが可能となる。

また、ウエハ毎に製造条件を変化させ、その中から適正な製造条件を見出すべく、上記評価を行うようにしても良い。更に、特定のばらつきを持つチップ、ショットを選択的にＣＤ−ＳＥＭで評価するためのレシピを作成するために、チップ、ショット情報を出力し、設計データやマスクデータ上のガイドパタンとのアンドがとれる個所をＣＤ−ＳＥＭの測定個所とするレシピを作成するようにしても良い。

次に、暗視野検査装置を用いて、ＢＣＰ材料を評価する手法、及び当該評価を行う装置について説明する。ＢＣＰ材料は複数のポリマーがブレンドされたものであり、ポリマーの組成がパターンの出来を左右する。よって、ウエハごとに異なるＢＣＰ材料を塗布し、その中から適正なＢＣＰ材料を選択すべく、異なるウエハ毎に、図１０、１１に例示したようなヒストグラムを作成し、ピーク高さ、ピーク位置、幅、波形面積等の評価を行う。散乱信号強度分布作成処理部１１５は、複数のヒストグラムの中から理想に近いヒストグラム、ウエハ、ＢＣＰ材料名等のＢＣＰ材料を特定するための情報を、表示装置や所定の記憶媒体等に出力する。

以上のような構成によれば、適正なＢＣＰ材料を選択することが可能となる。

１４０１ 光学式検査装置（暗視野検査装置）
１４０２ ＣＤ−ＳＥＭ
１４０３ ライブラリ
１４０４ パターン評価装置
１４０５ 設計データ記憶媒体

Claims (7)

1. 光学式検査装置によって得られる情報に基づいて、荷電粒子線の動作条件を設定する演算装置を備えたパターン測定装置の条件設定装置であって、
   前記演算装置は、光学式検査装置によって得られる散乱光情報に基づいて、散乱光の輝度に応じた頻度を求め、当該頻度条件が所定の条件を満たす試料上の領域に、前記荷電粒子線装置の視野を設定することを特徴とするパターン測定装置の条件設定装置。
2. 請求項１において、
   前記演算装置は、前記頻度条件が所定の条件を満たす領域であって、且つ自己組織化現象を利用したパターニングに用いられるガイドパターンに相当する領域に、前記視野を設定することを特徴とするパターン測定装置の条件設定装置。
3. 請求項１において、
   前記演算装置は、前記散乱光情報に基づいて、当該散乱光の輝度に応じたヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムのピークが所定の条件を満たす試料上の領域に前記視野を設定することを特徴とするパターン測定装置の条件設定装置。
4. 光学式検査装置によって得られた散乱光情報に基づいて、試料上に形成されたパターンの評価を行う演算装置を備えたパターン評価装置において、
   前記演算装置は、自己組織化現象を利用したパターニングによって形成されるパターンが形成された試料の散乱光強度と、前記パターンの寸法に関する情報が関連付けて記憶されたライブラリにアクセス可能に構成され、当該ライブラリに前記光学式検査装置によって得られる散乱光を参照することによって、前記パターンの寸法に関する情報を出力するパターン評価装置。
5. 請求項４において、
   前記パターンの寸法に関する情報は、パターンのラフネスに関する寸法であることを特徴とするパターン評価装置。
6. 請求項４において、
   前記パターンの寸法に関する情報は、ＣＤ−ＳＥＭによって取得されたものであることを特徴とするパターン評価装置。
7. 光学式検査装置によって得られる散乱光情報に基づいて、試料上に形成されたパターンの評価を行う演算装置を備えたパターン評価装置において、
   前記演算装置は、散乱光の輝度に応じた頻度を示すヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムのピークが所定の条件を満たすヒストグラム、或いは当該ヒストグラムが得られた試料の情報を出力することを特徴とするパターン評価装置。