JP4989687B2 - パターン形状評価方法およびパターン形状評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターンの顕微鏡像からパターンの形状の良否を評価するパターン形状評価方法および、パターン形状評価装置に関する。

半導体デバイスの性能向上や製造コスト低減を目的として、半導体デバイスの高密度集積化が進んでいる。半導体デバイスの高密度集積化を実現するためには、リソグラフィ技術の進歩が必要である。リソグラフィは、露光装置を用いて、シリコンウエハ上に塗布した感光性受光樹脂（以下、レジストとする。）に回路パターンのマスクをパターニングする技術である。リソグラフィにおける微細化のトレンドは、露光技術やレジスト材料の改善により維持されてきた。

しかしながら、近年、回路パターンの高密度化が更に進行している。例えば、ハーフピッチ３２ｎｍのパターニングが必要となっている。そのため、従来とは異なるパターニング技術が必須とされる。そこで、ダブルパターニング技術の開発が進められている。ダブルパターニング技術では、１層の回路パターンを回路パターンの密度がより低い複数個の（例えば２個の）回路パターンに分割し、それぞれのマスクを用意する。これらのマスクを用いて、シリコンウエハ上の同一の領域に、順にパターニングを行なう。それによって、シリコンウエハ上の同一の領域に、複数個の回路パターンが順に生成される。数個の回路パターンは接合部にて接合され、高密度かつ、微細な回路パターンが形成される。

ダブルパターニング技術を用いる場合、回路パターンには必ず接合部が生成される。この接合部のずれは、ウエハ製造の歩留まりに大きく影響する。このため、半導体の計測装置や検査装置には、回路パターンの接合部のずれ量の計測や、パターンの接合部の形状を評価し、２つのパターンが正常に接合されているか否かの判定を正確に行うことが要求される。特に、パターンの接合部はウエハ上に大量に形成される。そのため、簡便な方法で、効率良くパターンの接合部の形状評価を行うことが要求される。

パターンの接合部の形状評価に利用可能な方法として、特許文献１〜４に記載された方法がある。これらの方法は共通して、評価対象となるパターンの撮影画像と、パターンが正常に形成された場合のパターン形状（以下、基準パターンとする）を比較し、形状が異なる部位を欠陥として検出する。基準パターンとしては、検査対象パターンに対応する設計パターンや、ウエハ上に製造された良品パターン等が利用される。

特願平６−４９２６４ 号公報 特開平１０−３１２４６１号公報 特開２００２−６４７９号公報 特開２００１−３３８３０４号公報

これら特許文献に開示の手法では、検査対象パターンの画像から抽出したパターンのエッジや輪郭を基準パターンと比較する。そのため、エッジや輪郭の抽出が困難な低画質画像については、パターンの形状を正確に評価できない。特に走査型電子顕微鏡（以下ＳＥＭとする）でパターンを撮影する場合は、ＳＥＭ特有のランダムノイズが画像に重畳することがある。更に、電子ビーム照射によってウエハ表面が帯電することもある。このような場合には、画像の品質が著しく低下し、エッジや輪郭の抽出が困難となる。また、パターンの底付近で生じている欠陥については非常に低いコントラストのパターンとして画像化されるため、その部位のエッジや輪郭の抽出が困難となる。そのため、欠陥が生じたパターンの接合部を正常なパターンと判断する可能性がある。

更に、これらの手法では、検査対象パターンを基準パターンと比較する。そのため、パターン形状の評価処理が複雑化して処理時間がかかる。従って、短時間で検証作業を行うことが難しいといった問題もある。

本発明の目的は、正確かつ高速なパターンの形状評価を実現できるパターン形状評価方法および装置を提供することにある。

本発明によると、ダブルパターンニング用の設計パターンを用いて製造した回路パターンの接合部の画像を読み出し、その上に、目標境界線と評価領域とを設定する。評価領域において、目標境界線の方向に沿って画像処理を行ない、更に、二値化処理を行なう。こうして、得られた画像に基づいてパターンの欠陥の有無を判定する。

本発明によれば、正確かつ高速なパターンの形状評価を実現できる。

本発明のパターン形状評価方法を実施する電子計算機と、電子計算機に接続されたＳＥＭ、データ入力装置、データ表示装置を示した図である。 本発明のパターン形状評価方法にて用いるダブルパターニング用の設計パターンの例を示す図である。 本発明のパターン形状評価方法にて用いるダブルパターニング用の設計パターンの例の一部詳細を示す図である。 本発明のパターン形状評価方法にて用いるダブルパターニング用の設計パターンの例の一部詳細を示す図である。 ダブルパターニングによって実際に製造した回路パターンの画像の例を示す図である。 ダブルパターニングによって実際に製造した回路パターンの画像の例を示す図である。 ダブルパターニングによって製造した回路パターンの像を模式的に示す図である。 ダブルパターニングによって製造した回路パターンの像を模式的に示す図である。 ダブルパターニングによって製造した回路パターンの像を模式的に示す図である。 本発明によるパターン形状評価方法の第１の例を説明する図である。 本発明によるパターン形状評価方法の第２の例を説明する図である。 回路パターンの接合部を撮像した画像の例を示す図である。 本発明によるパターニング評価データを生成し、それを記録する方法の例を説明する図である。 本発明によるパターニング評価データの生成方法を説明する図である。 本発明によるパターニング評価データウエハ上のショット領域とパターンの欠損の位置の関係を示す図である。 本発明によるパターニング評価データウエハ上のショット領域とパターンの欠損の位置の関係を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を利用しながら説明する。以下本発明について、半導体の製造工程で形成される回路パターンの形状評価方法について説明するが、本発明は、他の産業分野におけるパターン形状評価にも適用可能である。本願明細書にて「ダブルパターニング」なる用語は、複数回のパターニングによって１つの回路パターンを製造する技術を意味しており、2回のパターニングによって１つの回路パターンを製造する場合のみを含むものではない。

図１は、本発明によるパターン形状評価装置の例を示す。本例のパターン形状評価装置は、電子計算機１０２、ディスプレイ装置１０３、及び、入力装置１０４を有する。電子計算機１０２は、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のデータ演算装置、データ記録装置を有しており、本発明によるパターン形状評価方法を、実行するソフトウェアを備える。

走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学式顕微鏡等の顕微鏡１０１によって撮像された回路パターンの画像データは、ネットワーク、ハードディスク、メモリ等を経由して、電子計算機１０２に送られる。データ記録装置には、回路パターンの画像データとダブルパターニング用の設計パターンが記憶されている。

ユーザは、入力装置１０４を介して、必要なパラメータを入力し、実行命令を入力することにより、パターン形状評価を実行する。パターン形状評価に用いるデータや形状評価結果は、ディスプレイ装置１０３に表示される。

図２Ａは、ダブルパターニング用の設計パターンの例を示す。この設計パターンは、実線で示す第１の設計パターン２０１と破線で示す第２の設計パターン２０２の２つのパターンからなる。この２つの設計パターン２０１、２０２を個別にパターニングして、目的の回路パターンをウエハ上に形成する。本例では、第１の設計パターン２０１は、第１の部分２０１ａと第２の部分２０１ｂからなり、第２の設計パターン２０２は、第１の部分２０２ａと第２の部分２０２ｂからなる。第１の設計パターン２０１の第１の部分２０１ａの幅寸法は、第２の設計パターン２０２の第１の部分２０２ａの幅寸法と同一である。

２つの設計パターン２０１、２０２は、２箇所で接合されている。接合部では、２つの設計パターンが重畳するように設計される。第１の設計パターン２０１の第１の部分２０１ａと第２の設計パターン２０２の第１の部分２０２ａは領域２０３にて重畳し、第１の設計パターン２０１の第２の部分２０１ｂと第２の設計パターン２０２の第２の部分２０２ｂは領域２０４にて重畳している。即ち、重畳領域２０３、２０４が生成されるように、設計パターンの形状及び座標は設定される。こうして、重畳領域２０３、２０４を設けることによって、実際の回路パターンの形状及び位置が設計パターンの形状及び位置よりずれても、両者の接合が確保される。図２Ａにて横方向にＸ座標、縦方向にＹ座標を設定する。

図２Ｂ及び図２Ｃを参照して、目標境界線と評価領域とを説明する。図２Ｂは、重畳領域２０３を含む領域を拡大した図であり、図２Ｃは、重畳領域２０４を含む領域を拡大した図である。目標境界線とは、２つの回路パターンの接合部が配置されるべき目標位置として設計者が指定した所定の長さの線分である。２つの回路パターンの接合部では、２つの回路パターンは重畳される。即ち、重畳領域が形成される。目標境界線は、２つの回路パターンの重畳領域の目標位置として設定された設計データである。図２Ｂ及び図２Ｃにて、双矢印の線分２１０、２１１が目標境界線を示す。目標境界線２１０、２１１は、通常、２つの設計パターンの重畳領域２０３、２０４の略中央に配置される。尚、図２Ｃに示す例の場合、目標境界線２１１を、２つの設計パターンの重畳領域２０４の縁、即ち、第１の設計パターン２０１の第２の部分２０１ｂの縁に沿って設定してもよい。

目標境界線２１０、２１１は、位置と方向を有する。設計パターンは、図形パターンの頂点の座標として得られることがある。この場合、目標境界線２１０、２１１の位置は、両端の座標、又は、中央の座標である。目標境界線２１０、２１１の位置を中央の座標によって表す場合には、目標境界線２１０、２１１の寸法、即ち、長さを特定する必要がある。目標境界線２１０、２１１の方向は、双矢印が延びる方向である。例えば、Ｘ方向に沿って延びている場合にはＸ方向、Ｙ方向に沿って延びている場合には、Ｙ方向となる。図２Ｂに示す例では、目標境界線２１０の方向はＸ方向、図２Ｃに示す例では、目標境界線２１１の方向はＹ方向である。

評価領域２１２、２１３は、目標境界線２１０、２１１を囲むように設定された矩形の領域である。図示の例では、評価領域２１２、２１３の長手方向の寸法、即ち、長辺の寸法は、目標境界線２１０、２１１の寸法に等しい。評価領域２１２、２１３の幅寸法、即ち、短辺の寸法は、重畳領域２０３、２０４の幅寸法より大きい。

設計データとして設定された目標境界線と評価領域は、回路パターンの画像上に描かれる。こうして、回路パターンの画像に描かれた目標境界線と評価領域を用いて、回路パターンの良否の判定を行なう。これについては、以下に、詳細に説明する。尚、後に説明するが、目標境界線と評価領域は、ユーザが、回路パターンの画像上にて直接設定してもよい。この場合には、設計データとして目標境界線と評価領域は不要である。

図３Ａ及び図３Ｂは、ダブルパターニングによって実際に製造した回路パターンの画像の例を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示す回路パターンの画像は、ウエハ上に製造した回路パターンを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した画像を模式的に示すものである。回路パターンの存在する領域（エッジ効果の発生する部位）を白色により表示し、回路パターンが無い領域を黒色により表示している。この回路パターンは、図２Ａに示した設計パターンを用いて、製造したものである。回路パターンの画像に、目標境界線３１０、３１１及び評価領域３１２、３１３が描かれている。

図３Ａに示す回路パターンの場合、評価領域３１２、２１３において、接合部の画像が途切れていない。また、接合部の位置は、目標境界線３１０、３１１の位置に整合している。従って、この回路パターンは良好である。図３Ｂに示す回路パターンの場合、評価領域３１２、２１３において、接合部の画像が括れている。従って、この回路パターンは不良である。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、第１の設計パターンによる回路パターンの像４０１と第２の設計パターンによる回路パターンの像４０２を模式的に示す。これらの回路パターンの像には、設計パターンの目標境界線４１１及び評価領域４１３が描かれている。図４Ａの例では、２つの回路パターンの像４０１、４０２は、重畳している。重畳領域４０４は、目標境界線４１１に対応した位置に配置されている。また、評価領域４１３内では、接合部が設計どおりに形成されている。従って、図４Ａの回路パターンは良好である。図４Ｂの例では、２つの回路パターンの像４０１、４０２は重畳していない。従って、図４Ｂの回路パターンは不良である。これは、２つの回路パターンが共にＸ方向に沿って反対方向にずれたためである。

図４Ｃの例では、２つの回路パターンの像４０１、４０２は、重畳している。重畳領域４０４は、目標境界線４１１の位置よりずれている。しかしながら、重畳領域４０４は、評価領域４１３内に配置されている。これは、２つの回路パターンが共にＸ方向にずれたためである。目標境界線４１１に対する重畳領域４０４の偏奇量が小さければ、図４Ｃの回路パターンは良好であると判定してよいが、偏奇量が大きい場合には、不良であると判定してもよい。

次に、目標境界線と評価領域を設定する方法を説明する。目標境界線と評価領域は、通常、設計データとして作成する。設計データとして設定された目標境界線と評価領域は、回路パターンの画像上に描かれる。こうして、回路パターンの画像に描かれた目標境界線と評価領域を用いて、回路パターンの良否の判定を行なう。従って、設計座標上における目標境界線と評価領域の位置座標は、画像座標上の位置座標に変換する必要がある。そのため、最初から、目標境界線と評価領域を、画像データとして作成してもよい。この場合には、設計座標から画像座標への変換は不要である。評価領域は、目標境界線に基づいて設定される。従って、目標境界線が設定されたら、それに基づいて、評価領域は容易に設定できる。

先ず、設計データとして目標境界線を設定する方法を説明する。目標境界線は、ユーザが、ディスプレイ装置に表示された設計パターンの図形を参照しながら、任意に設定してもよいが、電子計算機１０２が、パターンの設計データから自動的に設定してもよい。ここでは、電子計算機１０２によって、目標境界線を、自動的に設定する方法を説明する。上述の説明のように、ダブルパターンニング用の設計パターンでは、２つの設計パターンは、その接合部にて、互いに重畳するように設計される。即ち、重畳領域が存在する。重畳領域は、通常、矩形である。

ダブルパターニング用の設計データには、それぞれの設計パターンがどのパターニング時に利用されるものなのかを識別できる情報が登録されている。設計データは一般的に図形パターンの頂点座標群を記述したデータである。

従って、２つの設計パターンの頂点座標を重ね合わせることによって、重畳領域の頂点座標は、容易に求められる。こうして重畳領域の頂点の座標が得られたら、それに基づいて、目標境界線を設定する。目標境界線は、重畳領域の中心又は辺に設定する。重畳領域の中心に設定する場合には、重畳領域を形成する矩形の長辺に平行となるように、目標境界線を設定する。目標境界線の長さは予め設定されている。こうして、目標境界線の位置と方向を設定することができる。目標境界線の位置は、両端の座標として表示してもよいが、中心位置の座標として表示してもよい、目標境界線の位置を、中心位置の座標として表示する場合には、長さを特定する必要がある。

設計データは、頂点座標群によって表す代わりに、設計座標上における基準点からパターンの頂点又は辺までの距離をμmや、nm等で表したものでもよい。この場合には、目標境界線の位置は、設計座標上における基準点からの距離によって表される。この場合でも、目標境界線の位置を、中心位置の座標として表示する場合には、長さを特定する必要がある。

次に、評価領域を設定する方法を説明する。評価領域は、目標境界線に基づいて、設定する。評価領域は、ユーザが、ディスプレイ装置に表示された目標境界線を参照しながら、任意に設定してもよいが、電子計算機１０２が、目標境界線の設計データから自動的に設定してもよい。ここでは、電子計算機１０２によって、評価領域を、自動的に設定する方法を説明する。

上述のように、評価領域は、目標境界線を囲むように設定された矩形の領域である。評価領域の寸法は予め設定されている。従って、目標境界線の両端の座標が与えられたら、評価領域の頂点の座標は容易に演算可能である。目標境界線の中心位置と寸歩があたえられた場合も、同様に、評価領域の頂点の座標は容易に演算可能である。

次に、画像データとしての目標境界線及び評価領域を設定する方法を説明する。目標境界線及び評価領域は、ユーザが、ディスプレイ装置に表示された回路パターンの画像を参照しながらパラメータとして、任意に設定してもよいが、電子計算機１０２が、目標境界線及び評価領域の設計データから自動的に設定してもよい。ここでは、電子計算機１０２によって、設計データから目標境界線及び評価領域の画像データを演算する方法を説明する。

目標境界線の両端の位置、及び、評価領域の４つの頂点の位置は、設計座標上の位置として与えられているものとする。この場合、設計座標と画像座標の対応点情報を用いて、画像上における目標境界線と評価領域の位置を決定する。対応点情報とは、画像座標上の基準点とそれに対応する設計座標上の基準点の座標情報と、画像のピクセルサイズである。先ず、設計データ上の基準点Ａに対応する、画像座標上の基準点Ｂを求める。次に、設計座標上にて計測した基準点Ａから目標境界線の位置までの距離を、画像座標上の距離に換算する。この換算には、ピクセルサイズを利用する。換算によって得た距離を、画像座標上の基準点Ｂから計測することにより、画像座標上にて目標境界線の位置が得られる。画像座標上にて評価領域の位置を設定する場合も同様である。

対応点情報はユーザがパラメータとして指定してもよいが、パターンマッチング等の対応点探索処理を利用して自動的に検出することもできる。パターンマッチング処理は、検索対象となるパターンのテンプレートを作成し、検索対象の画像内にて、テンプレートの形状と同一又は類似する形状のパターンを検出し、その位置を求める処理である。例えば設計データより、基準点Ａを含む設計パターンの接合部付近の領域を切り取って、テンプレートを作成する。テンプレートは、画像撮影時の倍率から求めたピクセルサイズに基づいて、設計パターンの一部を含む領域を画像化したものである。画像上にて、テンプレート画像と最も類似したパターンの位置をパターンマッチング処理によって検出する。こうして、画像上にて、テンプレートの位置が検出されたら、それに含まれる基準点Ａに対応した画像上の基準点Ｂの座標を求めることができる。

上述のように、目標境界線の両端の位置、及び、評価領域の４つの頂点の位置が、設計座標上における基準点からの距離として表されている場合もある。この場合には、設計座標上の距離を画像座標上の距離に換算することによって、画像座標上における目標境界線、及び、評価領域の位置が求められる。即ち、目標境界線及び評価領域の位置座標は、画像上における基準点から目標境界線までの距離をピクセル数やサブピクセル数によって表した画像データとして得られる。

図５を参照して、本発明によるパターン形状評価方法の第１の例を説明する。まず、ステップＳ１０１にて、電子計算機１０２のデータ記録装置から、設計パターンの目標境界線の座標を読み込む。次にステップＳ１０２にて、電子計算機１０２のデータ記録装置から、目標境界線の方向を読み込む。目標境界線は、上述のように、２つの回路パターンの接合部が配置されるべき目標位置として設計者が指定した所定の長さの線分である。

目標境界線の座標及び方向は、ユーザが設計データのパターン形状を参照しながらパラメータとして指定したものでもよいし、計算機による設計パターンの解析によって自動的に指定されたものでもよい。

次にステップＳ１０３にて、電子計算機１０２のデータ記録装置から回路パターンの接合部を撮影した原画像を読み込む。次にステップＳ１０４にて、目標境界線の位置に基づいて、原画像内にて、評価領域を指定する。評価領域は、ユーザが画像上に設定された目標境界線を参照しながらパラメータとして指定したものでもよいし、計算機による設計パターンの解析によって自動的に指定されたものでもよい。

次にステップＳ１０５にて、評価領域にて画像変換処理及び二値化処理を行なう。先ず、原画像の評価領域にて、目標境界線の方向に沿って移動平均処理を施す。原画像に対して画像変換処理を行なうことによって、２つの回路パターンの接合部の欠損有無等の判別が容易となる。画像の移動平均処理を式１に示す。

d(x、y)=Σv(x+j、y+i)/ｎ・・・式１

ここに、ｄ（ｘ、ｙ）は移動平均処理結果の画素値、ｖ（ｘ、ｙ）は、処理対象画素を中心とした、目標境界線の方向に沿って存在する画素値、ｎは輝度値の平均を行う画素数である。すなわち、処理対象画素を中心としてパターン平均方向に存在する画素値の平均値によって、各処理対象画素を置換する。

なお、移動平均演算の方向は目標境界線の方向である。しかしながら、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、回路パターンの接合部にて、重畳領域が存在しない場合、又は、重畳領域が目標境界線より偏奇している場合もある。そこで、目標境界線の方向に対して、＋／−４５°方向に例えば１度間隔でずらして、移動平均処理を行い、最も回路パターンの存在を強調した移動平均方向の移動平均結果を後述する良否判定に用いることもできる。

次に、画像変換処理後の画像の評価領域にて、二値化処理を行なう。二値化処理は、移動平均処理によって階調表現された画素のうち、ある閾値以上の画素値を白画素、閾値よりも小さい画素値を黒画素として変換するものである。二値化処理の手法は、二値化対象エリア（＝評価領域）に存在する画素値の出現頻度分布から閾値を自動決定する方法や、閾値をユーザが指示する方法まで多くの手法が存在するため、これを限定するものではない。

こうして、本例では、目標境界線の方向に沿って、移動平均処理を行い、更に、二値化処理を行なうから、画像に含まれるノイズによって、回路パターンが不明瞭な場合でも、回路パターンの存在を強調できる。

次に、ステップＳ１０６にて、欠損パターンの有無を判定する。即ち、画像変換処理及び二値化処理を行なった後の画像より、パターンの不具合の有無を判定する。最も単純な判定方法は、評価領域において、白画素の有無を探索し、白画素が存在する場合には、パターンの欠損部位として判定するものである。ステップＳ１０６の詳細は後に図７を参照して説明する。ステップＳ１０７にて、このような評価領域の欠損有無の判定結果やその状態（途切れている、断線等）、断線区間の長さ等の判定結果を電子計算機１０２のデータ記録装置に書き込む。

以上説明したように、本発明によれば、パターン接合部のパターン欠損の有無、その欠損の状態、断線が生じている場合の断線区間の長さを正確かる簡便な方法で求めることができる。

図７は、回路パターンの接合部を撮像した画像の例を示す。破線の矩形は評価領域、実線の双矢印は目標境界線の方向を示す。画像７０１、７１１、７２１は、回路パターンの接合部の原画像の例を示す。画像７０１は、欠損が無い正常な回路パターンの接合部の像を示す。画像７０２は、欠損が有る回路パターンの接合部の像を示す。画像７０３は、回路パターンが完全に切断された像を示す。

画像７０２、７１２、７２２は、画像７０１、７１１、７２１の各評価領域における全画素に対し、目標境界線の方向に移動平均処理した結果の画像を示す。画像７０１では、パターンの欠損が無いため、目標境界線の方向に連続したパターンが存在しない。このため、移動平均処理を行っても、パターンの輝度値は平均化される。画像７０２に示すように、評価領域の輝度値は全般的に小さな値になる。画像７１１及び画像７２１は、パターンの欠損が生じているため、目標境界線の方向に連続したパターンが存在する。このため、画像７１２及び画像７２２に示すように、移動平均処理によって、欠損したパターンの像が強調され、評価領域内の一部の輝度値が大きな値になる。特に画像７１１のように、パターンの途切れは、パターン側壁の下部に生じ易い。そのような途切れを明瞭なパターンとして画像化することが難しい。しかしながら、画像７１２に示すように、移動平均処理によってパターンの形状評価に耐えうる画像を生成することができる。

画像７０３、７１３、７２３は、移動平均処理後の画像７０２、７１２、７２２の各評価領域における全画素に対し、二値化処理した結果の画像を示す。二値化によって、欠損パターンの有無を明確化することができる。

形状評価の別手法について説明する。図７の画像７２１に示すように、パターンが完全に欠損している場合は、図７の画像７２３に示すように、移動平均処理及び二値化処理を行なうと、評価領域内に白画素の塊が２箇所存在する結果が得られる。このため、評価領域内に存在する白画素の塊の数をカウントすることにより、パターンの途切れの有無とその状態（途切れる寸前、完全な断線）を判別できる。具体的には、画像７０３に示すように、評価領域内に白画素の塊が無い場合には、パターン欠損無し、画像７１３に示すように、白画素の塊が一つの場合はパターン欠損、画像７２３に示すように、白画素の塊が２つの場合は断線といった判定ができる。

更に、図７の画像７２３に示すように、パターンの塊が２つ存在した場合、パターンの断線区間の長さを求めることもできる。即ち、それぞれの塊内において、移動平均結果の画素値が最も高い画素位置（ピーク）を求め、各塊内のピーク間距離Ｌをピクセルやサブピクセル単位で計測する。この距離Ｌがパターンの断線区間の長さとなる。

図６を参照して、本発明によるパターン形状評価方法の第２の例を説明する。本例では、目標境界線の座標の抽出と目標境界線の方向の抽出を自動的に行なう。それ以外は、図５に示した第１の例と同様であってよい。ここでは、目標境界線の座標の抽出と目標境界線の方向の抽出の処理についてのみ説明する。

まず、ステップＳ２０１にて、電子計算機１０２のデータ記録装置から、パターン接合部の設計パターンを含む設計データを読み込む。次に、ステップＳ２０２にて、設計データより目標境界線の位置を特定し、その座標を検出する。次にステップＳ２０３にて、検出した目標境界線の方向を検出する。電子計算機１０２によって、目標境界線の位置及び方向を特定する方法は上述のとおりである。以上のように設計データから自動的に抽出した目標境界線の位置を利用して、ステップＳ１０４の評価領域の設定を行い、目標境界線の方向を利用して、ステップＳ１０５の画像変換を行なう。ステップＳ１０６の判定、ステップＳ１０７の判定結果の書き込みは、図５の第１の例と同様である。

以上説明したように、本発明によれば、目標境界線と目標境界線の方向を、設計データから自動的に抽出することにより、パターン接合部の形状評価にかかるユーザの負担を抑えることができる。

図８を参照して、本発明によるパターニング評価データを生成し、それを記録する方法の例を説明する。ステップＳ７０１にて、ウエハに形成された回路パターンの二点以上の評価領域において、図５の第１の例にて示した、パターン形状評価を行う。ステップＳ７０２にて、ステップＳ７０１にて得た形状評価データから、ウエハ上のパターニングの出来栄えを示すパターニング評価データを生成する。パターニング評価データの生成方法は、後に図９を参照して説明する。ステップＳ７０３にて、その結果を電子計算機１０２のデータ記録装置に書き込む。

図９を参照して、本発明によるパターニング評価データの生成方法を説明する。まず、ステップＳ８０１にて、パターンの形状評価を行った目標境界線の位置の設計座標と、その評価データを読み込む。目標境界線の位置が画像座標として得られている場合には、上述した設計パターンとのマッチングや手動により設計座標との対応付けを行い、目標境界線の位置の設計座標を求める必要がある。

次にステップＳ８０２にて、ショット（ウエハ上のパターンニング領域）内のパターンの欠損情報を求める。

図１０Ａはウエハ９０１上でのショット領域９０２〜９０５とパターンの欠損が確認された目標境界線９０６〜９１０の位置の関係を示した図である。ショット９０２のようにパターンの欠損が多く生じているケースと、ショット９０４のようにパターンの欠損がほとんど存在しないケースがある。これらパターンの欠損が多く存在するショットと、欠損が多く存在しないショットを判別するためのデータをショット内のパターンの欠損情報として求める。ショット内のパターンの欠損情報を求める最も簡単な方法は、各ショット内のパターンの欠損数をカウントすることである。

次にステップＳ８０３にて、各ショットにおいて、パターンの欠損の位置の傾向を検出する。例えばパターンの欠損が確認されたショット９０３、９０４、９０５において、対応する目標境界線の位置９０７、９０８、９０９にて、いずれもパターンの欠損が確認されている。一方、パターンの欠損が確認されたショット９０５の目標境界線の位置９１０に対応する他のショットの目標境界線の位置にはいずれもパターンの欠損が確認されていない。多くのショットにて、パターンの欠損が生じているパターンの接合部と、殆どのショットではパターンの欠損が生じていないパターンの接合部を判別することができる。

このように、欠損が生じ易いパターンの接合部と欠損が生じ難い接合部に関するデータを判別するのに好適なショット間のパターン欠損情報を求めることができる。ショット間のパターンの欠損情報を求める最も簡単な方法は、パターンの欠損が生じた各パターンの接合部に対して、その接合部に対応する他ショットの接合部のパターン欠損数をカウントすることである。

ステップＳ８０４にて、以上のように求めたショット内のパターン欠損情報、ショット間のパターン欠損情報を分析し、パターンの欠損の原因を推定する。例えば、ショット内にパターンの欠損が多く生じている場合、パターン欠損の原因は、パターンニングの合わせズレに起因したものである可能性が高い。また、ショット間に同様のパターン欠損が見られる場合、パターン欠損の原因は、設計パターンのマージン不足等、設計パターンの形状に起因したものである可能性が高い。また、上記のいずれにも当てはまらないようなケースでは、異物付着など、ランダム的に発生した欠陥に起因している可能性が高い。そのようなケースとして、例えば、ショット内にパターンの欠損が孤立した状態で存在し、更にそのパターンの欠損位置に対応する他ショットの目標境界線の位置に欠損が生じていない場合がある。

以上説明したように、ショット内およびショット間のパターンの欠損情報を分析することで、ウエハ上に存在するパターンの欠損の原因（パターンの合わせずれ、設計パターンの形状、ランダム欠陥）を推定することができる。この推定結果および推定に用いたデータをパターニング評価データとして電子計算機１０２のデータ記録装置に書き込む。なお、パターン欠損数の大小判定には閾値のパラメータを用い、この閾値はユーザが指定できるものとする。

また、図１０Ａのようなウエハ上に存在するパターンの欠損位置をビットマップ化したデータや、図１０Ｂのようなウエハ上に存在するパターンの切断部分の間隔や、局所領域内での間隔の平均値を示すデータをビットマップしたデータをパターニング評価データとして作成し、電子計算機１０２に接続されたディスプレイ装置１０３に表示することで、ユーザがウエハ上のパターンニングの状態を容易に認識できるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、パターン接合部の形状評価結果を分析し、パターニング結果の評価に利用できるデータを自動的に生成する。これにより、パターニング結果の評価作業の効率化を図ることが出来る。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１０１…顕微鏡、１０２…電子計算機、１０３…ディスプレイ装置、１０４…入力装置、２０１、２０２…設計パターン、２０３、２０４…重畳領域、２１０、２１１…目標境界線、２１２、２１３…評価領域、４０１、４０２…回路パターンの像、４１１…目標境界線、４１３…評価領域

Claims (13)

1. データを記憶するデータ記憶装置とデータを処理する演算装置とユーザが入力処理を行なうための入力装置と画像データを表示するディスプレイ装置とを用いて回路パターンを評価するパターン評価方法において、
   少なくとも２つの設計パターンを含むダブルパターンニング用の設計パターンを前記データ記憶装置から読み出す設計データ読み出しステップと、
   前記ダブルパターンニング用の設計パターンを用いて製造した回路パターンの接合部の画像を前記データ記憶装置より読み出す画像読出しステップと、
   前記回路パターンの接合部の画像上に、２つの回路パターンの接合部が配置されるべき目標位置として指定した目標境界線と、次の画像処理ステップにて画像処理を行なうために指定した評価領域と、を設定するステップと、
   前記回路パターンの画像に設定された前記評価領域にて画像処理を行なう画像処理ステップと、
   前記画像処理を行った後に前記評価領域にて二値化処理を行なう二値化処理ステップと、
   前記二値化処理を行った後の画像に基づいてパターンの欠陥の有無を判定する欠陥判ステップと、
   を有し、
   前記画像処理ステップでは、前記評価領域にて前記目標境界線の方向に沿って、又は、前記目標境界線の方向に対して±４５°以内の方向に沿って、画素値の移動平均値を演算することを特徴とするパターン形状評価方法。
2. 請求項１記載のパターン形状評価方法において、
   前記パターン欠陥判定ステップでは、
   前記評価領域内に白画素の塊が無い場合には、パターン欠損無し、前記評価領域内に、白画素の塊が有る場合はパターン欠損有り、と判定することを特徴とするパターン形状評価方法。
3. 請求項１記載のパターン形状評価方法において、
   前記パターン欠陥判定ステップでは、
   前記評価領域内に白画素の塊が無い場合には、パターン欠損無し、前記評価領域内に、白画素の塊が一つの場合はパターン欠損、前記評価領域内に、白画素の塊が２つの場合は回路パターンの断線と判定することを特徴とするパターン形状評価方法。
4. 請求項１記載のパターン形状評価方法において、
   前記パターン欠陥判定ステップでは、
   前記評価領域内に白画素の塊が２つある場合に、回路パターンの断線と判定し、該白画素の塊の間の距離をピクセルおよびサブピクセルとして計測することによって、回路パターンの断線部の寸法を求めることを特徴とするパターン形状評価方法。
5. 請求項１記載のパターン形状評価方法において、
   更に、複数の回路パターンの接合部の画像から、パターニング領域内におけるパターンの欠損の分布状態を示すビットマップデータを生成するステップと、を有することを特徴とするパターン形状評価方法。
6. 請求項１記載のパターン形状評価方法において、
   前記目標境界線と評価領域は、予め設計データとして設定された目標境界線と評価領域を、前記回路パターンの接合部の画像上に表示する画像データに変換することによって、設定されることを特徴とするパターン形状評価方法。
7. 請求項６記載のパターン形状評価方法において、
   前記設計データとして設定された目標境界線は、２つの設計パターンの接合部における重畳領域の中央または縁に設定されることを特徴とするパターン形状評価方法。
8. 請求項１記載のパターン形状評価方法において、
   前記目標境界線と評価領域は、ユーザが、前記回路パターンの接合部の画像上にて手動で設定することを特徴とするパターン形状評価方法。
9. 請求項１記載のパターン形状評価方法において、
   前記評価領域は、前記目標境界線を含むように矩形図形として設定されることを特徴とするパターン形状評価方法。
10. データを記憶するデータ記憶装置とデータを処理する演算装置とユーザが入力処理を行なうための入力装置と画像データを表示するディスプレイ装置とを有するパターン評価装置において、
    前記データ記憶装置は、少なくとも２つの設計パターンを含むダブルパターンニング用の設計パターンと、前記ダブルパターンニング用の設計パターンを用いて製造した回路パターンの接合部の画像を保存しており、
    前記演算装置は、前記データ記憶装置から前記回路パターンの接合部の画像を読出し、該回路パターンの接合部の画像上に、２つの回路パターンの接合部が配置されるべき目標位置として指定した目標境界線と、次の画像処理ステップにて画像処理を行なうために指定した評価領域と、を設定し、該評価領域にて画像処理を行ない、前記画像処理を行った後に前記評価領域にて二値化処理を行ない、前記二値化処理を行った後の画像に基づいてパターンの欠陥の有無を判定し、
    前記演算装置は、前記画像処理において、前記評価領域にて前記目標境界線の方向に沿って、又は、前記目標境界線の方向に対して±４５°以内の方向に沿って、画素値の移動平均値を演算することを特徴とするパターン形状評価装置。
11. 請求項１０記載のパターン形状評価装置において、
    前記演算装置は、前記パターン欠陥の有無を判定するとき、
    前記評価領域内に白画素の塊が無い場合には、パターン欠損無し、前記評価領域内に、白画素の塊が一つの場合はパターン欠損、前記評価領域内に、白画素の塊が２つの場合は回路パターンの断線と判定することを特徴とするパターン形状評価装置。
12. データを記憶するデータ記憶装置とデータを処理する演算装置とユーザが入力処理を行なうための入力装置と画像データを表示するディスプレイ装置とを有するパターン評価装置において、
    前記データ記憶装置は、少なくとも２つの設計パターンを含むダブルパターンニング用の設計パターンと、前記ダブルパターンニング用の設計パターンを用いて製造した回路パターンの接合部の画像を保存しており、
    前記演算装置は、前記データ記憶装置から前記回路パターンの接合部の画像を読出し、該回路パターンの接合部の画像上に、２つの回路パターンの接合部が配置されるべき目標位置として指定した目標境界線と、次の画像処理ステップにて画像処理を行なうために指定した評価領域と、を設定し、該評価領域にて画像処理を行ない、前記画像処理を行った後に前記評価領域にて二値化処理を行ない、前記二値化処理を行った後の画像に基づいてパターンの欠陥の有無を判定し、パターニング領域内におけるパターンの欠損の分布状態を示すビットマップデータを生成し、
    前記演算装置は、前記画像処理において、前記評価領域にて前記目標境界線の方向に沿って、又は、前記目標境界線の方向に対して±４５°以内の方向に沿って、画素値の移動平均値を演算することを特徴とするパターン形状評価装置。
13. 請求項１２記載のパターン形状評価装置において、
    前記演算装置は、前記ビットマップデータからパターンの欠陥が生じやすい領域を特定することを特徴とするパターン形状評価装置。

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