JP5065943B2 - 製造プロセスモニタリングシステム - Google Patents

Description

本発明は工業製品、特に半導体前工程における製造途中の半導体に対し、収束電子ビームを照射しその照射位置から放出される電子を検出して観察対象の画像を撮像する走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭ： Scanning Electron Microscope）に関し、特に高倍率の画像を撮像することが必要なＳＥＭ式半導体ウェーハ検査装置やＳＥＭ式半導体パターン計測装置、またはこれらの装置を備えた製造プロセスモニタリングシステムに関する。

半導体の微細化に伴い、半導体の前工程製造プロセスの制御はますます困難になってきており、半導体の露光工程においては光近接効果によって生じるの設計パターン寸法とレジストに転写されたパターンとの差が無視できなくなってきている。このため、光近接効果をシミュレーションし、マスクパターンを補正する近接効果補正（ＯＰＣ： Optical Proximity Correction）が行われている。また、ＯＰＣを適用したマスクを用いた露光工程においては、プロセスの変動により比較的不良が発生しやすい箇所、ホットスポットが発生してしまう。そこで、このホットスポットにおいても、多少のプロセス変動に影響を受けずにも正常な製造が行われるよう、マスクのレイアウト設計を変更することが行われるようになっている。このように、製造における不良の発生を抑制するよう、設計を行う手法はＤＦＭ（Design For Manufacturing）として知られるようになってきており、これを効率的に行うため、製造の状態を設計にスムースにフィードバックを行うようなシステムが切望されている。

このための第１の手法としては、たとえば特開２００２−３３３６５号公報（特許文献１）に示されるように、ＣＡＤ（Computer Aided Design）データの解析により、製造プロセス状態を管理するポイントを自動的に決定し、この位置をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等の顕微鏡を用いて撮像、観察する方法が開示されている。

また、これとは異なる第２の手法としては、ウェーハを全面、あるいは部分的に検査し、検出された欠陥を特開平１０−１３５２８８号公報（特許文献２）に示されるようにＳＥＭ等の顕微鏡を用いたレビュー装置により高倍率で欠陥を観察し、製造状態を管理する方法として知られている。

さらに、第３の手法としては、特開２００５−２７７３９５号公報（特許文献３）に述べられているように、従来のショット比較では対応することができなかったショット毎に繰り返し欠陥が発生するシステマティック欠陥を検出するための手法として、半導体ウェーハの画像を検出した後、このエッジを抽出し、エッジと設計データを比較して欠陥を検出する手法である。

特開２００２−３３３６５号公報 特開平１０−１３５２８８号公報 特開２００５−２７７３９５号公報

しかしながら、上記従来技術では、半導体ウェーハの製造プロセス状態を正確にモニタリングすることは困難になってきている。

第１の手法であるＣＡＤデータの解析により製造プロセス状態を管理するポイントを自動的に決定する方法では、半導体のパターンの高密度化と、半導体ウェーハの２００ｍｍから３００ｍｍへの大型化により、評価すべき管理ポイント数が多くなりすぎ、全数を管理することができなくなってきている。このため、評価ウェーハや評価チップのサンプリングを行い、評価点数を削減しているが、最小のサンプリング数で最大の効果を得る方法については確立されていない。また、リソグラフィーシミュレーションに基づくホットスポットのシミュレーションでは、必ずしも製造装置の製造プロセス条件を全てシミュレーション条件に入れることができないため、ホットスポットのみの評価では抜けが発生する可能性がある。

また、第２の手法によるレビュー装置による、欠陥のレビューに関しては、着目すべき欠陥をレビューすることが困難であるという課題があった。ＤＦＭを行うにあたり重要となる製造における情報は、リソグラフィシミュレーションを行った際の設計時の仮説と実製造時の検査、計測で得られた結果が一致しているかどうかであり、ランダム異物など設計とは大きな関係がない欠陥をレビューするのみでは設計へのフィードバックが難しい。

第３の手法によるエッジとＣＡＤデータとの比較による検査では、十分なスループットが得られない課題があった。また、実際に得られる画像のエッジと、ＣＡＤデータは必ずしも一致しないため、チップ全体の検査を行うことは困難であった。

本発明の目的は、上記課題に鑑みて、ＳＥＭ装置で構成されたホットスポット探索装置によりＤＦＭウェーハ等を用いて短時間で多数の製造プロセスマージンの狭い回路パターン部（狭プロセスウインドウ等）をプロセスモニタリングポイントとして抽出して決定し、ＣＤ−ＳＥＭ装置等で構成されたプロセスモニタリングポイント観察装置において前記決定したプロセスモニタリングポイントについて高解像度で詳細に形状検査または形状測長あるいはこの両方を行うことが可能な製造プロセスモニタリングシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、半導体ウェーハの少数のチップまたは領域（ショット）を、それぞれ製造プロセス条件（露光条件）が異なる状態で製造し、その外観ＳＥＭ画像を比較してその差分の大なるポイントを半導体ウェーハの製造における製造プロセス条件（露光条件）の狭い、狭プロセスウインドウ、即ち量産において管理すべきプロセスモニタリングポイントとして出力し、たとえば測長ＳＥＭ（ＣＤ−ＳＥＭ）装置による計測ポイントとして設定するＳＥＭ装置から構成されたホットスポット探索装置（レビューＳＥＭ装置等で構成されるホストスポット監視装置も含む）を備えたことを特徴とする製造プロセスモニタリングシステムである。

また、本発明は、製造プロセスモニタリングシステムであって、互いに異なる製造プロセス条件によって回路パターンが形成された複数の領域を有する半導体ウェーハから前記領域毎のＳＥＭ画像を撮像し、該撮像した前記領域毎のＳＥＭ画像同士を比較して差分を求め、該求めた差分が基準値を超えた点（差分が大きい個所）をプロセスモニタリングポイント候補として抽出し、該抽出されたプロセスモニタリングポイント候補のうち前記回路パターンの設計データに基づいて設定されたライン端等の予め変動を想定しているパターンやダミーパターンが形成されている着目しない非抽出領域に属するものを除くように絞込みを行ってプロセスモニタリングポイントを探索するＳＥＭ装置で構成されたホットスポット探索装置（レビューＳＥＭで構成されたホットスポット監視装置も含む）と、前記半導体ウェーハとは異なる半導体ウェーハ上における領域又は前記半導体ウェーハ上における前記領域とは異なる領域において、前記ホットスポット探索装置で探索されたプロセスモニタリングポイントを基に該プロセスモニタリングポイントの画像を撮像し、該撮像した画像を基にプロセスモニタリングポイントの回路パターンの形状又は寸法を評価するプロセスモニタリングポイント観察装置とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、製造プロセスモニタリングシステムであって、互いに異なる製造プロセス条件によって回路パターンが形成された複数の領域を有する半導体ウェーハから前記領域毎のＳＥＭ画像を撮像し、該撮像した前記領域毎のＳＥＭ画像同士を比較して差分を求め、該求めた差分が基準値を超えた点をプロセスモニタリングポイント候補として抽出し、該抽出されたプロセスモニタリングポイント候補から絞込みを行ってプロセスモニタリングポイントを探索するＳＥＭ装置で構成されたホットスポット探索装置と、前記半導体ウェーハとは異なる半導体ウェーハ上における領域又は前記半導体ウェーハ上における前記領域とは異なる領域において、前記ホットスポット探索装置で探索されたプロセスモニタリングポイントを基に該プロセスモニタリングポイントの画像を撮像し、該撮像した画像を基にプロセスモニタリングポイントの回路パターンの形状又は寸法を評価するプロセスモニタリングポイント観察装置とを備え、前記ホットスポット探索装置は、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補からプロセスモニタリングポイントの絞込みを行う際、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補の中から所定のプロセスモニタリングポイント候補について高倍の撮像条件でＳＥＭ撮像し、該ＳＥＭ撮像した高倍のＳＥＭ画像に対してプロセスモニタリングポイントにするか否かの情報を付与し、該付与された情報を基に前記プロセスモニタリングポイントの絞込みを行うように構成し、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補の中から所定のプロセスモニタリングポイント候補を選択する際、前記プロセスモニタリングポイント候補のＳＥＭ画像と設計データから得られる画像とをアライメントして比較して差分が大きいものを前記所定のプロセスモニタリングポイント候補として選択するように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記ホットスポット探索装置において、前記製造プロセス条件が露光条件である場合には、前記半導体ウェーハは、露光装置のドーズ量をプロセスウインドウ中心に対して相反する方向に０．２５倍以上変化させた露光領域を隣接して少なくとも１つ形成することを特徴とする。また、本発明は、前記ホットスポット探索装置において、前記製造プロセス条件が露光条件である場合には、前記半導体ウェーハは、隣接する露光領域において露光装置で回路パターンを露光する際の、少なくとも露光ドーズ量とフォーカス値とが異なるように形成することを特徴とする。

また、本発明は、前記ホットスポット探索装置において、プロセスウインドウの中央付近で製造したショットと、これと必ずしも隣接しないプロセスウインドウの中央からはずれた条件で製造したショットの評価を実現するため、比較的大きい位置ずれにも対応可能なアライメント手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記ホットスポット探索装置において、前記半導体ウェーハで撮像したＳＥＭ画像を、前記半導体ウェーハの別領域でかつ同一の外観をもつと期待される箇所と比較するか、あるいは、設計データと比較して差分が大きいと判断された箇所のグループＡを抽出し、前記半導体ウェーハの設計データより、リソグラフィーシミュレーション又は設計パターン間の距離をもとにプロセス変動によりパターン形状が影響を受けやすい箇所のグループＢを抽出し、前記抽出されたグループＡと前記抽出されたグループＢより選択することによりプロセスモニタリングポイントを決定することを特徴とする。

本発明によれば、ＳＥＭ装置で構成されたホットスポット探索装置によりＤＦＭウェーハ等を用いて短時間で多数の製造プロセスマージンの狭い回路パターン部（狭プロセスウインドウ等）をプロセスモニタリングポイントとして抽出して決定し、ＣＤ−ＳＥＭ装置等で構成されたプロセスモニタリングポイント観察装置において前記決定したプロセスモニタリングポイントについて高解像度で詳細に形状検査または形状測長あるいはこの両方を行うことが可能になる。

本発明に係る半導体製造プロセスのモニター装置及びその方法の実施の形態について図１乃至図１４を用いて説明する。

半導体ウェーハに対して超微細の回路パターンを露光する際、光の回折現象などを考慮して、マスクパターン上の図形コーナ部などに補正用のパターンを追加する必要がある。このようなマスクパターンにおいては、同一のパターンピッチにおいてもプロセスの変動に応じて欠陥が発生しやすい箇所と、欠陥が発生しにくい箇所とが発生する。

このような欠陥が発生しやすい箇所をホットスポットと呼ばれ、リソグラフィーシミュレーション等によりプロセスの変動に影響を受けやすい位置を設計データ上で特定することができる。パターンピッチの微細化に伴い、正常なパターンが形成されるプロセス条件はマージンが小さくなった結果、管理すべき検査領域の数も大幅に増大してきている。

このホットスポットに対応する検査は、ＣＤ−ＳＥＭ装置等を用いて高倍ＳＥＭ画像を取得し、該取得した高倍ＳＥＭ画像を基にパターン間の幅の計測等が行われる。図１はホットスポットとその周辺をＳＥＭで撮像した一実施例を示す。１０１はＳＥＭ画像、１０２は設計データであり、一般にウェーハに形成される回路パターンは長方形パターンの組み合わせで記述されている。１０３は観測すべき検査領域であり、露光においてプロセスの変動の影響を受けやすいホットスポットの箇所である。ＣＤ−ＳＥＭ装置等において、このプロセスマージンの小さな領域のＳＥＭ画像とＣＡＤデータを比較してその形状の変形量を計測することが行われるが、必ずしもリソグラフィーシミュレーションによってプロセス変動の影響を受けやすい領域を全て抽出できるわけではない。この理由の一つはマスクの製造誤差や、シミュレーション時と実露光機との物理パラメータのずれである。例えば、マスクを受け入れ、製造をおこなう場合、リソグラフィーシミュレーションでは、必ずしもマスクの製造誤差を反映したシミュレーションができているわけではないし、その露光機の物理パラメータも完全に一致しているわけではない。そこで、リソグラフィーシミュレータが出力するホットスポットは、必ずしもすべてのクリティカルなホットスポットを抽出できないという事態が発生する。

［第１の実施の形態］
そこで、本発明は、図４に示すようなＳＥＭ装置等で構成されたホットスポット探索装置（ホットスポットサーチャ）１１、１２等を用いて比較的広い領域、あるいはチップ内のプロセス変動の影響を受けやすい領域、すなわちホットスポット（ＣＤ−ＳＥＭ装置等で計測するプロセスモニタリングポイント）を決定する技術を提供することにある。図２（ａ）（ｂ）には本発明に係るプロセスモニタリングポイント探索装置１１、１２がプロセス変動の影響を受けやすい領域を探索（抽出）するウェーハの一実施例を示す。図２（ａ）に示す２０１はＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウェーハであり、各ショット（１回の露光で照射される領域）はレジストにパターンを転写する際にフォーカス値と露光量（露光ドーズ量）を変化させたものである。レジストに転写されるパターンはフォーカス値と露光量を変化させると変形していき、この変形量の大きい箇所はプロセス変動に対して影響を受けやすいホットスポット（ＣＤ−ＳＥＭ等で計測するプロセスモニタリングポイントの候補）の箇所となる。ＦＥＭウェーハ２０１は、連続的にフォーカス値と露光量を変化させて回路パターンが形成されるものである。なお、ＦＥＭウェーハ２０１は、複数回の露光に用いるマスク同士のそれぞれの相対位置を変化させて回路パターンを形成したものも含んでいても良い。

本発明に係るＳＥＭ等で構成されるホットスポット探索装置１１、１２等において、ＦＥＭウェーハ２０１上の異なるショットの同一回路パターン部をＳＥＭ撮像し、これを比較することによりプロセス変動（フォーカス値及び露光量）の影響により、パターンが変形した領域を抽出することができる。しかし、回路パターン部の変形量が大きな箇所のみを抽出するのであれば、本方式で問題ないが、微小な量だけ製造状態が異なる回路パターン同士のＳＥＭ画像を画像比較してもプロセス変動の影響を受けやすい回路パターンを抽出することは困難である場合がある。この場合には、比較的大きく露光、フォーカスがずれたショット同士のＳＥＭ画像を比較することで、回路パターン変形部を顕在化させる必要がある。このように比較的大きく露光、フォーカスがずれたショット同士のＳＥＭ画像について画像処理を行って比較するためにはウェーハを保持するステージを移動させて、ショットの整数倍分ずれたＳＥＭ画像を撮像、比較を行う方式を採用する。このとき、比較するＳＥＭ画像同士の位置が短いほど、２つの画像間のアライメント処理や、画像のバッファリング容量を低減させ、スループットを向上させることが可能になる。そこで、図２（ｂ）に示すウェーハ２０２のように隣接するショット間においてフォーカス値と露光量（露光ドーズ量）が比較的大きな変化があるように形成すれば、回路パターンの変形量を大きくすることができる。

例えば、予め図２に示すリソグラフィーシミュレータ１４で計算されている良品を製造する許容範囲、すなわちプロセスウインドウの０．２５倍以上の変化があるようにＦＥＭウェーハを製造する。このように、０．２５倍以上のずれがあれば、プロセスモニタリングポイント探索装置１１、１２による５ショット分の探索によりプロセスウインドウの範囲内の探索が可能になるためである。さらに、プロセスモニタリングポイント探索装置１１、１２により、プロセス変動に対して影響を受けやすい箇所を特定するためには、極めて小さな、画素サイズが必要となるため、例えば上述したように５ショット程度分の探索で済ませることによって実用的なたとえば数時間での探索でホットスポット（プロセスモニタリングポイントの候補）を捜すことが可能となる。

また、図２（ｂ）に示すようにウェーハ２０２を、Ｘ方向あるいはＹ方向にフォーカスと露光量がともに変化するよう製造するとホットスポットを顕在化しやすくなる。最近適用されるようになった、二重露光においては、１度目の露光と２度目の露光において、マスクの相対位置が各ショットで異なるように設定すると、アライメントずれに影響を受けやすいパターンであるホットスポットを抽出することができる。

なお、本発明に係るホットスポット探索装置１１、１２は、必ずしもこのような特殊なウェーハではなくても、通常のＦＥＭウェーハでも比較するショットを適正化することによってスループットは低下するものの適用は可能である。

本発明に係るホットスポット探索装置によれば、以上説明した様々な製造プロセス条件のショット（領域）より形成された回路パターンをもつウェーハを用いて、ＣＤ−ＳＥＭ装置等のプロセスモニタリングポイント観察装置１６が計測するプロセスモニタリングポイントＰＭＰ（プロセス変動に影響を受けやすい点）を決定することが可能となる。

次に、本発明に係る製造プロセスモニタリングシステムの第１の実施の形態について図３を用いて説明する。本発明に係る製造プロセスモニタリングシステムは、本発明の特徴とするＳＥＭ等によって構成され、プロセスモニタリングポイント（以降ＰＭＰと称す）を抽出するホットスポット探索装置１１と、ＧＵＩ（Graphic User Interface）を持ち、ホットスポット探索装置１１で撮像したＳＥＭ画像を表示し、ユーザがカテゴリのコード付け等を行う入力部をもつコンピュータ１２（３５０）と、ホットスポット探索装置１１に設計データを供給する設計データサーバ１３と、シミュレーションにより、プロセス変動に対して形状が大きく変化する箇所を抽出するリソグラフィーシミュレータ１４と、コンピュータ１２より出力されたＰＭＰの座標とリソグラフィーシミュレータ１４から出力されるリソグラフィーシミュレーションより求められたＰＭＰの座標をマージして最終的なＰＭＰを決定するＰＭＰ管理装置１５と、ＰＭＰ管理装置１５から出力されるＰＭＰの画像を撮像し、形状検査または形状測長あるいはこの両方を行うＣＤ−ＳＥＭやイオンビームを光源に用いたＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）やＡＦＭ（Atomic Force Microscope）等を実装した計測装置で構成されたＰＭＰ観察装置１６とをネットワーク１７で接続して互いにデータの送受信を行えるように構成される。なお、本発明に係るホットスポット探索装置としては、上記ホットスポット探索装置１１と上記コンピュータ１２（３５０）から構成されるものとする。

次に、本発明に係るホットスポット探索装置（ＰＭＰ探索装置）の一実施例について図４を用いて説明する。本ホットスポット探索装置１１、１２における電子光学系は、電子ビームを出射する電子銃３０１と、電子ビームを集束する２つのコンデンサレンズ３０２、３０３と、電子ビームを偏向させる偏向器３０５、３０６と、対物レンズ３０７と、半導体ウェーハ３０８から発生した二次電子又は／及び反射電子を偏向させるＥｘＢ３１０と、該ＥｘＢ３１０で偏向された二次電子又は／及び反射電子を検出する電子検出器３１１とを備えて構成される。該電子検出器３１１から出力されるＳＥＭ画像信号はＡ／Ｄ変換器３１２にてデジタル画像信号化され、画像処理部３４０に入力されて分配部３４１を介して記憶部３４２に格納される。記憶部３４２には、少なくとも画像比較を行う２つのショットから検出された画像信号が蓄積される領域（第１の記憶部）３４３、（第２の記憶部）３４４が設定され、上記分配部３４１により夫々に分配されることになる。以降、領域（第１の記憶部）３４３にはショットの参照ＳＥＭ画像、領域（第２の記憶部）３４４にはショットの検査ＳＥＭ画像を格納する場合について説明する。分配部３４１は少なくとも２つのモードを有するようにする。１つは、第１の記憶部３４３と第２の記憶部３４４とに格納されるショットが常にウェーハ上で同一距離だけ離れている、例えば、隣接するショットから得られるＳＥＭ画像を比較するモードと、参照ＳＥＭ画像として常に同一のＳＥＭ画像、例えば撮像を始めた際に得られる第１のショットから得られるＳＥＭ画像を用いる場合である。

３１７はＸＹステージであり、たとえばレーザ測長器等のステージ位置の計測器を備えている。ＸＹステージ３１７で計測されたステージの位置は偏向制御部３３１に入力される。電子銃３０１から出射され、コンデンサレンズ３０２、３０３で集束された電子ビームは、ステージ３１７の移動方向に対して偏向器３０５、３０６により直交するように走査され、ウェーハ３０８上の各ショットから得られるＳＥＭ画像が電子検出器３１１により検出されて分配部３４１により分配されて記憶部３４２に二次元ＳＥＭ画像として格納される。偏向制御部３３１は、ステージ３１７が移動中において、ステージ移動速度が変動した場合においても同一の画素サイズの画像が取得できるように偏向器３０５、３０６を微小調整する。なお、異なるモードにおいては、ステージ３１７を静止させた状態において、偏向器３０５、３０６を視野に対して二次元にスキャンすることで、二次元画像を取得できるようにする。アライメント部３４５は、この出力画像の正規化相関のピーク、あるいは２枚の画像の差分の２乗和の最小値、あるいは、差分の絶対値などの位置あわせ技術に基づいてアライメントを行う。差分算出部３４６は、アライメントの結果をもとに同一のパターン同士のＳＥＭ画像を比較して差分を算出する。また、差分算出部３４６は、差分以外に、差分を発生させた領域のサイズ、明度、テクスチャ、差分明度の総和等より構成されるＳＥＭ画像特徴を同時に出力するようにしてもよい。さらに、差分算出部３４６は、ＳＥＭ画像同士の差分ではなく、２枚のＳＥＭ画像からパターンのエッジ部を抽出し、エッジの位置の変動を差分にしても良い。また、差分算出部３４６が比較するパターンは図２に示す隣接するパターン同士でも良いが、先見的にわかっている最も形状の変化が大きいショット同士、例えば露光機の露光量に関しては、多くするに従い、線幅が細くなることが判っており、露光量が負の方向に許容範囲最大ずらしたショットと露光量が正の方向に許容範囲最大ずらしたショットとを比較すると、形状の変化は一般に最大になることがわかっているため、大きな変化を得ることができる。また、差分算出部３４６は、これを改良した実施例としては、より多くのショットを同時に比較する手法を採用する方法がある。これは回路パターンを形成する際に用いるＯＰＣパターンが複雑になるに従い、回路パターンの変形が露光機のフォーカスや露光量に対して一様に変化しないケースも発生するようになっているため、先見的にどの製造プロセス条件を変化させた場合に回路パターン変形が最大になるかが必ずしも明確でないためである。この場合には、例えば、各ショットのパターンエッジを、ある基準となるショットを基準にして算出し、算出したパターンの変形の最大変化量をもとに図５に示すように差分を算出しても良い。図５において、４０１〜４０４は異なる４ショットのＳＥＭ画像のエッジを抽出したパターンであり、それぞれのエッジは互いにアライメント部３４５によりアライメントが行われている。ここでは、ΔＳ（４０５）において、ショット間の最大差分が得られている。差分大領域抽出部３４７は、この最大差分ΔＳが得られた箇所を所定の抽出パラメータ（所定の基準値）と比較することにより、プロセス変動に影響を受けやすいホットスポット箇所として抽出しても良い。

また、差分算出部３４６は、参照ＳＥＭ画像として、最も正常な回路パターンが形成されている期待が高いプロセスウインドウ中央の条件で作成したショットから得れるＳＥＭ画像を用い、上記参照ＳＥＭ画像をいずれのショットから得られる抽出ＳＥＭ画像と比較する方法を用いることもできる。この方式は、通常のＦＥＭウェーハを用いる場合において特に都合がよい。通常のＦＥＭウェーハは隣接するショット同士の製造プロセス条件の違いが小さいため、まず、リソグラフィーシミュレータ１４によるリソグラフィーシミュレーションによりＦＥＭウェーハの中央部がプロセスウインドウの中央と判明しているショットについて、ホットスポット探索装置１１、１２は、ＳＥＭ画像を撮像して参照ＳＥＭ画像を取得し、次いで、抽出対象のショットの位置に視野を移動させて抽出ＳＥＭ画像を取得し、差分算出部３４６が上記取得された参照ＳＥＭ画像と抽出ＳＥＭ画像とを比較をすればよい。これについて図６を用いて説明する。図６中の６０１はショット毎異なるプロセス条件で製造したウェーハである。６０２はプロセスウインドウ中央の条件で作成したショットである。図４に示す構成のホットスポット探索装置１１は、リソグラフィーシミュレータ１４から得られるリソグラフィーシミュレーションによるＦＥＭウェーハの情報に応じた全体制御系３３０からの指令に基づいてステージ３１７を移動しながら撮像を行って領域６０３のＳＥＭ画像を撮像し、これを分配部３４１で分配して参照ＳＥＭ画像として、第１の記憶部３４３に記憶する。次いで、ホットスポット探索装置１１は、全体制御系３３０からの指令に基づいて抽出する製造プロセス条件のショットに視野を移動させ、６０４に示す抽出ＳＥＭ画像を撮像し、これを分配部３４１で分配して検査ＳＥＭ画像として、第２の記憶部３３４に記憶する。差分算出部３４６は、上記抽出ＳＥＭ画像を領域６０３の参照ＳＥＭ画像と比較して形状の比較を行い、差分大領域抽出部３４７は変形量の大きい箇所を抽出する。次いで、ホットスポット探索装置１１、１２は、再びウェーハ６０１上において視野を移動させ、領域６０５の参照ＳＥＭ画像と領域６０６の抽出ＳＥＭ画像とを撮像し、差分算出部３４６において領域６０５の参照ＳＥＭ画像と領域６０６の抽出ＳＥＭ画像とを比較し、差分大領域抽出部３４７において変形量の大きい箇所を抽出する。本方式は通常のＦＥＭウェーハでも適用可能であるが、特にプロセスウインドウの中央のショットがウェーハ中央である必然性はなく、また、隣接するショット同士が連続的に製造プロセス条件が変化したものとする必然性もない。

二次記憶装置３４９には、差分大領域抽出部３４７においてパターン部位毎に差分大領域であるプロセス変動による影響を大きく受ける箇所の候補を抽出するための抽出パラメータが設定されている。差分大領域抽出部３４７は、二次記憶装置３４９に格納されている抽出パラメータに対して差分算出部３４６から出力される差分の大きさが大なる場合にプロセス変動による影響を大きく受ける箇所（ＰＭＰ）の候補として抽出する。なお、差分算出部３４６から差分のＳＥＭ画像の特徴量が入力されている場合は、本差分のＳＥＭ画像の特徴量を用いて判定しても良い。また、二次記憶装置３４９はメモリ３４２のいずれかの領域に格納されたＳＥＭ画像を入力して、格納できるように設定されており、更に、差分大領域抽出部３４７で抽出されたプロセス変動により影響を大きく受ける箇所の候補の座標や、差分算出部３４６で出力される差分のＳＥＭ画像の特徴量を格納することも可能にする。ＧＵＩ端末３５０は、ウェーハマップ上で抽出したプロセス変動による影響を大きく受ける箇所の候補（該候補の座標又は／及び該候補のＳＥＭ画像（特徴量も含む）又は／及び画像変換部３６２で変換されて第３記憶部３６３に格納された上記候補の設計データの画像）を表示する。全体制御系３３０は、電子光学系の動作条件設定部３３２、ステージ制御部３３３、画像入力および処理部の制御部３３４、更に検出したプロセス変動による影響を大きく受ける箇所の座標や又は該箇所の画像の、ネットワーク１７を介した出力などを制御する外部入出力制御部３３５により構成される。３０４は開口絞りであり、レンズ３０２、３０３を制御することにより、絞り３０４によりけられる一次電子量を制御し、プローブ電流を切り替えることができる。

差分大領域抽出部３４７は、設計データ入力部３６１から入力された設計データを画像変換部３６２で変換されて第３記憶部３６３に記憶された設計画像と分配部３４１から分配されて第１及び第２記憶部３４３，３４４に記憶されたＳＥＭ画像との対応関係を基に、二次記憶装置３４９に格納されている対象とする回路パターンの部位に対応した抽出パラメータを基づいて差分算出部３４６から出力される差分の大きさが基準値を超えているかを判断し、プロセス変動の影響を大きく受ける箇所の候補として抽出する。二次記憶装置３４９に格納する抽出パラメータの一実施例を図７に示す。設計パターンは、その性能や歩留まりに対する影響に基づいて、１〜Ｎの領域に分割され、領域毎に差分明度のしきい値、差分明度がしきい値を超えた領域のサイズ（面積：Size (ｎｍ^２)）、前記領域内の差分明度の総和Sum (max(差分−しきい値，０))を含む基準値が登録されている。差分大領域抽出部３４７では、図７に示す基準値のうち１つ、あるいはこれらを組み合わせてプロセス変動による影響をつよく受けた箇所かどうかを判断する。なお、これら抽出パラメータの値はＧＵＩ端末３５０（コンピュータ１２に相当する。）を用いて装置オペレータが設定しても良いし、統計的に自動設定してもかまわない。統計的に自動設定する場合は、例えば、各分割領域において、ヒストグラムを作成し、その標準偏差を出力する方法等を採用する。

なお、ＰＭＰ候補絞込み部３４８は、ライン端等の予めパターン変動を想定しているパターンやダミーパターン等が形成された着目しない領域に対応する箇所が、プロセス変動による影響を大きく受ける箇所として抽出されないようにする必要がある。即ち、着目しない領域としては、（１）ダミーパターンのように電気回路的には意味を持たないパターンが形成された領域であり、（２）あらかじめパターン変動を想定してパターンが形成された領域である。（２）のパターンとしては、例えば、図８（ａ）（ｂ）に示すようなパターンがある。図８（ａ）に示す６２１はプロセスウインドウ中心において形成されたパターン、図８（ｂ）に示す６２２はプロセスウインドウの境界付近で形成されたパターンである。６２３はパターン端であり、この部分はプロセス変動の影響を受け、寸法が比較的大きく変動することがわかっており、寸法が変動しても問題が無いように設計されることが多い。一方において、８０４のネッキングはオープンになる手前の状態であり、多少の変動により不良を発生させやすい。そこで、形成する回路パターンのうち、変形しても性能に影響を与えないこれらの箇所はマスクをし、性能に対してクリティカルな箇所のみをホットスポット探索装置１１、１２で抽出することが効率よい。しかし、６２３に示したようなパターン端であったとしても、許容限度を超えた場合には性能に影響することは明らかである。そこで、更に高感度なホットスポット探索装置１１、１２を実現するには、二次記憶装置３４９に格納されている差分に対するパラメータ、すなわち差分明度に対する許容値や、許容値をこえた差分明度のサイズを回路パターンの位置毎に変化させる。これは、検査する該当レイヤーでの隣接する回路パターンや、パターン幅より決定しても良いし、さらに該当するレイヤーの下、あるいは上のレイヤーの回路パターンとの関係を含めて決定しても良い。

以上説明したように、ＰＭＰ絞込み部３４８は、図７に示した分割された領域が着目領域でない場合には、その基準値を非常に高くすることによって差分大の領域から除去することができ、マスクするのと同様の効果を得ることができる。また、差分大領域抽出部３４７で差分大の領域を抽出した後、上記ＰＭＰ絞込み部３４８は非着目領域についてアライメント部３４５から得られるアライメント情報にもとづいてマスクして除去しても良い。非着目領域の選択方式としては、リソグラフィーシミュレータ１４から得られるリソグラフィーシミュレーションの結果または設計データサーバ１３から得られる設計データを基に、プロセス変動の影響を受ける可能性が低いことが判明している領域や、プロセス変動の影響をうけても、回路的な機能に影響がない領域が該当する。

以上説明したように、本発明に係るホットスポット探索装置１１、１２は、図２に示したリソグラフィーシミュレーションによるＦＥＭウェーハにおいて差分大の領域を求めれば、製造条件を変化させた場合にパターン形状が大きく変化するＰＭＰ候補を抽出することができる。ウェーハ２０１を用いた場合には、プロセス変動による形状変化の大領域を抽出するには、複数ショット離れたショット同士を比較しなければ、差分の大きな領域は抽出できないため、たとえばショット２０３とショット２０４を比較する必要があり、ショット２０３の撮像が終わった後に区間２０５について画像を取得せずに移動し、再度、ショット２０４を撮像して差分を抽出することが必要になるため、スループットが低下する課題がある。一方、ウェーハ２０２は隣接するショット同士の製造条件が大きく異なるため、パターン形状の変形が発生しやすく、隣接するショット同士を比較してもＰＭＰ候補を抽出でき、スループット的に有利である。

本発明に係るホットスポット探索装置１１、１２において、ＰＭＰを抽出する目的では、画像の撮像領域を極めて広く設定することが必要である。一方、プロセス変動によるパターンサイズの変化としては、パターンサイズの１０〜５０％程度の変動を見つけることが必要であり、５〜２０ｎｍ程度の画素サイズの適用が必要である。しかしながら、ショット全面のＳＥＭ撮像を短時間に行うには、比較的大きな画素サイズ８〜２０ｎｍ以上が必要となり、その結果二次電子を多数放出させるための２５０ｐＡ以上のプローブ電流が必要となる。このプローブ電流では、電子銃３０１に用いる電子源の径は大きくなり、ビーム径が大きくなるが、８ｎｍ以上の画素サイズであれば、この比較的大きな電流の撮像条件でも対応することができる。しかし、８ｎｍ以上の画素サイズのＳＥＭ画像では、例えば、線幅３２ｎｍのパターンの計測に必要な３ｎｍ程度のパターンの変形を詳細に見ることは困難である。そこで、差分算出部３２０で抽出された差分の大なる領域を、より高い倍率で撮像して、プロセス変動の影響を大きく受ける箇所かを判断できるようにするのが良い。そこで、全体制御系３２４は、所定の抽出エリアの画像取得、および差分大領域の抽出後に、電子銃３０１から放出される一次電子か、あるいはコンデンサーレンズ３０２、３０３を制御することにより、絞り３０４で蹴られる一次電子を制御し、抽出対象３０８に照射するプローブ電流を例えば１０〜１００ｐＡ程度まで小さくする。ショットの広い範囲を短時間で候補を抽出するには、フレーム加算無し、あるいは少ない回数でのフレーム加算によって撮像するには、一般に数１００ｐＡ以上のプローブ電流の照射が必要であるが、この条件では電子源の光源径の抽出対象への写りこみや、クーロン力の影響により小ビーム径を実現することが困難であるためプローブ電流を小さくすることが必要である。

次いで、本発明に係るホットスポット探索装置１１、１２において、全体制御系３３０は、差分大領域抽出部３４７で抽出した差分大の領域にステージ３１７を移動させ、差分大領域を抽出した場合に比較して高い倍率で差分大領域を撮像し、この画像をＧＵＩ端末３５０（コンピュータ１２に相当する。）に表示させる。ＧＵＩ端末３５０に表示した差分大領域には、プロセス変動の影響を強く受けたもの以外に、異物などの非システマティック欠陥や、グレイン等の非欠陥、電子線を照射した際の帯電起因の明度変化等が含まれてしまう。そこで、ＧＵＩ端末３５０に表示した差分大領域のＳＥＭ画像より、ユーザがプロセス変動の影響を強く受けて形状が変形したものを選択できるようにするとさらに良い。ユーザが選択した差分大の領域（ＰＭＰ候補）のＳＥＭ画像と該差分大の領域の座標が外部入出力制御部３３５からネットワーク１７を介してプロセスモニタリングポイントマネージャ１５等に出力される。

次に、本発明に係るホットスポット探索装置１１、１２における全体シーケンスの一実施例について図９を用いて説明する。まず、電子光学系の動作条件設定部３３２において、ＰＭＰ候補抽出用の第１の撮像条件（５千倍〜２万倍程度の低倍の撮像条件）にＳＥＭを設定する（Ｓ９１）。次いで、例えばＦＥＭウェーハ上のアライメントマークの複数点をＳＥＭで撮像して、ウェーハアライメントを行う（Ｓ９２）。次にＰＭＰ候補抽出を行う第１のショットと第２のショット間で低倍のＳＥＭの視野が移動するようにステージ３１７を移動させながら低倍のＳＥＭ画像を撮像し、上記に説明したようにして差分が大きいＰＭＰ候補（座標も含む）を抽出する（Ｓ９３）。これを、ショットの抽出領域すべての低倍のＳＥＭ撮像が終了するまで続ける（Ｓ９４）。次に撮像条件をＰＭＰ候補の詳細画像撮像用である第２の撮像条件（高倍の撮像条件）にＳＥＭを設定する（Ｓ９５）。次に抽出したＰＭＰ候補のうち、設計データと形状がより異なるものが高倍のＳＥＭの視野に入るように視野を移動し（Ｓ９６）、これを第２の撮像条件でＳＥＭ撮像する（Ｓ９７）。なお、設計データと形状がより異なるものを抽出する方法としては、上記低倍のＳＥＭ画像と画像変換部３６２から得られる設計データの画像とをアライメント部３４５においてアライメントして比較し、差分大領域抽出部３４７において差分が大きく抽出されるものである。また、視野を移動させる方式としては、ウェーハ３０８を保持するステージ３１７を移動させる方法と、電子ビームを走査する領域を変更する方法の２つのうち、いずれか、あるいはその両方を組み合わせて行う。そして、上記第２の撮像条件でのＳＥＭ撮像を、設計データと形状がより異なる全てのＰＭＰ候補の撮像が終了するまで、続ける（Ｓ９８）。なお、第２の撮像条件でのＰＭＰ候補の数が極めて多い場合には、ＳＥＭ撮像する上限数を設け、ＰＭＰ候補の中から形状の変形量の大きいものや、設計データに基づいて配線が密な領域で検出したものなど選択して上限数まで撮像するようにすると良い。次いで、順次撮像（取得）された高倍のＳＥＭ画像をＧＵＩ３５０（１２）に表示し（Ｓ９９）、該表示された高倍のＳＥＭ画像に対して、例えば、ブリッジ、断線、太り、細り、異物、虚報などに対応するカテゴリを付与するか、またはプロセスモニタリング候補とするか、しないかのコードを付与する（Ｓ１００）。これらのことを既定数の高倍のＳＥＭ画像について繰り返す（Ｓ１０１）。

上記ＧＵＩの一実施例を図１０（ａ）〜（ｄ）に示す。図１０（ｃ）に示す６４１はショットの設計データであり、このうえにプロセスモニタリング候補の座標が表示される。図１０（ｄ）に示す６４２は第２の撮像条件で取得したプロセスモニタリング候補の画像である。ホットスポット探索装置１１、１２で、設計データ比較による評価を行わなかった場合、２つのショットの差分はいずれが設計された形状からはずれたものであるか不明である。この場合、第２の撮像条件では、２つのショットの同一ショット内座標をＳＥＭ撮像することになる。そこで、２つのショットの第２の撮像条件での撮像を行った場合にはＧＵＩ３５０（１２）では２枚の画像を切り替えて表示できるようにすることが、ユーザがＰＭＰであるか判断する上において望ましい。また、差分算出部３４６で算出された差分も表示できるようにすることが望ましい。なお、差分はオーバレイ（重ねて）で撮像したＳＥＭ画像又は設計データ画像に書き込んでも良い。

図１０（ｂ）に示す６４３は６４２に対応する設計データである。なお、６４６には設計データ６４３のＩＤが表示される。６４４はコード入力エントリであり、例えば、ブリッジ、断線、太り、細り、異物、虚報などに対応するカテゴリコードを入力するか、又は単にプロセスモニタリング候補とする場合を１、そうでない場合を０といったように、より粗い分類のコードを入力する（Ｓ１００）。コードを入力すると順次コードが入力されていないカテゴリが表示され、このカテゴリのコード入力画面に切り替わる。なお、このＧＵＩはホットスポットサーチャ１１のＧＵＩ端末３５０に表示しても良いし、又は、ホットスポットサーチャ１１で撮像したＳＥＭ画像をネットワーク１７を介して外部のコンピュータ１２に送信し、このコンピュータ１２上のＧＵＩにてコード付けしても良い。図１０（ａ）に示す６４５はウェーハであり、６４２のＳＥＭ画像がいずれのウェーハで取得されたかを示す。

以上、コード付けされたカテゴリ又はコードの内、例えば異物や虚報などのいくつかのカテゴリ又はプロセスモニタリング候補としないコードの場合にはＰＭＰ候補絞込み部３４８においてＰＭＰに該当しないと判断され、排除される。最終的に残ったＰＭＰ候補の座標、カテゴリ及びＳＥＭ画像が、最終的なＰＭＰを決定するＰＭＰ管理装置１５へと出力され（Ｓ１０２）、別装置であるＰＭＰ観察装置（ＣＤ−ＳＥＭ等）１６でのプロセスモニタリングポイント（ＰＭＰ）として用いられる。

また、ＧＵＩでコード付けを行う前処理、又は前処理の代わりとして予め差分大領域抽出部３４７において自動的に欠陥を分類しても良い。分類する方式としては３つの方式があげられる。第１の方式は、ＳＥＭ画像の特徴量を利用したものであり、２つのショットの差分領域における形状変形部のパターン明度やエッジ先鋭度、サイズをＳＥＭ画像の特徴量として抽出し、ニューラルネットワークなどの分類器により特徴量空間内において弁別する方式である。第２の方式は形状変形部の座標を用いる方式である。この方式について図１０を用いて説明する。プロセスの変動に影響を受けない異物などのランダム欠陥と本発明で抽出するシステマティック欠陥をモニタリングするためのＰＭＰとの最大の差は、システマティック欠陥においてはプロセスウインドウ中心から離れるにしたがってパターンの形状変形が大きくなることである。図１１は異なるショットにおける同一パターンの線幅をプロセス条件の順にプロットしたものである。異物などのランダム欠陥は、いずれかのショットのみ単独で発生するのに対し、システマティック欠陥はプロセスウインドウの中心から離れるに従ってパターン形状が大きく変形していく傾向がある。そこで、この傾向をもとに単独の形状変形はランダム、そうでなければシステマティック欠陥というように判別する。第３の方式は、リソグラフィーシミュレータ１４から得られるプロセスマージンが小さいとされた位置座標との座標マッチングに基づいてシステマティック欠陥と判定する方式である。システマティック欠陥が発生する箇所はあらかじめ、リソグラフィーシミュレータ１４で予測することが可能であり、リソグラフィーシミュレータ１４でプロセスマージンが小さいとされた位置で検出されたものをシステマティック欠陥と判定すればよい。

次に、本発明に係るＰＭＰ管理装置１５について具体的に説明する。ＰＭＰ管理装置１５は、ホットスポット探索装置１１、１２（ＧＵＩ端末３５０）から出力されるＰＭＰ候補と同一なパターンを、設計データサーバ１３から得られる設計データから探し出し、その内の幾つかをショット内の別の位置においてＰＭＰとして最終決定する。これは同一のパターンでも近傍のパターンの密度などにより、プロセス変動に大きく影響を受けて欠陥ができやすい箇所とできにくい箇所があるためであり、例えば、メモリにおいては、メモリセルの中央部と周辺部では、同一のパターンであってもシステマティックな欠陥の発生度合いは異なり、あるメモリセル境界部で確認された欠陥は、他のセル境界部でも発生する恐れが高くなるためである。

以上説明したように、ＰＭＰ管理装置１５は、ホットスポット探索装置１１、１２（ＧＵＩ端末３５０）１２から出力される最終的に残ったＰＭＰ候補の座標、カテゴリ及びＳＥＭ画像を基に、設計データサーバ１３から得られる設計データ（画像変換した場合も含む）又は／及びリソグラフィーシミュレータ１４から得られるリソグラフィーシミュレーションの結果を用いてＰＭＰを最終決定してＰＭＰ観察装置１６に提供することになる。

次に、本発明に係るＣＤ−ＳＥＭ、ＡＦＭ、ＳＩＭ等で構成されるＰＭＰ観察装置の第１の実施の形態について図１２等を用いて具体的に説明する。本発明に係るＰＭＰ観察装置１６は、ＰＭＰ管理装置１５で決定されたＰＭＰの画像を撮像し、形状検査または形状測長あるいはこの両方を行う。このときの撮像対象ウェーハは、ホットスポット探索装置１１、１２がＰＭＰを抽出したウェーハでも良いし、あるいは異なるウェーハでも良い。ホットスポット探索装置１１、１２がＰＭＰを抽出したウェーハにおいては、異なるプロセス条件のショットを撮像し、パターンの形状検査、あるいは形状計測をもとに正常にパターンが形成できる範囲、すなわちプロセスウインドウを各ＰＭＰ毎に求めることが行われる。プロセスウインドウを求める方式としては、例えば、プロセス条件が異なるショットでパターンが形成されているウェーハ、たとえばＦＥＭウェーハにおいて、それぞれ異なるショットのＰＭＰで撮像したＳＥＭ像よりパターン線幅、パターン間距離を求め、設計値と比較して、設計データとの差分が許容値以内のものを選択し、そのプロセス条件をもとにプロセスウインドウを求める方法を採用する。また、ホットスポット探索装置１１、１２がＰＭＰ候補を抽出しなかったＦＥＭウェーハにおいて同様のことを行ってもよい。また、量産のウェーハ、すなわち、プロセスウインドウ中央において形成されていると期待されるウェーハにおいて、ＰＭＰのパターンを撮像し、その形状検査、あるいは形状計測をもとに、パターンを形成したプロセス条件が最良の状態であるかどうかを確認することを行ってもよい。また、ＰＭＰ候補は、ホットスポット探索装置１１、１２で用いられた同一のウェーハにおいて、プロセス変動の影響を大きく受ける座標のパターンを異なるプロセス条件のショットにおいて撮像し、パターンが正常に形成できる領域、すなわちプロセスウインドウを求めることに用いても良い。さらに、ＰＭＰ候補は、ホットスポット探索装置１１、１２とは異なる装置に出力され、定点観測や定点検査を可能にする。この定点観測する装置としては、例えばＣＤ−ＳＥＭやＡＦＭ、またはレビューＳＥＭが考えられる。

ＰＭＰ観察装置１６の画像撮像手段としては、ＣＤ−ＳＥＭやＡＦＭ等があげられる。ＣＤ−ＳＥＭを用いた構成の一実施の形態を図１２に示す。ＣＤ−ＳＥＭにおける電子光学系は、電子ビームを出射する電子銃７０１と、電子ビームを集束する２つのコンデンサレンズ７０２、７０３と、電子ビームを偏向させる偏向器７０５、７０６と、対物レンズ７０７と、半導体ウェーハ７０８から発生した二次電子又は／及び反射電子を偏向させるＥｘＢ７１０と、該ＥｘＢ７１０で偏向された二次電子又は／及び反射電子を検出する電子検出器７１１とを備えて構成される。該電子検出器７１１から出力されるＳＥＭ画像信号はＡ／Ｄ変換器７１２にてデジタル画像信号化され、記憶部７４２に格納される。記憶部７４２には、少なくとも画像比較を行う画像信号が蓄積される領域７４３、７４４が設定される。

７１７はＸＹステージであり、たとえばレーザ測長器等のステージ位置の計測器を備えている。ステージ７１７で計測されたステージの位置は偏向制御部７３１に入力される。電子銃７０１から出射され、コンデンサレンズ７０２、７０３で集束された電子ビームは、ステージ７１７の移動方向に対して偏向器７０５、７０６により直交するように走査され、ウェーハ７０８上のＳＥＭ画像が電子検出器７１１により検出されて記憶部７４３に二次元ＳＥＭ画像として格納される。偏向制御部７３１は、ステージ７１７が移動中において、ステージ移動速度が変動した場合においても同一の画素サイズの画像が取得できるように偏向器７０５、７０６を微小調整する。アライメント部７４５は、この出力画像の正規化相関のピーク、あるいは２枚の画像の差分の２乗和の最小値、あるいは、差分の絶対値などの位置あわせ技術をもとにアライメントを行う。

図４に示すＰＭＰ探索装置１１、１２では異なる２つのショットから撮像されるＳＥＭ画像同士の比較を行ってプロセス変動の大きい箇所をＰＭＰ候補として抽出したのに対して、図１２に示すＣＤ−ＳＥＭの構成では任意のショットの、ＰＭＰ管理装置１５でＰＭＰと決定して特定された領域の形状を測定したが、ここでは図１３に示した寸法測定ウインドウに示された箇所を測定する。寸法測定箇所を指定するＧＵＩを図１３（ａ）（ｂ）に示す。７８１と７８２はＣＤ−ＳＥＭで撮像したパターンであり、７８３の領域でネッキングが発生をしている。７８４と７８５はそれぞれ、７８１と７８２に対応した設計形状である。７８６は寸法測定用のウインドウであり、７８３でネッキングをしていることから、７８３の領域で、もっともパターンの線幅が細くなる箇所が計測できるよう、自動的、あるいは装置ユーザが座標を教示することで設定する。寸法の計測方法としては、例えば、ウインドウ７８６のＳＥＭ画像のエッジを追跡し、もっとも細くなる位置の寸法を計測する、あるいは、ＳＥＭ画像のホワイトバンドを投影し、その寸法を計測する方法を採用する。自動的に座標を教示する場合には、ＰＭＰデータ入力部７６１から入力されたホットスポット探索装置１１、１２が抽出した形状変形部の座標にあるパターンに基づいて、該パターンがどのように変形したのかを、計測ポイント設定部７４６が画像変換部７６２から得られる設計データから得られる設計画像データと比較して求め、その部分のパターンに適した計測方法を選択する。例えば、検出した変形部が他のパターンとショートしている箇所であったり、パターンが密接している箇所であれば、隣接パターンとの距離を計測項目とし、変形している箇所が細りであれば、パターン幅を計測する、といったように、計測ポイント設定部７４６は、自動的にＰＭＰの計測レシピを設定していく。

さらに、寸法測定ウインドウ７８６に示された箇所の測定を行うためには、画素サイズを１ｎｍ程度以下にすることが望ましい。このときの撮像時間を短縮するために、例えば、１μｍ以下の視野でＳＥＭ撮像をする必要があり、この視野の中ではアライメントをとれるパターンが見つからない可能性がある。さらには、ステージ移動精度や、帯電による視野ずれの影響を受けて対象としている計測ポイントが視野の中に入らない可能性がある。そこで、ＰＭＰの近傍の、ステージを移動させる必要がない領域においてアライメントしやすいパターンを予め求めておき、該求めておいたアライメントパターンを低倍ＳＥＭ画像で撮像して第１の記憶部７４３に記憶し、アライメント部７４５はこれを第３の記憶部７４４に記憶された設計データと比較して粗位置ずれ量を求め、次いで、算出した位置ずれ量を基に、ＰＭＰが撮像されるように高倍ＳＥＭ画像で撮像を行い、アライメント部７４５は第１の記憶部７４３に記憶された再度ＰＭＰの高倍ＳＥＭ像と第３の記憶部７４４に記憶された設計データとを比較して精位置ずれ量を求め、該求められた精位置ずれ量を基に計測ポイント設定部７４６は計測ポイントを設定し、計測部７４７は該設定された計測ポイントの計測を行う。これを実現するため、まず、各ＰＭＰとその近傍に設定されたアライメントパターンの設計データをＰＭＰデータ入力部７６１から入力し、該入力されたＰＭＰとそのアライメントパターンの設計データを画像変換部７６２において画像に変換して第３の記憶部７４４に格納されることになる。ステージ制御部７３３は、アライメントパターンがＳＥＭの視野に入るようにステージ７１７を移動させてアライメントパターンのＳＥＭ画像を低倍率（５千倍〜２万倍程度）で撮像し、第１の記憶部７４３に格納する。次いで、アライメント部７４５は、第１の記憶部７４３に格納されたアライメントパターンのＳＥＭ画像と第３の記憶部７４４に格納されたその設計画像データとの比較をもとに粗位置ずれ量を求めて偏向制御部７３１に送信する。偏向制御部７３１はこの粗位置ずれ量をもとに、ＰＭＰを撮像するのに必要な偏向制御量を求め、ＰＭＰを高倍率（２万倍〜１０万倍程度）で撮像する。該高倍率で撮像したＳＥＭ画像は第１の記憶部７４３に格納され、アライメント部７４６において、第３の記憶部７４４に格納されたＰＭＰの設計データ画像との比較を行って、精位置ずれ量を求める。計測ポイント設定部７４６はこの精ずれ量をもとに計測ポイントの設定を行い、計測部７４７において、ＰＭＰのＳＥＭ画像からパターンエッジを抽出し、パターン幅、および設計パターンからの変形量を求める。求められた変形量は、二次記憶装置７４９に格納され、さらに外部入出力制御部７３５を介して外部ネットワークに接続した任意の装置に転送される。また、全体制御系７３０は、本シーケンスが、指定された全てのＰＭＰの計測が完了するまで実施する。

なお、本発明に係るＰＭＰ観察装置１６としては、ＣＤ−ＳＥＭ以外にＡＦＭやイオンビームを光源に用いたＳＩＭを実装した計測装置に適用することは可能である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明に係るプロセスモニタリングシステムの第２の実施の形態について図１４を用いて説明する。図３で示した第１の実施の形態では、ホットスポット探索装置（ホットスポットサーチャ）１１、１２が第１の撮像条件と第２の撮像条件とを切り替えて、第１の撮像条件（５千倍〜２万倍程度の低倍の撮像条件）で検出したＰＭＰの候補を第２の撮像条件（２万倍〜１０万倍程度の高倍の撮像条件）でより高解像度のＳＥＭ撮像を行い、ＰＭＰとするかどうかを判定する方式について説明したが、第２の実施の形態は、上記第２の撮像条件でのＳＥＭ撮像について、前記抽出対象ウェーハ３０８を別装置（レビューＳＥＭ装置等で構成されるホストスポット監視装置）１８においてＳＥＭ撮像して評価する場合である。即ち、第２の実施の形態のシステムは図１４に示すように構成される。図１４における、１１〜１７は図３と同一の構成であるが、レビューＳＥＭ等で構成されるホットスポット監視装置（ホットスポットチェッカー）１８が新たに加えられている。ホットスポット監視装置１８は、ホットスポット探索装置１１、１２が出力するＰＭＰ候補の座標を入力として、第１の撮像条件の画像の解像度よりも良好な第２の撮像条件にてＰＭＰ候補の画像を撮像し、該撮像した画像とその座標をコンピュータ１２（ＧＵＩ端末３５０）に送信する。ホストスポット監視装置１８は、典型的には、そのときに取得した画像を解析し、欠陥種類を自動的に特定し、異物等のプロセス変動については、ホットスポット探索装置１８の出力した画像をコンピュータ１２（ＧＵＩ端末３５０）に送信してＧＵＩに表示し、ユーザにＧＵＩから図１０（ｄ）で説明したようにカテゴリを入力させ、ＰＭＰ候補から除くかどうかを判定する。図４に示す構成ではホットスポット探索装置１１、１２は設計データとのアライメントを行うように説明したが、設計データとのアライメントが行われない場合も考えられ、その場合には、ホットスポット探索装置１１、１２が出力する座標は、数μｍから数百ｎｍ程度の精度の誤差が発生し、ハーフピッチ４５ｎｍパターンを高解像度で撮像する第２の撮像条件に比べて極めて大きな誤差が発生することになる。そこで、まず、ホットスポット探索装置１１、１２はウェーハ上のアライメントパターンの座標をもとに、低倍ＳＥＭ撮像を行い、次いで、この画像から形状変形が大きい箇所を特定し、ホットスポット監視装置１８において第２の撮像条件で高倍ＳＥＭ撮像を行うことが必要である。さらに、ホットスポット監視装置１８は、ホットスポット探索装置１１、１２と同様に画像比較を行う方法が考えられる。ただし、ホットスポット探索装置１１、１２は、必ずしも隣接したダイ、あるいはショットを比較してはおらず、また、ＰＭＰ候補抽出対象として、例えば通常のＦＥＭウェーハを用いた場合、隣接しているショットは極めてプロセス条件が近接している。近接したプロセス条件のショット同士を比較してもプロセス条件の変動によりパターンの形状が変形する部分は抽出できない。そこで、ホットスポット監視装置１８は、ホットスポット探索装置１１、１２が比較した２つのショットの座標を入力することによって、ホットスポット探索装置１１、１２と等価な比較を、高解像度を有する高倍率のＳＥＭ画像を用いて行うことが可能になる。

なお、ホットスポット探索装置１１、１２が設計データとのアライメントを行っていない場合には、ホットスポット監視装置１８で設計データとのアライメントを行うことによって、ホットスポット探索装置１１、１２が出力したパターン変形部の座標の精度を向上させることが可能となる。このときの手法としては、既にホットスポット探索装置１１、１２で述べた設計データとのアライメント方法を用いることが可能である。

またホットスポット監視装置１８が第２の撮像条件（高倍の撮像条件）で撮像する際、いずれがパターン変形をおこしているか不明である場合には、両方のショットのパターンをＳＥＭ撮像することになる。また、これとは異なる方法として、ホットスポット監視装置１８は例えば図４で示した構成と同様にして、設計データとアライメントをとり、設計データとの比較に基づき、いずれのパターンが変形しているかを確定し、該確定した変形しているパターンのみを第２の撮像条件（高倍の撮像条件）でＳＥＭ撮像すれば良い。また、更に異なる方法として、予めプロセスウインドウ中心と判っているショットの座標を入力しておき、ホットスポット探索装置１１、１２の出力するパターン形状変形部を、プロセスウインドウ中央ショット内の同一座標と比較して、差分をとり、差分領域をパターン変形部として抽出し、この座標の画像をホットスポット監視装置１８が第２の撮像条件でＳＥＭ撮像しても良い。

さらに、ホットスポット監視装置１８は自動的にプロセスモニタリング候補か、それ以外かを判定するように分類しても良い。自動的にプロセスモニタリング候補か、それ以外かを判定する方法としては、前述した、ホットスポット探索装置１１、１２における自動的に分類する手法を適用することが可能である。なお、ホットスポット監視装置１８が、図１１で示した複数のショットのパターン変形量を評価する場合には、ホットスポット探索装置１１、１２が出力した座標以外に、そのプロセス条件と類似したショットの同一ショット内座標の画像を第２の撮像条件でＳＥＭ撮像することが必要である。

即ち、本発明に係るプロセスモニタリングシステムの第２の実施の形態は、ＳＥＭによって構成されるホットスポット探索装置１１、１２と、レビューＳＥＭによって構成されるホットスポット監視装置１８と、ＣＤ−ＳＥＭ等によって構成されるＰＭＰ観察装置１６とで構成した。前述のように、ホットスポット監視装置１８の機能はホットスポット探索装置１１、１２に含まれても良いし、別装置で実施してもかまわない。これらの装置より構成されるシステムにより、微細化していくパターンに対して、プロセス変動の影響を受けて発生するシステマティック欠陥の発生しやすいプロセスモニタリングポイント（ＰＭＰ）は明らかになり、これを基にしたＣＤ−ＳＥＭ等によって構成されるＰＭＰ観察装置１６によるプロセスモニタリングにより、半導体製造プロセスの今後の微細化に対して対応することが可能となる。

本発明に係るプロセスモニタリングポイントである詳細検査・観測ポイントの一実施例を示す図である。 本発明に係るプロセス変動の影響を受けやすい領域を探索する半導体ウェーハの実施例を示す図である。 本発明に係る製造プロセスモニタリングシステムの第１の実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係るホットスポット探索装置（サーチャ）の一実施例を示す構成図である。 本発明に係るホットスポット探索装置が抽出する回路パターンエッジの説明図である。 本発明に係るホットスポット探索装置がリソグラフィーシミュレーションによるＦＥＭウェーハの情報に基づくＳＥＭ撮像シーケンスの説明図である。 本発明に係るホットスポット探索装置がプロセス変動によって影響を大きく受ける箇所の候補として抽出する抽出パラメータの一実施例を示す図である。 本発明に係るホットスポット探索装置が探索する回路パターンの変形例を示す図である。 本発明に係るホットスポット探索装置がプロセスモニタリングポイントを探索して決定するシーケンスの一実施例を示す図である。 本発明に係るホットスポット探索装置が抽出したパターン変形部を分類するＧＵＩの一実施例を示す図である。 本発明に係るホットスポット探索装置がパターン変形部を自動分類する方法の説明図である。 本発明に係るプロセスモニタリングポイント観察装置（評価装置）の一実施例を示す構成図である。 本発明に係るプロセスモニタリングポイント観察装置が計測するプロセスモニタリングポイントの回路パターン計測箇所の説明図である。 本発明に係る製造プロセスモニタリングシステムの第２の実施の形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１１…ホットスポット探索装置（サーチャ）、１２…コンピュータ（ＧＵＩ端末）、１３…設計データサーバ、１４…リソグラフィーシミュレータ、１５…プロセスモニタリングポイント（ＰＭＰ）管理装置、１６…プロセスモニタリングポイント（ＰＭＰ）観察装置、１７…ネットワーク、１８…ホットスポット監視装置、
３０１…電子銃、３０２、３０３…コンデンサレンズ（電子レンズ）、３０４…絞り、３０５、３０６…偏向器、３０７…対物レンズ、３０８…ウェーハ、３１０…ＥｘＢ、３１１…電子検出器、３１２…Ａ／Ｄコンバータ、３１７…ＸＹステージ、３３０…全体制御系、３３１…偏向制御部、３３２…電子光学系の動作条件設定部、３３３…ステージ制御部、３３４…画像入力及び処理部の制御部、３３５…外部入出力制御部、３４０…画像処理部、３４１…分配部、３４２…記憶部、３４３…第１記憶部、３４４…第２記憶部、３４５…アライメント部、３４６…差分算出部、３４７…差分大領域抽出部、３４８…プロセスモニタリングポイント（ＰＭＰ）候補絞込み部、３４９…二次記憶装置、３５０…ＧＵＩ端末、３６１…設計データ入力部、３６２…画像変換部、３６３…第３記憶部、６４４…コード入力エントリ、
７０１…電子銃、７０２、７０３…コンデンサレンズ（電子レンズ）、７０４…絞り、７０５、７０６…偏向器、７０７…対物レンズ、７０８…ウェーハ、７１０…ＥｘＢ、７１１…電子検出器、７１２…Ａ／Ｄコンバータ、７１７…ＸＹステージ、７３０…全体制御系、７３１…偏向制御部、７３２…電子光学系の動作条件設定部、７３３…ステージ制御部、７３４…画像入力及び処理部の制御部、７３５…外部入出力制御部、７４０…画像処理部、７４２…記憶部、７４３…第１記憶部、７４４…第３記憶部、７４５…アライメント部、３４６…計測ポイント設定部、７４７…計測部、７４９…二次記憶装置、７５０…ＧＵＩ端末、７６１…プロセスモニタリングポイント（ＰＭＰ）データ入力部。

Claims (10)

1. 製造プロセスモニタリングシステムであって、
   互いに異なる製造プロセス条件によって回路パターンが形成された複数の領域を有する
   半導体ウェーハから前記領域毎のＳＥＭ画像を撮像し、該撮像した前記領域毎のＳＥＭ画
   像同士を比較して差分を求め、該求めた差分が基準値を超えた点をプロセスモニタリング
   ポイント候補として抽出し、該抽出されたプロセスモニタリングポイント候補のうち前記回路パターンの設計データに基づいて設定されたライン端等の予め変動を想定しているパターンやダミーパターンが形成されている着目しない非抽出領域に属するものを除くように絞込みを行ってプロセスモニタリングポイントを探索するＳＥＭ装置で構成されたホットスポット探索装置と、
   前記半導体ウェーハとは異なる半導体ウェーハ上における領域又は前記半導体ウェーハ
   上における前記領域とは異なる領域において、前記ホットスポット探索装置で探索された
   プロセスモニタリングポイントを基に該プロセスモニタリングポイントの画像を撮像し、
   該撮像した画像を基にプロセスモニタリングポイントの回路パターンの形状又は寸法を評
   価するプロセスモニタリングポイント観察装置とを備えたことを特徴とする製造プロセス
   モニタリングシステム。
2. 前記ホットスポット探索装置は、さらに、前記撮像した所定の領域のＳＥＭ画像と設計
   データから得られる画像とのアライメントを実行することによって、前記抽出したプロセ
   スモニタリングポイント候補と前記設計データとを比較できるように構成したことを特徴
   とする請求項１に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
3. 前記ホットスポット探索装置において、前記基準値は、前記領域の設計データの回路パ
   ターンと対応付けられていることを特徴とする請求項１に記載の製造プロセスモニタリン
   グシステム。
4. 前記ホットスポット探索装置において、前記領域毎のＳＥＭ画像同士を比較して差分を
   求める際、前記領域毎のＳＥＭ画像から各々の回路パターンのエッジ部を抽出し、該抽出
   されたエッジ部を比較して差分を求めるように構成したことを特徴とする請求項１に記載
   の製造プロセスモニタリングシステム。
5. 前記ホットスポット探索装置において、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント
   候補からプロセスモニタリングポイントの絞込みを行う際、リソグラフィーシミュレータ
   によるリソグラフィーシミュレーションによって得られるプロセスウインドウが狭いと判
   定されたホットスポット情報を用いるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の
   製造プロセスモニタリングシステム。
6. 前記ホットスポット探索装置は、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補か
   らプロセスモニタリングポイントの絞込みを行う際、前記抽出されたプロセスモニタリン
   グポイント候補の中から所定のプロセスモニタリングポイント候補について高倍の撮像条
   件でＳＥＭ撮像し、該ＳＥＭ撮像した高倍のＳＥＭ画像に対してプロセスモニタリングポ
   イントにするか否かの情報を付与し、該付与された情報を基に前記プロセスモニタリング
   ポイントの絞込みを行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の製造プロセス
   モニタリングシステム。
7. 製造プロセスモニタリングシステムであって、
   互いに異なる製造プロセス条件によって回路パターンが形成された複数の領域を有する
   半導体ウェーハから前記領域毎のＳＥＭ画像を撮像し、該撮像した前記領域毎のＳＥＭ画
   像同士を比較して差分を求め、該求めた差分が基準値を超えた点をプロセスモニタリング
   ポイント候補として抽出し、該抽出されたプロセスモニタリングポイント候補から絞込み
   を行ってプロセスモニタリングポイントを探索するＳＥＭ装置で構成されたホットスポッ
   ト探索装置と、
   前記半導体ウェーハとは異なる半導体ウェーハ上における領域又は前記半導体ウェーハ
   上における前記領域とは異なる領域において、前記ホットスポット探索装置で探索された
   プロセスモニタリングポイントを基に該プロセスモニタリングポイントの画像を撮像し、
   該撮像した画像を基にプロセスモニタリングポイントの回路パターンの形状又は寸法を評
   価するプロセスモニタリングポイント観察装置とを備え、
   前記ホットスポット探索装置は、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補か
   らプロセスモニタリングポイントの絞込みを行う際、前記抽出されたプロセスモニタリン
   グポイント候補の中から所定のプロセスモニタリングポイント候補について高倍の撮像条
   件でＳＥＭ撮像し、該ＳＥＭ撮像した高倍のＳＥＭ画像に対してプロセスモニタリングポ
   イントにするか否かの情報を付与し、該付与された情報を基に前記プロセスモニタリング
   ポイントの絞込みを行うように構成し
   前記抽出されたプロセスモニタリングポイント候補の中から所定のプロセスモニタリン
   グポイント候補を選択する際、前記プロセスモニタリングポイント候補のＳＥＭ画像と設
   計データから得られる画像とをアライメントして比較して差分が大きいものを前記所定の
   プロセスモニタリングポイント候補として選択するように構成したことを特徴とする製造プロセスモニタリングシステム。
8. 前記ホットスポット探索装置において、前記抽出されたプロセスモニタリングポイント
   候補を表示するグラフィックユーザインターフェースを備えることを特徴とする請求項７
   に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
9. 前記グラフィックユーザインターフェースは、前記プロセスモニタリング候補と共に設
   計データのリソグラフィーシミュレーションによって求めた抽出領域を同時に表示するこ
   とを特徴とする請求項８に記載の製造プロセスモニタリングシステム。
10. 前記プロセスモニタリングポイント観察装置は、ＣＤ−ＳＥＭ装置で構成されることを
    特徴とする請求項７に記載の製造プロセスモニタリングシステム。

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