WO2015098350A1 - パターン測定装置、及びパターン測定のためのコンピュータープログラム - Google Patents

パターン測定装置、及びパターン測定のためのコンピュータープログラム Download PDF

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WO2015098350A1
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measurement
data
center
gravity
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山口　聡
昇雄 長谷川
杉山　明之
美紀 伊澤
明洋 鬼澤
隆二 三橋
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
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    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Definitions

  • the present invention relates to a pattern measurement device and a computer program for pattern measurement, and more particularly, to a pattern measurement device and a computer program for measuring a pattern evenly arranged on design data.
  • Non-Patent Document 1 Self-aligned double-patterning
  • SAQP method Self-aligned quadruple patterning
  • a material having high etching resistance is selectively left on the side wall of a pattern formed by lithography, the pattern formed by lithography is deleted, and the remaining side wall is used as a pattern. Therefore, one pattern can be doubled, and if this step is repeated twice, quadrupling is also possible. In other words, the pattern pitch can be reduced to 1/2 or 1/4.
  • Non-patent Document 2 a method using a self-guided organization process
  • This method uses a material in which two types of polymers called polymer block copolymers are synthesized and block-bonded, and is self-organized using the difference in thermodynamic properties of the two types of polymers. It is the method.
  • a plurality of patterns can be formed inside a pattern (guide pattern) formed by lithography, or fine holes can be formed in a self-aligned manner inside large-sized holes.
  • Patent Document 1 describes that a plurality of reference lines are superimposed on an outline image obtained based on a scanning electron microscope image of a photomask, and measurement is performed using the reference lines.
  • JP 2011-137901 A (corresponding US Patent Publication No. 2012/0290990)
  • Non-Patent Documents 1 and 2 According to the patterning method disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, a fine pattern exceeding the limit determined by the wavelength of the beam of the projection exposure apparatus can be formed, but the pattern shape formed on the photomask.
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 do not disclose such an evaluation method, and Patent Document 1 does not have a photomask such as DSA, SADP, SAQP, and SAOP (Self-Aligned Octuple Patterning) method. There is no discussion about how to evaluate the pattern.
  • a pattern measuring apparatus comprising an arithmetic unit for measuring a dimension between patterns formed on the sample using data obtained by irradiating the sample with a beam below.
  • the arithmetic unit extracts the center of gravity of the pattern formed on the sample from the data to be measured obtained by irradiating the beam, and the extracted center of gravity and the reference for the measurement start point or measurement end point are set. Alignment processing is performed between the measurement reference data and the dimension between the measurement start point or measurement end point of the aligned measurement reference data and the center of gravity or edge of the pattern included in the measured data.
  • a pattern measuring apparatus comprising an arithmetic unit for measuring a dimension between patterns formed on the sample using data obtained by irradiating the sample with a beam
  • the arithmetic unit acquires pattern data formed by patterning using a reduction projection exposure apparatus, and based on the pattern data, a self-guided organization process is performed between patterns in the pattern data or within the pattern.
  • a pattern measuring apparatus for obtaining the position of the center of gravity of a pattern generated by the above-described method or a pattern formed by a multi-patterning method.
  • FIG. 9 is a diagram (core pattern error) showing a method for determining a reference grid line when measuring a SAQP pattern.
  • FIG. 8 is a diagram (1st spacer-error) showing a method for determining a reference grid line when measuring a SAQP pattern.
  • requiring the gravity center position of the pattern formed by DSA from DSA guide pattern data (design data).
  • the flowchart which shows the process of the measurement using the gravity center position information created based on design data.
  • design data DSA guide pattern data
  • the figure which shows an example of the rhombic lattice data used for grid measurement The figure which shows an example of the hexagonal lattice data used for grid measurement.
  • Example of grid selection and pitch input The figure which shows an example of the input screen which inputs the parameter at the time of creating DSA pattern data based on design data.
  • New patterning methods such as DSA and SAxP can achieve miniaturization relatively easily, unlike pattern formation methods in general lithography.
  • the shape of the pattern changes due to variations in various processes and materials.
  • simplification of device patterns is being promoted.
  • Gridded Design method as a typical design method. This method is a method of linearizing a device pattern as much as possible and arranging it on an aligned grid, and is suitable for the application of the SADP method or the DSA technique described above. In this way, the microfabrication technology has undergone major changes.
  • the embodiments described below are intended to realize high-precision microfabrication and high-performance device manufacturing by accurately measuring and measuring the dimensional variation of these latest pattern forming technologies.
  • the edge is recognized from the intensity distribution of secondary electrons and reflected electrons from the edge of the pattern to be measured, the desired edge-to-edge interval is obtained, and the pattern The dimension (CD: Critical dimension), the pitch of the pattern, etc. are obtained.
  • CD Critical dimension
  • the measurement position select the measurement position by placing a reference line across the edge you want to find and recognizing the edge from the secondary electron intensity distribution, etc. inside the reference line. However, it is necessary to set a reference line at an appropriate position according to the evaluation purpose for the pattern to be evaluated.
  • the present embodiment relates to a measurement technique in a manufacturing process for realizing an improvement in device manufacturing yield in the semiconductor manufacturing process.
  • the present invention relates to a dimension measuring method when using a so-called self-aligned pattern forming process for multiplying a pattern n times by utilizing process technology and material characteristics, and a measuring apparatus suitable for this.
  • a mask pattern is transferred onto a wafer using a reduction projection exposure apparatus.
  • the error amount is extremely small and can be ignored. Therefore, the evaluation of the quality of pattern formation is mainly the dimension of the pattern (CD: Critical dimension).
  • Overlay margin management which is an important management item in semiconductor manufacturing, can be performed by managing alignment errors between different layers and pattern dimensions (CD: Critical dimension).
  • a side wall pattern such as an ALD (Atomic layer deposition) layer that is self-aligned and formed around the core pattern is used as the pattern. Therefore, the ALD film thickness error and the size of the core resist pattern cause variations in the pattern position.
  • ALD Atomic layer deposition
  • the process position such as ALD film formation causes not only the CD but also the pattern position.
  • CD measurement of the line width and interval of the pattern can be performed, but it is not suitable for measurement of the pattern position. That is, there is no pattern that can specify the position in the measurement screen.
  • the present embodiment provides a method for evaluating CD variation and position variation collectively.
  • the position information of the pattern edge including the pattern position error can be evaluated, the deterioration of the device characteristics due to the overlay error can be prevented in advance, and the device manufacturing yield can be improved.
  • the pattern center of gravity or the position of the edge is expressed by a deviation amount with respect to a reference line or a reference point.
  • a plurality of reference lines or reference points are arranged on almost the entire area of the CD-SEM measurement screen, and after aligning each pattern edge or pattern centroid with the reference line, the distance between the pattern edge and the reference line or reference point. Measure.
  • the reference line or the reference point can be automatically measured from the arrangement of the pattern to be measured, and a method for arranging and a method for inputting and displaying a design value can be selected.
  • arranging a measurement pattern for determining the reference pitch and position, obtaining the pattern pitch with this pattern, and obtaining the reference line position are also effective for improving the measurement accuracy.
  • a function for calibrating the distortion of the measurement screen can also be added.
  • a chip on which a calibration pattern is formed can also be arranged in the measuring device.
  • the pattern measurement result for calibration can be applied to screen distortion correction, and a function of arranging a reference line or a reference point according to the screen distortion can be provided.
  • an apparatus and a computer program suitable for evaluating a pattern formed by a self-aligned n-fold pattern forming method or a pattern forming method using a self-guided organization material will be described. According to the present embodiment, it is possible to manage the quality of pattern formation and improve the size and position accuracy in the manufacture of advanced devices, which can greatly contribute to the improvement and stabilization of the manufacturing yield.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a scanning electron microscope.
  • the overall control unit 125 is configured to control the entire apparatus via the electron optical system control device 126 and the stage control device 127 based on the acceleration voltage of electrons input from the user interface 128 by the operator, information on the wafer 111, observation position information, and the like. Control is performed.
  • the wafer 111 is fixed on the stage 112 in the sample chamber 113 after passing through the sample exchange chamber via a sample transfer device (not shown).
  • the electron optical system control device 126 follows the command from the overall control unit 125, the high voltage control device 115, the first condenser lens control unit 116, the second condenser lens control unit 117, the secondary electron signal amplifier 118, the alignment control unit 119, the deflection.
  • the signal control unit 122 and the objective lens control unit 121 are controlled.
  • the primary electron beam 103 extracted from the electron source 101 by the extraction electrode 102 is converged by the first condenser lens 104, the second condenser lens 106, and the objective lens 110 and irradiated onto the sample 111.
  • the electron beam passes through the aperture 105, and its trajectory is adjusted by the alignment coil 108.
  • the deflection coil 109 that receives the signal from the deflection signal control unit 122 via the deflection signal amplifier 120 two-dimensionally on the sample. Scanned.
  • the secondary electrons 114 emitted from the sample 111 due to the irradiation of the primary electron beam 103 to the wafer 111 are captured by the secondary electron detector 107, and a secondary electron image is displayed via the secondary electron signal amplifier 118. Used as a luminance signal for the device 124. Since the deflection signal of the secondary electron image display device 124 and the deflection signal of the deflection coil are synchronized, the pattern shape on the wafer 111 is faithfully reproduced on the secondary electron image display device 124.
  • the image processor 123 and the secondary electronic image display device 124 may be a general-purpose computer or monitor.
  • a storage device 1231 is connected to the image processor 123, and registered information can be read out as necessary.
  • the signal output from the secondary electron signal amplifier 118 is AD-converted in the image processor 123 to create digital image data. Further, a secondary electron profile is created from the digital image data.
  • ⁇ Select the range to be measured from the created secondary electron profile manually or automatically based on a certain algorithm, and calculate the number of pixels in the selected range.
  • the actual dimension on the sample is measured from the actual dimension of the observation area scanned by the primary electron beam 103 and the number of pixels corresponding to the observation area.
  • a scanning electron microscope using an electron beam has been described as an example of a charged particle beam apparatus.
  • the present invention is not limited to this.
  • an ion beam irradiation apparatus using an ion beam may be used.
  • an execution subject that executes processing as described later may be referred to as an arithmetic processing unit.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a measurement system including a scanning electron microscope.
  • This system includes a scanning electron microscope system including an SEM main body 801, a control device 802 for the SEM main body, and an arithmetic processing unit 803.
  • the arithmetic processing unit 803 supplies a predetermined control signal to the control unit 802 and performs signal processing of the signal obtained by the SEM main body 801, and the obtained image information and recipe information.
  • a memory 805 for storing is incorporated.
  • the control device 802 and the arithmetic processing device 803 are described as separate units, but may be an integrated control device.
  • Electrons emitted from the sample or generated at the conversion electrode by the beam scanning by the deflector are captured by the detector 806 and converted into a digital signal by the A / D converter built in the control device 802.
  • the Image processing according to the purpose is performed by image processing hardware such as a CPU, ASIC, and FPGA incorporated in the arithmetic processing unit 803.
  • the arithmetic processing unit 804 includes a profile creation unit 807 that creates a waveform profile based on the signal detected by the detector 806, a first derivative of the signal waveform based on the waveform profile created by the profile creation unit 807, Or the measurement process execution part 808 which measures a pattern dimension based on the signal waveform obtained by quadratic differentiation is included.
  • the measurement processing execution unit 809 executes a dimension measurement process between the set grid and the center of gravity of the pattern (or the center if the center of gravity coincides with the center). In this case, for example, a difference between coordinate values extracted in units of subpixels and / or a vector thereof may be used as a measurement result.
  • the pattern centroid position (from the pattern data obtained based on the design data and simulation data, the pattern edge information included in the SEM image, and the pattern outline data extracted from the pattern edge information ( (Coordinates) is extracted.
  • the center of gravity position may be obtained by creating a distance image based on the edge position and detecting the position farthest from the edge in the closed figure.
  • the closed figure formed of a polygon may be divided into a plurality of triangles, the area and the center of gravity of the triangle may be integrated, and the center of gravity obtained by dividing by the total area.
  • the position between both data is set so that the pattern centroid position obtained based on the design data or the pattern data of the simulation data matches the pattern centroid position obtained based on the edge data of the SEM image. Align.
  • both data are set so that the total value of the distances between corresponding centroid positions is minimized. Perform alignment between.
  • the alignment pattern selection unit 812 selects a pattern used for alignment (used to extract the position of the center of gravity for alignment) based on a predetermined reference. For example, when evaluating a pattern formed by SAxP, proper alignment cannot be performed if alignment is performed including other patterns. Therefore, in order to automatically select an alignment pattern according to the evaluation purpose, the alignment pattern measurement unit 812 stores the design data storage medium 814 in the design data storage medium 814 based on the measurement purpose and measurement target pattern information input by the input device 815. The region created by the stored SAxP is selectively read out and registered in the alignment processing unit 811 as an alignment image. Alternatively, design data of a pattern area created by SAxP and an area including other areas is read, and a pattern formed by SAxP is selectively registered as an alignment image.
  • the arithmetic processing unit 803 executes identification and measurement of an edge or a pattern based on the measurement condition input by the input device 815.
  • the arithmetic processing unit 804 includes a design data extraction unit 813 that reads design data from the design data storage medium 814 according to conditions input by the input device 815, and converts vector data into layout data as necessary. Then, the design data extraction unit 813 extracts information necessary for measurement described later from the design data.
  • a GUI for displaying images, inspection results, and the like is displayed to the operator.
  • the input device 815 also creates an imaging recipe that sets measurement conditions including the coordinates of the electronic device, pattern type, and imaging conditions (optical conditions and stage movement conditions) required for measurement and inspection as imaging recipes. It also functions as a device.
  • the input device 815 also has a function of collating the input coordinate information and information on the pattern type with the layer information of the design data and the pattern identification information, and reading out necessary information from the design data storage medium 814. Yes.
  • Design data stored in the design data storage medium 814 is expressed in GDS format, OASIS format, etc., and is stored in a predetermined format.
  • the design data can be of any type as long as the software that displays the design data can display the format and handle it as graphic data.
  • the graphic data is a line segment that has been subjected to a deformation process that approximates the actual pattern by performing an exposure simulation instead of the line segment image information indicating the ideal shape of the pattern formed based on the design data. It may be image information.
  • the measurement system illustrated in FIG. 8 includes a photomask measurement SEM 516 for measuring the dimension of the pattern formed on the photomask.
  • Photomask measurement results, image data, coordinate information, and the like obtained by the photomask measurement SEM 516 are stored in the memory 805 of the arithmetic processing unit 803 or the like. SEM for photomask measurement
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a measurement method for evaluating a pattern based on measurement between edges.
  • Pattern position information registered in advance from the measurement pattern image 200 or other positions of the measurement pattern 201 on the image obtained by pattern recognition is determined.
  • a pattern edge is detected based on the position information, and a pattern CD 203 (pattern width) and an inter-pattern distance 204 are calculated based on the edge information.
  • the measurement pattern position on the image can be detected by, for example, template matching between a part of the image cut out by the area designation cursor 205 and another pattern on the image.
  • relative measurements such as line width and interval of patterns can be performed, but it is unclear whether each pattern can be formed on target coordinates.
  • FIG. 3 shows an example in which a grid is arranged on the SEM image.
  • the grid arrangement screen 300 displayed on the secondary electron image display device 124 is an image obtained by overlaying the reference line X301 and the reference line Y302 on the measurement pattern image 200.
  • the plurality of reference lines X / Y can be expressed by an arbitrary reference point 303, a pitch X304, and a pitch Y305.
  • the measurement process using the grid is divided into a process of registering grid information (S600) and a process of executing grid measurement (S601 to S605).
  • the pattern centroid position calculation unit 810 of the image processor 123 or the arithmetic processing unit 803 acquires the measurement pattern image (S602), and calculates the pattern centroid 311 from the pattern edge 310 obtained by the means described with reference to FIG.
  • There are various methods for calculating the position of the center of gravity For example, after extracting the edge of the pattern, the pattern center of gravity (or center) may be obtained by forming a distance image based on the pattern edge. .
  • the distance to the measurement reference point 312 which is one of the intersections of the plurality of reference lines X / Y is calculated, and a deviation amount 313 is output.
  • these processes are performed for all the patterns in the screen, and the reference point 303 is aligned so that the total amount of deviation is minimized (S603).
  • the field of view includes a pattern other than the pattern formed by SAxP or a pattern other than the pattern formed by self-alignment, these patterns are masked (patterns other than the specific pattern are to be aligned).
  • a pattern formed by SAxP or the like can be selectively evaluated.
  • this process may not be performed if a reference pattern exists in the measurement screen or outside the screen and is aligned in advance.
  • a reference line is placed on the screen (S604), and the relative position between the reference line and the pattern is measured (S605).
  • the pattern CD 203 can be output at the same time.
  • the grid line information can be registered using an actually acquired SEM image, or can be registered using pattern design data.
  • the interval between patterns is determined depending on the type of the polymer block copolymer (in some cases), the polymer block copolymer and grid line information (interval between grid lines) are associated in advance.
  • a database to be stored may be prepared, and grid line information may be read based on selection of the polymer block copolymer to be used.
  • the interval between grid lines is set to be the same as the interval between patterns on the design data. If the pattern formed by DSA or SAxP is ideally formed according to the design data, it should be formed at the same interval as the grid lines (for example, at equal intervals). Due to the variation (for example, the variation in the film thickness of the layer serving as the mask layer), the interval may vary. As described above, by measuring the dimension between the barycentric positions of a plurality of patterns, it is possible to obtain not only a mere deviation but also information sufficient to grasp the reason for the deviation. This point will be further described later.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which a grid is arranged on an image on which a pattern formed by the DSA method and a guide pattern for applying the DSA method are displayed.
  • the image illustrated in FIG. 7 is acquired at a magnification of 200K (field size 670 nm ⁇ ), and a grid pattern 702 (reference pattern) is superimposed on the acquired image 701.
  • the pattern 704 arranged in the guide pattern 703 by the self-guided organization phenomenon can appropriately evaluate the self-guided organization process by appropriately evaluating not only the size but also the formed position.
  • the guide pattern 703 is created based on patterning by the reduction projection exposure apparatus, the pattern 704 arranged in the guide pattern 703 may not be formed at an appropriate position depending on the quality of the guide pattern 703. In particular, when the edge of the guide pattern is deformed or the shape is distorted, the pattern may not be arranged at an appropriate position.
  • a guide pattern 705 for the reference pattern 706 is patterned together with the guide pattern 703, and a grid is set based on the reference pattern 706.
  • eight reference patterns are arranged in the field of view of the electron microscope.
  • the interval between the eight reference patterns is set to be an integral multiple of the interval between the DSA patterns arranged in the guide pattern, and on the grid lines arranged evenly between the reference patterns in the design data.
  • the grid lines are set so that the pattern formed by self-organization is located.
  • the grid pattern can be positioned at an appropriate position by setting an appropriate reference pattern that matches the DSA pattern size.
  • the SEM image to be measured is read into the image processor 123 and the arithmetic processing unit 803 (S401). At this time, as the SEM image, an image stored in advance in the storage device 1231 or the memory 805 can be used.
  • the user selects whether to detect the pattern position by automatic pattern recognition (S402). When automatic is selected, the image processor 123 and the alignment pattern selection unit 812 execute automatic pattern recognition (S403), and calculate pattern detection coordinates (S410).
  • the pattern position can be detected by automatically recognizing this repetition period by image processing or the like. In this embodiment, it is left to the user to perform automatic pattern recognition. However, if it can be determined that recognition is possible at this time, it can also be applied during measurement.
  • the user designates a pattern area to be measured as in 205 (S404).
  • a pattern formed by the DSA method may be selectively extracted from design data or simulation data to form a pattern recognition template (pattern centroid extraction image).
  • the image processor 123 and the arithmetic processing unit 803 execute pattern detection (S405), and calculate pattern detection coordinates in the same manner as in automatic pattern recognition (S410). Next, a neighboring pattern having a minimum distance is detected from the detected pattern coordinate group (S411).
  • the pitch is determined by calculating the distance that minimizes the distance between neighboring patterns in each of the X and Y directions.
  • a method of obtaining from a projected waveform in the X / Y direction or a direction in which a pattern exists by a distance between peaks a method of calculating by a spatial frequency analysis, a method of calculating by an autoregressive model, or the like can be considered.
  • the coordinates of the temporary grid line are generated simultaneously with the pitch calculation (S412). Pattern measurement is executed, and the pattern CD and pattern barycentric coordinates are obtained from the edge point group detected at the time of measurement (S413).
  • the grid line corrects the temporary grid line using the pattern barycentric coordinates.
  • the coordinates of the auxiliary grid lines are also generated from the pattern CD and displayed on the secondary electron image display device 124 (S414).
  • a reference pattern area is designated (S421) or a reference line is designated (S422).
  • the reference line is designated, the barycentric coordinates of the reference pattern are detected and recalculated. Based on the recalculated information, the grid lines, auxiliary grid lines, and reference lines are corrected and displayed on the secondary electron image display device 124 (S424).
  • a method of creating a reference pattern separately from the pattern to be measured and evaluating the positional deviation of the measurement target pattern based on the alignment using the reference pattern explained.
  • by performing alignment using a plurality of reference patterns deviations of individual patterns can be averaged, and as a result, highly accurate alignment can be performed.
  • the image processor 123 or the like reads design data stored in the storage device 1231 or the like (S501).
  • the design data may be acquired by an external network or media.
  • the visual field size and the position on the wafer are designated (S502), and the image 900 generated from the design data is displayed on the secondary electron image display device 124 or the like.
  • Pattern position coordinate information is obtained by calculation or position designation by the user (S503).
  • the shortest distance is calculated from the coordinate position information of each pattern in the x and y directions (S504), and the pitches Px901 and Py902 are calculated (S505).
  • the pattern size is obtained by calculation or input (S506).
  • Grid lines 903 or auxiliary grid lines are generated from the calculated pitch and pattern size information (S507) and displayed on the secondary electron image display device 124 (S508).
  • the coordinate information is obtained in the same manner (S509), the reference line 903 is also displayed on the secondary electron image display device 124 (S510), confirmed (S511), and the process ends.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a database that stores a pattern to be measured and related information together.
  • the Pattern No. is used as the ID of all patterns. Prepare. Next, in order to distinguish the DSA pattern from the reference pattern, Group No. Assign.
  • the reference pattern is assigned as group 1 and the DSA pattern is assigned as group 2.
  • the reference pattern Patent No. 1, 2, 6, 7
  • since one pattern is created for one guide pattern mask and guide pattern data are stored together.
  • the DSA pattern three DSA patterns are created for one guide pattern, and there is no one-to-one corresponding mask data or guide pattern data. Therefore, in the database illustrated in FIG. No mask data and guide pattern data of 3, 4, and 5 are stored.
  • grid coordinates (Xn, Ym) on an image are assigned to each pattern.
  • the Mask pattern used in lithography is stored as another attribute.
  • a pattern used as a guide pattern is another attribute.
  • grid line pitch information and origin coordinates are stored separately. In this way, by registering grid line information as a measurement reference in advance based on design data and mask data in which a pattern is arranged at an ideal position, measurement capable of evaluating an error factor specific to a DSA pattern Conditions can be converted into measurement recipes.
  • DSA Directed Self-Assembly
  • FIG. 11 shows the mask data for the guide pattern generated and displayed as a pattern image.
  • OPC is added to the pattern image of the design data, and in the actual mask pattern, the patterns 3, 4, and 5 are overlapped to form one pattern 1102. Therefore, it is possible to confirm the pattern position 1103 formed by displaying the coordinate data 1010 and the grid line 1100 obtained from the design data so as to overlap the mask pattern image.
  • the mask pattern design data when the mask pattern design data is stored in the design data storage medium 814, the mask pattern data can be read and used, or the image data obtained by the photomask measuring SEM 516 can be used. It is also possible to do.
  • FIG. 12 is an SEM image obtained by imaging the guide pattern 1201 formed in the lithography process.
  • the barycentric position 1202 of the guide pattern 1202 in the SEM image, the reference line 1203 calculated from the barycentric position, the mask pattern displayed in FIG. 11 and the pattern position to be formed are overwritten.
  • the reference line 1203 can be corrected based on the center of gravity positions of the guide patterns 1, 2, 3, and 4. Similarly, it is possible to correct the pitch of the grid lines with reference to the reference line 1203.
  • FIG. 13 shows the DSA pattern detected in the SEM image obtained by imaging the actually formed DSA pattern and the guide pattern, with the centroid and grid lines superimposed.
  • FIG. 14 is a display example of grid measurement results
  • FIG. 15 is an example of an output screen of grid measurement data.
  • FIG. 14 shows a vector 1410 showing the center of gravity of the DSA pattern detected on the SEM image obtained by imaging the DSA pattern and the guide pattern, the grid line, and the deviation amount from the target coordinates.
  • the enlarged vector magnification can be selected from the vector size change pull-down menu 1512 on the magnification change screen 1511 of FIG.
  • An enlarged vector 1413 corresponding to the selected magnification is displayed.
  • Detailed pattern data can be confirmed on the data display screen 1501.
  • the data 1502 to be confirmed is selected from the type 1505 and displayed.
  • Data can be sorted using the sort button 1503.
  • statistical values 1504 of various data are also displayed.
  • Fig. 16 shows an example of filtering and displaying only grouped data.
  • a data group to be displayed can be selected by a check box 1613 of the data grouping window 1610.
  • the data of the selected pattern is linked to the displacement amount vector 1601 on the SEM image 1600, and only the selected pattern vector is displayed with the color changed.
  • the selected data can be sorted by an ascending button 1611 and a descending button 1612.
  • FIG. 17 shows output data types.
  • ⁇ Grid (R) ⁇ ( ⁇ Grid (x) 2 + ⁇ Grid (y) 2 )
  • ⁇ Grid ( ⁇ ) arc_tan ( ⁇ Grid (y) / ⁇ ) Grid (x))
  • FIG. 18 shows an output example when the pattern is not formed normally due to process variation or the like and becomes defective. If there is no pattern at the position defined by the grid, a symbol 1802 is displayed on the data display screen so that a defect can be recognized. The number of pattern detections 1803 is also 5 to 4 as in the example. The display on the SEM image displays the mark 1800 using the coordinates of the registered data.
  • Fig. 19 shows a distribution map of the grid measurement deviation.
  • a pattern having a deviation exceeding the management range designated by the user is displayed by changing the color of the vector displayed on the SEM image.
  • the distribution can be displayed not only in the X / Y direction but also in the radial direction and the angular direction.
  • FIG. 20 shows an example applied to the measurement of the pattern formed by (1).
  • reference lines G4, G8, G12 are set between the line patterns.
  • a reference line is set at the center of gravity of the space pattern (the position of the center of gravity between two edges in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the pattern edge), and a predetermined distance (for example, on design data)
  • Reference lines (G3, G5, G7, G9, G11, G13) for evaluating edge deviation are set at positions separated by a half (space pattern width).
  • the reference line (second reference line) for deviation evaluation is set based on the setting of the reference line (first reference line) to the center of gravity position of the space pattern. The reason is as follows.
  • FIG. 26 is a diagram for explaining a part of the pattern formation process by SADP, and is a diagram in which the formed pattern is viewed from the cross-sectional direction.
  • a pattern 2601 is formed on the substrate 2600 by patterning using a reduction projection exposure apparatus.
  • a mask layer 2602 is formed over the substrate 2600 over which the pattern 2601 is formed.
  • the spacer 2603 and the pattern 2601 remain, and the pattern 2601 is further etched to leave the spacer 2603. Since the spacer 2603 is formed with a density twice that of the pattern 2601 patterned by the exposure apparatus, by performing etching using this spacer as a mask, patterning exceeding the exposure limit of the exposure apparatus becomes possible. .
  • the edge position and the center of gravity may change depending on the thickness of the mask layer 2602 and the etching conditions.
  • the position of the edge of the space portion may change depending on the film thickness or the degree of etching, but the center of gravity position 2604 does not change depending on these conditions. Therefore, when evaluating a process specific to SADP, it is possible to perform highly accurate process evaluation regardless of process variations by performing measurement based on the space center of gravity.
  • a reference line (4x, 8x) is set at the center of gravity of the space, and three reference lines (5x, 6x, 7x) are set so as to be evenly arranged therebetween. Further, reference lines (1x, 2x, 3x, 8x, 9x, 10x, 11x) are arranged at equal intervals with the three reference lines. Referring to the measurement results, it can be seen that the size variation of the adjacent space pattern is large, and the size of the core resist pattern is close to the limit of the management range 2101. From this tendency, it can be seen that the spacer 2603 is formed smaller.
  • FIG. 22 shows an example in which the above-described grid measurement method based on the setting of the reference line is applied to the SAQP method (self-aligned quadruple patterning) that quadruples the pattern by self-alignment.
  • FIG. 22 schematically shows a cross-sectional shape in each step and a planar shape of a pattern finally obtained when the SAQP process is normally performed. Further, the dimensions of the pattern to be obtained and the dimensions of the space are shown in the figure. Line dimensions and space dimensions are well formed within the target management range. In this case, grid pitch setting and alignment may be performed based on the center position of each space. On the other hand, in a normal process, each dimension may be out of the target due to some process error.
  • FIG. 23 shows an example when an error occurs in the first core pattern formation.
  • the core pattern CD is thinly formed, the space CD of S2 is thinned and the space CD of S4 is thinned in the final dimension distribution. Since the other spaces are not affected by the core pattern, the dimensions do not change. Also, it is characteristic that the dimensions of S2, S4, and S6 deviate from the target, but the position of the pattern center is on the grid, and the pattern center position does not change.
  • the space CD other than S2, S4 and S6 has the target value, but it can be seen that the space center position is deviated from the target grid. Therefore, the center positions of S2, S4, and S6 are selected, the grid coordinates are set and aligned using the center coordinates, and errors between the arranged grid and each line edge are measured.
  • S2 is a pattern formed between the edges of the 2nd spacer, and this edge has characteristics according to the manufacturing conditions of the pattern that are not found on other edges. For example, when the distance from a reference point 2301 in the SEM image to a plurality of edges (peak positions of the waveform profile) appearing on the SEM image is measured, it can be seen that the measurement result can be classified for each specific appearance period.
  • the same type of pattern edge for example, the left edge of S10, S14, S18
  • classification according to the distance can be performed.
  • classification is preferably performed by dividing each measurement result by a difference value of a plurality of measurement points and discriminating each measurement result having a specific remainder (arranged in a specific cycle).
  • the signal waveform is further discriminated from a pattern region (pattern region having no periodicity) formed by other than SAQP and the start point of the pattern formed by SAQP or the like is specified, an arrangement of known SAQP patterns From the information, it is possible to specify which edge the classified measurement result is for.
  • the region where the reference line is to be set is specified based on the above-described edge or pattern specification, and the reference line is calculated based on the calculation of the pattern centroid calculating unit 810. Specify the setting position.
  • the specific target pattern may be selected based on the edge order information.
  • FIG. 24 shows an example when an error occurs in forming the first spacer.
  • the core pattern is formed normally, but the 1st spacer is formed thicker than the target.
  • the space CD of S1, S3, S5 and S7 is formed larger than the target, and has almost the same size. It can also be seen that the pattern center is shifted from the reference grid.
  • CDs of S2, S4 and S6 are different from each other, but the center of the space coincides with the grid. Therefore, the center positions of S2, S4, and S6 are selected, the grid coordinates are set and aligned using the center coordinates, and errors between the arranged grid and each line edge are measured.
  • grid pitch setting and alignment in SAQP are performed according to the following rules, for example. In a continuous arbitrary space pattern, every other pattern group other than the pattern group having almost the same space dimension is recognized, and the center position of this space pattern is obtained.
  • the multi-patterning unique It is possible to accurately identify the deviation.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating an example in which the result of measuring the distance (deviation amount) between the arranged grid (reference line) and the edge (the peak of the waveform profile or the extracted outline) is graphed.
  • FIG. 27A shows an example in which the core resist pattern is formed at ⁇ 4 nm
  • FIG. 27B shows the case in which the core resist pattern is formed at ⁇ 4 nm and the 1st spacer is formed at +1 nm
  • (C) shows an example where a 2nd spacer is further formed at +1 nm in the state of (b), and
  • (d) shows an example where a 1st spacer is formed at -2 nm.
  • the horizontal axis in the figure is the edge No.
  • a line is formed between edge 1 and edge 2.
  • edge 2 There is a space between the edge 2 and the edge 3.
  • edge 4 and edge 5 edge 8 and edge 9, and edge 12 and edge 13 are symmetrical with each other with + and-. This indicates that the center coordinates of the space pattern created by these edges are zero.
  • a database indicating a relationship between a generation pattern of a shift amount (relation information on a sign of a shift generated and a relative size between the shift amounts) and a process variation factor is stored in advance.
  • the process occurrence factor is extracted by referring to the measurement result output from the measurement processing execution unit 808 in the database.
  • FIG. 25 is a schematic diagram of a process of forming a self-aligned line pattern in the horizontal direction and the vertical direction, and forming a hole pattern in the overlapping portion of these space portions.
  • the user measures the hole pattern in four groups and outputs the average value of each group.
  • a group can be defined by combining grid line IDs of the present invention. As shown in the table, length measurement cursor placement and group definition are possible with a small number of parameter settings, such as Group 1 is an odd number for both Row / Column, Group 2 is an even number, and Row is an odd number.
  • FIG. 40 shows a grid measurement example of regularly arranged hole patterns.
  • the grid 4002 can be defined by the grid selection and pitch input shown in FIG. 48 prepared in advance, and the pitch 4013 and the grid type can be determined from the coordinate group of the pattern centroid 4001 using pattern recognition or blob analysis from the image. It is also possible to calculate.
  • the deviation from the ideal position can be statistically grasped.
  • the diameter 4012 and the pitch 4013 can be measured simultaneously.
  • the pattern 4003 in which the edge cannot be detected at the time of measurement can be determined as a defect.
  • Fig. 41 shows a display example of the frequency distribution of hole pattern measurement values.
  • the x-axis 4101 is the ratio of the pattern diameter 4108, the pitch 4106 size, the circularity 4108, and the like.
  • the y-axis is the frequency of measurements such as patterns and pitches.
  • the total number of patterns 4105 used for calculation, the number of patterns 4110 determined as defects, the pattern diameter histogram 4102, the pitch histogram 4106, the circularity histogram 4104, and the like are simultaneously displayed.
  • a fitting curve 4106 such as the center of gravity or normal distribution of these histograms
  • an average diameter 4108 of patterns, an average diameter 4107 of pitches, and an average 4109 of circularity are calculated and displayed.
  • variations such as 3 ⁇ can be calculated and displayed.
  • FIGS. 43, 44, 46, and 47 show an orthorhombic lattice
  • FIG. 44 shows a hexagonal lattice
  • FIG. 45 shows a rectangular lattice
  • FIG. 46 shows a parallel lattice.
  • the input pitch size of each grid As shown in FIG. 47, the input pitch varies depending on the type of grid to be selected.
  • a pattern 4203 is a pattern formed by a conventional process such as a photo process or an etching process.
  • the pitch 4213 of the pattern 4203 formed by lithography is formed with high accuracy, and is used to generate the guide grid 4204 as a guide pattern.
  • the guide pattern itself is also a measurement target.
  • two DSA patterns are formed between adjacent guide patterns, and in particular, the pattern 4205 that is the farthest from the guide pattern needs to be distinguished from other patterns to measure the positional deviation. Even in such a case, individual pattern positions can be designated and grouped as L0 (k), L60 (m), and L120 (n).
  • the design data that can be obtained by the manufacturing department at the wafer manufacturing stage usually has only a guide pattern for DSA and a core pattern for SADP / SAQP.
  • mask pattern data pattern data exposed on a sample used in an exposure apparatus.
  • data of a pattern arranged in a guide pattern that does not appear in the mask pattern or data of a pattern arranged by self-alignment cannot be obtained.
  • a pattern formed by DSA or the like is also one of important evaluation targets, but it is appropriate if there is no original design information. It may be difficult to make an evaluation.
  • an apparatus for appropriately evaluating a pattern formed by DSA or the like and a computer program for performing the evaluation even when there is no original layout data or the like will be described.
  • FIG. 28 shows an image generation example when one hole is created from one rectangular guide pattern of DSA. From a design data guide pattern 2801 and DSA shape / size information, a hole shape 2803 which is a pattern formed on the wafer and a hole gravity center 2804 are generated.
  • the data of the guide pattern 2801 and the size information of the DSA are registered in advance in the memory 805, for example, and used for the calculation by the pattern centroid calculating unit 810.
  • the guide pattern is a pattern projected by the reduction projection exposure apparatus, and such pattern data is registered in the memory 805 in advance.
  • the grid setting unit 809 calculates pitch X2805 and pitch Y2806 from a plurality of patterns. Reference line X2807 and reference line Y2808 are calculated from the pitch information.
  • Fig. 29 shows a display example of measurement results.
  • the measurement pattern position on the SEM image can be detected by, for example, template matching between the alignment design data 2909 and the alignment pattern edge 2910 of the SEM image.
  • a measurement pattern edge 2902 is detected from the SEM image, and a measurement pattern centroid 2903 is also calculated.
  • a deviation amount 2905 is also calculated from the reference line X2906 and the reference line Y2907. They are overlaid on the image generated from the design data.
  • the arithmetic processing unit 803 reads design data stored in the design data storage medium 814 (S3001).
  • the design data may be acquired by an external network or media.
  • the user designates characteristic information such as DSA / SADP / SAQP from the input device 815 (S3002).
  • the characteristic information is a value such as shape, size, and pitch.
  • SADP / SAQP values such as the number of spacers created and the spacer width.
  • the visual field size and position are designated (S3003), and the pattern shape and the center of gravity are generated (S3004).
  • a pitch is calculated from a plurality of centroids (S3005). Grid lines are generated from the pitch (S3006). The generated one is displayed on the display device (S3007).
  • Output products such as the center of gravity, reference line, and measurement pattern edge to the outside of the device in the same format as the design data.
  • the barycentric coordinates are output as marks
  • the reference line coordinates are output as lines
  • the measurement pattern edges are output as polygons. This facilitates analysis and feedback to design data.
  • FIG. 31 shows an example of image generation when a plurality of holes are created from one rectangular guide pattern of DSA.
  • a hole shape 3103 and a hole centroid 3104 which are patterns formed on the wafer are generated.
  • the DSA pattern is equally arranged in the guide pattern, it can be set by inputting one pitch information.
  • the pitch information is known in advance, it is not necessary to input the pitch information, and an appropriate reference position can be set by setting the pattern shape information and the size information.
  • Pitch X3105 and pitch Y3106 are calculated based on the barycentric positions of the plurality of patterns set as described above.
  • a reference line X3107 and a reference line Y3108 are calculated from the pitch information.
  • Fig. 32 shows a display example of measurement results.
  • a measurement pattern edge 3202 is detected from the SEM image, and a measurement pattern centroid 3203 is also calculated. Further, a deviation amount 3205 is also calculated from the reference line X3206 and the reference line Y3207. They are overlaid on the image generated from the design data.
  • the measurement reference can be set at an appropriate position, and as a result, highly accurate measurement can be performed. Become.
  • FIG. 33 shows an image generation example in the case where a plurality of holes are created from a guide pattern having a shape other than one rectangle of DSA. From the design data guide pattern 3301 and DSA shape / size information, a hole shape 3303 and a hole centroid 3304 which are patterns formed on the wafer are generated. Pitch X3305 and pitch Y3306 are calculated from a plurality of patterns. A reference line X3307 and a reference line Y3308 are calculated from the pitch information.
  • Fig. 34 shows a display example of measurement results.
  • a measurement pattern edge 3402 is detected from the SEM image, and a measurement pattern centroid 3403 is also calculated. Further, a deviation amount 3405 is also calculated from the reference line X3406 and the reference line Y3407. They are overlaid on the image generated from the design data.
  • the guide pattern is not limited to a rectangular shape, but may be L-shaped or other shapes. Therefore, the arrangement condition of the pattern corresponding to the shape of the guide pattern is stored in the memory 805 in advance. Thus, it becomes possible to reproduce the center of gravity of the pattern on the design data by inputting DSA pattern size information and the like.
  • the grid setting unit 809 reproduces the position of the center of gravity of the pattern on the design data based on the pattern arrangement condition stored in the memory 805, the size information of the set pattern, and the like, and sets it as a measurement standard.
  • the operator can set the pattern center of gravity as a measurement reference at an appropriate position without being particularly conscious of the shape of the guide pattern.
  • FIG. 35 shows an image generation example when a plurality of lines are created from one rectangular guide pattern of DSA. From the design data guide pattern 3501 and DSA shape / size information, a line shape 3503 and a line centroid 3504, which are patterns formed on the wafer, are generated. A pitch X3505 is calculated from a plurality of patterns. A reference line X3506 and a reference line Y3507 are calculated from the pitch information and the line centroid.
  • Fig. 36 shows a display example of measurement results.
  • a measurement pattern edge 3602 is detected from the SEM image, and a measurement pattern center of gravity 3603 is also calculated. Further, a deviation amount 3608 is also calculated from the reference line X3606 and the reference line Y3607. They are overlaid on the image generated from the design data.
  • FIG. 37 shows an image generation example in the case where a plurality of lines are created from a SAQP core pattern (pattern patterned by a reduction projection exposure apparatus).
  • a 1st spacer 3702, a 1st spacer sidewall 3703, a 2nd spacer 3704, and a 2nd spacer sidewall 3705, which are patterns formed on the wafer, are generated from the core pattern 3701 of the design data and the SAQP spacer width information specified by the user.
  • FIG. 38 illustrates a pattern data generation method based on design data.
  • the core pattern 3801 of the design data is thickened by the increment of the 1st spacer width, and the 1st spacer 3802 is generated.
  • the 1st spacer 3802 is deleted from the 1st spacer 3802, and the 1st spacer sidewall 3803 is generated.
  • the 1st spacer sidewall 3803 is thickened by an increase of the 2nd spacer width, and the 2nd spacer 3804 is generated.
  • the 1st spacer sidewall 3803 is deleted from the 2nd spacer 3804, and the 2nd spacer sidewall 3805 is generated.
  • Fig. 39 shows an example of the generation method after cutting.
  • the cutting pattern 3901 of the design data is deleted from the 2nd spacer sidewall 11202, and the SAQP pattern 3903 is generated.
  • a line centroid 3904 is calculated from the SAQP pattern 3903.
  • a reference line X3905 and a reference line Y3906 are calculated from a plurality of line centroids. Since SADP does not have a 2nd spacer, it is not necessary to implement that portion.
  • the center of gravity of the space pattern illustrated in FIG. 23 (the center of gravity of S2 and S6) and the line center of gravity corresponding to the center of gravity of S2 and S6 out of the line center of gravity 3904 obtained as described above.
  • the shape of the polymer compound can be set in the selection box 4801.
  • the pattern width of the polymer compound can be set in the input box 4802.
  • the pitch width of the polymer compound can be set in the input box 4803.
  • FIG. 49 shows an example of DSA pattern generation.
  • a pattern-shaped image is generated at the positions of the set pattern width 4903 and pitch width 4903 of the polymer compound in the guide pattern 4901 of the design data.
  • the pitch width is applied to a guide pattern around the pattern and other DSA patterns.
  • Electron source 102
  • Extraction electrode 103
  • Primary electron beam (charged particle beam) 104
  • First condenser lens 105
  • Aperture 106
  • Second condenser lens 107
  • Secondary electron detector 108
  • Alignment coil 109
  • Deflection coil 110
  • Objective lens 111
  • Sample 112 Stage 113
  • Sample chamber 114
  • Secondary electrons 115
  • High voltage controller 116
  • First condenser lens controller 117
  • Second condenser lens control unit 118
  • Secondary electron signal amplifier 119
  • Alignment control unit 120
  • Deflection signal amplifier 121
  • Objective lens control unit 122
  • Deflection signal control unit 123
  • Image processor 124 Secondary electron image display device

Landscapes

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Abstract

　本発明は、フォトマスクにはないパターンを形成するパターニング法によって形成されたパターンを適正に評価するパターン測定装置の提供を目的とする。　本発明は、上記目的を達成するために、試料に形成されたパターン間の寸法を測定する演算装置を備えたパターン測定装置であって、ビームを照射することによって得られる被測定データから、試料に形成されたパターンの重心を抽出し、当該抽出された重心と、測定始点或いは測定終点となる基準が設定される測定基準データとの間で位置合わせ処理を実行し、当該位置合わせされた測定基準データの前記測定始点或いは測定終点と、前記被測定データに含まれるパターンの重心、或いはエッジとの間の寸法を測定するパターン測定装置を提案する。

Description

パターン測定装置、及びパターン測定のためのコンピュータープログラム
　本発明は、パターン測定装置、及びパターン測定のためのコンピュータープログラムに係り、特に、設計データ上、均等に配列されるパターンの測定を行うためのパターン測定装置、及びコンピュータープログラムに関する。
　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。しかし、これらも限界に達し、紫外光や遠紫外光を用いる方式ではおよそ４０ｎｍハーフピッチが限界となっている。これを打破する方式として、ＥＵＶ光を用いる方法が開発されているが、まだ、実用化には至っていない。これに対し、種々の加工技術を駆使したパターン形成法や、材用の特性を使った新しい方法が開発されている。
　１つは自己整合でパターンを２倍化するＳＡＤＰ法（Ｓｅｌｆ ａｌｉｇｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）（非特許文献１）や、４倍化するＳＡＱＰ法(Ｓｅｌｆ　ａｌｉｇｎｅｄ　ｑｕａｄｒｕｐｌｅ　ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ)がある。この方法は、リソグラフィで形成したパターンの側壁にエッチング耐性の高い材料を選択的に残し、リソグラフィで形成したパターンは削除し、残った側壁をパターンとして用いる。したがって、１つのパターンを２倍化できる、このステップを２回繰り返すと、４倍化も可能である。言い換えれば、パターンのピッチを１／２や１／４に微細化できる。
　また、材料の特性を使ったパターンｎ倍化法としては自己誘導組織化プロセス、ＤＳＡ(Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｙ)（非特許文献２）を用いる方法がある。この方法は、高分子ブロック共重合体と言われる２種類のポリマーを合成しブロック結合させた材料を用い、２種類のポリマーの熱力学的特性の違いを利用して自己組織化することを利用した方法である。リソグラフィで形成したパターン（ガイドパターン）の内側に複数本のパターンを形成したり、大きなサイズのホールの内側に微細なホールを自己整合的に形成することができる。
　一方、特許文献１にはフォトマスクの走査電子顕微鏡像に基づいて得られる輪郭線画像に、複数の基準線を重畳し、当該基準線を用いて測定を行うことが説明されている。
特開２０１１－１３７９０１号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２０１２／０２９０９９０）
Ｈ． Ｙａｅｇａｓｈｉ，ｅｔ　ａｌ．，"Ｎｏｖｅｌ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｔｈｅ　ｓｅｌｆ－ａｌｉｇｎｅｄ　ｓｐａｃｅｒ　ＤＰ　ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｏｗａｒｄｓ　２２－ｎｍ　Ｎｏｄｅｓ，"，　Ｐｒｏｃ．Ｏｆ　ＳＰＩＥ，８３２４８３２４１－Ｍ Ｂ．Ｒａｔｈｓａｃｋ，ｅｔ　ａｌ．，"Ｐａｔｔｅｒｎ　ｓｃａｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｄｉｒｅｃｔｅｄ　ｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄ　ｅｔｃｈ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ",　Ｐｒｏｃ．Ｏｆ　ＳＰＩＥ，８３２３０Ｂ－１(２０１２)
　非特許文献１、２に開示されているようなパターニング法によれば、投影露光装置のビームの波長によって決まる限界を超えた微細パターンを形成することができるが、フォトマスクに形成されたパターン形状が、直接的に試料上に転写されるこれまでのパターニング技術とは違う工程や材料が用いられるため、当該違い故の評価を行うことが望ましい。非特許文献１、非特許文献２にはそのような評価法についての開示がなく、また、特許文献１にもＤＳＡ、ＳＡＤＰ、ＳＡＱＰ、ＳＡＯＰ（Ｓｅｌｆ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｏｃｔｕｐｌｅ　Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）法等のフォトマスクにはないパターンを評価する手法については何等論じられていない。
　以下、フォトマスクにはないパターンを形成するパターニング法によって形成されたパターンを適正に評価することを目的とするパターン測定装置、及びパターン測定のための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、以下に試料にビームを照射することによって得られるデータを用いて、前記試料に形成されたパターン間の寸法を測定する演算装置を備えたパターン測定装置であって、演算装置は、ビームを照射することによって得られる被測定データから、試料に形成されたパターンの重心を抽出し、当該抽出された重心と、測定始点或いは測定終点となる基準が設定される測定基準データとの間で位置合わせ処理を実行し、当該位置合わせされた測定基準データの前記測定始点或いは測定終点と、前記被測定データに含まれるパターンの重心、或いはエッジとの間の寸法を測定するパターン測定装置を提案する。
　また、上記目的を達成するための他の態様として、試料にビームを照射することによって得られるデータを用いて、前記試料に形成されたパターン間の寸法を測定する演算装置を備えたパターン測定装置であって　演算装置は、縮小投影露光装置を用いたパターニングによって形成されるパターンデータを取得し、当該パターンデータに基づいて、当該パターンデータのパターン間、或いは当該パターン内に、自己誘導組織化プロセスによって生成されるパターン、或いはマルチパターニング法によって形成されるパターンの重心位置を求めるパターン測定装置を提案する。
　上記構成によれば、フォトマスクにはないパターンを形成するパターニング法によって形成されたパターンを適正に評価することが可能となる。
走査電子顕微鏡の概略を示した図。 パターン寸法やピッチを測定する例を示す図。 ＳＥＭ画像上に測定基準となるグリッドを配置した例を示す図。 ＳＥＭ画像へのグリッド線情報の登録工程を示すフローチャート。 設計データへのグリッド線情報の登録工程を示すフローチャート。 グリッド線を用いた計測手順の概略を示すフローチャート。 ＤＳＡパターンのＳＥＭ画像の一例を示す図（実際の２００Ｋ倍でのＦＯＶイメージ）。 走査電子顕微鏡を含む測定システムの一例を示す図。 設計データ上にグリッド線を配置した例を示す図。 パターンの識別情報と、測定基準となるグリッド位置との関係を示すデータベースの一例を示す図。 ガイドパターン用マスクデータに基づいて生成した画像の一例を示す図。 ガイドパターンを撮像したＳＥＭ画像例を示す図。 ＤＳＡパターンの重心とグリッド線を重ねた例を示す図。 グリッド計測結果の表示例を示す図。 グリッド計測データの出力画面例を示す図。 グリッド計測結果の表示例を示す図。 グリッド計測結果の表示例を示す図。 グリッド計測結果の表示例を示す図。 グリッド計測結果を分布表示した例を示す図。 ＳＡＤＰパターンをグリッド計測した例を示す図。 ＳＡＤＰパターンをグリッド計測した結果の解析例を説明する図。 ＳＡＱＰパターン計測時の基準グリッド線の決定方法を示す図(正常)。 ＳＡＱＰパターン計測時の基準グリッド線の決定方法を示す図(コアパターンエラー) 。 ＳＡＱＰパターン計測時の基準グリッド線の決定方法を示す図(１ｓｔスペーサ―エラー) 。 ＳＡＤＰによって形成されたホールパターンをグルーピングした例を示す図。 ＳＡＤＰによるパターニングプロセスを説明する図。 ＳＡｘＰのグリッド計測結果の出力例を示す図。 ＤＳＡのガイドパターンデータ（設計データ）から、ＤＳＡによって形成されるパターンの重心位置を求める手法を説明する図。 設計データに基づいて作成した重心位置情報を利用した計測結果の出力例を示す図。 設計データに基づいて作成した重心位置情報を利用した計測の工程を示すフローチャート。 ＤＳＡのガイドパターンデータ（設計データ）から、ＤＳＡによって形成されるパターンの重心位置を求める手法を説明する図。 設計データに基づいて作成した重心位置情報を利用した計測結果の出力例を示す図。 ＤＳＡのガイドパターンデータ（設計データ）から、ＤＳＡによって形成されるパターンの重心位置を求める手法を説明する図。 設計データに基づいて作成した重心位置情報を利用した計測結果の出力例を示す図。 ＤＳＡのガイドパターンデータ（設計データ）から、ＤＳＡによって形成されるパターンの重心位置を求める手法を説明する図。 設計データに基づいて作成した重心位置情報を利用した計測結果の出力例を示す図。 設計データからＳＡＱＰのラインパターンを生成する工程を示す図。 設計データに基づくパターンデータ生成法を示す図。 設計データに基づいてラインパターンの重心を特定する手法を説明する図。 Ｄｅｎｓｅ　Ｈｏｌｅ　Ｐａｔｔｅｒｎのグリッド計測法を説明する図。 Ｄｅｎｓｅ　Ｈｏｌｅ　Ｐａｔｔｅｒｎの計測結果の出力例（分布表示）を示す図。 ＤＳＡパターンのグリッド線を用いた計測例を示す図。 グリッド計測に用いられる斜方格子データの一例を示す図。 グリッド計測に用いられる六角格子データの一例を示す図。 グリッド計測に用いられる矩形格子データの一例を示す図。 グリッド計測に用いられる平行体格子データの一例を示す図。 格子選択およびピッチ入力例 設計データに基づいてＤＳＡパターンデータを作成する際のパラメータを入力する入力画面の一例を示す図。 入力パラメータに基づいて生成されたＤＳＡパターンの一例を示す図。
　ＤＳＡ、ＳＡｘＰ等の新たなパターニング法は、一般的なリソグラフィでのパターン形成法とは異なり、比較的簡単に微細化が達成できる。一方、種々のプロセスや材料のばらつきにより、パターンの形状が変化するといった特徴がある。また、これらの技術を採用する上で、デバイスパターンの単純化も併せて進められている。代表的な設計手法としてＧｒｉｄｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ法がある、この方法はデバイスパターンをできる限り直線化し、整列したグリッド上に配置する方法で、前記した、ＳＡＤＰ法やＤＳＡ技術の適用に好適である。このように、微細加工技術は大きな変革が進んだ。
　以下に説明する実施例は、これらの最新のパターン形成技術の寸法変動を的確にとらえ計測することで、高精度な微細加工、高性能デバイス製造を実現するためのものである。
　一方、電子線（電子ビーム）を用いた計測方法では、被計測パターンのエッジからの二次電子や反射電子の強度分布から前記エッジを認識し、所望のエッジとエッジの間隔を求め、パターンの寸法（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）やパターンのピッチ等を求めている。このような測定を行う際に、求めたいエッジを挟んで基準線を配置し、基準線に挟まれた内部の二次電子強度分布等からエッジの認識を行うことによって、計測位置を選択することが考えられるが、評価対象となるパターンに対し、評価目的に応じた適切な位置に基準線を設定する必要がある。
　一方、本実施例は、半導体製造工程における、デバイスの製造歩留まり向上を実現するための、製造工程での計測技術に関するものである。特に、プロセス技術や材料特性を利用して、パターンをｎ倍化する所謂自己整合パターン形成プロセスを用いた時の寸法計測方法およびこれに好適な計測装置に関するものである。
　一般的なリソグラフィを用いたパターン形成では、マスクパターンを、縮小投影露光装置を用いてウェーハ上にパターンを転写する。この方式ではパターンのピッチはマスクパターンで保障されているため、誤差量は極めて小さく、無視できる。したがって、パターン形成の出来栄え評価は主にパターンの寸法（ＣＤ:Ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が主である。また、半導体の製造で重要な管理項目であるＯｖｅｒｌａｙの余裕管理は、異層間の位置合わせ誤差と、パターンの寸法（ＣＤ:Ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の管理で行うことができた。しかし、セルフアラインプロセス等を用いた場合、コアパターンと呼ばれるリソグラフィで形成したパターンの他に、コアパターンの周辺に自己整合形成した、ＡＬＤ(Ａｔｏｍｉｃ　ｌａｙｅｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)層等の側壁パターンをパターンとして用いる。したがって、ＡＬＤの膜厚誤差やコアレジストパターンの寸法がパターン位置の変動を引き起こす。
　したがって、ＡＬＤ膜形成等のプロセスの変動によって、ＣＤのみならず、パターン位置の変動を引き起こす。単なる寸法計測では、パターンの線幅や間隔のＣＤ計測は行えるが、パターン位置の計測には不適で有る。すなわち、計測画面内に位置を特定できるパターンが無いためである。
　本実施例では、ＣＤ変動や位置変動を総括して評価する方法を提供する。これにより、パターン位置誤差も含めたパターンエッジの位置情報を評価できるようになり、Ｏｖｅｒｌａｙ誤差によるデバイス特性の劣化を未然に防止でき、デバイスの製造歩留まりを向上できる。 
　本実施例の計測では、パターン重心またはエッジの位置を基準線あるいは基準点に対するずれ量で表現する。具体的にはＣＤ－ＳＥＭ計測画面内のほぼ全域に基準線あるいは基準点を複数配置し、それぞれのパターンエッジあるいはパターン重心と基準線をアライメントした後、パターンエッジと基準線あるいは基準点との距離を計測する。基準線あるいは基準点は、被測定パターンの配列から自動的に計測して、配置する方式と、設計値を入力して表示する方式を選択することができる。
　また、被測定パターンの他に基準ピッチおよび位置を決定するための計測パターンを配置し、このパターンでパターンピッチを求める事や、基準線位置を求める事も、計測精度向上に有効である。また、計測画面の歪を校正する機能も付加することもできる。校正用パターンが形成されたチップを計測装置内に配置することもできる。また、校正用のパターン計測結果は画面歪補正に適用し、画面歪に合わせて、基準線あるいは基準点を配置する機能を設けることもできる。
　本実施例では、自己整合ｎ倍化パターン形成法や、自己誘導組織化材料を用いたパターン形成法によって形成されるパターンを評価するのに好適な装置、及びコンピュータープログラムについて説明する。本実施例によれば、先端デバイス製造における、パターン形成の出来栄え管理や、寸法、位置精度の向上が可能となり、製造歩留まりの向上、安定化に大きく寄与できる。
　図１は走査型電子顕微鏡の構成概要のブロック図である。全体制御部１２５はユーザーインターフェース１２８から作業者によって入力された電子の加速電圧、ウェーハ１１１の情報、観察位置情報などを基に、電子光学系制御装置１２６、ステージ制御装置１２７を介して、装置全体の制御を行っている。ウェーハ１１１は図示されない試料搬送装置を介して、試料交換室を経由した後試料室１１３にあるステージ１１２上に固定される。
　電子光学系制御装置１２６は全体制御部１２５からの命令に従い高電圧制御装置１１５、第一コンデンサレンズ制御部１１６、第二コンデンサレンズ制御部１１７、二次電子信号増幅器１１８、アライメント制御部１１９、偏向信号制御部１２２、対物レンズ制御部１２１を制御している。
　引出電極１０２により電子源１０１から引き出された一次電子線１０３は第一コンデンサレンズ１０４、第二コンデンサレンズ１０６、対物レンズ１１０により収束され試料１１１上に照射される。途中電子線は絞り１０５を通過し、アライメントコイル１０８によりその軌道を調整され、また、偏向信号増幅器１２０を介して偏向信号制御部１２２から信号を受けた偏向コイル１０９により試料上を二次元的に走査される。ウェーハ１１１への一次電子線１０３の照射に起因して、試料１１１から放出される二次電子１１４は二次電子検出器１０７により捕捉され、二次電子信号増幅器１１８を介して二次電子像表示装置１２４の輝度信号として使用される。二次電子像表示装置１２４の偏向信号と、偏向コイルの偏向信号とは同期しているため、二次電子像表示装置１２４上にはウェーハ１１１上のパターン形状が忠実に再現される。なお、画像処理プロセッサ１２３や二次電子像表示装置１２４は汎用的なコンピュータやモニターでもよい。画像処理プロセッサ１２３には記憶装置１２３１が接続され、必要に応じて登録された情報を読み出すことが可能である。また、パターンの寸法計測に使用する画像を作成するため、二次電子信号増幅器１１８から出力される信号を画像処理プロセッサ１２３内でＡＤ変換し、デジタル画像データを作成する。さらにデジタル画像データから二次電子プロファイルを作成する。
　作成された二次電子プロファイルから計測する範囲を、手動、もしくは一定のアルゴリズムに基づいて自動選択し、選択範囲の画素数を算出する。一次電子線１０３により走査された観察領域の実寸法と当該観察領域に対応する画素数から試料上での実寸法を計測する。
　なお、以上の説明では荷電粒子線装置の一例として、電子線を用いる走査型電子顕微鏡を例にとって説明したが、これに限られることはなく、例えばイオンビームを用いるイオンビーム照射装置であってもよい。また、以下の説明では後述するような処理を実行する実行主体を演算処理装置と称する場合もある。
　図８は、走査電子顕微鏡を含む測定システムの一例を示す図である。本システムには、ＳＥＭ本体８０１、当該ＳＥＭ本体の制御装置８０２、及び演算処理装置８０３からなる走査電子顕微鏡システムが含まれている。演算処理装置８０３には、制御装置８０２に所定の制御信号を供給、及びＳＥＭ本体８０１にて得られた信号の信号処理を実行する演算処理部８０４と、得られた画像情報や、レシピ情報を記憶するメモリ８０５が内蔵されている。なお、本実施例では、制御装置８０２と演算処理装置８０３が別体のものとして説明するが一体型の制御装置であっても良い。
　偏向器によるビーム走査によって、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８０６にて捕捉され、制御装置８０２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。演算処理装置８０３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。
　演算処理部８０４には、検出器８０６によって検出された信号に基づいて、波形プロファイルを作成するプロファイル作成部８０７、プロファイル作成部８０７によって作成された波形プロファイルに基づいて、或いは信号波形を一次微分、或いは二次微分することによって得られる信号波形に基づいて、パターン寸法を測定する測定処理実行部８０８が含まれている。また、後述するように、当該測定処理実行部８０９では、設定されたグリッドとパターンの重心（重心と中心が一致する場合は、中心でも良い）との間の寸法測定処理を実行する。この場合、例えばサブピクセル単位で抽出された座標値の差分、及び／又はそのベクトルを測定結果とするようにしても良い。パターン重心演算部８１０では、設計データやシミュレーションデータに基づいて得られるパターンデータ、ＳＥＭ画像に含まれるパターンのエッジ情報、及びパターンエッジ情報から抽出されるパターンの輪郭線データから、パターンの重心位置（座標）を抽出する。重心位置を求める手法としては、例えば円形パターンの場合は、エッジ位置を基準とした距離画像を作成し、閉図形内のエッジから最も遠い位置を検出することによって、重心を求めるようにしても良いし、多角形からなる閉図形を複数の三角形に分割し、三角形の面積と重心を積算し、全面積で除算することによって、重心を求めるようにしても良い。
　位置合わせ処理部８１１では設計データ、或いはシミュレーションデータのパターンデータに基づいて得られるパターン重心位置と、ＳＥＭ画像のエッジデータ等に基づいて得られるパターン重心位置を一致させるように、両データ間の位置合わせを行う。なお、以下に説明する実施例では主に、複数のパターンの重心間の位置合わせを行う例について説明するが、その場合、対応する重心位置間の距離の合計値が最小となるように両データ間の位置合わせを実行する。
　位置合わせパターン選択部８１２は、所定の基準に基づいて、位置合わせに用いられる（位置合わせ用の重心位置を抽出するのに用いられる）パターンを選択する。例えば、ＳＡｘＰによって形成されたパターンを評価する場合、それ以外のパターンも含めて位置合わせを行うと、適正な評価ができない。そこで、評価目的に応じた位置合わせ用パターンを自動で選択すべく、位置合わせパターン測定部８１２では、入力装置８１５によって入力された測定目的や測定対象パターン情報に基づいて、設計データ記憶媒体８１４に記憶されたＳＡｘＰによって作成された領域を選択的に読みだして、位置合わせ処理部８１１に位置合わせ用画像として登録する。或いは、ＳＡｘＰによって作成されたパターン領域とそれ以外の領域を含む領域の設計データを読み出し、ＳＡｘＰによって形成されたパターンを選択的に位置合わせ用画像として登録する。
　演算処理装置８０３は、入力装置８１５によって入力された測定条件等に基づいて、エッジ、或いはパターンの特定や測定を実行する。また、演算処理部８０４には、入力装置８１５によって入力された条件によって、設計データ記憶媒体８１４から設計データを読み出し、必要に応じて、ベクトルデータからレイアウトデータに変換する設計データ抽出部８１３が内蔵され、設計データ抽出部８１３では、後述する測定に要する情報を設計データから抽出する。
　更に演算処理装置２５０３とネットワークを経由して接続されている入力装置２５１５に設けられた表示装置には、操作者に対して画像や検査結果等を表示するＧＵＩが表示される。
　なお，演算処理装置８０３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、入力装置８１５は、測定や検査等に必要とされる電子デバイスの座標，パターンの種類、撮影条件（光学条件やステージの移動条件）を含む測定条件を、撮像レシピとして設定する撮像レシピ作成装置としても機能する。また、入力装置８１５は、入力された座標情報や、パターンの種類に関する情報を、設計データのレイヤ情報やパターンの識別情報と照合し、必要な情報を設計データ記憶媒体８１４から読み出す機能も備えている。
　設計データ記憶媒体８１４に記憶される設計データは、ＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。また、設計データは、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、その種類は問わない。また、図形データは、設計データに基づいて形成されるパターンの理想形状を示す線分画像情報に替えて、露光シミュレーションを施すことによって、実パターンに近くなるような変形処理が施された線分画像情報であっても良い。
　また、図８に例示する測定システムには、フォトマスクに形成されたパターンの寸法を測定するためのフォトマスク測定用ＳＥＭ５１６が含まれている。フォトマスク測定用ＳＥＭ５１６で得られたフォトマスクの測定結果、画像データ、及び座標情報等は、演算処理装置８０３のメモリ８０５等に記憶される。フォトマスク測定用ＳＥＭ
　本実施例では、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）によって得られた画像に、基準線（点）となるグリッドを重畳することによって、パターンを評価する計測法について説明する。図２は、エッジ間測定に基づいてパターンを評価する計測法を説明する図である。計測パターン画像２００からあらかじめ登録しておいたパターン位置情報もしくはパターン認識によって得られた画像上の計測パターン２０１他の位置を決定する。次にそれらの位置情報を元にパターンエッジを検出し、そのエッジ情報を元にパターンＣＤ２０３（パターン幅）や、パターン間距離２０４を計算する。なお、画像上の計測パターン位置は、例えば領域指定カーソル２０５により切り出された画像の一部と画像上の他のパターンとのテンプレートマッチングで検出することができる。このような計測法では、パターンの線幅や間隔といった相対的な計測は行えるが、それぞれのパターンが目標の座標上に形成できているかは不明である。
　そこで本実施例では、ＳＥＭ画像（或いはＳＥＭ画像に基づいて得られる輪郭線画像）に、グリッド（測定基準データ）を重畳し当該グリッドを基準（測定始点、或いは測定終点）とした計測法を提案する。図３に、ＳＥＭ画像にグリッド配置した例を示す。二次電子像表示装置１２４上に表示されたグリッド配置画面３００は、計測パターン画像２００に基準線Ｘ３０１と基準線Ｙ３０２をオーバーレイした画像である。なお、複数の基準線Ｘ／Ｙは、任意の基準点３０３とピッチＸ３０４およびピッチＹ３０５で表現することが可能である。
　グリッドパターンの配置に基づいて、パターンを測定する例を、図３および図６を用いて説明する。グリッドを用いた測定工程は、グリッド情報を登録する工程(Ｓ６００)と、グリッド計測を実行する工程(Ｓ６０１－Ｓ６０５)に分けられる。
　グリッド計測実行時、あらかじめ登録されているグリッド情報を記憶装置１２３１、或いはメモリ８０５から、画像処理プロセッサ１２３、或いは演算処理装置８０３に読込む(Ｓ６０１)。画像処理プロセッサ１２３、或いは演算処理装置８０３のパターン重心位置演算部８１０は、計測パターン画像を取得し(Ｓ６０２)、図２で説明した手段で求めたパターンエッジ３１０からパターン重心３１１を計算する。重心位置を計算する手法は種々のものが考えられるが、例えばパターンのエッジを抽出した後、パターンエッジを基準とした距離画像を形成することによってパターン重心（或いは中心）を求めるようにしても良い。
　次に複数の基準線Ｘ／Ｙの交点の1つである計測基準点３１２との距離を計算し、ずれ量３１３を出力する。同様にこれらの処理を画面内の全パターンに対して実施し、ずれ量の総和が最小となるように基準点３０３をアライメントする(Ｓ６０３)。この場合、視野内に、ＳＡｘＰによって形成されるパターン以外のパターンや、自己整合によって形成されるパターン以外のパターンが含まれている場合、それらのパターンをマスク（特定パターン以外のパターンをアライメントの対象としない）して、アライメントを行うことによって、ＳＡｘＰ等によって形成されるパターンを選択的に評価することができる。
　なお、計測画面内または画面外に基準パターンが存在し、あらかじめアライメントされている場合は本処理を実施しないことが考えられる。アライメント後、基準線を画面に配置して(Ｓ６０４)、基準線とパターンの相対位置を計測する(Ｓ６０５)。同様に重心ではなくエッジ点に合せた基準線を用意しておくことで同時にパターンＣＤ２０３も出力することができる。グリッド線情報は実際に取得したＳＥＭ画像を用いて登録することもできるし、パターンの設計データを使用して登録することも可能である。また、パターン間間隔は、高分子ブロック共重合体の種類に応じて決定される（場合もある）ので、予め高分子ブロック共重合体と、グリッド線情報（グリッド線間の間隔）を関連付けて記憶するデータベースを用意しておき、使用する高分子ブロック共重合体の選択に基づいて、グリッド線情報を読み出すようにしても良い。
　グリッド線間の間隔は、設計データ上のパターン間間隔と同じに設定されている。ＤＳＡやＳＡｘＰによって形成されたパターンは、設計データ通り理想的に形成されていれば、グリッド線と同じ間隔（例えば等間隔）で形成される筈であるが、ガイドパターンの不出来や、プロセス条件の変動（例えばマスク層となる層の膜厚の変動）によって、間隔にばらつきが生じることがある。上述のように、複数のパターンの重心位置間の寸法を測定することによって、単なるずれだけではなく、ずれの理由を把握するに足る情報を得ることが可能となる。この点については更に後述する。
　図７はＤＳＡ法によって形成されたパターンと、ＤＳＡ法を適用するためのガイドパターンが表示された画像上に、グリッドを配置した例を示す図である。図７に例示する画像は倍率２００Ｋ倍（視野サイズ６７０ｎｍ□）で取得されたものであり、この取得画像７０１に、グリッドパターン７０２（基準パターン）が重畳されている。自己誘導組織化現象によってガイドパターン７０３内に配列されるパターン７０４はその大きさだけではなく、形成された位置を適正に評価することによって、自己誘導組織化プロセスの適正な評価が可能となる。また、ガイドパターン７０３は縮小投影露光装置によるパターニングに基づいて作成されるが、ガイドパターン７０３の出来栄えによっては、当該ガイドパターン７０３内に配列されるパターン７０４が適正な位置に形成されない場合がある。特にガイドパターンのエッジが変形していたり、形状が歪んでいるような場合、適正な位置にパターンが配列されない可能性がある。
　図７の例は基準パターン７０６用のガイドパターン７０５を、ガイドパターン７０３と共にパターニングし、当該基準パターン７０６を基準としてグリッドを設定している。なお、本例の場合、電子顕微鏡の視野内には８つの基準パターンが配置されている。この８つの基準パターンのパターン間間隔は、ガイドパターン内に配列されるＤＳＡパターンの間隔の整数倍となるように設定されており、且つ設計データ上、基準パターン間に均等配列されたグリッド線上に、自己組織化によって形成されたパターンが位置するようにグリッド線が設定される。このようにがＤＳＡパターンサイズ合わせた適切な基準パターンの設定によって、適正な位置にグリッドパターンを位置付けることが可能となる。
　図４および図５を用いてＳＥＭ画像を使用したグリッド線情報の登録方法について説明する。計測を実施するＳＥＭ画像を画像処理プロセッサ１２３や演算処理装置８０３に読込む(Ｓ４０１)。このときＳＥＭ画像はあらかじめ記憶装置１２３１やメモリ８０５に保存されているものを使用することができる。ユーザは自動パターン認識でパターン位置を検出するかどうかを選択する(Ｓ４０２)。自動が選択された場合は像処理プロセッサ１２３や位置合わせパターン選択部８１２が自動パターン認識を実行し(Ｓ４０３)、パターンの検出座標を計算する(Ｓ４１０)。
　一般に半導体パターンは同じ形状の繰返しが多いため、この繰返し周期を画像処理等で自動認識してパターン位置を検出することができる。本実施例では自動パターン認識の実施の判断をユーザに委ねているがこの時に認識が可能であると判断できれば計測実行時にも適用が可能である。自動でない選択をした場合、ユーザは２０５のように計測するパターン領域を指定する(Ｓ４０４)。なお、上述したように、設計データやシミュレーションデータから、ＤＳＡ法によって形成されるパターンを選択的に抽出して、パターン認識用テンプレート（パターン重心抽出用画像）とするようにしても良い。
　画像処理プロセッサ１２３や演算処理装置８０３はパターン検出を実行して(Ｓ４０５)、自動パターン認識と同様にパターンの検出座標を計算する(Ｓ４１０)。次に検出されたパターン座標群からそれぞれ距離が最小となる近傍のパターンを検出する(Ｓ４１１)。
　近傍パターン間の距離が最小となる距離をＸ方向とＹ方向それぞれ算出してピッチを決定する。別のピッチの計算方法としてＸ／Ｙ方向やパターンが存在する方向の投影波形からピーク間の距離により求める方法や空間周波数解析により計算する方法、自己回帰モデルにより計算する方法などが考えられる。
　ピッチ計算と同時に仮のグリッド線の座標を生成しておく(Ｓ４１２)。パターン計測を実行し、計測時に検出されるエッジ点群からパターンＣＤおよびパターン重心座標を求める(Ｓ４１３)。グリッド線はパターン重心座標を使用して仮のグリッド線を補正する。またパターンＣＤより補助グリッド線の座標も同時に生成し、二次電子像表示装置１２４に表示する(Ｓ４１４)。
　基準パターンがない場合は確認へ進み（Ｓ４２５）終了となる。基準バターンがある場合は基準パターン領域を指定する(Ｓ４２１)か、基準線を指定する(Ｓ４２２)。基準線を指定した場合は基準パターンの重心座標を検出して再計算しておく。再計算された情報を元にグリッド線や補助グリッド線、基準線を補正して二次電子像表示装置１２４に表示する(Ｓ４２４)。
　なお、上記実施例では、１つの態様として、測定対象となるパターンとは別に、基準パターンを作成し、当該基準パターンを用いた位置合わせに基づいて、測定対象パターンの位置ずれを評価する手法について説明した。１つのＤＳＡパターン（ホールパターン）が形成されるように設定されたガイドパターンに含まれるパターンは、複数のホールパターンが形成されるように設定されたガイドパターンに含まれるパターンと比較して、複数のパターンが形成されるが故、発生するずれがないため、特定の原因（ガイドパターン内に複数のパターンが含まれる場合）によって発生するずれを適正に評価することができる。また、複数の基準パターンを用いた位置合わせを行うことによって、個々のパターンのずれを平均化することができ、結果として高精度な位置合わせを行うことが可能となる。
　なお、測定対象となるパターンの重心を基準として位置合わせを行う場合であっても、複数のパターンを位置合わせの対象とすることによって、他のパターンに対して相対的に大きくずれているパターンを顕在化することが可能となる。
　また、複数のガイドパターン内に含まれるパターンを、位置合わせの対象とすることによって、ガイドパターンの出来に起因するずれを顕在化することが可能となる。
　図５、図９、および図１０を用いて設計データを使用してグリッド線や補助グリッド線、基準パターン位置座標を取得する方法を説明する。画像処理プロセッサ１２３等は記憶装置１２３１等に保存されている設計データを読込む(Ｓ５０１)。設計データは外部ネットワークやメディアによって取得したものでもよい。視野サイズやウェーハ上の位置を指定し(Ｓ５０２)、設計データから生成した画像９００を二次電子像表示装置１２４等に表示する。パターン位置座標情報を計算またはユーザによる位置指定により取得する(Ｓ５０３)。各パターンの座標位置情報から最短距離をｘ方向、ｙ方向それぞれ算出して(Ｓ５０４)、ピッチＰｘ９０１、Ｐｙ９０２を計算する(Ｓ５０５）。
　併せてパターンサイズも計算または入力によって取得しておく(Ｓ５０６)。計算されたピッチとパターンサイズ情報からグリッド線９０３または補助グリッド線を生成して(Ｓ５０７)、二次電子像表示装置１２４に表示する(Ｓ５０８)。
　基準パターンがあれば同様にその座標情報を取得して(Ｓ５０９)、基準線９０３も二次電子像表示装置１２４に合せて表示し(Ｓ５１０)、確認して(Ｓ５１１)終了する。
　図１０は、測定対象となるパターンと、関連情報を併せて記憶するデータベースの一例を示す図である。本実施例では、全パターンのＩＤとしてＰａｔｔｅｒｎ Ｎｏ．を用意する。次にＤＳＡパターンと基準パターンを区別するためにＧｒｏｕｐ Ｎｏ．を割り当てる。ここでは、基準パターンがグループ１、ＤＳＡパターンがグループ２として割り当てられている。基準パターン（Ｐａｔｔｅｒｎ Ｎｏ．１、２、６、７）は、１のガイドパターンに対して１のパターンが作成されるため、マスクとガイドパターンのデータが併せて記憶されているが、本例のＤＳＡパターンは、１のガイドパターンについて、３つのＤＳＡパターンが作成され、１対１の対応したマスクデータやガイドパターンデータが存在しないので、図１０に例示するデータベースにはＰａｔｔｅｒｎ Ｎｏ．３、４、５のマスクデータやガイドパターンデータが記憶されていない。
　図１０に例示するデータベースでは、各パターンに対して画像上のグリッド座標(Ｘｎ，Ｙｍ)が割り当てられている。このときリソグラフィで使用されるＭａｓｋパターンは別の属性として記憶しておく。同様にＧｕｉｄｅ　Ｐａｔｔｅｒｎとして使用するパターンも別の属性とする。最後に計測パターン位置を持つ。他にグリッド線のピッチ情報や原点となる座標を別に記憶しておく。
このように、理想的な位置にパターンが配置された設計データやマスクデータに基づいて、予め測定基準となるグリッド線情報を登録しておくことによって、ＤＳＡパターン固有の誤差要因を評価可能な測定条件を、測定レシピ化することができる。
　グリッドを用いた計測法を、自己誘導組織化プロセス、ＤＳＡ(Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｙ)で形成したパターンの計測に適用した例を、図１１、図１２、図１３を用いて説明する。
　図１１はガイドパターン用のマスクデータをパターン画像として生成し、表示したものである。設計データのパターン画像に対してＯＰＣを加味したものとなり、実際のマスクパターンではパターン３、４、５が重なって１つのパターン１１０２となってしまう。そこで設計データから求めておいた座標データ１０１０やグリッド線１１００をマスクパターン画像に重ねて表示することで形成されるパターン位置１１０３を確認することが可能となる。
　マスクパターンデータは、例えばマスクパターンの設計データが設計データ記憶媒体８１４に記憶されている場合は、そのデータを読み出して使用することもできるし、フォトマスク測定用ＳＥＭ５１６によって得られた画像データを使用することも可能である。
　図１２はリソグラフィ工程で形成されたガイドパターン１２０１を撮像したＳＥＭ画像である。ＳＥＭ画像内のガイドパターン１２０２の重心位置１２０２と重心位置から計算した基準線１２０３、図１１で表示したマスクパターンや形成されるパターン位置を上書きしている。このときガイドパターン１，２，３，４の重心位置より基準線１２０３を補正することもできる。同様に基準線１２０３を基準にしてグリッド線のピッチを補正することも可能である。
　図１３は実際に形成されたＤＳＡパターンとガイドパターンを撮像したＳＥＭ画像で検出したＤＳＡパターンの重心とグリッド線を重ねて表示したものである。これによってガイドパターン内に１つ形成されたＤＳＡパターン１，２，６，７と基準線とのずれやガイドパターン内に３つ形成されたパターン３，４，５とのグリッド線とのずれを容易に確認することができる。
　以下、グリッド計測の出力例方法について図１４－図１９を用いて説明する。図１４はグリッド計測結果の表示例であり、図１５はグリッド計測データの出力画面例である。図１４にはＤＳＡパターンとガイドパターンを撮像したＳＥＭ画像上に検出したＤＳＡパターンの重心とグリッド線、目標の座標上からのずれ量を、ベクトル１４１０を表示している。
　ずれ量１４１０が小さく視認性が低い場合は、図１５の倍率変更画面１５１１のベクトルサイズ変更用プルダウンメニュー１５１２で拡大したベクトル倍率を選択することができる。選択した倍率に合せた拡大ベクトル１４１３が表示される。詳細なパターンデータはデータ表示画面１５０１で確認が可能である。確認するデータ１５０２の種類１５０５から選択して表示させる。データはソートボタン１５０３で整列が可能である。また各種データの統計値１５０４も合わせて表示される。
　図１６にグループ化したデータのみフィルタリングして表示する例を示す。データグルーピングウィンドウ１６１０のチェックボックス１６１３で表示させたいデータグループを選択することができる。選択されたパターンのデータはSEM画像上１６００のずれ量ベクトル１６０１と連動しており、選択されたパターンのベクトルのみ色が変更されて表示される。また、選択されたデータは昇順ボタン１６１１、降順ボタン１６１２によってソートすることが可能である。
　図１７に出力データ種類を示す。Ｘ方向、Ｙ方向のずれ量だけでなく、次式で計算される距離ΔＧｒｉｄ(Ｒ)や角度ΔＧｒｉｄ(θ)も出力することが可能である。
ΔＧｒｉｄ(Ｒ)＝√(ΔＧｒｉｄ（ｘ）2＋ΔＧｒｉｄ（ｙ）2)
ΔＧｒｉｄ(θ)＝ａｒｃ＿ｔａｎ（ΔＧｒｉｄ（ｙ）／Δ）Ｇｒｉｄ（ｘ））
　図１８にプロセス変動等によりパターンが正常に形成されず欠損となった場合の出力例を示す。グリッドで定義された位置にパターンがない場合、データ表示画面では欠損が分かるような記号１８０２を表示する。またパターン検出数１８０３も例のように５から４となる。ＳＥＭ画像上の表示は登録されているデータの座標を使用してマーク１８００を表示する。
　図１９にグリッド計測のずれ量の分布図を示す。ユーザが指定した管理範囲を超えたずれがあったパターンはＳＥＭ画像上に表示されるベクトルの色を変更して表示する。分布はＸ／Ｙ方向だけでなく動径方向と角度方向にも表示することが可能である。
　これまで説明したグリッド線をＳＥＭ画像やＳＥＭ画像から得られる輪郭線データに重畳すると共に、グリッド線を基準とした測定を行う手法を、自己整合でパターンを２倍にするＳＡＤＰ（Ｓｅｌｆ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）によって形成されたパターンの測定に適用した例を図２０に示す。本例では、ラインパターン間に基準線（Ｇ４、Ｇ８、Ｇ１２）を設定する。自己整合によるパターニングによって形成されるパターンを評価する場合、適正な位置に測定基準を配置することによって、ＳＡＤＰの各工程でのプロセス状態を適正に評価することが可能となる。本例の場合は、スペースパターンの重心（パターンエッジの長手方向に対して垂直な方向における２つのエッジ間の重心位置）に基準線を設定し、当該基準線から所定距離（例えば設計データ上のスペースパターン幅の半分）離れた位置にエッジずれを評価するための基準線（Ｇ３、Ｇ５、Ｇ７、Ｇ９、Ｇ１１、Ｇ１３）を設定している。これら基準線を用いて、基準線と実際のエッジの位置の差分（例えば、Ｇ５－Ｅ３やＧ７－Ｅ４（Ｅはエッジ（或いはエッジに基づいて得られる輪郭線）の位置））を求めることによって、本来のエッジ位置に対する実際のエッジ位置のずれを求めることができる。
　なお、本例では、スペースパターンの重心位置への基準線（第１の基準線）の設定に基づいて、ずれ評価のための基準線（第２の基準線）の設定を行っているが、それは以下の理由による。
　図２６は、ＳＡＤＰによるパターン形成プロセスの一部を説明する図であり、形成されるパターンを断面方向から見た図である。まず基板２６００上に縮小投影露光装置を用いたパターニングによって、パターン２６０１が形成される。パターン２６０１が形成された基板２６００上に、マスク層２６０２が形成される。マスク層２６０２が形成された基板に対し、適切なエッチングを施すことによって、スペーサー２６０３とパターン２６０１が残った状態となり、更に、パターン２６０１がエッチングされることにより、スペーサー２６０３が残る。スペーサー２６０３は、露光装置によってパターニングされたパターン２６０１に対し、倍の密度をもって形成されているため、このスペーサーをマスクとしたエッチングを行うことによって、露光装置の露光限界を超えたパターニングが可能となる。
　以上のプロセスを経て形成されるパターンのライン部分は、マスク層２６０２の膜厚の程度やエッチング条件によって、エッジ位置やその重心が変化する可能性がある。一方、スペース部分は膜厚やエッチングの程度によって、エッジの位置が変化する可能性があるものの、その重心位置２６０４はこれら条件によっては変化しない。よって、ＳＡＤＰ固有のプロセスを評価する場合、スペース重心を基準とした測定を行うことによって、プロセスの変動によらず、高精度なプロセス評価を行うことが可能となる。
　図２１では、スペースの重心に基準線（４ｘ、８ｘ）が設定され、更にその間に均等配列されるように３本の基準線（５ｘ、６ｘ、７ｘ）が設定されている。更に、当該３本の基準線と等間隔で基準線（１ｘ、２ｘ、３ｘ、８ｘ、９ｘ、１０ｘ、１１ｘ）が配列されている。測定結果を参照すると、隣接するスペースパターンの寸法のばらつきが大きく、コアレジストパターンの寸法が管理範囲２１０１の限界に近いことがわかる。この傾向からスペーサー２６０３が小さめに形成されていることがわかる。また、この測定結果（相対距離）を横軸とし、出現頻度を縦軸としたヒストグラムを、ラインの右側と左側のそれぞれで作成すると、正常な場合は正常値を中心とした１つのピークが現れるのに対して、プロセス条件によっては、ピークが２つ現れることがある。これは、特定のプロセス条件によるパターン変動が、ラインパターンに１本おきに現れるＳＡＤＰ特有の現象であり、図２１に例示するような表示を入力装置８１５の表示装置に表示させることによって、操作者は視覚的に試料の出来栄えを把握することが可能となる。
　図２２は、上述の基準線の設定に基づくグリッド計測法を、自己整合でパターンを４倍化するＳＡＱＰ法（Ｓｅｌｆ ａｌｉｇｎｅｄ ｑｕａｄｒｕｐｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）に適用した例を示している。図２２はＳＡＱＰのプロセスが正常に行われた場合の、各工程での断面形状と、最終的に得られるパターンの平面形状を模式的に示す。また、得られるパターンの寸法とスペースの寸法を図に示した。ライン寸法とスペース寸法は目標の管理範囲内で良好に形成できている。この場合のグリッドのピッチ設定や位置合わせは各スペースの中心位置を基準として行えばよい。一方、通常のプロセスでは何らかのプロセスエラーが原因で、各寸法が目標から外れる事がある。
　図２３は最初のコアパターン形成でエラーが発生した場合の例を示す。コアパターンのＣＤが細く形成された場合、最終の寸法分布でＳ２のスペースＣＤが細り、Ｓ４のスペースＣＤが細る。その他のスペースはコアパターンの影響を受けないために、寸法は変動しない。また、特徴的なことは、Ｓ２，Ｓ４、Ｓ６は寸法は目標からずれているが、パターン中心の位置はグリッド上にあり、パターン中心位置は変動しない事が判る。一方、Ｓ２，Ｓ４、Ｓ６以外のスペースＣＤは目標値となっているが、スペース中心位置は目標グリッドからずれていることが判る。したがって、Ｓ２，Ｓ４、Ｓ６の中心位置を選択して、この中心座標を用いて、グリッドのピッチ設定や位置合わせを行い、配置されたグリッドと各ラインエッジの誤差を計測する。
　なお、ＳＡＱＰ等によって形成されるパターンは、同じようなパターンが連続して形成される繰り返しパターンであるため、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６の位置を同定することが困難となる場合がある。そのような場合は、例えばパターンの特徴の周期性を利用して基準線を設定すべきスペースパターンを同定することが考えられる。Ｓ２は２ｎｄスペーサのエッジ間に形成されるパターンであり、当該エッジは、他のエッジにはない、パターンの製造条件に応じた特徴を持っている。例えばＳＥＭ画像のある基準点２３０１からＳＥＭ画像上に現れる複数のエッジ（波形プロファイルのピーク位置）までの距離を測定すると、その測定結果が特定の出現周期ごとに分類できることがわかる。例えばＣＤ４とＣＤ１２間の距離（ＣＤ１２－ＣＤ４）ごとに、同じ種類のパターンエッジ（例えば、Ｓ１０、Ｓ１４、Ｓ１８・・・の左側エッジ）が現れ、異なる種類のエッジ毎に、距離に応じた分類を行うことができる。このような分類は、各測定結果について、複数の測定点の差分値による割り算を行い、特定の余りを持つもの（特定の周期で配列されているもの）毎に弁別することによって行うと良い。
　このような分類を行うことによって、同種の特徴を持つエッジ、或いはパターン単位での識別が可能となる。また、信号波形について、更にＳＡＱＰ等以外によって形成されるパターン領域（周期性を持たないパターン領域）との識別を行い、ＳＡＱＰ等によって形成されるパターンの始点を特定すると、既知のＳＡＱＰパターンの配列情報から、分類された測定結果がどのエッジを対象としたものなのか、その特定を行うことができる。演算処理装置８０３のグリッド設定部８０９では、上記のようなエッジ、或いはパターンの特定に基づいて、基準線を設定すべき領域を特定し、パターン重心演算部８１０の演算に基づいて、基準線の設定位置を特定する。なお、ＳＡＱＰのパターン開始点が予めわかっているような場合は、エッジの順番情報に基づいて特定対象パターンを選択するようにしても良い。
　図２４は１ｓｔスペーサの形成でエラーが発生した場合の例を示す。この例ではコアパターンは正常に形成されているが、１ｓｔスペーサが目標より厚く形成されている。Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７のスペースＣＤが目標より大きく形成されており、ほぼ同一寸法となっている。また、パターン中心は基準グリッドからずれていることが判る。
　一方、Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６は互いにＣＤは異なるが、スペースの中心はグリッドと一致している。したがって、Ｓ２，Ｓ４、Ｓ６の中心位置を選択して、この中心座標を用いて、グリッドのピッチ設定や位置合わせを行い、配置されたグリッドと各ラインエッジの誤差を計測する。以上のように、ＳＡＱＰでのグリッドピッチ設定、位置合わせは、例えば、以下の法則にしたがっておこなう。連続した任意のスペースパターンにおいて、一本おきにスペースの寸法がほぼ同一のパターン群以外の一本おきに寸法の異なるパターン群を認識し、このスペースパターンの中心位置を求める。
　以上のように、マルチパターニング工程前の露光工程にて作成されるパターンの重心位置を基準として、他の基準位置を設定したり、これら基準線からエッジのずれを評価することによって、マルチパターニング固有のずれを正確に特定することが可能となる。
　図２７は、配置されたグリッド（基準線）とエッジ（波形プロファイルのピーク、或いは抽出された輪郭線）との間の距離（ずれ量）を測定した結果をグラフ化した例を示す図である。図２７（ａ）はコアレジストパタンが－４ｎｍで形成された例、（ｂ）はコアレジストパタンが－４ｎｍ、さらに１ｓｔスペーサが＋１ｎｍで形成された場合。（ｃ）は（ｂ）の状態にさらに２ｎｄスペーサが＋１ｎｍで形成されている場合、（ｄ）は１ｓｔスペーサが－２ｎｍで形成された場合の例を示す。図の横軸はエッジのＮｏで、たとえばエッジ１とエッジ２の間にでラインが形成されている。エッジ２とエッジ３との間はスペースとなる。図からわかるように、（ａ）のようにコアパターンのみが変動した場合はエッジ４本毎に＋シフト、－シフトを繰り返す。（ｂ）の２種類のプロセス変動があった場合、２段階のエッジのずれが見られる。また、（ｃ）のように３種類のプロセス変動が重なった場合３段階のエッジずれとなる。また、（ｄ）のように（ａ）と同様に１種類のプロセス変動がある場合でも、１ｓｔスペーサの変動の場合は、変動しないエッジが４本存在する。また、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で共通に見られのは、エッジ４とエッジ５、エッジ８とエッジ９、エッジ１２とエッジ１３では互いに＋、－で対称になっており、それらのエッジで作られたスペースパターンの中心座標が０であることを示している。
　以上のように、エッジずれの分布を解析することにより、プロセスのエラーを検知することが可能である。すなわち、理想状態からのエッジのずれ量を解析することによって、単にライン寸法のみやスペース寸法のみの情報解析を行う場合と比較して、すべての情報を含んで解析できる点に特徴があり、プロセス変動等に検出に有効である。
　また、上述のようなマルチパターニングの際のずれ要因に対する測定結果の組み合わせを予めデータベース化しておくことによって、当該データベースの参照に基づく、プロセス変動要因の特定が可能となる。より具体的には、例えばメモリ８０５に、ずれ量の発生パターン（発生するずれの符号や、ずれ量間の相対的な大きさの関係情報）と、プロセス変動要因との関係を示すデータベースを予め登録しておき、当該データベースに測定処理実行部８０８から出力される測定結果を参照することによって、プロセス発生要因を抽出するようにする。プロセス発生要因情報を、入力装置８１５の表示装置に出力可能としておくことによって、操作者は、自ら測定結果の解析を行うことなく、プロセス変動要因を特定することが可能となる。
　図２５は自己整合のラインパターンを水平方向と垂直方向に形成し、それらのスペース部分で重なり合った部分にホールパターンを形成するプロセスの模式図である。プロセスの変動などを管理するため、ユーザは４つのグループに分けてホールパターンを計測して、各グループの平均値を出力する。レシピの登録時、従来はすべのホールパターンにグループを考慮しながら測長カーソルを配置する必要があった。本発明のグリッド線のＩＤを組み合わせることによりグループを定義することが可能となる。表に示すようにグループ１はＲｏｗ/Ｃｏｌｕｍｎとも奇数番、グループ２はＲｏｗが偶数番、Ｃｏｌｕｍｎが奇数番というように少ないパラメータ設定で測長カーソル配置とグループ定義が可能となる。
　図４０に規則的に整列したホールパターンのグリッド計測例を示す。グリッド４００２はあらかじめ用意されている図４８に示す格子選択とピッチ入力で定義することもできるし、画像からパターン認識やブロブ解析などを利用してパターン重心４００１の座標群からピッチ４０１３と格子種類を計算することも可能である。
　このようにして決定したグリッド４００２の交点すべてで計測を実行する。パターン計測において検出されたエッジ点から計算された重心４０１１とグリッド４００２の交点のうち再近傍の交点とのずれを計測することによって理想の位置からのずれを統計的に把握することが可能となる。また直径４０１２やピッチ４０１３なども同時に計測することができる。計測時のエッジ検出ができないパターン４００３は欠陥として判断することができる。
　図４１にホールパターンの計測値の度数分布の表示例をしめす。ｘ軸４１０１はパターン径４１０８やピッチ４１０６のサイズや円形度４１０８などの比率などである。ｙ軸はパターンやピッチといった計測したものの度数である。図４１の表示例では計算に使用した全パターン数４１０５、欠陥として判断したパターン数４１１０、パターン径のヒストグラム４１０２やピッチのヒストグラム４１０６、円形度のヒストグラム４１０４などを同時に表示している。これらのヒストグラムの重心や正規分布などのフィティング曲線４１０６をあてはめることによりパターンの平均径４１０８やピッチの平均径４１０７、円形度の平均４１０９を計算して表示する。また３σなどのばらつきも計算して表示することができる。
　このように画面内の複数パターンの統計データを視覚的に表示することで製造工程の安定性などが把握しやすくなる。パターン重心とグリッドからずれは図１９で示した２次元の分布として表示することも可能である。他に出力するデータとして欠陥数と全検出パターン数の比率やパターン間の方向の分布などがある。
　規則性を持ったグリッドを定義するため方法としてまず図４３、図４４、図４６、図４７に示す４つの格子を選択して決定する。図４３は斜方格子、図４４は六角格子、図４５は矩形格子、図４６は平行体格子を示している。これらはＤＳＡパターンの類型に応じて、グリッド計測に用いられる。
　次に各格子のピッチサイズを入力する。なお、図４７に示すように選択する格子の種類によって入力するピッチが異なる。
　図４２にＤＳＡで形成されたパターン４２０１のグリッド計測例を示す。パターン４２０３はフォト工程やエッチング工程などの従来の工程で形成されたパターンである。それらのパターンのうちリソグラフィで形成したパターン４２０３のピッチ４２１３は精度よく形成されているため、ガイドパターンとしてガイドグリッド４２０４を生成するのに使用する。図４２の例ではガイドパターン自体も計測対象となる。また隣り合うガイドパターン間には２つのＤＳＡパターンが形成されており、特にガイドパターンから最も距離があるパターン４２０５は他のパターンと区別して位置ずれを計測する必要がある。このような場合でもＬ０（ｋ）、Ｌ６０（ｍ）、Ｌ１２０（ｎ）のように個々のパターン位置を指定し、グルーピングすることができる。
　なお、本計測ではピッチのみを指定すればＤＳＡ前のフィンガープリントでも平均ピッチや角度分布などを計測することが可能である。
　ウェハ製造段階で製造部門が入手できる設計データは、通常、ＤＳＡではガイドパターン、ＳＡＤＰ・ＳＡＱＰではコアパターンしかない場合がある。特に、ファウンドリと呼ばれるファブレス（工場を持たない半導体製造会社）からの委託に基づいて、半導体製造を行う事業者の場合、露光装置に用いられるマスクパターンのデータ（試料上に露光されるパターンのデータ）は入手できるものの、マスクパターンには現れないガイドパターン内に配列するパターンや、自己整合によって配列するパターンのデータが入手できない場合がある。
　一方、ファウンドリにて、半導体デバイスの出来栄えを評価するためのパターン測定を行う場合、ＤＳＡ等によって形成されたパターンも重要な評価対象の１つであるが、もとの設計情報がないと適正な評価を行うことが困難となる場合がある。以下に、もとのレイアウトデータ等がない場合であっても、ＤＳＡ等によって形成されたパターンを適正に評価する装置、及び当該評価を行うためのコンピュータープログラムについて説明する。
　ＤＳＡの１つの矩形ガイドパターンから１つのホールを作成する場合の画像生成例を図２８に示す。設計データのガイドパターン２８０１と、ＤＳＡ形状・大きさ情報から、ウェハに作られるパターンであるホール形状２８０３と、ホール重心２８０４を生成する。
　ガイドパターン２８０１のデータやＤＳＡの大きさ情報は、例えばメモリ８０５に予め登録しておき、パターン重心演算部８１０の演算に供される。ガイドパターンは縮小投影露光装置によって投影されるパターンであり、このようなパターンデータをメモリ８０５に予め登録しておく。
　グリッド設定部８０９では、複数のパターンから、ピッチＸ２８０５・ピッチＹ２８０６を計算する。そのピッチ情報から基準線Ｘ２８０７・基準線Ｙ２８０８を計算する。
　図２９に計測結果の表示例を示す。ＳＥＭ画像上の計測パターン位置は、例えばアライメント用設計データ２９０９とＳＥＭ画像のアライメント用パターンエッジ２９１０とのテンプレートマッチングで検出することができる。ＳＥＭ画像から計測パターンエッジ２９０２を検出し、計測パターン重心２９０３も算出する。さらに、基準線Ｘ２９０６と基準線Ｙ２９０７からずれ量２９０５も算出する。それらを、設計データから生成した画像にオーバーレイ表示する。図２９に例示したように、上記実施例によれば、マスクパターンデータのようなＤＳＡパターン情報が欠落したデータであっても、適正な測定基準の設定が可能となり、結果としてＤＳＡパターンを高精度に評価することが可能となる。
　図３０を用いて設計データを使用した場合のグリッド線を生成する方法を説明する。演算処理装置８０３は、設計データ記憶媒体８１４に記憶されている設計データを読込む（Ｓ３００１）。設計データは外部ネットワークやメディアによって取得したものでもよい。次に、入力装置８１５から、ＤＳＡ／ＳＡＤＰ／ＳＡＱＰ等の特性情報をユーザが指定する（Ｓ３００２）。特性情報とは、ＤＳＡであれば、形状、大きさやピッチ等の値である。ＳＡＤＰ／ＳＡＱＰであれば、スペーサ作成回数とスペーサ幅等の値である。視野サイズや位置を指定し（Ｓ３００３）、パターン形状と重心を生成する（Ｓ３００４）。複数の重心からピッチを計算する（Ｓ３００５）。ピッチよりグリッド線を生成する（Ｓ３００６）。生成したものを表示装置に表示する（Ｓ３００７）。
　重心、基準線、計測パターンエッジ等の生成物を設計データと同じ形式で装置外に出力する。例えば、重心座標をマークで、基準線座標を線で、計測パターンエッジを多角形で出力する。そのことにより、解析や設計データへのフィードバックが容易になる。
　ＤＳＡの１つの矩形ガイドパターンから複数のホールを作成する場合の画像生成例を図３１に示す。設計データのガイドパターン３１０１とＤＳＡ形状・大きさ情報から、ウェハに作られるパターンであるホール形状３１０３・ホール重心３１０４を生成する。なお、多くの場合、ＤＳＡパターンはガイドパターン内に均等配列されるので、１のピッチ情報の入力によって、その設定を行うことができる。また、予めピッチ情報がわかっている場合には、ピッチ情報は入力する必要がなく、パターンの形状情報と大きさ情報の設定によって、適正な基準位置を設定することが可能となる。以上のようにして設定された複数のパターンの重心位置に基づいて、ピッチＸ３１０５・ピッチＹ３１０６を計算する。そのピッチ情報から基準線Ｘ３１０７・基準線Ｙ３１０８を計算する。
　図３２に計測結果の表示例を示す。ＳＥＭ画像から計測パターンエッジ３２０２を検出し、計測パターン重心３２０３も算出する。さらに、基準線Ｘ３２０６と基準線Ｙ３２０７からずれ量３２０５も算出する。それらを、設計データから生成した画像にオーバーレイ表示する。
　上記実施例によれば、ガイドパターン内に複数のパターンが組織化される場合であっても、適正な位置に測定基準を設定することができ、結果として高精度な測定を行うことが可能となる。
　ＤＳＡの１つの矩形以外の形状のガイドパターンから複数のホールを作成する場合の画像生成例を図３３に示す。設計データのガイドパターン３３０１とＤＳＡ形状・大きさ情報から、ウェハに作られるパターンであるホール形状３３０３・ホール重心３３０４を生成する。複数のパターンから、ピッチＸ３３０５・ピッチＹ３３０６を計算する。そのピッチ情報から基準線Ｘ３３０７・基準線Ｙ３３０８を計算する。
　図３４に計測結果の表示例を示す。ＳＥＭ画像から計測パターンエッジ３４０２を検出し、計測パターン重心３４０３も算出する。さらに、基準線Ｘ３４０６と基準線Ｙ３４０７からずれ量３４０５も算出する。それらを、設計データから生成した画像にオーバーレイ表示する。
　上述のようにガイドパターンは矩形状のものだけではなく、Ｌ字型や他の形状であることもあるため、メモリ８０５に予めガイドパターンの形状に応じたパターンの配列条件を記憶しておくことによって、ＤＳＡパターンの大きさ情報等の入力によって、設計データ上のパターンの重心を再現することが可能となる。グリッド設定部８０９では、メモリ８０５に記憶されたパターンの配列条件と、設定されたパターンの大きさ情報等をもとに、設計データ上のパターンの重心位置を再現し、測定基準として設定する。
　　以上のような構成によれば、操作者は特にガイドパターンの形状を意識することなく、適正な位置に測定基準となるパターン重心を設定することが可能となる。
　ＤＳＡの１つの矩形のガイドパターンから複数のラインを作成する場合の画像生成例を図３５に示す。設計データのガイドパターン３５０１とＤＳＡ形状・大きさ情報から、ウェハに作られるパターンであるライン形状３５０３・ライン重心３５０４を生成する。複数のパターンから、ピッチＸ３５０５を計算する。そのピッチ情報とライン重心から基準線Ｘ３５０６・基準線Ｙ３５０７を計算する。
　図３６に計測結果の表示例を示す。ＳＥＭ画像から計測パターンエッジ３６０２を検出し、計測パターン重心３６０３も算出する。さらに、基準線Ｘ３６０６と基準線Ｙ３６０７からずれ量３６０８も算出する。それらを、設計データから生成した画像にオーバーレイ表示する。
　ＳＡＱＰのコアパターン（縮小投影露光装置によってパターニングされるパターン）から複数のラインを作成する場合の画像生成例を図３７に示す。設計データのコアパターン３７０１とユーザが指定したＳＡＱＰのスペーサ幅情報から、ウェハに作られるパターンである１ｓｔスペーサ３７０２、１ｓｔスペーササイドウォール３７０３、２ｎｄスペーサ３７０４、２ｎｄスペーササイドウォール３７０５を生成する。
　図３８に、設計データに基づくパターンデータ生成法を例示する。設計データのコアパターン３８０１を１ｓｔスペーサ幅の増加分太らせ、１ｓｔスペーサ３８０２を生成する。１ｓｔスペーサ３８０２から１ｓｔスペーサ３８０２を削除し、１ｓｔスペーササイドウォール３８０３を生成する。１ｓｔスペーササイドウォール３８０３を２ｎｄスペーサ幅の増加分太らせ、２ｎｄスペーサ３８０４を生成する。２ｎｄスペーサ３８０４から１ｓｔスペーササイドウォール３８０３を削除し、２ｎｄスペーササイドウォール３８０５を生成する。
　図３９にカッティング後の生成方法例を示す。２ｎｄスペーササイドウォール１１２０２から設計データのカッティングパターン３９０１を削除し、ＳＡＱＰパターン３９０３を生成する。ＳＡＱＰパターン３９０３からライン重心３９０４を算出する。複数のライン重心から、基準線Ｘ３９０５と基準線Ｙ３９０６を計算する。ＳＡＤＰは２ｎｄスペーサが無いので、その部分を実施しなければ良い。
　また、例えば、図２３に例示したスペースパターンの重心位置（Ｓ２、Ｓ６の重心位置）と、上述のようにして求められたライン重心３９０４の内、Ｓ２、Ｓ６の重心位置に相当するライン重心を重ね合わせ、その他の重心位置間のずれを測定することによって、マルチパターニング由来のプロセス変動を適正に評価することが可能となる。
　なお、重心位置Ｓ２とＳ６の双方の重ね合わせが適正に行えないときは、マルチパターニング工程ではなく、フォトマスクや露光工程等のプロセス条件に起因するパターンずれが発生している可能性があるので、例えばＳ２、Ｓ６の一方の重心位置間で位置合わせを行い、他方の重心位置間のずれを評価することによって、マルチパターニング前の工程に由来するパターンずれを評価することが可能となる。更に、マルチパターニング由来のパターンずれを評価する場合には、例えば、Ｓ２の重心位置間のずれとＳ６の重心位置間のずれの加算値が最小となるように、基準画像データとＳＥＭ画像に由来する測定対象画像との位置合わせを実行し、その上で他の重心位置（例えばＳ２、Ｓ６以外の重心位置）間のずれを評価することによって、マルチパターニング工程由来のずれを評価することができる。
　特性情報をユーザが設定する画面例を図４８に示す。高分子化合物の形状を選択ボックス４８０１で設定することができる。高分子化合物のパターン幅を入力ボックス４８０２で設定することができる。高分子化合物のピッチ幅を入力ボックス４８０３で設定することができる。
　ＤＳＡパターンの生成例を図４９に示す。設計データのガイドパターン４９０１内に、設定された高分子化合物のパターン幅４９０３、ピッチ幅４９０３の位置に、パターン形状の画像を生成する。ピッチ幅は、パターン周りのガイドパターンや他のＤＳＡパターンに適用する。
１０１　電子源
１０２　引出電極
１０３　一次電子線（荷電粒子ビーム）
１０４　第一コンデンサレンズ
１０５　絞り
１０６　第二コンデンサレンズ
１０７　二次電子検出器
１０８　アライメントコイル
１０９　偏向コイル
１１０　対物レンズ
１１１　試料
１１２　ステージ
１１３　試料室
１１４　二次電子
１１５　高電圧制御装置
１１６　第一コンデンサレンズ制御部
１１７　第二コンデンサレンズ制御部
１１８　二次電子信号増幅器
１１９　アライメント制御部
１２０　偏向信号増幅器
１２１　対物レンズ制御部
１２２　偏向信号制御部
１２３　画像処理プロセッサ
１２４　二次電子像表示装置

Claims (11)

  1. 　試料にビームを照射することによって得られるデータを用いて、前記試料に形成されたパターン間の寸法を測定する演算装置を備えたパターン測定装置において、
    　前記演算装置は、前記ビームを照射することによって得られる被測定データから、前記試料に形成されたパターンの重心を抽出し、当該抽出された重心と、測定始点或いは測定終点となる基準が設定される測定基準データとの間で位置合わせ処理を実行し、当該位置合わせされた測定基準データの前記測定始点或いは測定終点と、前記被測定データに含まれるパターンの重心、或いはエッジとの間の寸法を測定することを特徴とするパターン測定装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記測定始点或いは測定終点は、所定の間隔で複数配列されることを特徴とするパターン測定装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記複数の測定始点或いは測定終点は、自己誘導組織化プロセスによって生成されるパターン間の理想的な間隔分、或いはマルチパターニング法によって生成されるパターン間の理想的な間隔分、離間して配列されることを特徴とするパターン測定装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記測定基準データには、前記重心との間で位置合わせされる位置合わせ基準位置が設定され、前記測定始点或いは測定終点は、当該位置合わせ基準位置の位置合わせに基づいて設定されることを特徴とするパターン測定装置。
  5. 　請求項４において、
    　前記演算装置は、自己誘導組織化プロセスによって生成されるパターンの重心位置を前記位置合わせ基準位置として前記位置合わせ処理を実行することを特徴とするパターン測定装置。
  6. 　請求項４において、
    　前記演算装置は、マルチパターニング法によって生成されるパターン間のスペースの重心位置を前記位置合わせ基準位置として位置合わせ処理を実行することを特徴とするパターン測定装置。
  7. 　コンピューターに、試料にビームを照射することによって得られるデータを用いて、前記試料に形成されたパターン間の寸法を測定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、前記ビームを照射することによって得られる被測定データから、前記試料に形成されたパターンの重心を抽出させ、当該抽出された重心と、測定始点或いは測定終点となる基準が設定される測定基準データとの間で位置合わせ処理を実行させ、当該位置合わせされた測定基準データの前記測定始点或いは測定終点と、前記被測定データに含まれるパターンの重心、或いはエッジとの間の寸法を測定させることを特徴とするコンピュータープログラム。
  8. 　試料にビームを照射することによって得られるデータを用いて、前記試料に形成されたパターン間の寸法を測定する演算装置を備えたパターン測定装置において、
    　前記演算装置は、縮小投影露光装置を用いたパターニングによって形成されるパターンデータを取得し、当該パターンデータに基づいて、当該パターンデータのパターン間、或いは当該パターン内に、自己誘導組織化プロセスによって生成されるパターン、或いはマルチパターニング法によって形成されるパターンの重心位置を求めることを特徴とするパターン測定装置。
  9. 　請求項８において、
    　前記パターンデータは、自己誘導組織化プロセスに用いられるガイドパターンデータであることを特徴とするパターン測定装置。
  10. 　請求項８において、
    　前記パターンデータは、マルチパターニング法に適用されるコアパターンデータであることを特徴とするパターン測定装置。
  11. 　コンピューターに、試料にビームを照射することによって得られるデータを用いて、前記試料に形成されたパターン間の寸法を測定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、縮小投影露光装置を用いたパターニングによって形成されるパターンデータを取得させ、当該パターンデータに基づいて、当該パターンデータのパターン間、或いは当該パターン内に、自己誘導組織化プロセスによって生成されるパターン、或いはマルチパターニング法によって形成されるパターンの重心位置を求めさせることを特徴とするコンピュータープログラム。
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