WO2015159705A1 - 荷電粒子線装置および検査装置 - Google Patents

荷電粒子線装置および検査装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015159705A1
WO2015159705A1 PCT/JP2015/060205 JP2015060205W WO2015159705A1 WO 2015159705 A1 WO2015159705 A1 WO 2015159705A1 JP 2015060205 W JP2015060205 W JP 2015060205W WO 2015159705 A1 WO2015159705 A1 WO 2015159705A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
line
pattern
charged particle
sample
edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/060205
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山口　敦子
井上　修
洋揮 川田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Technologies Corp, Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Technologies Corp
Priority to US15/303,813 priority Critical patent/US9824938B2/en
Priority to KR1020167027412A priority patent/KR101842055B1/ko
Publication of WO2015159705A1 publication Critical patent/WO2015159705A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/20—Masks or mask blanks for imaging by charged particle beam [CPB] radiation, e.g. by electron beam; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/7015—Details of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70275—Multiple projection paths, e.g. array of projection systems, microlens projection systems or tandem projection systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/7085—Detection arrangement, e.g. detectors of apparatus alignment possibly mounted on wafers, exposure dose, photo-cleaning flux, stray light, thermal load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/285—Emission microscopes, e.g. field-emission microscopes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P74/00—Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P74/00—Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices
    • H10P74/20—Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices characterised by the properties tested or measured, e.g. structural or electrical properties
    • H10P74/203—Structural properties, e.g. testing or measuring thicknesses, line widths, warpage, bond strengths or physical defects
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P76/00—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography
    • H10P76/40—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials
    • H10P76/405—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials characterised by their composition, e.g. multilayer masks
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P76/00—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography
    • H10P76/40—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials
    • H10P76/408—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials characterised by their sizes, orientations, dispositions, behaviours or shapes
    • H10P76/4083—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials characterised by their sizes, orientations, dispositions, behaviours or shapes characterised by their behaviours during the lithography processes, e.g. soluble masks or redeposited masks
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P76/00—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography
    • H10P76/40—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials
    • H10P76/408—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials characterised by their sizes, orientations, dispositions, behaviours or shapes
    • H10P76/4085—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials characterised by their sizes, orientations, dispositions, behaviours or shapes characterised by the processes involved to create the masks
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P76/00—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography
    • H10P76/40—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials
    • H10P76/408—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising inorganic materials characterised by their sizes, orientations, dispositions, behaviours or shapes
    • H10P76/4088—Processes for improving the resolution of the masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/22—Treatment of data
    • H01J2237/221—Image processing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24592—Inspection and quality control of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2809—Scanning microscopes characterised by the imaging problems involved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2814—Measurement of surface topography
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/3175—Lithography
    • H01J2237/31761—Patterning strategy
    • H01J2237/31762—Computer and memory organisation

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus and an inspection apparatus.
  • a new technology for forming patterns with smaller pitches has been introduced because the typical dimensions of patterns (hereinafter referred to as CD) are 30 nm or less.
  • CD typical dimensions
  • a typical one is a process called Self-aligned double patterning (SADP).
  • SADP Self-aligned double patterning
  • this method after a resist pattern is formed by conventional lithography, a film is formed on the entire surface, and etching is performed to form a pattern on the side wall of the resist pattern. Thereby, it is possible to form a dense pattern having a pitch that is half the pitch of the pattern created by the first lithography.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a pattern for explaining a process of forming fine lines and spaces using SAQP.
  • 1 (a) to 1 (f) show the process of forming a line pattern by the first SADP
  • FIGS. 1 (g) to 1 (i) form the line pattern by the second SADP. The process is shown.
  • a resist layer 121 patterned in a line shape is formed on the silicon oxide film 126, the silicon nitride film 125, the silicon oxide film 124, the carbon film 123, and the antireflection film 122, which are sequentially stacked from the bottom (FIG. 1A). )).
  • a silicon oxide film 131 is formed so as to cover the resist layer 121 (FIG. 1B). Note that although there is only one resist layer 121 in the drawing, a large number of resist layers are actually formed.
  • the silicon oxide film 131 is anisotropically etched to form line-shaped silicon oxide films 131 on both sides of the resist layer 121 (FIG. 1C).
  • the resist layer 121 is removed by ashing or the like (FIG. 1D).
  • the laminated film of the antireflection film 122 and the carbon film 123 is etched anisotropically to form a line-shaped laminated film (FIG. 1E).
  • the antireflection film 122 is removed (FIG. 1 (f)). Thereby, it is possible to form a dense pattern having a pitch that is half the pitch of the pattern created by the first lithography.
  • the silicon oxide film 141 is etched by anisotropic dry etching, so that the line-shaped silicon oxide film 141 is formed on both sides of the carbon film 123. It is formed (FIG. 1 (g)).
  • the carbon film 123 is removed (FIG. 1 (h)).
  • anisotropic etching is performed using the silicon oxide film 141 as a mask to form a laminated film of the line-shaped silicon oxide film 124 and the silicon nitride film 125 (FIG. 1 (i)).
  • the pitch can be further divided with respect to the pattern formed by SADP.
  • the said material is an example and is not limited to the said material.
  • Fig. 1 (i) shows the final pattern shape, but there is also a possibility that pattern inspection may be performed after removing the etching mask material remaining at the top of the line.
  • reference numerals 1, 2 and 3 indicate space portions in the final shape.
  • Reference numerals 101 to 108 denote the edges of the line pattern to be noted.
  • one line formed by conventional lithography first becomes four lines. For this reason, the characteristics of the line and space patterns (CD and edge irregularities) fluctuate with a period of 4 lines and spaces.
  • the center of the space corresponds to the center of the resist line pattern formed by the first lithography (mandrel: in FIG. 1)
  • the space portion indicated by reference numeral 1) is referred to as an initial core.
  • the portion where the film deposited on the outer side of the first resist pattern side wall finally becomes a space is defined as a second core (space portion indicated by reference numeral 2 in FIG. 1), and a space that is neither of these. Is defined as a gap (space portion indicated by reference numeral 3 in FIG. 1).
  • FIG. 2 shows a case where the CD of the last formed line pattern is not uniform.
  • the phenomenon in which thick and thin lines alternate as shown in FIG. 2 may be seen when film deposition with anisotropy occurs during film formation.
  • FIG. 3 shows a case where the space CD is not uniform. There are various causes for this, which will be described later.
  • a normal wafer manager pays attention to the dimension of the line pattern. In this case, even if the dimension of the line pattern is correct, the position of the line is shifted.
  • CD-SEM scanning electron microscope
  • the reason why inspection is difficult is that a large number of processes are required until a final pattern is obtained, so that a dimensional abnormality related to a plurality of process problems occurs.
  • the dimension inspection it is necessary not only to detect a dimension abnormality but also to obtain a clue for identifying the process that caused the abnormality.
  • An index or algorithm for pointing out the problem is required from the pattern data resulting from a plurality of processes.
  • the SAQP process has a problem of misalignment in addition to detecting dimensional anomalies and estimating problem processes.
  • the variation of the space CD causes the following problems.
  • the pattern position at the time of the first resist pattern formation is as designed, that is, when it can be formed at an appropriate position with respect to the lower layer pattern, it is determined that the amount of overlay between layers is sufficiently small, and due to this overlay deviation We expect that the degradation of device performance is small.
  • the line pattern position is shifted as a result of SAQP, the positional shift between the individual pattern and the lower layer or upper layer pattern is large. Since the overlay deviation is not recognized at the time of pattern exposure, there is a possibility of causing an unexpected element failure. However, a method for detecting this has not yet been found.
  • the first is a technique for distinguishing line patterns and space patterns that look the same but are formed by different processes. For this purpose, it is only necessary to identify the position where the first resist pattern occupied, that is, where the initial core corresponds, among the four types of space patterns that all look the same.
  • the simplest method for realizing the first technology is to widen the imaging range and place the end of the line pattern group in one image.
  • this method is used, an area that does not fit within the imaging range of one image cannot be inspected.
  • a method of increasing the size of the image can be considered, improvement of hardware is required to realize this.
  • Patent Document 1 In the case of the SADP pattern, the method shown in Patent Document 1 has been proposed.
  • SAQP there are three types of space patterns: initial core, second core, and gap.
  • initial core In the case of SAQP, only the core and gap are used.
  • an edge formed by depositing a film on the outer side of the core that is, an edge sandwiching the gap, utilizes a phenomenon that unevenness is reduced as compared with the left and right edges of the core region.
  • Edge irregularities that is, line edge roughness, are calculated for each edge, the left and right edges of the space are paired, the average of the LER of the edges belonging to the pair is calculated, and the pair of edges having a large LER value is judged to belong to the core .
  • Patent Document 1 The inventors examined the possibility of applying the method of Patent Document 1 to SAQP. As a result, it seemed possible to apply this method to SAQP in principle. However, as a result of examining this method in more detail, the problem that the reliability of judgment deteriorates was found.
  • the edge property Assuming that the LER is transferred to a smaller value every time the film is formed, the LER of the edge 103 and 106, which is the result of transferring the edge formed by the first lithography in FIG. Edges 102 and 107 resulting from the transfer of the film formed in the second film formation have a smaller LER. Further, the edges 101 and 108 formed by the second film formation have LERs smaller than the edges 102 and 107, and the edges 104 and 105 have LERs smaller than the edges 103 and 106. As described in Patent Document 1, attention is paid to a space, and it is considered to take an average of LERs of both edges sandwiching the space.
  • the LER does not always decrease in the same manner in the first and second film formation. If the LER reduction effect in the second film formation is large, the LER average value of the edge sandwiching the initial core and the LER average value of the edge sandwiching the gap appear to be approximately the same. Third, as a result of lithography or etching, the LER may be slightly different between the left and right edges. Even in such a case, the difference becomes invisible by averaging the LER. For these reasons, the position of the initial core is often mistaken for a gap when applied to an actual pattern.
  • Patent Document 1 is not used to specify the initial core, it may be used only for the second SADP part, that is, only the second core is specified. There is. Although it can be distinguished if it is observed at the stage of FIG. 1 (h), at the stage of FIG. 1 (i), the conditions for etching and resist removal are appropriate, and all line patterns have the same cross-sectional shape. When the surface of the base is formed so as to have the same physical property, the side wall shape of the edges 101, 104, 105, and 108 is equal to the side wall shape of the edges 102, 103, 106, and 107. Even at the stage of FIG. 1 (h), as long as the influence of film deposition is small and the roundness of the top is small, the distinction is not possible as in FIG. 1 (i). Therefore, even in the second core identification according to the application of Patent Document 1, the probability of the judgment is lowered.
  • An object of the present invention is to provide a charged particle beam apparatus and an inspection apparatus capable of specifying the position of an initial core with high accuracy even in a fine line & space pattern formed by using SADP multiple times.
  • a charged particle source A plurality of lines formed by covering the line-shaped first pattern formed on the laminated film and performing film deposition to form a line-shaped second pattern on both side walls of the first pattern twice or more.
  • a sample stage on which a sample having a line pattern is placed;
  • An irradiation optical system for irradiating the sample placed on the sample stage with charged particles emitted from the charged particle source as a charged particle beam;
  • a detector for detecting secondary charged particles emitted from the sample by irradiation of the charged particle beam;
  • a display unit for displaying image data of the surface of the sample obtained based on the signal of the secondary charged particles detected by the detector; Based on the image data, a calculation unit that calculates a line edge roughness value that is an index of unevenness of line edges of a plurality of line-shaped patterns arranged adjacent to each other in the sample;
  • a charged particle beam apparatus comprising: a determination unit that compares the line edge roughness values in the plurality of line-shaped patterns and determine
  • a charged particle source The sample is formed by covering the line-shaped first pattern formed on the laminated film and performing film deposition to form a line-shaped second pattern on both side walls of the first pattern twice or more.
  • a sample stage on which a sample having a plurality of line-shaped patterns is placed;
  • An irradiation optical system for irradiating the sample placed on the sample stage with charged particles emitted from the charged particle source as a charged particle beam;
  • a detector for detecting secondary charged particles emitted from the sample by irradiation of the charged particle beam;
  • a display unit for displaying image data of the surface of the sample obtained based on the signal of the secondary charged particles detected by the detector; Based on the image data, a calculation unit that calculates the similarity of the left and right edge shapes of a plurality of adjacent spaces arranged in the sample;
  • a determination unit that determines a position of a second core that is the second pattern formed on both sides of the first pattern based on the similarity between the left and right edge shapes in the line
  • a charged particle source A plurality of lines formed by covering the line-shaped first pattern formed on the laminated film and performing film deposition to form a line-shaped second pattern on both side walls of the first pattern twice or more.
  • An irradiation optical system for irradiating the sample placed on the sample stage with charged particles emitted from the charged particle source as a charged particle beam;
  • a detector for detecting secondary charged particles emitted from the sample by irradiation of the charged particle beam;
  • a display unit for displaying image data of the surface of the sample obtained based on the signal of the secondary charged particles detected by the detector;
  • a similarity calculator that calculates the similarity of the shape of the center variation of adjacent lines as the center variation of the line;
  • a position determination unit that determines the position of the line-shaped pattern formed before the last film deposition based on the similarity of the uneven shape of the edge or the similarity of the shape of the center variation of the line;
  • a roughness value calculation unit that calculates a line edge roughness value that is an index of unevenness of line edges of the plurality of line-shaped patterns arranged adjacent to each other;
  • An initial core determination unit that determines the position of the initial core that is the center of the first pattern based on the position of the line-shaped pattern formed before the last film deposition and the line edge roughness value.
  • a display unit that displays image data of a surface of the sample obtained by irradiating a sample having a plurality of line-shaped patterns with a charged particle beam; and on the left and right sides of a plurality of spaces arranged adjacent to each other based on the image data
  • a calculation unit for calculating the similarity of the edge shape A determination unit that determines the position of a second core that is the second pattern formed on both sides of the first pattern based on the similarity between the left and right edge shapes in the line pattern or the space, It is set as the inspection apparatus characterized by having.
  • a similarity calculator that calculates the similarity of the shape of the center variation of adjacent lines as the center variation of the line;
  • a position determination unit that determines the position of the line-shaped pattern formed before the last film deposition based on the similarity of the uneven shape of the edge or the similarity of the shape of the center variation of the line;
  • a roughness value calculation unit that calculates a line edge roughness value that is an index of unevenness of line edges of the plurality of line-shaped patterns arranged adjacent to each other;
  • An initial core determining unit that determines the position of the initial core that is the center of the first pattern based on the position of the line-shaped pattern formed before the final film deposition and the line edge roughness value; The inspection device.
  • the position of the initial core can be specified even for a pattern formed by using SADP multiple times.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view when a film is deposited so as to cover a sidewall of a fine pattern. It is a pattern cross-sectional schematic diagram which shows the location measured by this invention. It is an example of the flowchart for specifying the initial core specification demonstrated in the 1st Example of this invention.
  • FIG. 1 It is an example of a table or the like displayed on the operation terminal screen in the second embodiment of the present invention, (a) is a table showing the center position of each pattern when the x-axis origin, and (b) is a line pattern The input screen of the design value of the pitch and the overlay deviation amount is shown. It is an example of the table
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a pattern showing a fine pattern processing step to which the present invention is applied in the third embodiment of the present invention, wherein (a) to (c) are pattern formation steps by the first SADP, and (d) to (d) (e) shows the second pattern formation process by SADP, and (f) to (g) show the third pattern formation process by SADP.
  • It is a schematic diagram of the observation image obtained in the 3rd Example of this invention. It is an example of the table of the LER value calculated in the 3rd Example of this invention, and displayed on the operating terminal screen.
  • the present invention obtains the distribution of the LER value of the pattern edge from the CD-SEM image that does not include the end of the line pattern group, the similarity of the shape of the left and right edges of the space, or along the line at the center position of the adjacent line.
  • FIG. 4A A CD-SEM image as shown in FIG. 4A is acquired, and in the image, the direction parallel to the line is y, and the vertical direction is x.
  • FIG. 4A A cross-sectional view of the observation object corresponding to the CD-SEM image of FIG. 4A is shown in FIG.
  • the diagonal lattice pattern portion in FIG. 4A corresponds to a space area.
  • the line pattern edges in the image are numbered. For example, numbers 1, 2,... Are assigned from the left side to the right side of the image. However, in FIG. 4, the edge numbers 1, 2, 3,... Are distinguished from the numbers in the other drawings by reference numerals 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410. It is written.
  • edges with the same numbers in FIGS. 4A and 4B mean the same edges. Odd numbers are left edges of lines, and even numbers are right edges. Reference numerals 412, 414, 416, 418, and 420 indicate line portions, and reference numerals 411, 413, 415, 417, 419, and 421 indicate space portions.
  • the edge number is E_n.
  • a set of edge points representing each line edge is obtained by image processing.
  • the edge points constituting the edge with the edge number E_n are represented as a set of x coordinates. That is, ⁇ x (i, E_n)
  • i 1, 2, 3... P_n ⁇ .
  • the line edge is defined by P_n points.
  • This amount is a function of the line edge number E_n and the number of points within the edge (in many cases the points are numbered in order from the smallest y coordinate). Also, the y coordinate y (i, E_n) of the i-th edge point is
  • the line edge is approximated by a straight line, and the deviation of the x coordinate of each edge point from this approximate straight line is assumed to be ⁇ x (i, E_n).
  • the roughness of the E_n-th line edge is represented by a set of deviation amounts ⁇ x (i, E_n)
  • i 1, 2, 3... P_n ⁇ .
  • LER value is the size of the unevenness of one edge obtained from this set. The most commonly used value is three times the standard deviation as defined below.
  • the value 3 on the left side is set to 1, 2, or 6, and the difference between the maximum value and the minimum value of ⁇ x (i, E_n) belonging to a certain edge may be used as the LER value. .
  • ⁇ _c (L_n) is a standard deviation of ⁇ x_c (i, L_n)
  • i 1, 2, 3... P_n ⁇ .
  • the pattern formation process is as shown in FIG. It is possible to add a step of embedding a silicon oxide film or the like in a gap between the formed patterns, that is, a space portion, and removing the original line portion while leaving the silicon oxide film by etching. This makes it possible to reverse the relationship between the line and the space, that is, so-called positive-negative inversion, but here, in order to simplify the explanation, it is assumed that all the core patterns are removed.
  • the following method may be performed by exchanging the relationship between some lines and spaces.
  • FIG. 5A is a schematic top view of the edge of the line pattern obtained by depositing a film on the core pattern, etching to expose the core portion, and further removing the core.
  • FIG. 5B is a schematic diagram of a cross section when a film is deposited on the core pattern. Edges using the same numbers in FIGS. 5A and 5B correspond to each other.
  • reference numeral 501 indicated by a broken line is a line edge corresponding to the surface of the deposited film
  • reference numeral 502 indicated by a solid line is a line edge of the core pattern.
  • the left edge 501 of the line in FIG. 5B has irregularities similar to the right edge 502. However, in general, fine irregularities are smoothed when a film is deposited. Therefore, the LER of the left edge 501 is smaller than the LER of the right edge 502. This is hereinafter referred to as an LER transfer model.
  • the LER of the edge 501 may be larger than the LER of the edge 502 because the film deposition process condition is rarely optimized. In such a case, the film thickness is not uniformly deposited, so the final device performance that can be achieved may be significantly lower.
  • LER is obtained according to (Equation 2) for the eight edges 101 to 108 arranged in the center shown in FIG. 1 (i) as an initial core.
  • LER values are small, medium, large, medium, medium, large, medium, small.
  • the gap between the portions where the edges with medium LER are arranged is the initial core, and the gap between the edges where the edges with small LER are arranged.
  • the position of the initial core can be known.
  • Patent Document 1 even if an attempt is made to directly compare a medium LER portion and a small portion, the difference is small.
  • an edge having a large LER value and a small edge are specified. Specifically, first, a number is assigned to a plurality of edges from one direction to another in the image. When creating a sequence of LER values, the values are always arranged according to the order of the numbers. Next, assuming the initial core position, the edge number dependence of the LER value magnitude (distribution of three types of large, medium, and small values) predicted based on that assumption and the actual LER measurement value edge The number dependence is compared, and the degree of similarity between the two is calculated to determine whether or not they match. This can be done by changing the position of the assumed initial core. The edge where the LER becomes large does not face the initial core or the gap, but if this edge can be identified, it will be known where the initial core is as a whole. Hereinafter, this method is referred to as a first method for specifying an initial core.
  • the above method can be modified as follows. First, as in the above-described method, the edges are numbered from one direction to the other direction in the image. When creating a sequence of LER values, the values are always arranged according to the order of the numbers.
  • a new LER value is obtained only by the LER measurement value of the edge that should have a large LER and the LER measurement value of the edge that should have a small LER under that assumption. And determine whether it is equal to the expected distribution of LER values (large and small binary distributions). This can be done by changing the position of the assumed initial core. This correction increases calculation time but improves determination accuracy. This method is good when priority is given to determination accuracy over calculation time.
  • this method is referred to as a second method for specifying the initial core.
  • the space where high similarity was obtained is the second core. Furthermore, there is a method for improving the accuracy of determination rather than simply determining a space with a high degree of similarity as a second core.
  • the space arranged side by side is a repetition of the second core, the initial core, the second core, and the gap.
  • the similarity between the left and right edge shapes is not increased in the initial core and the gap. Specifically, numbers are assigned in the order in which the spaces are arranged, and the space number dependency of the similarity between the left and right edges of the space is obtained. Then, the space number dependency of this similarity should be repeated large and small, and the portion corresponding to the large becomes the second core.
  • the above invention is more accurate than the method in which the method shown in Patent Document 1 is applied to SAQP and the initial core is not specified and only the second core is specified. This is because it is desirable that the lines formed by film deposition have a symmetrical shape from the beginning, so that the lines are made symmetrical by devising the etching process. In this case, in the signal waveform, the difference between the original edge and the edge created by film deposition is very small. However, since the size of the LER remains, the use of the present invention increases the accuracy of specifying the second core.
  • the space is numbered 1, 2, 3,...
  • the space number corresponding to the second core is 1 and 3 (mod 4) or 2 and 0 according to the method using the similarity between the left and right edges of the space described above. You can see which is (mod4). Therefore, the initial core candidates are narrowed down to two cases: 2 or 0 (mod 4) in the former case and 1 or 3 (mod 4) in the latter case. If an attempt is made to obtain an initial core by skipping this process, the probabilities must be evaluated for all of the initial cores of spaces 1, 2, 3, and 4, and a correct answer must be derived from the four. However, by narrowing down to two candidates first, identification with higher accuracy can be performed. This method requires a longer calculation time than the method of directly obtaining the initial core, but the accuracy is improved.
  • the most basic indicator is the width of the final line pattern. This is referred to as CDL_final below.
  • the second film formation process is omitted in FIG. 1 and is performed between FIG. 1 (f) and FIG. 1 (g). If the film is uniformly deposited, the final CD_final is formed. Is constant regardless of the line number. However, periodic changes in CDL_final may appear due to differences in the chemical properties of the underlying surface and the distribution of distances between the second core patterns. Therefore, we propose the width of the line that sandwiches the initial core, CDL_finalcore and the width of the line that sandwiches the gap, and CDL_finalgap.
  • CDL_finalcore and CDL_finalgap instead of the average value of simple line width CDL_final.
  • the former is the dimension of the line formed at the position where the resist pattern was originally present, and the latter is the dimension of the line formed at the position originally in the space area. In other words, since they are formed through different processes, if there is a difference between these amounts, the influence of the original resist pattern can be seen.
  • the space pattern width is an important dimension index.
  • the periodic change of this value is mainly due to the non-uniformity of the film in the first film forming process. The cause of such heterogeneity is the same as in the case of CDL_final described above.
  • This index itself is the same as the space width measured in the past, but can be distinguished if the position of the initial core is known. If the initial core space width is CDS_initcore, the second core space width is CDS_2ndcore, and the gap space width is CDS_gap, the effects of the process can be separated by comparing these values. If there are multiple data, take the average value. For example, if CDS_2ndcore is an abnormally small value, it means that the film deposition amount was insufficient in the first film formation (details will be described in Examples).
  • Reference numeral 601 is CDL_finalcore
  • reference numeral 602 is CDL_finalgap
  • reference numeral 603 is CDS_initcore
  • reference numeral 604 is CDS_2ndcore
  • reference numeral 605 is CDS_gap.
  • CD_core indicated by reference numeral 606 and CD_gap indicated by reference numeral 607 in FIG.
  • the former corresponds to the resist pattern dimension formed first, but it is not completely equal to the initial resist pattern dimension because of the etching process and the like. These two are used to determine whether a dimension or pattern position abnormality is related to the initial resist pattern dimension. As for this index, if data can be acquired from a plurality of locations, an average may be taken.
  • the effective overlay error can be calculated if the initial core can be identified.
  • the edge formed by transferring the edge of the first resist pattern can be specified.
  • two edges giving CD_core indicated by reference numeral 606 are shown. The center of these two edges is set as a reference point on the x coordinate.
  • the x coordinate of the center of each line pattern is obtained, and the overlay error calculated when the first resist pattern is formed is calculated from this reference point. What is necessary is just to add deviation
  • the present invention it is possible to estimate a problem of a process from a final pattern image created by a SAQP process that has not been possible so far, and to evaluate an overlay error of each pattern. Since it calculates the LER of each edge in the image, the correlation value of the edge shape, and the distance between specific edges, there is no need to image the end of the line pattern group, and the area important for device performance is directly inspected. be able to. Further, since it is only necessary to take an image with a field of view of about several hundreds of nanometers on one side, the imaging time can be the same as in the past.
  • the storage area for storing the image is also the same as the conventional one. That is, it is possible to evaluate a process that has not been possible so far without deteriorating cost and throughput.
  • the present invention will be described in detail with reference to examples.
  • pattern length measurement and inspection may be performed by another apparatus, for example, a general-purpose scanning electron microscope may be used, an ion microscope or a transmission microscope. It is possible to use charged particle beam apparatuses such as a scanning electron microscope and a scanning transmission electron microscope. Further, if a calculation device using the obtained pattern information can be used, the device need not necessarily be integrated with the charged particle beam device.
  • the target to be detected by the detector is mainly described by taking secondary electrons as an example, it should be mentioned in advance that it can be realized by detecting charged particles such as reflected electrons, mirror electrons, and ions emitted from a sample.
  • the initial core is specified with emphasis on accuracy rather than calculation time, and further dimension measurement is performed to estimate process problems and improve yield.
  • An example will be described.
  • FIG. 7 shows a flowchart for specifying the initial core used in this embodiment
  • FIG. 8 shows a conceptual diagram of a scanning electron microscope including the configuration of the sample observation apparatus and analysis system used in this embodiment.
  • 9, 10, and 11 are schematic diagrams of windows that appear when the present invention is implemented and two graphs on the monitor screen during image analysis.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional view in the process of pattern formation estimated as a result of application of the present invention.
  • FIG. 13 shows an example of a diagram in which a table of results finally obtained is displayed on the operation terminal screen.
  • a fine line & pattern image was obtained using SAQP before the flow of FIG.
  • a sample (sample) 807 is placed on a sample stage (sample stage) 808 of a scanning electron microscope, and an electron beam 803 emitted from an electron gun 802 is converted into an electron optical system (irradiation optics) including lenses 804 and 806 and a deflector 805.
  • the secondary electrons 809 generated from the sample are detected by a detector (detection optical system) 810, a control system 811 of each part of the scanning electron microscope, and a sample observation apparatus and an analysis system terminal (In other words, the calculation unit that calculates the result obtained from the detector as image data) 812 stores image data based on the detection signal in the data storage device 813.
  • Reference numeral 801 denotes a casing of a scanning electron microscope.
  • the operator operated the terminal of the image analysis device 814 that can transmit and receive data from the scanning electron microscope including the sample observation device and the analysis system, and operated the program for specifying the initial core (step S701).
  • the image data is called from the data storage device 813 and displayed on the monitor screen of the image analysis device 814 (step S702). That is, the image analysis device 814 includes an input / output unit 815 for calling up image data from the data storage device 813, a determination unit 816 that operates a program for determining an initial core, a second core, and the like, and a display unit that displays the determination result 817.
  • a display unit may be provided on the terminal (calculation unit) 812 of the analysis system.
  • the input / output unit and the determination unit may be incorporated in a scanning electron microscope, an image analysis device, or other devices as long as the problem of the present application is solved.
  • step S703 sets an area to be analyzed on the image 901.
  • the set area is indicated by a dashed frame 902.
  • step S704 the operator proceeds to step S704 and inputs the definition of the edge.
  • the Edge Parameters button 903 shown on the screen was clicked.
  • a parameter setting window for defining the edge of the line pattern appeared, and the operator entered the definition of the edge there.
  • step S705 clicks the Edge Extraction button 904 to extract an edge.
  • numbers (1, 2, 3, 4, 5) were assigned from the left on the line pattern in the broken line frame (analysis region) 902 of the image 901. These numbers correspond to the line patterns 412, 414, 416, 418, 420 shown in FIG.
  • the edge was displayed as a set of points on the image.
  • step S706 selects whether to obtain only the second core or obtain the initial core after obtaining the second core in the core identification algorithm. It chose to seek the initial core after obtaining a second core, and click on the selection symbol to the left display of the 2 nd + initial cores estimation. I also wanted to display the ⁇ _s and LER values calculated when specifying the core, so I clicked on the selection symbol on the left of the Show detail display.
  • the initial core is obtained after obtaining the second core.
  • an algorithm for obtaining the initial core can be directly used.
  • ⁇ x (E_n, i) is obtained from the position information of the edges of lines 1 to 5 (edge number E_n takes a value of 1 to 10 and corresponds to edges 401 to 410 shown in FIG. 4).
  • ⁇ _s was obtained for the spaces of space numbers 1 to 4 (corresponding to spaces 411, 413, 415, and 417 in FIG. 4) according to (Equation 3).
  • the space number is equal to the line number on the left.
  • the L_n dependency of ⁇ _s was displayed as a graph on the operation terminal screen. This graph is shown in FIG.
  • the image analysis apparatus 814 applies this result to repetition of large and small values, and since ⁇ _s of the space 2 (right of the line 2 in the screen) and the space 4 is large, it is determined that these are second cores (step S707).
  • the image analysis apparatus 814 calculated LER from 10 edges according to (Equation 2).
  • the dependency of the LER on the edge number E_n is displayed in a graph on the operation terminal screen. This graph is shown in FIG.
  • the image analysis device 814 proceeds to step S708 to identify the initial core.
  • the image analysis apparatus 814 determines that the space 3 is the initial core, displays “initial core: space 3” in the upper right area of the image 901, and further displays “correlation value 0.85” (step S708). .
  • the correlation value of all candidates may be obtained and the position of the initial core may be specified by the candidate whose value is the maximum value. Since correlation values may differ greatly (in this case, -0.10 and 0.85), instead of obtaining correlation values for all candidates, a threshold is set for the correlation value, and candidates that exceed the threshold are identified. At that time, the position of the initial core can be specified by the candidate.
  • the operator knows that the lines 1, 4, and 5 are the lines that sandwich the gap, and the lines 2 and 3 are the lines that sandwich the initial core, and when measuring each line width, the average width of the lines that sandwich the gap is 19.51nm, the average line width across the initial core was 16.38nm. All design dimensions are 18nm. From this, it was found that the dimensions of the pattern in the region where the resist pattern was initially formed differed from the pattern in the region where the resist pattern was not initially formed. As a result of the examination, it took a short time in the step of removing the resist next to FIG. 1 (d), so the resist remained slightly, and the state shown in FIG. 1 (e) should be changed to the original state as shown in FIG. It was found that the film remained at the position. On this film, the components of the film that was formed the second time were particularly difficult to deposit, so the line that sandwiched the initial core was eventually thinner.
  • FIG. 1 This is a calculation example from one image, but it is incorporated into a measurement recipe, and data from multiple images is compiled into a table in the format shown in FIG. 13 and output to a medium designated as a text file or storage device 813. Can also be stored.
  • the present embodiment it is possible to provide a scanning electron microscope and an inspection apparatus capable of specifying the position of the initial core with high accuracy even in a fine line & space pattern formed by using SADP a plurality of times.
  • various indicators of dimensions such as the space of the initial core, it is possible to estimate process problems and improve the process from the final pattern image produced by using the SADP process multiple times.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a window that appears when the present invention is implemented in the monitor screen during image analysis.
  • 15 and 16 are examples of diagrams in which a table of analysis results appearing as a result of carrying out the present invention is displayed on the operation terminal screen.
  • the observation pattern was prepared by a process whose cross section is shown in FIG.
  • the pattern with a rectangular cross section formed on the uppermost surface in FIG. 1 (a) was created by immersion ArF lithography.
  • the overlay error in the x direction with the lower layer pattern (not shown in FIG. 1) of the resist pattern when immersion ArF lithography was performed was 2.10 nm in the positive x coordinate direction. Further, in order to make the device performance above a certain level, the overlay error between this layer and the lower layer must be 4 nm or less in absolute value.
  • the operator operated the terminal 812 of the sample observation apparatus and analysis system took the sample (semiconductor wafer) 807 into the apparatus, irradiated the electron beam 803, and acquired a pattern image through the control system 811.
  • the image analysis program was run to display the program window on the monitor. This is shown in FIG.
  • the acquired image 1401 is displayed in this window, and the operator sets a region to be analyzed on the image.
  • the set area is indicated by a broken line 1402.
  • the operator selected whether to obtain only the second core or the initial core after obtaining the second core from among the core identification algorithms.
  • the operator registered the operation until obtaining the result of FIG. 16 after acquiring the image in the recipe, and automatically performed the same analysis on 100 images.
  • One image contains 8 to 9 lines, but the calculation function of the terminal 812 classifies which line is equivalent to A to D, and the amount of misalignment of each line was calculated.
  • the overlay deviation amount exceeded 4 nm in 212 lines corresponding to about 1/4. This is a level that increases the product defect rate and causes a problem.
  • the third embodiment of the present invention will be described below.
  • an example in which the initial core position is specified by applying the present invention to inspection of a fine line pattern group formed by performing SADP three times in a mass production factory for semiconductor elements will be described. Note that matters described in the first or second embodiment but not described in the present embodiment can also be applied to the present embodiment unless there are special circumstances.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing an outline of the pattern formation process observed in this example.
  • FIG. 18 shows an observation image obtained in this example.
  • FIG. 19 is an example of a diagram in which a table obtained as a result of the present embodiment is displayed on the operation terminal screen.
  • Fig. 17 shows a schematic diagram of the pattern formation process.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a pattern for explaining a process of forming fine lines and spaces using SADP three times.
  • 17 (a) to 17 (c) show the process of forming a line pattern by the first SADP
  • FIGS. 17 (d) to 17 (e) form the line pattern by the second SADP.
  • Steps, FIGS. 17 (f) to 17 (g) show a step of forming a line pattern by the third SADP.
  • the silicon oxide film 228, the carbon film 227, the silicon oxide film 226, the silicon nitride film 225, the silicon oxide film 224, the carbon film 223, and the antireflection film 222 which are sequentially stacked from the bottom, are patterned in a line shape.
  • a resist layer 221 is formed (FIG. 17A). Note that although there is only one resist layer 121 in the drawing, a large number of resist layers are actually formed.
  • a silicon oxide film 231 is formed so as to cover the resist layer 221, and the silicon oxide film 131 is anisotropically etched to form line-shaped silicon oxide films 231 on both sides of the resist layer 221.
  • the layer 221 is removed by ashing or the like (FIG. 1B).
  • the line-shaped silicon oxide film 231 is formed by etching anisotropically etching the laminated film of the antireflection film 222 and the carbon film 223 (FIG. 1C). Thereby, it is possible to form a dense pattern having a pitch that is half the pitch of the pattern created by the first lithography.
  • the silicon oxide film 241 is etched by anisotropic dry etching so that both sides of the carbon film 223 are formed. A line-shaped silicon oxide film 241 is formed, and the carbon film 223 is removed (FIG. 17D).
  • anisotropic etching is performed using the silicon oxide film 241 as a mask, thereby forming a laminated film of the line-shaped silicon oxide film 224 and the silicon nitride film 225 (FIG. 17E). Thereby, the pitch can be further divided with respect to the pattern formed by SADP.
  • the silicon oxide film 224 is removed, the silicon oxide film 251 is formed so as to cover the line-shaped silicon nitride film 225, and then the silicon oxide film 251 is etched by anisotropic dry etching.
  • a line-shaped silicon oxide film 251 is formed on the side, and the silicon nitride film 225 is removed (FIG. 17F).
  • anisotropic etching is performed using the silicon oxide film 251 as a mask to form a laminated film of the line-shaped silicon oxide film 226 and the carbon film 227 (FIG. 17G).
  • the pitch can be further divided with respect to the pattern formed by SAQP.
  • the said material is an example and is not limited to the said material.
  • FIG. 18 shows a schematic diagram of an image obtained by observing the fine line & space pattern produced in the process shown in FIG.
  • the diagonal lattice pattern part is a space
  • the white part is a line pattern.
  • the shapes of the edges belonging to the line group 1701 are all similar, and the shapes of the edges belonging to the line group 1702 are all similar. Accordingly, by examining the distribution of the similarity between adjacent edges, the candidate position of the initial core and the candidate position of the gap are determined.
  • the initial core is between the line group 1701 and the line group 1702, but the left side of the line group 1701 or the right side of the line group 1702 (these are gaps) in the figure cannot be distinguished at this stage.
  • the initial core is between the twelfth edge 1801 and the thirteenth edge 1802 from the left and between the fourth edge 1803 and the fifth edge 1804 from the left in the image. It turned out to be a candidate.
  • the outer edges of one space outside the initial core in FIG. 17, that is, the edges 1703 and 1704 have the largest LER. Further, the edges adjacent to the gap, that is, the edges 1705 and 1706 and the edge 1707 have the smallest LER. Therefore, assuming that the initial core is between the edge 1801 and the edge 1802, the left edge (the tenth from the left) 1805 of the left space with respect to the line including the edge 1801 where the LER is expected to be large, The right edge (15th from the left) 1806 of the right space with respect to the line including the edge 1802, and the LER of the edge 1803 and the edge 1804 assumed to have a small LER were calculated.
  • Fig. 19 shows an example of a diagram in which the result is displayed on the operation terminal screen.
  • the LERs of the edges 1805 and 1806 are large and the LERs of the edges 1803 and 1804 are relatively small.
  • the LERs of the edges 1807 and 1808 and the LERs of the edges 1801 and 1802 are compared, but these values are almost the same and no difference is observed.
  • the former was estimated to be correct, and the initial core was determined to be between the edge 1801 and the edge 1802.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment.
  • the position of the line pattern A line edge roughness value is calculated from a group of adjacent lines, and the line edge roughness value is calculated. From the distribution of the line edge roughness value in the image, the line or space where the center of the first pattern is located is calculated.
  • a pattern inspection method characterized by identifying whether or not the pattern is formed at a position.
  • the position of the line pattern that was formed before the last film deposition is determined by calculating the similarity of the shape of the center variation of adjacent lines as the variation,
  • a line edge roughness value is calculated from a group of adjacent lines, and the line edge roughness value is calculated. From the distribution of the line edge roughness value in the image, the line or space where the center of the first pattern is located is calculated.
  • a pattern inspection method characterized by identifying whether or not the pattern is formed at a position.
  • a pattern inspection apparatus for observing a sample having a line pattern from above, An arithmetic unit for extracting pattern edges from an image; At least an arithmetic unit that calculates the similarity between the shapes of two adjacent edges across a space or an arithmetic unit that calculates the degree of similarity in a direction along the center line of two adjacent lines across a space
  • An analysis device for analyzing the distribution of line edge roughness values; A device for storing image and edge position data;
  • a pattern inspection apparatus comprising:
  • antireflection film 223 ... carbon film, 224 ... silicon oxide film, 225 ... silicon nitride Film, 226... Silicon oxide film, 227... Carbon film, 228.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

SADPを複数回用いて形成された微細ライン＆スペースパターンであってもイニシャルコアの位置を高精度に特定可能な荷電粒子線装置を提供するために、荷電粒子線装置において、複数のライン状パターンを有する試料８０７への荷電粒子線の照射により試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器８１０と、二次荷電粒子の信号に基づく試料の表面の画像データを表示する表示部８１７と、画像データから複数のライン状パターンに対するＬＥＲ値を算出する算出部８１２と、その値同士を比較してイニシャルコアの位置を判定する判定部８１６とを有する。

Description

荷電粒子線装置および検査装置
　本発明は、荷電粒子線装置および検査装置に関する。
　半導体デバイスの製造工程では、パターンの代表寸法（Critical dimension、以下CDと記す）が30nm以下となり、よりピッチの小さいパターンを形成する新技術が導入されている。代表的なものは、Self-aligned double patterning（SADP)と呼ばれるプロセスである。従来のリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、全体に膜を形成し、エッチングを施してレジストパターン側壁にパターンを形成する、という手法である。これにより、最初のリソグラフィで作成したパターンのピッチの半分のピッチの密集パターンを形成することができる。さらに近年は、SADPで形成したパターンに対して膜堆積を行い、エッチングを施してピッチを分割するという方法、いわばSADPを2回行う、Self-aligned quadruple patterning（SAQP)と呼ばれるプロセスが開発された。この手法の例を図１に示す。図１はSAQPを用いて微細なライン＆スペースを形成する工程を説明するためのパターンの断面模式図である。図１(a)～図１(ｆ)が1回目のSADPでラインパターンを形成する工程を示しており、図１(g)～図１(i)が2回目のSADPでラインパターンを形成する工程を示している。先ず、下から順に積層されたシリコン酸化膜１２６、シリコン窒化膜１２５、シリコン酸化膜１２４、カーボン膜１２３、反射防止膜１２２上にライン状にパターニングされたレジスト層１２１を形成する（図１(a)）。次に、レジスト層１２１を覆うようにシリコン酸化膜１３１を形成する（図１(b)）。なお、レジスト層１２１は図面上では１本であるが、実際には多数本が形成されている。次いで、シリコン酸化膜１３１を異方性エッチングすることにより、レジスト層１２１の両サイドにライン状のシリコン酸化膜１３１を形成する（図１(c)）。次いで、レジスト層１２１をアッシング等で除去する（図１(d)）。次に、ライン状のシリコン酸化膜１３１をマスクとして反射防止膜１２２及びカーボン膜１２３の積層膜をエッチング異方性エッチングすることによりライン状の積層膜を形成する（図１(e)）。次いで、反射防止膜１２２を除去する（図１(f)）。これにより、最初のリソグラフィで作成したパターンのピッチの半分のピッチの密集パターンを形成することができる。
　引き続き、ライン状のカーボン膜１２３を覆ってシリコン酸化膜１４１を形成後、異方性ドライエッチングによりシリコン酸化膜１４１をエッチングすることにより、カーボン膜１２３の両サイドにライン状のシリコン酸化膜１４１を形成する（図１(g)）。次に、カーボン膜１２３を除去する（図１(h)）。次いで、シリコン酸化膜１４１をマスクとして異方性エッチングを行うことにより、ライン状のシリコン酸化膜１２４とシリコン窒化膜１２５との積層膜を形成する（図１(i)）。これにより、SADPで形成したパターンに対してさらにピッチを分割することができる。なお、上記材料は１例であり上記材料に限定されない。
　図1(i)は最終的なパターン形状であるが、さらにラインのトップに残っているエッチングマスク材料を除去した後にパターン検査を行う可能性もある。ここで、符号１，２，３は最終形状におけるスペース部分をさしている。また、符号１０１から１０８は着目すべきラインパターンのエッジをさしている。
　SAQPでは最初に従来のリソグラフィで形成された1本のラインが最終的に4本のラインになる。そのため、並んだラインパターンやスペースパターンの性質（CDやエッジの凹凸の様子）はライン、スペースとも4本を周期として変動する。
　なお、以下では、SAQPで形成された最終的なライン＆スペース形状のスペース群のうち、そのスペースの中心が最初のリソグラフィで形成されたレジストラインパターンの中心に相当するもの（マンドレル：図1中の符号１で示すスペース部）を、ここではイニシャルコアと呼ぶことにする。これに対して、最初のレジストパターン側壁の外側に堆積された膜が最終的にスペースとなった部分をセカンドコアと定義（図1中の符号２で示すスペース部）、さらにこれらいずれでもないスペースをギャップ（図１中の符号３で示すスペース部）と定義する。
　SAQPで作成された密集ラインパターンには、他の方法を用いた場合には見られなかった、システマティックな、即ちランダムでない、寸法変動が生じる可能性がある。この典型的な様子を図２及び３に示す。図２は最後に形成したラインパターンのCDが均一でない場合である。図２のように太いラインと細いラインが互い違いになる現象は、製膜時に異方性をもった膜堆積が起こった場合に見られることがある。図３は、スペースCDが均一でない場合である。これはさまざまな原因が考えられるが、後述する。通常のウエハ管理者はラインパターンの寸法に注目しているが、この場合はラインパターンの寸法が正しくできていても、ラインの位置がずれてしまうことになる。
　SAQPに限らず、一般に微細なパターンの検査には、測長機能を有する走査型電子顕微鏡（Critical dimension scanning electron microscope、以下CD-SEMと記す）が用いられてきた。その理由は、高い倍率と高い計測再現性である。さらに近年、単純なCDやピッチ測定だけでなく、画像に写っているパターンの出来ばえを評価する指標が提案され、CD-SEMの機能は増えている。そのような機能を用いれば、リソグラフィで作成したパターンのCDが大きいことから、露光量が不足していることを指摘できたり、ラインエッジの細かい凹凸（Line-edge roughness、以下LERと記す）が大きいことから、露光装置のフォーカス設定が正常でない可能性を指摘できたり、あるいは画面内の複数パターンの寸法を短時間で次々に算出できたり、するようになった。また、精度が向上し、20nm以下のCD値に対しても充分な感度をもつようになってきている。そのため量産現場では、CD-SEMはパターン形成プロセスの問題点を推定するための重要なツールとなってきた。
　しかし上記のSAQPプロセスではこれまで以上にCD-SEMによる検査が重要で、かつ、難しい。重要になる理由は、最終的なパターンを形成するまでに、通常のリソグラフィ即ち露光と現像、2回の製膜、2回のエッチング、2回のコアパターン除去など複数の工程を経ている点にある。これまでの単純なリソグラフィではCDが目標値からずれる現象が見られた場合は、露光工程の条件を調べればよかった。またSADPであっても露光と現像、製膜、エッチング、コアパターン除去はそれぞれ１回である。SAQPでは、工程数が多いため、寸法異常が起こりやすい。また、検査が難しい理由は、最終パターンを得るまでの工程数が多いため、複数のプロセスの問題が関係した寸法異常が起こることにある。寸法検査では、単に寸法異常を検出するだけでなく、異常の原因となった工程を特定するための手がかりを得る必要がある。複数の工程が関係した結果のパターンデータから、問題点を指摘するための指標やアルゴリズムが必要になる。
　また、SAQPプロセスでは寸法異常の検知、問題工程の推定のほかに、重ね合わせずれの問題もある。図３に示したようにスペースCDのばらつきがあるということは、下記の問題が生じる。最初のレジストパターン形成時のパターン位置が設計どおりであった場合、即ち下層のパターンに対して適切な位置に形成できた場合、層間の重ね合わせ量は充分小さいと判断し、この重ね合わせずれによる素子性能の劣化は小さいと期待する。しかしSAQPの結果としてラインパターン位置がずれてしまうため、個々のパターンと下層ないしは上層パターンとの位置のずれは大きくなっている。この重ね合わせずれは、パターン露光のときには認識されていないため、予想しなかった素子の不良を招く可能性がある。しかし、これを検知する方法はまだ見出されていない。
　上に述べた難しいが重要なSAQPパターンの寸法検査方法を構築するためには、二つの技術が必要である。第一には、同じように見えるが違うプロセスで形成されているラインパターン、スペースパターンを見分ける技術である。それには、いずれも同じに見える4種類のスペースパターンのうち、最初のレジストパターンが占めていた位置にあるもの、即ちイニシャルコアがどこに相当するのか、を特定すればよい。第二には、イニシャルコアの特定の後に、最初のリソグラフィ、2回の製膜などの各工程の異常に対応している指標を算出したり、実質的な重ね合わせずれ量を算出したりすることである。
　第一の技術の実現方法として最も単純なものは、撮像範囲を広くとり、１画像の中にラインパターン群の端をおさめる、というやり方である。しかしこの方法をとると、画像1枚の撮像範囲に入りきらない領域は検査できない。通常デバイス作成で重要になるのはパターン群の中央近傍であり、ラインパターン群の端から遠い領域の検査は必須である。画像のサイズを広げるという方法が考えられるがそれを実現するにはハードウエアの改良が必要となる。また、広い範囲を精確に撮像するには時間がかかるためスループットが低下したり、画像を保存するために大きな記憶領域が必要になったりするというデメリットもある。従って、ラインパターン群の端が含まれないCD-SEM画像から、そのコア位置を特定する方法が必要である。
　SADPパターンの場合には、特許文献１に示す方法が提案されている。SAQPの場合には、スペースパターンにイニシャルコア、セカンドコア、ギャップ、の3種類があったが、SADPの場合にはコアとギャップのみである。特許文献１では、コアの外側に膜を堆積させて形成したエッジ、即ちギャップを挟むエッジは、コア領域の左右のエッジに比べて凹凸が小さくなるという現象を利用している。エッジの凹凸即ちラインエッジラフネスをエッジごとに計算し、スペースの左右のエッジを組にして組に属するエッジのLERの平均を出し、LER値が大きいエッジの組はコアに属していると判断する。
特表２０１２－５１９３９１号公報
　発明者等は、特許文献１の方法のSAQPへの適用の可能性について検討を行った。その結果、この方法をSAQPに適用することは原理的には可能であると思われた。しかし、本方法についてさらに詳細に検討した結果、判断の信頼性が劣化するという問題が判明した。
　以下発明者の検討した内容について説明する。図１に示すようにSAQPを用いてパターンを作製した場合、ラインの断面形状は2回目の製膜とエッチングとで決定する。特許文献１の方法を適用するときの課題を以下図中のラインのエッジに番号を振って説明する。特許文献１では、コアパターンの左右に膜を堆積したときの、膜表面に相当する新しいエッジと、元のパターンの側壁に相当するエッジとで差ができるため、スペースごとにエッジの性質を平均して算出する。エッジの性質として、エッジに相当する信号形状が上げられているが図１(i)のパターンから得られる信号の形状を考えると、エッジ１０１とエッジ１０４、エッジ１０５とエッジ１０８は同じ信号形状を与えることになってしまう。従って、イニシャルコアのスペースのエッジであるエッジ１０４、１０５とギャップ側にあるエッジ１０１、１０８の区別はつかず、セカンドコアが同定できるのみにとどまる。
　次にエッジの性質として特許文献１にあるLERを用いた場合を考えてみる。製膜のたびにLERが小さく転写されると考えると、図１(i)において最初のリソグラフィで形成されたエッジが転写された結果であるエッジ１０３及び１０６のLERに比べて、その次の1回目の製膜で形成されたものが転写された結果であるエッジ１０２、１０７はより小さいLERをもつ。さらに2回目の製膜で形成されたエッジ１０１及び１０８はエッジ１０２、１０７より小さいLERを持ち、エッジ１０４及び１０５はエッジ１０３及び１０６より小さいLERを持つことになる。特許文献1にあるようにスペースに注目し、スペースを挟む両エッジのLERの平均をとることを考える。すると、以下の問題が起こる可能性がある。第一に、ギャップを挟むスペースでは両側のエッジがLER最小値となるため、平均値は元のLER最小値となるが、それ以外のスペースでは大きいLER値と中程度のLER値が平均化されてしまう。これにより、ギャップを挟むスペースのLER平均値と他のスペースのLER平均値との差分は見えにくくなる。第二に、1回目の製膜、2回目の製膜で全く同じようにLERが減少するとは限らない。2回目の製膜でのLER低減効果が大きければ、イニシャルコアをはさむエッジのLER平均値とギャップをはさむエッジのLER平均値は同程度に見えてしまう。第三に、リソグラフィやエッチングの結果、左右のエッジで若干LERが異なることがある。そのような場合も、LERを平均してしまうことで、違いが見えなくなってしまう。これらのことが原因で、現実のパターンに対して適用した場合はイニシャルコアの位置をギャップと間違うことが頻繁に生じる。
　なお、特許文献1の方法をイニシャルコア特定に用いるのではなく、2回目のSADPの部分だけに用いる、すなわちセカンドコアだけを特定する、という限定的な用途も考えられるが、この場合にも問題がある。図1(h)の段階で観察していれば区別はつくが、図１(i)の段階では、エッチングやレジスト除去の条件が適切で、全てのラインパターンが等しい断面形状を持つように形成され下地の表面も同じ物理的性質を持つように形成された場合、エッジ１０１、１０４、１０５、１０８の側壁形状とエッジ１０２、１０３、１０６、１０７の側壁形状は等しくなる。図1(h)の段階であっても、膜堆積の影響が小さくトップの丸まりが小さければ、図1(i)同様に区別はつかない。従って、特許文献１の適用によるセカンドコア同定においても、ジャッジの確からしさは低くなる。
　さらに、現状では第二の技術の具体的な解はない。たとえ広い視野の画像を得てイニシャルコアの位置を知ることができたとしても、従来の単なるラインCD、スペースCDの値のデータだけでは、プロセス上の問題は特定できない。また、実質的な重ね合わせずれは検知できない。
　このような状況から、現状の方法や装置でSAQPのプロセスの課題を見出すためには、最初のリソグラフィ、製膜などの各工程を経たあとでウエハをCD-SEMに投入し検査を行う以外にない。しかしその場合、検査にかかるコストが増大し、時間も長くなる。SAQPのみならず、SADPを3回行った場合も同様である。
　以上説明したように、SADPを2回以上行うプロセスで形成した最終的なラインパターン群のCD-SEM観察を行って、高スループットで精確にプロセス上の問題点を検知したり、各パターンの下層との重ね合わせずれを精確に求めたりするための指標算出を行う方法及び装置が存在しない。
　本発明の目的は、SADPを複数回用いて形成された微細ライン＆スペースパターンであってもイニシャルコアの位置を高精度に特定可能な荷電粒子線装置および検査装置を提供することにある。
　上記目的を達成するための１実施形態として、荷電粒子源と、
  積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料を載置する試料台と、
  前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料台に載置された前記試料へ照射する照射光学系と、
  前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
  前記検出器により検出された前記二次荷電粒子の信号に基づいて得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、
  前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する算出部と、
  前記複数のライン状パターンにおける前記ラインエッジラフネス値同士を比較し、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定する判定部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置とする。
　また、荷電粒子源と、
  前記試料は、積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料を載置する試料台と、
  前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料台に載置された前記試料へ照射する照射光学系と、
  前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
  前記検出器により検出された前記二次荷電粒子の信号に基づいて得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、
  前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のスペースの左右のエッジ形状の類似度を算出する算出部と、
  前記ライン状のパターンまたは前記スペースにおける左右のエッジ形状の類似度に基づき、前記第一パターンの両側に形成された前記第二パターンであるセカンドコアの位置を判定する判定部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置とする。
　また、荷電粒子源と、
  積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料を載置する試料台と、
  前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料台に載置された前記試料に照射する照射光学系と、
  前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
  前記検出器により検出された前記二次荷電粒子の信号に基づいて得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、
  前記複数のライン状パターンのスペースを挟んで隣接するエッジの凹凸形状の類似度或いは隣接して並ぶ前記複数のライン状パターンに対してライン中心位置のライン長手方向に沿った変動を算出することによりラインの中心変動として隣接するラインの中心変動の形状の類似度を算出する類似度算出部と、
  前記エッジの凹凸形状の類似度または前記ラインの中心変動の形状の類似度に基づき、最後の膜堆積の前に形成されたライン状パターンの位置を判定する位置判定部と、
  隣接して並ぶ前記複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する、ラフネス値算出部と、
  前記最後の膜堆積の前に形成されたライン状パターンの位置および前記ラインエッジラフネス値に基づき、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定するイニシャルコア判定部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置とする。
　また、積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料へ荷電粒子線を照射し得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、
  前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する算出部と、
  前記複数のライン状パターンにおける前記ラインエッジラフネス値同士を比較し、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定する判定部と、
を有することを特徴とする検査装置とする。
　また、積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料へ荷電粒子線を照射し得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、  前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のスペースの左右のエッジ形状の類似度を算出する算出部と、
  前記ライン状のパターンまたは前記スペースにおける左右のエッジ形状の類似度に基づき、前記第一パターンの両側に形成された前記第二パターンであるセカンドコアの位置を判定する判定部と、
を有することを特徴とする検査装置とする。
　また、積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料へ荷電粒子線を照射し得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、
  前記複数のライン状パターンのスペースを挟んで隣接するエッジの凹凸形状の類似度或いは隣接して並ぶ前記複数のライン状パターンに対してライン中心位置のライン長手方向に沿った変動を算出することによりラインの中心変動として隣接するラインの中心変動の形状の類似度を算出する類似度算出部と、
  前記エッジの凹凸形状の類似度または前記ラインの中心変動の形状の類似度に基づき、最後の膜堆積の前に形成されたライン状パターンの位置を判定する位置判定部と、
  隣接して並ぶ前記複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する、ラフネス値算出部と、
  前記最後の膜堆積の前に形成されたライン状パターンの位置および前記ラインエッジラフネス値に基づき、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定するイニシャルコア判定部と、有することを特徴とする検査装置とする。
　本発明によれば、SADPを複数回用いて形成されたパターンであってもイニシャルコアの位置を特定することができる。
SAQPを用いて微細なライン＆スペースを形成したときの工程を説明するためのパターンの断面模式図であり、(a)～(f)は1回目のSADPによるパターン形成工程、(g)～(i)が2回目のSADPによるパターン形成工程を示す。 SAQPを用いて形成された微細なラインパターンのライン幅に分布（寸法変動）が生じた場合のパターン断面の例を示す模式図である。 SAQPを用いて形成された微細なラインパターンのスペース幅に分布（寸法変動）が生じた場合のパターン断面の例を示す模式図である。 本発明を適用する微細パターンの模式図であり、(a)は鉛直上方からの観察像（平面図）、(b)は断面図である。 (a)は微細パターンの側壁を覆って膜を堆積させ、エッチングを施して微細パターンの側壁に膜を形成したときのパターンの鉛直上方からの観察像を示す平面模式図であり、(b)は微細パターンの側壁を覆って膜を堆積させたときの断面模式図である。 本発明で測定する箇所を示すパターン断面模式図である。 本発明の第一の実施例で説明したイニシャルコア特定を特定するためのフローチャートの一例である。 本発明に用いる走査電子顕微鏡（検査装置）を示す概念図（一部断面図）である。 本発明の第一の実施例において操作端末画面に表示されたウィンドウの模式図である。 本発明の第一の実施例において操作端末画面に表示された測定結果のグラフの一例である。 本発明の第一の実施例において操作端末画面に表示された測定結果のグラフの一例である。 本発明の第一の実施例において推定されたパターン形成工程の途中におけるパターン断面図である。 本発明の第一の実施例において操作端末画面に表示された測定結果の表の一例である。 本発明の第二の実施例において操作端末画面に表示されたウィンドウの模式図である。 本発明の第二の実施例において操作端末画面に表示された表等の一例であり、(a)はｘ軸原点としたときの各パターンの中心位置を示す表を、(b)はラインパターンのピッチの設計値及び重ね合わせずれ量の入力画面を示す。 本発明の第二の実施例において操作端末画面に表示された解析結果の表の一例である。 本発明の第三の実施例において本発明を適用する微細パターン加工工程を示すパターンの断面の模式図であり、(a)～(c)は1回目のSADPによるパターン形成工程、(d)～(e)が2回目のSADPによるパターン形成工程、(f)～(g)が3回目のSADPによるパターン形成工程を示す。 本発明の第三の実施例において得られた観察画像の模式図である。 本発明の第三の実施例において算出され、操作端末画面に表示されたLER値の表の一例である。
　本発明は、ラインパターン群の端が含まれないCD-SEM画像から、パターンエッジのLER値の分布を得ること、スペースの左右エッジの形状の類似度あるいは隣接するラインの中心位置のラインに沿った変動の類似度を得ること、前者のデータセットから或いは前者と後者とを組み合わせることからSAQPの最初のリソグラフィで形成したラインパターンの位置を特定すること、最初のリソグラフィ、1回目の製膜、2回目の製膜で形成されたパターンの寸法に相当する寸法指標や重ね合わせずれ量を算出すること等の中の何れか一の構成を含むことを特徴とする。なお、本発明はSADPを2回以上行うパターン形成法全てに適用可能であるが、ここでは代表的なSAQPの場合を取り上げて説明する。
　手法を記述するに先立ち、前述の、LER値、スペースの左右エッジの形状の類似度、隣接するラインの中心位置のラインに沿った変動の類似度の算出方法の一例を説明する。
　まずLER値を以下に説明する。図４(a)に示すようなCD-SEM画像を取得し、画像内で、ラインに平行な方向をｙ、垂直な方向をｘとする。図４(a)のCD-SEM画像に対応する観察対象の断面図は図４(b)に記した。図４(a)の斜め格子模様部分はスペース領域に相当する。次に画像内にあるラインパターンのエッジに番号をつける。例えば画像の左側から右側に、１、２・・・と番号を振る。但し、図４中では他の図中の番号と区別するため、エッジの番号１、２、３・・・を符号４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、４１０と記してある。図４(a)と(b)とで同じ番号のエッジは同じエッジを意味している。奇数はラインの左エッジ、偶数は右エッジとなる。符号４１２、４１４、４１６、４１８、４２０はライン部を、符号４１１、４１３、４１５、４１７、４１９、４２１はスペース部を示す。以下、エッジの番号をE_nとする。さらに、画像処理によって各ラインエッジを表すエッジ点の集合を得る。エッジ番号E_nのエッジを構成するエッジ点は、そのx座標の集合として表すものとする。即ち、{x(i,E_n)|i=1,2,3…P_n}である。ここではラインエッジがP_n個の点で定義されているとする。この量は、ラインエッジの番号E_nと、エッジ内での点の番号（多くの場合、点のy座標が小さいほうから順に番号をつけられる）iの関数となる。また、なお、i番めのエッジ点のy座標y(i,E_n)は
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
で与えられる。
　次に、ラインエッジを直線で近似し、各エッジ点のx座標のこの近似直線からのずれをΔｘ(i,E_n)とする。E_n番目のラインエッジのラフネスは｛Δx(i,E_n)|i=1,2,3…P_n｝という、ずれ量の集合で表される。
　LER値は、この集合から求められる、1本のエッジの凹凸の大きさである。よく使われるのは以下に定義される、標準偏差の3倍の値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
これは一例であり、左辺の数値3を1、2、あるいは6としたものや、あるエッジに属するΔｘ(i,E_n)の最大値と最小値の差などもLER値として用いられることがある。
　次に、スペースの左右エッジの形状の類似度について説明する。これは、あるスペースの左側のエッジがE_n番目のエッジであるとき、｛Δx(i,E_n)|i=1,2,3…P_n｝及び｛Δx(i,E_n+1)|i=1,2,3…P_n｝という二つの数列の類似度である。類似度の指標の例としては以下のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
これは即ち、二つの数列の規格化された相関係数である。
　最後に、隣接するラインの中心位置の変動の類似度の算出方法の一例を説明する。まず、１本のラインについて、その中心位置を、左エッジのエッジ点と右エッジのエッジ点との中央の点の集合｛x_c(i,L_n)|i=1,2,3…P_n｝を求める単純に、ライン左エッジのx座標と右エッジのx座標の平均である。ここでL_nはラインの番号であり、E_nとは以下の関係にある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
次に、LER値を求めたときと同様、｛x_c(i,L_n)|i=1,2,3…P_n｝に対しても近似を行って、近似直線からのずれ量｛Δx_c(i,L_n)|i=1,2,3…P_n｝を求める。隣接するラインの中心位置の変動の類似度は、｛Δx_c(i,L_n)|i=1,2,3…P_n｝及び｛Δx_c(i,L_n+1)|i=1,2,3…P_n｝という二つの数列の類似度である。類似度の指標の例としては以下のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
ここでσ_c（L_n）は、｛Δx_c(i,L_n)|i=1,2,3…P_n｝の標準偏差である。
　以下、上記の指標を用いた本発明の内容を説明する。パターン形成プロセスは図１の通りとする。なお、形成したパターンの隙間、即ちスペース部分にシリコン酸化膜などを埋め込み、エッチングによりシリコン酸化膜を残して元のライン部分を除去するという工程を加えることができる。これによりラインとスペースとの関係を逆転させること、いわゆるポジ型－ネガ型反転、が可能になるが、ここでは説明を単純化するため、全てコアパターンを除去する工程を仮定する。尚、ポジ型－ネガ型反転を行って形成したパターンについては、下記の方法を、一部のラインとスペースの関係を交換して実施すればよい。
　以下ではイニシャルコアを特定するための方法を述べる。
  本手法の前提となる膜堆積によるライン形成時のエッジ形状の転写について説明する。図５(a)は、コアパターンに対して膜を堆積したのち、エッチングを行ってコア部分を露出させ、さらにコアを除去して得られるラインパターンのエッジのトップビューの模式図であり、図５(b)は、コアパターンに対して膜を堆積したときの断面の模式図である。図５(a)と（b）とで同じ番号を用いているエッジは対応している。図５(a)では破線で示されている符号５０１は堆積した膜の表面に相当するラインエッジであり、実線で示されている符号５０２はコアパターンのラインエッジである。
　元のコアパターンのエッジにLERがあると膜を堆積させてもその凹凸は残る。そのため図５(b)のラインの左エッジ５０１は右エッジ５０２に似た凹凸を持つ。しかし一般に膜を堆積させると細かい凹凸は平滑化される。そのため、左エッジ５０１のLERは右エッジ５０２のLERよりも小さい値となる。これを以下、LER転写モデルと呼ぶことにする。
　但し、まれに膜堆積工程の条件が最適化されていないために、エッジ５０１のLERがエッジ５０２のLERよりも大きくなることがある。このような場合には膜厚が均一に堆積されておらず、従って出来上がる最終的なデバイスの性能は著しく低いものになる可能性がある。本発明を適用する上では、膜堆積条件を正しく保つようモニタリングするか、あるいは、ウエハ上の基準パターンを用いて膜厚変動量をモニタリングしておく必要がある。もしも膜厚変動量が大きく、かつ、その状況でデバイスを作成する場合は、これ以降、LER値の大小を逆にした解析を行うものとする。
　図５に示すモデルに従えば、図１(i)に示された中央をイニシャルコアとして並んでいる8本のエッジ１０１からエッジ１０８に対して、（数2）に従って3σ、即ちLERを求めれば、LER値の大小は、小、中、大、中、中、大、中、小、となる。LERが中程度のエッジが並んでいる部分の間がイニシャルコア、LERが小さいエッジが並んでいる間がギャップである。つまり逆に考えれば、ラインエッジのデータからLERを計算し、その分布の大小を見れば、イニシャルコアの位置がわかることになる。しかし特許文献１を適用したときの課題を述べたように、LERが中程度の部分と小程度の部分を直接比較しようとしてもその差は小さい。
　そこで、本発明ではLER値が大きいエッジと、小さいエッジとを特定する。具体的には、まず、複数あるエッジに画像内の一方向から他方向に向かって番号をつける。LER値の数列を作成する際には必ず、この番号の順序に従って値を並べるものとする。次にイニシャルコア位置を仮定し、その仮定のもとで予測されるLER値の大きさ（大・中・小の三種類値の分布）のエッジ番号依存性と、実際のLER測定値のエッジ番号依存性とを比較し、両者の類似度を算出して一致しているかどうかを判定する。仮定するイニシャルコアの位置を変えて、これを行えばよい。LERが大きくなるエッジはイニシャルコアにもギャップにも面していないが、このエッジを同定できれば、全体としてイニシャルコアがどこにあるかがわかることになる。この方法を以下、イニシャルコアを特定する第一の方法と呼ぶ。
　しかし、最初のレジストラインから膜堆積により派生したライン（後にセカンドコアになる）のLERが充分平滑化されていると、そのラインエッジ側壁にさらに膜堆積を行って最終ラインを形成しても、新しく出来たエッジのLERはさほど平滑化されない可能性がある。即ち、上記の中程度のLERが、大きいLERと同程度の可能性もあり、中程度のLERが小さいLERの値に近いか、大きいLERと小さいLERの中間に近いかは予測が難しい。そのため、上記の方法を以下のように修正することができる。まず、前述の方法と同様にエッジに画像内の一方向から他方向に向かって番号をつける。LER値の数列を作成する際には必ず、この番号の順序に従って値を並べるものとする。次にイニシャルコア位置を仮定し、その仮定のもとでLERが大きい値となるはずのエッジのLER測定値と、LERが小さい値となるはずのエッジのLER測定値とだけで新たなLER値の列を作り、それが予測されるLER値の分布（大と小の二値の分布）に等しいかどうかを判定する。仮定するイニシャルコアの位置を変えて、これを行えばよい。この修正により、計算時間は増加するが判定の精度が向上する。計算時間よりも判定精度を優先する場合はこちらの方法が良い。この方法を以下、イニシャルコアを特定する第二の方法と呼ぶ。
　イニシャルコアの特定はできないものの、セカンドコアの特定に有効な手段がある。次にこれを説明する。セカンドコアはスペースになる前はレジストラインの側壁への膜堆積で形成されたラインであった。従ってLER転写モデルに従えば、セカンドコアの左エッジと右エッジのエッジ形状は似通っている。そこで、CD-SEM観察で得られたトップビュー画像に写る全てのスペースパターンに対して、左エッジのエッジ形状と右エッジのエッジ形状の類似度を算出すればよい。類似度の例としては（数3）を用いればよい。しかし、最終パターンが帯電するなどして、スペースの左右いずれかのエッジだけがノイズの影響を大きく受けることがある。この場合は、類似度が小さくなり、セカンドコアの特定が難しくなる。そのときには、（数4）に従って、スペースを挟んで隣り合うラインの、中心位置変動の類似度を計算すればよい。
　上記手順の結果、高い類似度が得られたスペースはセカンドコアである。さらに、単純に高い類似度のスペースをセカンドコアと断定するよりも判定の精度を上げる方法がある。SAQPで形成されたパターンにおいて、並んでいるスペースは、セカンドコア、イニシャルコア、セカンドコア、ギャップ、の繰り返しになるが、イニシャルコア及びギャップでは左右エッジ形状の類似度は高くならないことを利用する。具体的には、スペースに対して並んでいる順に番号をつけ、スペースの左右エッジの類似度のスペース番号依存性を求める。するとこの類似度のスペース番号依存性は、大・小の繰り返しとなるはずであり、大に相当する部分がセカンドコアとなる。
　上記の発明は、特許文献１に示す方法をSAQPに適用してイニシャルコアは特定せずセカンドコアだけを特定する方法よりも精度が高い。なぜなら、膜堆積によって形成されるラインは元々、左右対称な形状にすることが望ましいため、エッチングのプロセスを工夫することで対称に近づけられているからである。この場合は信号波形において、元のエッジと膜堆積で作られたエッジとの違いはきわめて小さい。しかしLERの大小は残るため、本発明を用いればセカンドコア特定の精度は高くなる。
　当初の目的に戻ると、イニシャルコアを高い精度で求めるためには、初めにセカンドコアを求めるとよい。スペースに１，２，３・・・と番号をつけると、セカンドコアに相当するスペースの番号は上述したスペースの左右エッジの類似度を用いた方法によって、１及び３（mod4)あるいは２及び０（mod4)のいずれであるかがわかる。従って、イニシャルコアの候補は、前者の場合２または０（mod4）、後者の場合は１または３（mod4）、と二つのケースに絞られることになる。このプロセスを抜いてイニシャルコアを求めようとすると、イニシャルコアがスペース１，２，３，４の場合全てについて確からしさを評価し、四つのなかから正解を導き出さねばならない。しかし最初に候補を二つに絞っておくことで、より精度の高い同定ができる。この方法は、イニシャルコアを直接求める方法よりも計算時間が長くなるが、精度は向上する。
　以上、イニシャルコアを特定するための方法を述べた。次に、イニシャルコア位置を特定した後にパターン形成工程の問題点を推定するための寸法指標について述べる。
　最も基本的な指標は、最終的なラインパターンの幅である。以下これをCDL_finalと記す。2回目の製膜工程は図１では略されており、図１(f)と図1(g)との間に行われているが、膜が一様に堆積されていれば最終的なCD_finalはライン番号によらず一定となる。しかし下地表面の化学的な性質の違いやセカンドコアパターン間の距離の分布によって、CDL_finalに周期的な変化が現れる可能性がある。そこで、イニシャルコアを挟むラインの幅、CDL_finalcoreとギャップを挟むラインの幅、CDL_finalgapとを提案する。複数個所のデータが取れる場合は、単純なライン幅CDL_finalの平均値ではなく、CDL_finalcoreとCDL_finalgapの平均値をとるとよい。前者は、元々レジストパターンがあった位置に形成されたラインの寸法であり、後者は元々スペース領域にあった位置に形成されたラインの寸法である。即ち、異なる過程を経て形成されているため、これらの量に差があれば、元々のレジストパターンの影響が見えることになる
　同様に、重要な寸法指標として、スペースパターンの幅がある。この値の周期的な変化は主として1回目の製膜工程での膜の不均一性による。このような不均一性が発現する原因は、上記のCDL_finalの場合と同じである。この指標自体は従来計測されてきたスペース幅と同じものであるが、イニシャルコアの位置がわかれば、区別することができる。イニシャルコアのスペース幅をCDS_initcore、セカンドコアのスペース幅をCDS_2ndcore、ギャップのスペース幅をCDS_gapとし、それらの値を比較すれば、工程の影響を分離できる。複数のデータがある場合は、平均値をとるとよい。例えば、CDS_2ndcoreが異常に小さい値であれば、1回目の製膜で膜堆積量が不十分だったということになる（詳細は実施例に記す）。
　上記の寸法を表す指標を、図６に図示した。符号６０１がCDL_finalcore、符号６０２がCDL_finalgap、符号６０３がCDS_initcore、符号６０４がCDS_2ndcore、符号６０５がCDS_gapである。本発明では、さらに新規な以下の指標を提案する。それらは、図６中の符号６０６に示すCD_coreと、符号６０７に示すCD_gapである。前者は最初に形成したレジストパターン寸法に相当するが、エッチング工程などを経ているため最初のレジストパターン寸法と完全に等しい値とはならない。これら二つは、寸法あるいはパターン位置の異常が最初のレジストパターン寸法と関係があるかどうかを判定するために用いられる。この指標についても、複数個所からデータが取得できれば、平均をとるとよい。
　実効的な重ね合わせ誤差については、イニシャルコアが特定できれば計算できる。イニシャルコアが特定されたことで、最初のレジストパターンのエッジが転写されてできたエッジが特定できる。図6では、符号６０６に示すCD_coreを与える二つのエッジである。ｘ座標の上で、この二つのエッジの中央を基準点とする。これよりも下層のパターンに対する各ラインパターンの重ね合わせ誤差を求めるには、各ラインパターンの中心のｘ座標を求め、最初のレジストパーンを形成したときに算出した重ね合わせ誤差にこの基準点からのずれ量を足し合わせればよい。
　本発明では、これまでできなかったSAQPプロセスで作成した最終パターン画像からのプロセスの課題推定や各パターンの重ね合わせずれ評価を可能にする。画像内の各エッジのLERやエッジ形状の相関値、特定のエッジ間の距離を計算するものであるため、ラインパターン群の端を撮像する必要がなく、デバイス性能上重要な領域を直接検査することができる。また、一辺が数百ナノメータ程度の視野の画像を撮ればよいので、撮像時間は従来と同等で済む。画像を保存するための記憶領域も従来と同等である。即ち、コストやスループットを悪化させることなく、これまでできなかったプロセスの評価を可能にする。
  以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
　なお、本願発明は主としてCDSEMを例として記載しているが、パターンの測長や検査は他の装置で行ってもよく、例えば汎用的な走査型電子顕微鏡を用いてもよく、イオン顕微鏡や透過型電子顕微鏡や走査透過型電子顕微鏡などの荷電粒子線装置を用いることが可能である。また、得られたパターンの情報を用いた計算装置を使うことができれば、必ずしも荷電粒子線装置と一体化した装置である必要はない。
　また、検出器で検出する対象も、主として２次電子を例として記載しているが、反射電子やミラー電子、試料から発するイオンなどの荷電粒子を検出して実現できることを予め述べておく。
　本発明の第一の実施例を以下に述べる。本実施例では、既に取得したSAQPにより形成したパターンの画像から、計算時間よりも精度を重視してイニシャルコアを特定し、さらに寸法計測を行って、工程の問題点を推定し、歩留まりを向上した例を説明する。
　本実施例で解析したライン＆スペースパターンの画像の模式図を図４(a)に示す。また、このパターンの断面構造に相当する模式図を図４(b)に示す。このパターンは図１にその断面を示すプロセスによって作製した。図１(a)で最上面に形成されている断面が矩形のパターンは、液浸ArFリソグラフィによって作られた。また、図7に本実施例で用いた、イニシャルコア特定のフローチャートを、図８に本実施例で用いたサンプル観察装置及び解析システムの構成を含む走査電子顕微鏡の概念図を示す。また、画像解析中のモニタ画面中の、本発明を実施させたときに現れるウィンドウの模式図、二つのグラフを図９、10、11に示す。また、本発明の適用の結果推定されたパターン形成の途中工程における断面図を図12に示す。また、図13に最終的に得られた結果の表を操作端末画面に表示した図の一例を示す。
　図７のフローを実施する前にSAQPを用いて微細なライン＆パターン画像を取得した。走査電子顕微鏡のサンプルステージ（試料台）８０８の上にサンプル(試料)８０７を載置し、電子銃８０２からされた電子線８０３をレンズ８０４、８０６及び偏向器８０５を含む電子光学系（照射光学系）によりサンプル８０７へ照射し、サンプルから発生した二次電子８０９を検出器（検出光学系）８１０で検出し、走査電子顕微鏡の各部位の制御系８１１、及びサンプル観察装置及び解析システムの端末（すなわち、検出器から得られた結果を画像データとして算出する算出部）８１２を介して検出信号に基づく画像データをデータ記憶装置８１３に格納する。なお、符号８０１は走査電子顕微鏡の筐体である。
　次に、操作者はサンプル観察装置及び解析システムを含む走査電子顕微鏡からデータ送受信可能な、画像解析装置８１４の端末を操作し、イニシャルコア特定を実行するプログラムを動作させた（工程Ｓ７０１）。次にデータ記憶装置８１３から画像データを呼び出して、画像解析装置８１４のモニタ画面に表示させた（工程Ｓ７０２）。すなわち、画像解析装置８１４はデータ記憶装置８１３から画像データを呼び出すための入出力部８１５と、イニシャルコアやセカンドコア等を判定するプログラムを動作させる判定部８１６と、その判定結果を表示する表示部８１７とを有する。また、図示はしないが解析システムの端末（算出部）８１２のほうに表示部を設けてもよい。入出力部や判断部も同様に本願の課題を解決する範囲で走査電子顕微鏡や画像解析装置、もしくはその他の装置に組み込まれていても構わない。
　そして、この操作により表示されたウィンドウを図９に示す。呼び出した画像を符号９０１で示す。
　次に操作者は工程Ｓ７０３に進み、画像９０１の上で解析をしたい領域を設定した。設定された領域は、破線の枠９０２で示されている。
　次に操作者は工程Ｓ７０４に進み、エッジの定義を入力した。具体的には、画面に示されているEdge Parametersのボタン９０３をクリックした。すると、ラインパターンのエッジを定義するためのパラメータ設定ウィンドウが現れ、操作者はそこでエッジの定義を入力した。
　次に操作者は工程Ｓ７０５に進み、Edge Extractionのボタン９０４をクリックしてエッジを抽出した。すると画像９０１の破線枠（解析領域）９０２内にあるラインパターン上に、左から番号（１、２、３、４、５）が振られた。これらの番号は図４で示されたラインパターン４１２、４１４、４１６、４１８、４２０にそれぞれ対応する。また、画像の上にエッジが点の集合として表示された。
　次に操作者は工程Ｓ７０６に進み、コア特定アルゴリズムのうち、セカンドコアのみを求めるか、セカンドコアを求めた後にイニシャルコアも求めるか、の選択をした。セカンドコアを求めた後にイニシャルコアを求めることを選び、2nd + initial cores estimationの表示の左にある選択記号をクリックした。また、コア特定の際に算出するρ_sやLER値を表示することを希望したので、Show detailの表示の左にある選択記号をクリックした。なお、ここではセカンドコアを求めてからイニシャルコアを求めているが、先にも説明したが、直接イニシャルコアを求めるアルゴリズムとすることもできる。
　その後操作者は、Analysisの表示ボタン９０５をクリックし、イニシャルコア特定の解析を実行させた。
　すると画像解析装置８１４において、ライン１から５のエッジ（エッジ番号E_nは１から10の値をとる。図４で示されたエッジ４０１～４１０に対応）の位置情報から、Δｘ（E_n, i）を算出した。ここでiは1から256の値をとる。即ちP_n=256である。次に、（数3）に従ってスペース番号１から４のスペース（図４ではスペース４１１、４１３、４１５、４１７に対応）に対して、ρ_sを求めた。なお、スペース番号はその左にあるラインの番号と等しい。また、このρ_sのL_n依存性を操作端末画面にグラフ表示させた。このグラフを図10に示す。画像解析装置８１４はこの結果を大小の値の繰り返しにあてはめ、スペース２（画面内ライン２の右）とスペース４のρ_sが大きいことから、これらがセカンドコアと判断した（工程Ｓ７０７）。
　引き続いて画像解析装置８１４は10本のエッジから（数2）に従ってLERを算出した。また、このLERのエッジ番号E_nに対する依存性を操作端末画面にグラフ表示させた。このグラフを図11に示す。
　画像解析装置８１４は次に、工程Ｓ７０８に進み、イニシャルコアを特定した。その手順は以下の通りである。まず、イニシャルコアがスペース１（画面内でライン１の右、即ちE_n＝2のエッジとE_n＝3のエッジの間）であると仮定した。この仮定の下では、エッジ１から10までの値のLER値の変化は、大中中大中小小中大中、となる。そこで、大あるいは小となるエッジの番号E_nだけを抜き出すと、1, 4, 6, 7, 9となり、大小の値の列は大を１、小を0とすると、1, 1, 0, 0, 1となる。次に、E_n=1, 4, 6, 7, 9のエッジのLER値を抜き出し数列にしたところ、2.51, 2.79, 2.77, 2.44, 2.42、となった。単位はナノメータである。これら二つの数列の相関値は-0.10となり、ほとんど相関していない。
　画像解析装置８１４は次に、イニシャルコアがスペース３（画面内でライン３の右、即ちE_n＝6のエッジとE_n＝7のエッジの間）であると仮定した。この仮定の下では、エッジ１から10までの値のLER値の変化は、中小小中大中中大中小、となる。そこで、大あるいは小となるエッジの番号E_nだけを抜き出すと、2, 3, 5, 8, 10となり、大小の値の列は大を１、小を0とすると、0, 0, 1, 1, 0となる。次に、E_n=2, 3, 5, 8, 10のエッジのLER値を抜き出し数列にしたところ、2.46, 2.58, 3.04, 2.82, 2.71、となった。単位はナノメータである。これら二つの数列の相関値は0.85という大きな値となった。
　この結果から、画像解析装置８１４はスペース３がイニシャルコアであると判定し、画像９０１の右上領域に『イニシャルコア：スペース３』と表示させ、さらに『相関値0.85』も表示した（工程Ｓ７０８）。なお、イニシャルコアの位置を相関値を用いて特定する場合、全ての候補の上記相関値を求めてその値が最大値となる候補でイニシャルコアの位置を特定してもよいが、上述のように相関値が大きく異なる場合があるため（ここでは、-0.10と0.85）、全ての候補の相関値を求めるのではなく、相関値に対して閾値を設定しておき、閾値を超える候補が特定された時点でその候補でイニシャルコアの位置を特定することもできる。
　操作者はこの結果から、ライン１、４、５がギャップを挟むライン、ライン２及び３がイニシャルコアを挟むラインと知り、それぞれのライン幅を計測したところ、ギャップを挟むラインの幅の平均は19.51nm、イニシャルコアを挟むラインの幅の平均は16.38nmとなった。設計寸法はいずれも18nmである。このことから、初めにレジストパターンが形成されていた領域のパターンと、初めにレジストパターンが形成されていなかった領域のパターンとで寸法が異なることがわかった。調べてみたところ、図１(d)の次にレジストを除去する工程で時間が短かったためレジストがわずかに残り、図1(e)の状態にすべきところ、図12のように元々レジストがあった位置に膜が残っていることがわかった。この膜の上では2回目に製膜する膜の成分が特に堆積しにくくなる性質をもっていたため、最終的に、イニシャルコアを挟むラインのほうが細くなっていた。
　尚、イニシャルコアがスペース３であることがわかったあと、各種指標を自動で算出するプログラムを実行させることもできた。この場合は、モニタ画面に結果を示すウィンドウが現れる。このウィンドウの模式図を図13に示す。尚これは画像1枚からの算出例だが、測定のレシピに組み込んで、複数画像からのデータを図13に示した形式の表にまとめ、テキストファイルとして指定した媒体や、記憶装置８１３に出力し、格納することもできる。
　本実施例によりこの問題が明確になり、レジスト除去工程を改良したため、最終製品の性能が均一になり、歩留まりが向上した。
　以上本実施例によれば、SADPを複数回用いて形成された微細ライン＆スペースパターンであってもイニシャルコアの位置を高精度に特定可能な走査電子顕微鏡および検査装置を提供することができる。また、イニシャルコアのスペース等の寸法の各種指標を用いることにより、SADPプロセスを複数回用いて作製した最終パターン画像からのプロセスの課題推定やプロセスの改良が可能となる。
　本発明の第二の実施例を以下に述べる。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。本実施例では、半導体素子の量産工場において、重ね合わせ誤差を算出したことで歩留まりの低下を防いだ例を説明する。
　本実施例で用いた走査電子顕微鏡は実施例１と同じく、図８に示される構成となっている。また、図14に、画像解析中のモニタ画面中の本発明を実施させたときに現れるウィンドウの模式図を示す。図15、16は本発明を実施した結果現れる解析結果の表を操作端末画面に表示した図の一例である。
　観察パターンは、図１にその断面を示すプロセスによって作製した。図１(a)で最上面に形成されている断面が矩形のパターンは、液浸ArFリソグラフィによって作られた。液浸ArFリソグラフィを実施した際のレジストパターンの下層（図1には表示されていない）パターンとのｘ方向の重ね合わせ誤差は、ｘ座標プラスの方向に2.10nmであった。また、デバイスの性能を一定以上にするために、この層と下層との重ね合わせ誤差は、絶対値で4nm以下とすることが必要であった。
　まず操作者はサンプル観察装置及び解析システムの端末８１２を操作し、サンプル（半導体ウエハ）８０７を装置内に取り込み、電子ビーム８０３を照射し、制御系８１１を通してパターンの画像を取得した。また、画像解析プログラムを動作させ、モニタ上にプログラムのウィンドウを表示させた。この様子を図14に示す。このウィンドウには取得した画像１４０１が表示されており、操作者は画像上で解析する領域を設定した。設定された領域は、破線の枠１４０２で示されている。
　次に操作者は画面に示されているEdge Parametersのボタン１４０３をクリックした。すると、ラインパターンのエッジを定義するためのパラメータ設定ウィンドウが現れ、操作者はそこでエッジの定義を入力した。次に、Edge Extractionのボタン１４０４をクリックした。すると画像１４０１の破線枠（解析領域）１４０２内にあるラインパターン上に、左から番号が振られた。また、画像の上にエッジが点の集合として表示された。
　次に操作者は、コア特定アルゴリズムのうち、セカンドコアのみを求めるか、セカンドコアを求めた後にイニシャルコアも求めるか、の選択をした。ここではセカンドコアを求めた後にイニシャルコアを求めることを選んだ。
　その後操作者はAnalysisの表示ボタン１４０５をクリックし、イニシャルコア特定の解析を実行させた。すると画像１４０１の右上領域に『イニシャルコア：スペース４』『相関値0.66』の表示が現れた。
　その後、Calculationのボタン１４０６をクリックしたところ、最初のレジストパターンの中心位置を推定し、そこをｘ軸原点とした際の各パターンの中心位置の座標を算出して、図15(a)に示す表として画面に表示した。また図15(b)に示すウィンドウが現れた。ここでラインにはAからDまでの種類があるが、ラインBとCはイニシャルコアを挟むラインを意味している。ラインAとDはイニシャルコアから最も遠いラインのことを意味している。図15(b)のセル１５０１に、ラインパターンのピッチの設計値を、セル１５０２に最初のレジストパターンを形成したリソグラフィにおける下層との重ね合わせずれ量2.10nmを入力したところ、各パターンの重ね合わせずれ量を自動的に算出し、操作端末画面に表示された計算結果の表は、例えば図16のようになった。
　操作者は画像を取得した後に図16の結果を出すまでの操作をレシピに登録し、100箇所の画像に対して同様の解析を自動で行うようにした。1枚の画像には8から9本のラインが含まれていたが、端末８１２の計算機能はそれらのラインを全てAからDのどれに相当するかを分類し、各ラインの重ね合わせずれ量を算出した。その結果、合計868本のラインのうち、約1/4に当たる212本のラインで重ね合わせずれ量が4nmを超えてしまうことが判った。これは製品不良率を増加させ問題となるレベルである。
　そこで操作者は量産工程を一時停止させ、それ以上の歩留まり低下を防ぐとともに工程のチェックを行ったところ、CDS_2ndcoreの値のばらつきが大きいことがわかった。そこで1回目の製膜を行う装置を点検したところ、電圧が不安定であることがわかり、これを修理して歩留まりを目標レベルに戻すことができた。
　本発明により、以前は見えなかった重ね合わせずれ量の増大が検知され、歩留まりの低下を抑制することができた。また、改善策を打つことができ、最終製品の歩留まりが確保できた。
　以上本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、SAQPプロセスで作成した最終パターン画像から各パターンの重ね合わせずれ評価やプロセスの改善が可能となる。
　本発明の第三の実施例を以下に述べる。本実施例では、半導体素子の量産工場において、SADPを3回実施して形成した微細なラインパターン群の検査に本発明を適用して、イニシャルコア位置を特定した例を示す。なお、実施例１又は２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
　図17に本実施例で観察したパターンの形成工程の概略を表す模式図を示す。図18には、本実施例で得られた観察画像を示す。図19は本実施例の結果得られた表を操作端末画面に表示した図の一例である。
　パターンの形成過程の模式図を図17に示す。SADPを3回行うことで、最初に形成したパターンのピッチの1/8のピッチをもつ密集パターンが得られる。
　図17はSADPを3回用いて微細なライン＆スペースを形成する工程を説明するためのパターンの断面模式図である。図１7(a)～図１7(c)が1回目のSADPでラインパターンを形成する工程を示しており、図17(d)～図17(e)が2回目のSADPでラインパターンを形成する工程、図17(f)～図17(g)が3回目のSADPでラインパターンを形成する工程を示している。先ず、下から順に積層されたシリコン酸化膜２２８、カーボン膜２２７、シリコン酸化膜２２６、シリコン窒化膜２２５、シリコン酸化膜２２４、カーボン膜２２３、反射防止膜２２２の積層膜上にライン状にパターニングされたレジスト層２２１を形成する（図17(a)）。なお、レジスト層１２１は図面上では１本であるが、実際には多数本が形成されている。次に、レジスト層２２１を覆うようにシリコン酸化膜２３１を形成し、シリコン酸化膜１３１を異方性エッチングすることにより、レジスト層２２１の両サイドにライン状のシリコン酸化膜２３１を形成すし、レジスト層２２１をアッシング等で除去する（図１(ｂ)）。次に、ライン状のシリコン酸化膜２３１をマスクとして反射防止膜２２２及びカーボン膜２２３の積層膜をエッチング異方性エッチングすることによりライン状の積層膜を形成する（図1(c)）。これにより、最初のリソグラフィで作成したパターンのピッチの半分のピッチの密集パターンを形成することができる。
　次いで、反射防止膜２２２を除去し、ライン状のカーボン膜２２３を覆ってシリコン酸化膜２４１を形成後、異方性ドライエッチングによりシリコン酸化膜２４１をエッチングすることにより、カーボン膜２２３の両サイドにライン状のシリコン酸化膜２４１を形成し、カーボン膜２２３を除去する（図17(ｄ)）。次いで、シリコン酸化膜２４１をマスクとして異方性エッチングを行うことにより、ライン状のシリコン酸化膜２２４とシリコン窒化膜２２５との積層膜を形成する（図17(e)）。これにより、SADPで形成したパターンに対してさらにピッチを分割することができる。
　引き続き、シリコン酸化膜２２４を除去し、ライン状のシリコン窒化膜２２５を覆ってシリコン酸化膜２５１を形成後、異方性ドライエッチングによりシリコン酸化膜２５１をエッチングすることにより、シリコン窒化膜２２５の両サイドにライン状のシリコン酸化膜２５１を形成し、シリコン窒化膜２２５を除去する（図17(f)）。次いで、シリコン酸化膜２５１をマスクとして異方性エッチングを行うことにより、ライン状のシリコン酸化膜２２６とカーボン膜２２７との積層膜を形成する（図17(g)）。これにより、SAQPで形成したパターンに対してさらにピッチを分割することができる。なお、上記材料は１例であり上記材料に限定されない。
　図17に示した工程で作製した微細なライン＆スペースパターンを観察して得られた画像の模式図を図18に示す。斜め格子模様の部分がスペース、白い部分がラインパターンである。
　図５に示した規則に基づくと、図17において、ライン群１７０１に属するエッジの形状は全て似ており、ライン群１７０２に属するエッジの形状も全て似ている。従って、隣り合うエッジの類似度の分布を調べることによって、イニシャルコアの候補位置とギャップの候補位置が判明する。ここでは、イニシャルコアはライン群１７０１とライン群１７０２の間にあるが、図中のライン群１７０１の左側、あるいはライン群１７０２の右側（これらはギャップである）も、この段階では区別できない。
　図18に対してこの規則を適用したところ、画像内左から12番目のエッジ１８０１と13番目のエッジ１８０２の間及び同じく左から4番目のエッジ１８０３と5番目のエッジ１８０４の間が、イニシャルコアの候補であることがわかった。
　また、図５に示した規則に基づくと、図17でイニシャルコアのひとつ外側のスペースの外側エッジ即ち、エッジ１７０３とエッジ１７０４が最も大きいLERを持つことになる。また、ギャップに隣接するエッジ即ち、エッジ１７０５、１７０６やエッジ１７０７が最も小さいLERを持つことになる。そこでイニシャルコアがエッジ１８０１とエッジ１８０２との間にあると仮定し、LERが大きくなると期待されるエッジ１８０１を含むラインに対して左側のスペースの左側のエッジ（左から10番目となる）１８０５とエッジ１８０２を含むラインに対して右側のスペースの右側のエッジ（左から15番目となる）１８０６、LERが小さくなると仮定されるエッジ１８０３とエッジ１８０４のLERを算出した。また、逆にイニシャルコアが左から4番目と5番目のエッジ（それぞれエッジ１８０３とエッジ１８０４）の間にある場合についても同様に、LERが大きくなると期待される左から2番目と7番目のエッジ（それぞれエッジ１８０７とエッジ１８０８）のLER、また、小さくなると期待されるエッジ１８０１とエッジ１８０２のLERを比較すればよいことになる。そこでこれらを算出した。
　この結果を操作端末画面に表示した図の一例を図19に示す。初めのケースを考えると、確かにエッジ１８０５とエッジ１８０６のLERが大きく、エッジ１８０３とエッジ１８０４のLERは比較的小さいことがわかる。逆のケースを考えるとエッジ１８０７とエッジ１８０８のLERとエッジ１８０１、１８０２のLERを比較するが、これらの値はほとんど同じで差異が見られない。これにより前者が正しいと推定し、イニシャルコアはエッジ１８０１とエッジ１８０２の間にあると判断した。
　これにより、実施例２と同様に各パターンの下層に対する重ね合わせずれが計算でき、重ね合わせずれの工程管理がより精確にできるようになった。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　以上、本願発明を詳細に説明したが、以下に発明の形態を列挙する。  
（１）基板上に形成された第一のパターンに対して膜堆積を行って第一のパターンの両側壁に第二のパターンを形成するという工程を1回以上行うことで形成される複数のラインパターンを有する試料に対して、上空から観察を行うパターン検査方法であって、隣接して並ぶ複数のライン群からそれぞれのラインエッジの凹凸の指標即ちラインエッジラフネス値を算出し、ラインエッジラフネス値の画像内における分布から、第一のパターンの中心がどこのラインまたはスペースの位置に形成されていたかを特定することを特徴とするパターン検査方法。  
（２）基板上に形成された第一のパターンに対して膜堆積を行って第一のパターンの両側壁に第二のパターンを形成するという工程を1回以上行うことで形成される複数のラインパターンを有する試料に対して、上空から観察を行うパターン検査方法であって、スペースを挟んで隣接するエッジの凹凸形状の類似度を算出することで、最後の膜堆積の前に形成されていたラインパターンの位置を特定し、  
隣接して並ぶ複数のライン群からそれぞれのラインエッジの凹凸の指標即ちラインエッジラフネス値を算出し、ラインエッジラフネス値の画像内における分布から、第一のパターンの中心がどこのラインまたはスペースの位置に形成されていたかを特定することを特徴とするパターン検査方法。  
（３）基板上に形成された第一のパターンに対して膜堆積を行って第一のパターンの両側壁に第二のパターンを形成するという工程を1回以上行うことで形成される複数のラインパターンを有する試料に対して、上空から観察を行うパターン検査方法であって、隣接して並ぶ複数のラインに対してライン中心位置のライン長手方向に沿った変動を算出しそれをラインの中心変動とし、隣接するラインの中心変動の形の類似度を算出することで、最後の膜堆積の前に形成されていたラインパターンの位置を特定し、  
隣接して並ぶ複数のライン群からそれぞれのラインエッジの凹凸の指標即ちラインエッジラフネス値を算出し、ラインエッジラフネス値の画像内における分布から、第一のパターンの中心がどこのラインまたはスペースの位置に形成されていたかを特定することを特徴とするパターン検査方法。  
（４）（１）乃至（３）の何れかに記載のパターン検査方法であって、第一のパターンのエッジの位置に形成されているエッジと、第一のパターンから最も遠い位置に形成されているエッジについてのラインエッジラフネス値のみを用いることを特徴とするパターン検査方法。  
（５）（１）乃至４の何れかに記載のパターン検査方法であって、画像内において特定された第一のパターンの中心があった位置を基準として、予め定められた位置にある二つのエッジの距離を算出することを特徴とするパターン検査方法。  
（６）基板上に形成された第一のパターンに対して膜堆積を行って第一のパターンの両側壁に第二のパターンを形成するという工程を1回以上行うことで形成される複数のラインパターンを有する試料に対して、上空から観察を行うパターン検査装置であって、  
画像からパターンのエッジを抽出するための演算装置と、  
スペースを挟んで隣接する二つのエッジの形状の類似度を算出する演算装置かスペースを挟んで隣接する二つのラインの中央位置のラインに沿った方向の変動の類似度を算出する演算装置の少なくとも一方と、  
ラインエッジラフネスの値の分布を解析する解析装置と、  
画像及びエッジ位置のデータとを記憶するための装置と、  
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
１…イニシャルコア、２…セカンドコア、３…ギャップ、１０１…ラインパターンの左エッジ、１０２…ラインパターンの右エッジ、１０３…ラインパターンの左エッジ、１０４…ラインパターンの右エッジ、１０５…ラインパターンの左エッジ、１０６…ラインパターンの右エッジ、１０７…ラインパターンの左エッジ、１０８…ラインパターンの右エッジ、１２１…レジスト層、１２２…反射防止膜、１２３…カーボン膜、１２４…シリコン酸化膜、１２５…シリコン窒化膜、１２６…シリコン酸化膜、１３１…シリコン酸化膜、１４１…シリコン酸化膜、２２１…レジスト層、２２２…反射防止膜、２２３…カーボン膜、２２４…シリコン酸化膜、２２５…シリコン窒化膜、２２６…シリコン酸化膜、２２７…カーボン膜、２２８…シリコン酸化膜、２３１…シリコン酸化膜、２４１…シリコン酸化膜、２５１…シリコン酸化膜、４０１…ラインパターンの左エッジ、４０２…ラインパターンの右エッジ、４０３…ラインパターンの左エッジ、４０４…ラインパターンの右エッジ、４０５…ラインパターンの左エッジ、４０６…ラインパターンの右エッジ、４０７…ラインパターンの左エッジ、４０８…ラインパターンの右エッジ、４０９…ラインパターンの左エッジ、４１０…ラインパターンの右エッジ、４１１…スペース部、４１２…ライン部、４１３…スペース部、４１４…ライン部、４１５…スペース部、４１６…ライン部、４１７…スペース部、４１８…ライン部、４１９…スペース部、４２０…ライン部、４２１…スペース部、５０１…堆積した膜の表面に相当するラインエッジ、５０２…コアパターンのラインエッジ、６０１…CDL_finalcore、６０２…CDL_finalgap、６０３…CDS_initcore、６０４…CDS_2ndcore、６０５…CDS_gap、６０６…CD_core、６０７…CD_gap、Ｓ７０１…イニシャルコア特定プログラムを動作させる工程、Ｓ７０２…対象データを呼び出す工程、Ｓ７０３…解析対象領域を設定する工程、Ｓ７０４…エッジの定義を入力する工程、Ｓ７０５…エッジを抽出する工程、Ｓ７０６…アルゴリズムやオプションを選択する工程、Ｓ７０７…セカンドコアを特定する工程、Ｓ７０８…イニシャルコアを特定する工程、８０１…筐体、８０２…電子銃、８０３…電子線、８０４…レンズ、８０５…偏向器、８０６…レンズ、８０７…サンプル、８０８…サンプルステージ、８０９…サンプルから発生した二次電子、８１０…検出器、８１１…制御系、８１２…サンプル観察装置及び解析システムの端末、８１３…データ記憶装置、８１４…画像解析装置、８１５…入出力部、８１６…判定部、８１７…表示部、９０１…ウィンドウ内の画像表示領域、９０２…画像上に表示された解析領域、９０３…エッジ定義の入力を開始するためのボタン、９０４…エッジ抽出を実行するためのボタン、９０５…解析を実行させるためのボタン、１４０１…ウィンドウ内の画像表示領域、１４０２…画像上に表示された解析領域、１４０３…エッジ定義の入力を開始するためのボタン、１４０４…エッジ抽出を実行するためのボタン、１４０５…解析を実行させるためのボタン、１４０６…重ね合わせずれ計算を実行させるためのボタン、１５０１…重ね合わせすれ計算を実行するための入力セル、１５０２…重ね合わせすれ計算を実行するための入力セル、１７０１…ラフネス形状が似ているライン群、１７０２…ラフネス形状が似ているライン群、１７０３…ラインの右エッジ、１７０４…ラインの左エッジ、１７０５…ラインの左エッジ、１７０６…ラインの右エッジ、１７０７…ラインの左エッジ、１８０１…画像内の左から12番目のエッジ、１８０２…画像内の左から13番目のエッジ、１８０３…画像内の左から4番目のエッジ、１８０４…画像内の左から5番目のエッジ、１８０５…画像内の左から10番目のエッジ、１８０６…画像内の左から15番目のエッジ、１８０７…画像内の左から2番目のエッジ、１８０８…画像内の左から7番目のエッジ。

Claims (15)

  1. 　荷電粒子源と、
      積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料を載置する試料台と、
      前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料台に載置された前記試料へ照射する照射光学系と、
      前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
      前記検出器により検出された前記二次荷電粒子の信号に基づいて得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、  前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する算出部と、
      前記複数のライン状パターンにおける前記ラインエッジラフネス値同士を比較し、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定する判定部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１記載の荷電粒子線装置において、
      前記試料は、前記第一パターンに対して２本の前記第二パターンが形成され、更に、前記第二パターンに対してそれぞれ２本ずつ形成された合計４本のライン状パターンを有し、
      前記判定部は、前記４本のラインにおける前記ラインエッジラフネス値の大きさを比較したとき、順に小中大中中大中小であった場合、前記イニシャルコアはラインエッジラフネス値が中中となるラインエッジで挟まれた位置にあることを判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項１記載の荷電粒子線装置において、
      前記判定部は、前記ライン状パターンがポジ型プロセスで形成された場合、前記イニシャルコアがスペース部に位置すると判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項１記載の荷電粒子線装置において、
      前記判定部は、前記ライン状パターンがネガ型プロセスで形成された場合、前記イニシャルコアがライン部に位置すると判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　請求項１記載の荷電粒子線装置において、
      前記イニシャルコアの位置を基準として、予め定められた位置にある二つのエッジの距離を算出するエッジ算出部を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項１記載の荷電粒子線装置において、
      前記表示部は、前記第一パターンの幅、或いは前記イニシャルコアの幅と前記イニシャルコアを挟んで両側に配置されるライン或いはスペースの幅を合計した値を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　荷電粒子源と、
      前記試料は、積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料を載置する試料台と、
      前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料台に載置された前記試料へ照射する照射光学系と、
      前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
      前記検出器により検出された前記二次荷電粒子の信号に基づいて得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、  前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のスペースの左右のエッジ形状の類似度を算出する算出部と、
      前記ライン状のパターンまたは前記スペースにおける左右のエッジ形状の類似度に基づき、前記第一パターンの両側に形成された前記第二パターンであるセカンドコアの位置を判定する判定部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　請求項７記載の荷電粒子線装置において、
      前記判定部は、
      前記セカンドコアの位置に基づいて、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 　請求項８記載の荷電粒子線装置において、
      前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する算出部を有し、
      前記判定部は、前記複数のライン状パターンにおける前記ラインエッジラフネス値同士を比較し、前記比較した結果と、前記複数のライン状パターンにおいて実測された前記ラインエッジラフネス値との相関値を求め、前記イニシャルコアの位置を判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 　請求項９記載の荷電粒子線装置において、
      前記表示部は、前記イニシャルコアの位置と前記相関値とを表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　荷電粒子源と、
      積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料を載置する試料台と、
      前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料台に載置された前記試料に照射する照射光学系と、
      前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
      前記検出器により検出された前記二次荷電粒子の信号に基づいて得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、  前記複数のライン状パターンのスペースを挟んで隣接するエッジの凹凸形状の類似度或いは隣接して並ぶ前記複数のライン状パターンに対してライン中心位置のライン長手方向に沿った変動を算出することによりラインの中心変動として隣接するラインの中心変動の形状の類似度を算出する類似度算出部と、
      前記エッジの凹凸形状の類似度または前記ラインの中心変動の形状の類似度に基づき、最後の膜堆積の前に形成されたライン状パターンの位置を判定する位置判定部と、
      隣接して並ぶ前記複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する、ラフネス値算出部と、
      前記最後の膜堆積の前に形成されたライン状パターンの位置および前記ラインエッジラフネス値に基づき、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定するイニシャルコア判定部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  12. 　積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料へ荷電粒子線を照射し得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、
      前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する算出部と、
      前記複数のライン状パターンにおける前記ラインエッジラフネス値同士を比較し、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定する判定部と、
    を有することを特徴とする検査装置。
  13. 　積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料へ荷電粒子線を照射し得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、
      前記画像データに基づき、前記試料において隣接して並ぶ複数のスペースの左右のエッジ形状の類似度を算出する算出部と、
      前記ライン状のパターンまたは前記スペースにおける左右のエッジ形状の類似度に基づき、前記第一パターンの両側に形成された前記第二パターンであるセカンドコアの位置を判定する判定部と、
    を有することを特徴とする検査装置。
  14. 　積層膜上に形成されたライン状の第一パターンを覆い、膜堆積を行って第一パターンの両側壁にライン状の第二パターンを形成する工程を２回以上行うことで形成される複数のライン状パターンを有する試料へ荷電粒子線を照射し得られる前記試料の表面の画像データを表示する表示部と、
      前記複数のライン状パターンのスペースを挟んで隣接するエッジの凹凸形状の類似度或いは隣接して並ぶ前記複数のライン状パターンに対してライン中心位置のライン長手方向に沿った変動を算出することによりラインの中心変動として隣接するラインの中心変動の形状の類似度を算出する類似度算出部と、
      前記エッジの凹凸形状の類似度または前記ラインの中心変動の形状の類似度に基づき、最後の膜堆積の前に形成されたライン状パターンの位置を判定する位置判定部と、
      隣接して並ぶ前記複数のライン状パターンのラインエッジの凹凸の指標であるラインエッジラフネス値を算出する、ラフネス値算出部と、
      前記最後の膜堆積の前に形成されたライン状パターンの位置および前記ラインエッジラフネス値に基づき、前記第一パターンの中心であるイニシャルコアの位置を判定するイニシャルコア判定部と、有することを特徴とする検査装置。
  15. 　請求項１２乃至１４に記載の検査装置において、
      前記ライン状パターンまたは前記ライン状パターンのスペースの幅を算出することを特徴とする検査装置。
PCT/JP2015/060205 2014-04-14 2015-03-31 荷電粒子線装置および検査装置 Ceased WO2015159705A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/303,813 US9824938B2 (en) 2014-04-14 2015-03-31 Charged particle beam device and inspection device
KR1020167027412A KR101842055B1 (ko) 2014-04-14 2015-03-31 하전 입자선 장치 및 검사 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-082640 2014-04-14
JP2014082640A JP6227466B2 (ja) 2014-04-14 2014-04-14 荷電粒子線装置および検査装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015159705A1 true WO2015159705A1 (ja) 2015-10-22

Family

ID=54323916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/060205 Ceased WO2015159705A1 (ja) 2014-04-14 2015-03-31 荷電粒子線装置および検査装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9824938B2 (ja)
JP (1) JP6227466B2 (ja)
KR (1) KR101842055B1 (ja)
TW (1) TWI529369B (ja)
WO (1) WO2015159705A1 (ja)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10559501B2 (en) * 2016-09-20 2020-02-11 Qualcomm Incorporated Self-aligned quadruple patterning process for Fin pitch below 20nm
KR102309432B1 (ko) 2017-01-27 2021-10-05 주식회사 히타치하이테크 하전 입자선 장치
US10901325B2 (en) * 2017-02-28 2021-01-26 Kla-Tencor Corporation Determining the impacts of stochastic behavior on overlay metrology data
US10622266B2 (en) * 2017-04-04 2020-04-14 Globalfoundries Inc. Methods of identifying space within integrated circuit structure as mandrel space or non-mandrel space
US10488188B2 (en) 2017-04-13 2019-11-26 Fractilia, Llc System and method for removing noise from roughness measurements
US10664955B2 (en) 2017-04-13 2020-05-26 Fractilia, Llc Edge detection system and its use for machine learning
US10176966B1 (en) 2017-04-13 2019-01-08 Fractilia, Llc Edge detection system
US11380516B2 (en) 2017-04-13 2022-07-05 Fractilia, Llc System and method for generating and analyzing roughness measurements and their use for process monitoring and control
US12142454B2 (en) 2017-04-13 2024-11-12 Fractilla, LLC Detection of probabilistic process windows
US10648801B2 (en) 2017-04-13 2020-05-12 Fractilia, Llc System and method for generating and analyzing roughness measurements and their use for process monitoring and control
US11508546B2 (en) 2017-04-13 2022-11-22 Fractilia, Llc System and method for low-noise edge detection and its use for process monitoring and control
US11521825B2 (en) 2017-04-13 2022-12-06 Fractilia, Llc System and method for predicting stochastic-aware process window and yield and their use for process monitoring and control
US11355306B2 (en) 2017-04-13 2022-06-07 Fractilia, Llc System and method for generating and analyzing roughness measurements and their use for process monitoring and control
US10522322B2 (en) 2017-04-13 2019-12-31 Fractilia, Llc System and method for generating and analyzing roughness measurements
US11361937B2 (en) 2017-04-13 2022-06-14 Fractilia, Llc System and method for generating and analyzing roughness measurements and their use for process monitoring and control
US10656532B2 (en) 2017-04-13 2020-05-19 Fractilia, Llc Edge detection system and its use for optical proximity correction
US10727045B2 (en) 2017-09-29 2020-07-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for manufacturing a semiconductor device
US10473460B2 (en) * 2017-12-11 2019-11-12 Kla-Tencor Corporation Overlay measurements of overlapping target structures based on symmetry of scanning electron beam signals
US11398379B2 (en) 2018-03-20 2022-07-26 Tokyo Electron Limited Platform and method of operating for integrated end-to-end self-aligned multi-patterning process
CN111381436B (zh) * 2018-12-27 2024-03-08 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 具有图形的光罩的制造方法
US12354829B2 (en) * 2019-08-23 2025-07-08 Hitachi High-Tech Corporation Overlay measurement system and overlay measurement device for overlay error measurement using electron microscopy
EP3862814A1 (en) * 2020-02-10 2021-08-11 ASML Netherlands B.V. Multi-step process inspection method
KR102690867B1 (ko) * 2020-02-20 2024-08-05 주식회사 히타치하이테크 패턴 매칭 장치, 패턴 측정 시스템 및 비일시적 컴퓨터 가독 매체
US11443825B2 (en) 2020-12-02 2022-09-13 Winbond Electronics Corp. Failure mode analysis method for memory device
JP7555896B2 (ja) * 2021-09-30 2024-09-25 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線画像処理装置とそれを備える荷電粒子線装置
KR20250034980A (ko) * 2022-09-08 2025-03-11 주식회사 히타치하이테크 치수 계측 시스템, 추정 시스템 및 치수 계측 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011133378A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Hitachi High-Technologies Corp パターン測定装置
US20140083972A1 (en) * 2012-09-27 2014-03-27 Tokyo Electron Limited Pattern forming method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5543984B2 (ja) * 2009-03-02 2014-07-09 アプライド マテリアルズ イスラエル リミテッド 類似構造要素を分類するｃｄ計測システム及び方法
JP5426497B2 (ja) 2010-08-09 2014-02-26 株式会社アドバンテスト パターン測定装置及びパターン測定方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011133378A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Hitachi High-Technologies Corp パターン測定装置
US20140083972A1 (en) * 2012-09-27 2014-03-27 Tokyo Electron Limited Pattern forming method

Also Published As

Publication number Publication date
TWI529369B (zh) 2016-04-11
TW201538928A (zh) 2015-10-16
US20170040230A1 (en) 2017-02-09
JP2015203614A (ja) 2015-11-16
US9824938B2 (en) 2017-11-21
JP6227466B2 (ja) 2017-11-08
KR101842055B1 (ko) 2018-03-27
KR20160132048A (ko) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6227466B2 (ja) 荷電粒子線装置および検査装置
TWI755386B (zh) 計量系統及方法
JP5543984B2 (ja) 類似構造要素を分類するｃｄ計測システム及び方法
TWI517210B (zh) Pattern evaluation method and pattern evaluation device
JP4364524B2 (ja) パターン検査方法
CN104919307B (zh) 图案评价装置以及具备图案评价装置的外观检查装置
US9000365B2 (en) Pattern measuring apparatus and computer program
JP7219334B2 (ja) ３ｄ－ｎａｎｄ ｃｄｓｅｍ計測学のための方法、システムおよびコンピュータプログラム製品
JP2006215020A5 (ja)
CN111566789A (zh) 使用电子显微法的半导体计量及缺陷分类
JP6129651B2 (ja) ラインパターンの形状評価方法及びその装置
WO2011001635A1 (ja) 半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法
CN114365183A (zh) 晶片检验方法和系统
TWI823460B (zh) 計測方法、計測系統、及非暫態性電腦可讀媒體
CN110582842A (zh) 依据光学检验结果进行计量导引检验样品成形
KR101328611B1 (ko) 반도체 메모리 디바이스 제조를 위한 패턴 매칭 방법
CN115760675A (zh) 半导体样本中的局部形状偏差
WO2018042600A1 (ja) 画像解析装置および荷電粒子線装置
Sezestre et al. Model-based contour extraction: an enabler for very low-frame SEM images metrology
KR20190088761A (ko) 웨이퍼 측정 설비, 웨이퍼 측정 시스템 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법
US20250306474A1 (en) Semiconductor Pattern Evaluation Method, Semiconductor Manufacturing Process Management System, and Semiconductor Pattern Evaluation System
CN115380207B (zh) 图案匹配方法
US20110224934A1 (en) Evaluating apparatus, evaluating method, and computer program product
US20190243927A1 (en) Verifying planarization performance using electrical measures

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15780146

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167027412

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15303813

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15780146

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1