パターン形状計測方法、半導体装置の製造方法、およびプロセス制御システム

【課題】半導体デバイスの微細化に対して、プロセスマージンが狭小な場合でも半導体パターンの形状計測を高精度で行うことができるパターン形状計測方法を提供する。
【解決手段】パターン形状計測方法において、ベストマッチとなる計算波形が選出不可能な場合は、形状パラメータの内、少なくとも１つのパラメータを、パターン形状計測に依らない計測方法を用いる他計測装置にて得られた情報に基づいて固定値とし、再度、ライブラリと検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出するステップと、ベストマッチした計算波形より対象パターンの形状情報を求める。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスなどの半導体装置の製造技術に関し、特に、露光工程後・エッチング工程後に行われるパターン形状のインライン計測技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは近年微細化が進み、デバイス製造におけるプロセスマージンも非常に狭小化している。このような状況の中、製品の不良を無くし、歩留り向上のためのプロセス管理方法として、微細パターンの寸法管理を行うことが重要である。
【０００３】
ここで、図１３および図１４に、現在、半導体デバイス製造においてパターン計測が適用される工程例を示す。図１３および図１４は従来の半導体デバイス製造においてパターン計測が適用されている工程例を示す図である。
【０００４】
まず、成膜２０の工程にて半導体ウェハ上に酸化膜や金属膜を形成する。その後、膜厚計測２１にて、作成した薄膜が均一かつ規格値を満たしているか計測する。計測をクリアすると、次工程としてリソグラフィ２２のレジスト塗布工程にて感光性樹脂膜が塗布され、露光工程にて、マスクを通した光が半導体ウェハ上に照射される。
【０００５】
その後現像工程にて、ポジ型の場合は光が照射された部分が現像液により溶け、ネガ型では光が照射された部分が残り、レジストパターンが形成される。リソグラフィ２２の工程処理が終わると、インライン計測２３にて、ＣＤ−ＳＥＭ（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ−ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：電子顕微鏡）計測による対象パターンの寸法計測、スキャトロメトリによる対象パターンの形状計測が実施される。
【０００６】
その後エッチング２４にて、酸化膜あるいは金属膜にパターンを形成し、上記２３と同様に、インライン計測２５が実施される。なお、インライン計測とは、デバイス製造プロセスの一工程として組み込まれている計測工程のことであり、特に、計測後に再びウェハをライン上に戻すような計測工程である。
【０００７】
また、図１４に示すようにインライン計測２３の結果をリソグラフィ２２へフィードバック、エッチング２４へフィードフォワード、またインライン計測２５の結果をエッチング２４の製造装置へフィードバックすることなどにより、パターン寸法が一定に保たれるようにプロセス制御が行われる。
【０００８】
また、図１５に計測対象パターンの例を示す。図１５は従来のコンタクトホール形成工程におけるウェハ断面模式図とプロセスフローを示す図である。
【０００９】
ウェハの構成はＳｉ基板４０、ＳｉＯ_２膜４１（配線層間膜）、ホトレジスト４２の多層膜構成になっており、図１５（ａ）ではホトレジストへパターン形成が行われ、図１５（ｂ）ではドライエッチによるＳｉＯ_２膜へパターン形成が行われ、コンタクトホール４３が形成されていく仕組みになっている。コンタクトホール４３のような拡散層と金属配線層の接続部分はデバイス製造においてマージンが狭く、特に穴底寸法の計測・管理から、不良の早期発見による歩留り向上効果が期待されている。
【００１０】
微細パターンの計測方法としては、現在ＣＤ−ＳＥＭが主流である。ＣＤ−ＳＥＭの原理としては、電子銃から放出される１次電子を測定試料に照射し、試料から放出される２次電子を検出器で捉え、得られた強度分布から対象パターンの寸法を計測する方法である。
【００１１】
また、最近ではスキャトロメトリと呼ばれる、対象パターンの線幅、高さ、側壁角度などの立体形状情報を取得可能とする光学式パターン形状計測装置も用いられるようになってきた。
【００１２】
ここで、図１６にスキャトロメトリの計測原理を示す。
【００１３】
まず、ステップ５１にて、対象パターンの物性値（屈折率・吸収係数）や形状・下地膜厚などの情報から計算モデルを作成し、ステップ５２にて、作成した計算モデルから計算波形を算出する。
【００１４】
次に、ステップ５３にて、形状パラメータを逐次変化させシミュレーションを実施し、得られた複数の計算波形から、ライブラリを作成する。
【００１５】
また、ステップ５４にて、スキャトロメトリ装置の光学系により分光波形を取得し、ステップ５５にて、検出波形を取得後、ステップ５６にて、ステップ５３で作成したライブラリ中の計算波形と、ステップ５５で取得した検出波形を比較し、ステップ５７にて、検出波形と最も一致度の高い計算波形をベストマッチ計算波形として選出する。
【００１６】
選んだベストマッチ計算波形から、ステップ５８にて、対象パターンの線幅ｄ１、ｄ２、パターン高さｈ１、膜厚ｈ２、ｈ３および側壁角度θを算出する仕組みとなっている。
【００１７】
上記のようにＣＤ−ＳＥＭ計測、およびスキャトロメトリ計測が一般に用いられている理由は、共にインライン計測へ適用可能である点が大きい。両者のメリットとして、ＣＤ−ＳＥＭでは製品パターンを直接観察することが可能なため、計測にて異常検知をした場合、早期原因究明が行え、スキャトロメトリでは、計測に光を用いるため、ＣＤ−ＳＥＭに比べて大気圧下での計測が可能なため、高スループットで対象パターンを計測できる。
【００１８】
しかし、それぞれのデメリットとして、例えば、図１７に示すようにコンタクトホールをＣＤ−ＳＥＭにて計測した場合、平面情報のみしか取得できず、立体形状情報を得ることは難しい。図１７は従来のＣＤ−ＳＥＭにてコンタクトホールを計測した例を示す図である。
【００１９】
また、スキャトロメトリでは、テストパターンとして製品ウェハのスクライブ部分にスキャトロメトリ計測用の専用ＴＥＧ（ＴｅｓｔＥｌｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐ：特性評価用素子）を用いなければならず、製品パターンに異常があった場合、直接その箇所を観察することができないという課題がある。
【００２０】
このような課題の対策として、ＣＤ−ＳＥＭ計測をベースに、スキャトロメトリの計測結果を用いて製品パターンの立体形状情報を得る方法が、特開２００４−２１９３４３号公報（特許文献１）に記載されている。
【００２１】
また、スキャトロメトリでは、スループット向上のため、計算モデルからシミュレーションにより、予め計算モデルの計測パラメータを数十万〜数百万変化させ、計算波形を算出し、図１８に示すようなライブラリを作成するため、インライン計測に適用するまでの準備負荷が大きいという課題がある。
【００２２】
図１８は従来の計算モデルからシミュレーションにより求める計算波形のライブラリを示す図である。
【００２３】
このような課題の対策として、スキャトロメトリの計測をベースにし、予め膜のみのモデルを作成し、その膜モデルから予測値を推定し、その値を用いることによりシミュレーションの計算簡略化を測る方法が、特表２００８−５３０５１９号公報（特許文献２）に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２００４−２１９３４３号公報
【特許文献２】特表２００８−５３０５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上記のような課題に加え、従来のスキャトロメトリ計測では、今後半導体の微細化が進むことにより、問題として、対象パターンより得られる分光波形から各パラメータの特徴量を捉えにくくなり、パターンの形状計測が正確に行えなくなる可能性がある。
【００２６】
例えば、図１６に示すステップ５６での波形一致条件を満たさない例としては、以下のような場合がある。
【００２７】
図１９〜図２１は従来のパターン計測でパターンの形状計測が正確に行えなくなる例を説明するための説明図である。
【００２８】
対象試料の寸法が図１９に示す基準試料８０と比較し、図２０の試料９０のように、基準試料より寸法が太い／細い場合、あるいは図２１に示す試料１００のように、寸法変化のみでなく、基準試料に対し側壁角度も変化しているような場合である。
【００２９】
また、図２２に、寸法７０ｎｍ、ピッチ１４０ｎｍの対象パターンに光を照射した場合に得られる分光波形をシミュレーションにより算出した結果の一例を示す。図２２は従来の分光波形のシミュレーション結果を示す図である。
【００３０】
図２２では、最適パターン１１２に対し、寸法が−１０％細いパターン１１１と＋１０％太いパターン１１３は分光波形に特徴的な変化が見られる。またこれらのパターンは、テーパ角１．６ｄｅｇｒｅｅの側壁角度が変化したパターン１１０との区別もつくため、夫々の形状の変化を計測することが可能である。
【００３１】
また、図２３に、寸法３５ｎｍ、ピッチ７０ｎｍの対象パターンに光を照射した場合に得られる分光波形をシミュレーションにより算出した結果の一例を示す。図２３は従来の分光波形のシミュレーション結果を示す図である。
【００３２】
図２３では、最適パターン１２２に対し、寸法が−１０％細いパターン１２１と寸法が＋１０％太いパターン１２３の分光波形にはそれぞれ変化があり、両パターンを区別することができる。
【００３３】
しかし、対象パターンの側壁角度に変化があり、テーパ角１．６ｄｅｇｒｅｅのパターン１２０はパターン１２１と同じ波形となり、区別が難しいという結果が得られた。この理由として、スキャトロメトリ計測では、波長より大幅に小さいピッチでは、空気とパターン部分との体積比で決まる屈折率変化が分光波形から得られるが、変化量が非常に微小であるため、特徴を捉えにくいと考えられる。
【００３４】
他の計測装置による代用を考えたとしても、例えば半導体デバイス製造におけるコンタクトホールを対象に計測を行う場合、ホールの穴底寸法を正確に計測できることが重要であるが、ＣＤ−ＳＥＭ計測では立体形状計測が困難であり適していない。また、ＡＦＭなども現在インライン計測として用いるには再現性・スループット等の課題から実用的ではない。
【００３５】
また、微細化に伴い半導体デバイスのプロセスマージンは狭小化の傾向にあるため、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、高精度なプロセス制御が求められていることも課題の１つとしてあげられる。
【００３６】
そこで、本発明の目的は、これらの課題を解決し、半導体デバイスの微細化に対して、プロセスマージンが狭小な場合でも半導体パターンの形状計測を高精度で行うことができるパターン形状計測方法を提供することである。
【００３７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００３９】
すなわち、代表的なものの概要は、計算モデルの形状パラメータを逐次変化させてシミュレーションを行い、得た複数の計算波形からライブラリを作成し、データベースに格納する第１ステップと、計測対象の半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光から検出波形を得る第２ステップと、データベースに格納されたライブラリと検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第３ステップと、ベストマッチとなる計算波形を選出する第３ステップで、ベストマッチとなる計算波形が選出不可能な場合は、形状パラメータの内、少なくとも１つのパラメータを、第１〜第３ステップに依らない計測方法を用いる他計測装置にて得られた情報に基づいて固定値とし、再度、ライブラリと検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第４ステップと、ベストマッチした計算波形より対象パターンの形状情報を求める第５ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００４０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００４１】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、狭マージンの微細デバイスのパターン形状計測が可能となり、得られた形状情報から露光条件・エッチング条件の最適値を求め、各工程へフィードバック／フィードフォワードすることにより、精度良いプロセス制御を実現でき、歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における光干渉方式による分光波形取得のための光学系の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における偏光板を回転させた場合に得られるＴＥモードの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における偏光板を回転させた場合に得られるＴＭモードの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法におけるスキャトロメトリにて測定するコンタクトホールの立体形状計測モデルの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における半導体デバイスの製造条件によるパターン寸法変動の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における分光エリプソメトリ方式による分光波形取得のための光学系の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４に係るパターン形状計測方法を適用したプロセス制御システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係るパターン形状計測方法を適用したプロセス制御システムで使用される計算波形のライブラリの一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係るパターン形状計測方法を適用したプロセス制御システムのディスプレイ上の表示例を示す図である。
【図１３】従来の半導体デバイス製造においてパターン計測が適用されている工程例を示す図である。
【図１４】従来の半導体デバイス製造においてパターン計測が適用されている工程例を示す図である。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は従来のコンタクトホール形成工程におけるウェハ断面模式図とプロセスフローを示す図である。
【図１６】従来のスキャトロメトリの計測原理を示す図である。
【図１７】従来のＣＤ−ＳＥＭにてコンタクトホールを計測した例を示す図である。
【図１８】従来の計算モデルからシミュレーションにより求める計算波形のライブラリを示す図である。
【図１９】従来のパターン計測でパターンの形状計測が正確に行えなくなる例を説明するための説明図である。
【図２０】従来のパターン計測でパターンの形状計測が正確に行えなくなる例を説明するための説明図である。
【図２１】従来のパターン計測でパターンの形状計測が正確に行えなくなる例を説明するための説明図である。
【図２２】従来の分光波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】従来の分光波形のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１〜図６により、本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作を示すフローチャート、図２は本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における光干渉方式による分光波形取得のための光学系の一例を示す図、図３は本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における偏光板を回転させた場合に得られるＴＥモードの一例を示す図、図４は本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における偏光板を回転させた場合に得られるＴＭモードの一例を示す図、図５は本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法におけるスキャトロメトリにて測定するコンタクトホールの立体形状計測モデルの一例を示す図、図６は本発明の実施の形態１に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における半導体デバイスの製造条件によるパターン寸法変動の一例を示す図である。
【００４５】
本実施の形態は、半導体デバイス製造において、インライン計測におけるスキャトロメトリ計測を用いて実施されるものである。
【００４６】
図１において、まず、ステップ１にて、計測対象の半導体デバイスの対象パターンの物性値（屈折率・吸収係数）や形状・下地膜厚などの情報から対象パターンの形状を予測し、計算モデルを作成し、作成した計算モデルから計算波形を算出する。
【００４７】
次に、ステップ２にて、形状パラメータを変化させた場合の計算波形をシミュレーションにより算出し、得たデータを元に図１８に示すようなライブラリを作成する。
【００４８】
次に、ステップ３にて、スキャトロメトリの検出波形を計測する。検出波形の計測は、図２に示す光学系により光干渉方式にて行われる。
【００４９】
図２において、まず、光源より出射した白色光１４０は、ビームスプリッター１４１にて反射され、対物レンズ１４２と偏光板１４３を通過し、計測対象の半導体デバイスの試料１４４に照射される。試料１４４より反射または回折した光は反射アパーチャ１４５に到達し、そこで一部の光が反射され、ミラー１４６を経て観察用カメラ１４７に入射する。
【００５０】
また、反射アパーチャを通過した光は回折格子１４８により分光され、ミラー１４９による反射を経て、検出器１５０にて検出される仕組みになっている。
【００５１】
また、偏光板１４３を回転させることにより、図３に示す対象パターン１５１に対し平行な光の成分ＴＥ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＥｌｅｃｔｒｉｃＷａｖｅ）モードと、図４に示す対象パターン１５１に対し垂直な光の成分ＴＭ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＭａｇｎｅｔｉｃＷａｖｅ）モードの分光波形が取得できる。
【００５２】
これは、パターン形状の変化（線幅、側壁角変化、高さ、裾引き・丸まりなど）に対し、ＴＥ／ＴＭモードが夫々異なる感度を持つことを利用して情報量を増やし、計測精度を高めるためである。
【００５３】
図１に戻り、次に、ステップ４にて、検出波形とライブラリのマッチングを行い、ベストマッチ波形を選出する。ここで、ベストマッチ波形が選出可能な場合は、ステップ７にて得られたベストマッチ波形よりパターンの形状を求める。
【００５４】
また、ステップ４でベストマッチ波形が選出不可能な場合、スキャトロメトリ単体では対象パターンの変化量が微小で捉えにくいため、対象パターンの寸法変化、あるいは形状・側壁角度変化であるかという区別がつかない。
【００５５】
よって、ステップ５にて、形状パラメータの内、他計測装置であるＣＤ−ＳＥＭを用いて対象パターンの寸法計測を行い、得られた寸法値を固定値とする。パターンの寸法値が決まることにより、最適パターンに対する寸法変化か、側壁角度も含めた変化かを区別することができ、ステップ６にて、ライブラリの中からベストマッチする計算波形が選択可能となり、よって、ステップ７にて、残りの形状情報が算出可能となる。
【００５６】
上記のステップにより、結果として得られる形状パラメータの例として、図５に示すコンタクトホールの上面寸法ｄ１、底面寸法ｄ２、側壁角度θ、膜厚ｈ１・ｈ２・ｈ３の立体形状情報があげられる。得られた形状情報から対象パターンの異常・不良原因を推定し、ステップ８にて、半導体デバイスの製造条件の変動検知を行う。変動検知には、事前に製造条件を変化させた半導体ウェハを作成し、製造条件に対するパターン形状情報を記憶させ、製造装置への補正を実施する。
【００５７】
例えば、リソグラフィ工程では、予めフォーカス・露光量を変動させたＦＥＭ（ＦｏｃｕｓＥｘｐｏｓｕｒｅＭａｔｒｉｘ）ウェハを作成する。そして、ＦＥＭウェハ上に形成されたパターンからの反射光または回折光より得られるパターンの形状情報と製造条件との相関関係を回帰分析により求めることにより、フォーカス・露光量などの製造条件の変動を検知することができる。ここで求めた結果を、ステップ９にて、リソグラフィ工程などへフィードバックする。
【００５８】
例えば、図６のように、予め記憶された露光量に対する対象パターン寸法の傾向から、次に製造される製品の露光工程後のパターン寸法を予測し、露光量補正を行う。結果、フィードバック適用後の計測値は規格値からの差が小さくなり、安定した製品製造が可能となる。
【００５９】
また、エッチング工程へフィードフォワードする場合は、露光工程後に得たパターンの形状情報を元に、例えば、露光工程後のパターンが規格値より太い場合は、エッチング工程における、処理時間を長く設定し、エッチング工程後に最適になるように調整を行い、プロセス全体を制御する構成になっている。
【００６０】
また、エッチング工程にてフィードバックに適用する場合、ガスの流量・圧力・温度などの製造条件を変動させたウェハを予め作成し、作成したウェハ上に形成されたパターンからの反射光または回折光より得られるパターンの形状情報と製造条件との相関関係を求めることにより、ガスの流量・圧力・温度などの製造条件を検知することができる。求めた結果をエッチング工程へフィードバックし、プロセス全体を制御する構成になっている。
【００６１】
なお、本実施の形態では、他計測装置として、ＣＤ−ＳＥＭの例で説明したが、膜厚計やＡＦＭを用いてもよい。
【００６２】
（実施の形態２）
次に、図７および図８により、本発明の実施の形態２に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作について説明する。図７は本発明の実施の形態２に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作を示すフローチャート、図８は本発明の実施の形態２に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法における分光エリプソメトリ方式による分光波形取得のための光学系の一例を示す図である。
【００６３】
本実施の形態は、半導体デバイス製造において、インライン計測におけるスキャトロメトリ計測を用いて実施されるものである。
【００６４】
図７において、まず、ステップ１９０にて、計測対象の半導体デバイスの対象パターンの物性値（屈折率・吸収係数）や形状・下地膜厚などの情報から対象パターンの形状を予測し、計算モデルを作成し、作成した計算モデルから計算波形を算出する。
【００６５】
次に、ステップ１９１にて形状パラメータを変化させた場合の計算波形をシミュレーションにより算出し、得たデータを元に図１８に示すようなライブラリを作成する。
【００６６】
次に、ステップ１９２にて、スキャトロメトリの検出波形を計測する。検出波形の計測は、図２に示す光学系により光干渉方式にて行われる。まず、光源より出射した白色光１４０は、ビームスプリッター１４１にて反射され、対物レンズ１４２と偏光板１４３を通過し、計測対象の半導体デバイスの試料１４４に照射される。試料１４４より反射または回折した光は反射アパーチャ１４５に到達し、そこで一部の光が反射され、ミラー１４６を経て観察用カメラ１４７に入射する。また反射アパーチャを通過した光は回折格子１４８により分光され、ミラー１４９による反射を経て、検出器１５０にて検出される仕組みになっている。
【００６７】
また、偏光板１４３を回転させることにより、図３に示す対象パターン１５１に対し平行な光の成分ＴＥモードと、図４に示す対象パターン１５１に対し垂直な光の成分ＴＭモードの分光波形が取得できる。これは、パターン形状の変化（線幅、側壁角変化、高さ、裾引き・丸まりなど）に対し、ＴＥ／ＴＭモードが夫々異なる感度を持つことを利用して情報量を増やし、計測精度を高めるためである。
【００６８】
次に、ステップ１９３にて検出波形とライブラリのマッチングを行い、ベストマッチ波形を選出する。ここで、ベストマッチ波形が選出可能な場合は、ステップ１９６にて、得られたベストマッチ波形よりパターンの形状を求める。
【００６９】
また、ステップ１９３でベストマッチ波形が選出不可能な場合、スキャトロメトリ単体では対象パターンの変化量が微小で捉えにくいため、対象パターンの寸法変化、あるいは形状・側壁角度変化であるかという区別がつかない。
【００７０】
よって、ステップ１９４にて形状パラメータの内、前工程にて分光エリプソメトリを用いた膜厚計計測により取得した膜厚値を固定値とする。
【００７１】
ここで、図８により分光エリプソメータの計測原理を説明する。まず、光源１７０から出射した光は偏光子１７１を通り透過光軸に沿った直線偏光になるように偏光子の回転角度を設定する。偏光子１７１を通過した光は試料１７２に照射され、反射・回折した光は検光子１７３を通り、プリズム１７４にて周波数分解され、検出器１７５にて検出される仕組みとなる。
【００７２】
検光子１７３は測定の際回転し、試料１７２へ照射前後の光の偏光状態の変化からエリプソパラメータとして、Δ、Ψが得られ（それぞれはｐ、ｓの偏光状態の位相差Δおよび振幅比Ψを示す）、得られたΔ、Ψより膜測値の算出が可能となる。
【００７３】
図７に戻り、ステップ１９４でパターンの膜厚値が決まることにより、ステップ１９５にて、ライブラリの中からベストマッチする計算波形が選択可能となり、ステップ１９６にて、残りの形状情報が算出可能となる。
【００７４】
上記のステップにより、結果として得られる形状パラメータの例として、図５に示すコンタクトホールの上面寸法ｄ１、底面寸法ｄ２、側壁角度θ、膜厚ｈ１・ｈ２・ｈ３の立体形状情報があげられる。得られた形状情報から対象パターンの異常・不良原因を推定し、ステップ１９７にて、半導体デバイスの製造条件の変動検知を行う。変動検知には、事前に製造条件を変化させた半導体ウェハを作成し、製造条件に対するパターン形状情報を記憶させ、製造装置への補正を実施する。
【００７５】
例えば、リソグラフィ工程では、予めフォーカス・露光量を変動させたＦＥＭウェハを作成する。そして、ＦＥＭウェハ上に形成されたパターンからの反射光または回折光より得られるパターンの形状情報と製造条件との相関関係を回帰分析により求めることにより、フォーカス・露光量などの製造条件の変動を検知することができる。
【００７６】
ここで求めた結果をステップ１９８にて、リソグラフィ工程などへフィードバックし、例えば、図６のように、予め記憶された露光量に対する対象パターン寸法の傾向から、次に製造される製品の露光工程後のパターン寸法を予測し、露光量補正を行う。
【００７７】
その結果、フィードバック適用後の計測値は規格値からの差が小さくなり、安定した製品製造が可能となる。また、エッチング工程へフィードフォワードする場合は、露光工程後に得たパターンの形状情報を元に、例えば、露光工程後のパターンが規格値より太い場合は、エッチング工程における、処理時間を長く設定し、エッチング工程後に最適になるように調整を行い、プロセス全体を制御する装置になっている。
【００７８】
また、エッチング工程にてフィードバックに適用する場合、ガスの流量・圧力・温度などの製造条件を変動させたウェハを予め作成し、作成したウェハ上に形成されたパターンからの反射光または回折光より得られるパターンの形状情報と製造条件との相関関係を求めることにより、ガスの流量・圧力・温度などの製造条件を検知することができる。
【００７９】
ここで、求めた結果をエッチング工程へフィードバックし、プロセス全体を制御する構成になっている。
【００８０】
（実施の形態３）
次に、図９により、本発明の実施の形態３に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作について説明する。図９は本発明の実施の形態３に係るパターン形状計測方法および半導体装置の製造方法の動作を示すフローチャートである。
【００８１】
本実施の形態は、半導体デバイス製造において、インライン計測におけるスキャトロメトリ計測を用いて実施されるものである。
【００８２】
図９において、まず、ステップ２００にて、計測対象の半導体デバイスの対象パターンの物性値（屈折率・吸収係数）や形状・下地膜厚などの情報から対象パターンの形状を予測し、計算モデルを作成し、作成した計算モデルから計算波形を算出する。
【００８３】
次に、ステップ２０１にて形状パラメータを変化させた場合の計算波形をシミュレーションにより算出し、得たデータを元に図１８に示すようなライブラリを作成する。その後、ステップ２０２にて、ライブラリの中に、形状パラメータは異なるが、同じ波形が存在するか否かの判定を行う。
【００８４】
ここで存在しない場合は、ステップ２０６にて、ステップ２０７でのスキャトロメトリによる、対象パターンに光を照射し、反射光または回折光から得た検出波形とライブラリとのマッチングを行い、ベストマッチ波形を選出し、ステップ２０８にて、ベストマッチ波形よりパターンの形状情報を求める。
【００８５】
ここで、ステップ２０７でのスキャトロメトリによる波形検出について示す。検出波形の計測は、図２に示す光学系により光干渉方式にて行われる。まず、光源より出射した白色光１４０は、ビームスプリッター１４１にて反射され、対物レンズ１４２と偏光板１４３を通過し、計測対象の半導体デバイスの試料１４４に照射される。試料１４４より反射または回折した光は反射アパーチャ１４５に到達し、そこで一部の光が反射され、ミラー１４６を経て観察用カメラ１４７に入射する。また反射アパーチャを通過した光は回折格子１４８により分光され、ミラー１４９による反射を経て、検出器１５０にて検出される仕組みになっている。
【００８６】
また、偏光板１４３を回転させることにより、図３に示す対象パターン１５１に対し平行な光の成分ＴＥモードと、図４に示す対象パターン１５１に対し垂直な光の成分ＴＭモードの分光波形が取得できる。これは、パターン形状の変化（線幅、側壁角変化、高さ、裾引き・丸まりなど）に対し、ＴＥ／ＴＭモードが夫々異なる感度を持つことを利用して情報量を増やし、計測精度を高めるためである。
【００８７】
また、ステップ２０２にて、形状パタメータは異なるが、ライブラリ中に同じ計算波形が存在する場合は、その計算波形については、スキャトロメトリ単体では対象パターンの変化量が微小で捉えにくいため、対象パターンの寸法変化、あるいは形状・側壁角度変化であるかという区別がつかない。
【００８８】
よって、ステップ２０３にて、同じ波形がどのような形状から得られたのかを確認し、ステップ２０４にて、波形判別のために必要な情報と用いる他計測装置をディスプレイなどにて提示する。
【００８９】
次に、形状パラメータの内、ステップ２０４にて提示された他計測装置により得た対象パターンの情報を固定値とし、ステップ２０６にて、ステップ２０７でのスキャトロメトリによる、対象パターンに光を照射し、反射光または回折光から得た検出波形とライブラリとのマッチングを行い、ベストマッチ波形を選出し、ステップ２０８にて、ベストマッチ波形よりパターンの形状情報を求める。
【００９０】
本実施の形態では、予めライブラリに登録された計算波形に、形状パラメータは異なるが、同じ波形が存在する場合に、対象パターンを他計測装置で計測し、他計測装置で計測した対象パターンの情報を固定値として使用するので、必ずベストマッチ波形を選出することができる。
【００９１】
（実施の形態４）
次に、図１０により、本発明の実施の形態４に係るパターン形状計測方法を適用したプロセス制御システムについて説明する。図１０は本発明の実施の形態４に係るパターン形状計測方法を適用したプロセス制御システムの構成を示す図である。
【００９２】
図１０において、プロセス制御システムは、成膜２１０、露光装置２１１後のインライン計測を行うＣＤ−ＳＥＭ２１２、スキャトロメトリ２１３、製造管理システム２２５から構成される。製造管理システム２２５は、検出波形データ保管部２１５、計算波形データ保管部２１６、データベース２１７、判定結果出力部２１８、ディスプレイ２１９、マッチング演算部２２０、データ演算処理部２２１、寸法値入力部２２２、寸法データ保管部２２３、補正演算部２２４から構成される。
【００９３】
次に、図１０〜図１２により、本発明の実施の形態４に係るパターン形状計測方法を適用したプロセス制御システムの動作について説明する。図１１は本発明の実施の形態４に係るパターン形状計測方法を適用したプロセス制御システムで使用される計算波形のライブラリの一例を示す図、図１２は本発明の実施の形態４に係るパターン形状計測方法を適用したプロセス制御システムのディスプレイ上の表示例を示す図である。
【００９４】
本実施の形態は、半導体デバイス製造において、インライン計測におけるスキャトロメトリ計測を用いて実施されるものである。
【００９５】
図１０において、まず、半導体デバイス製造フローの１工程について説明する。成膜２１０の工程にて半導体ウェハ上に酸化膜や金属膜を形成する。その後リソグラフィ工程のレジスト塗布工程にて、感光性樹脂を塗布し、露光工程にて露光装置２１１よりマスクを通して光が半導体ウェハ上に照射される。
【００９６】
その後、現像工程にて、ポジ型の場合は光が照射された部分が現像液により溶け、ネガ型では光が照射された部分が残り、レジストパターンが形成される。リソグラフィ工程が終わると、インライン計測にて、ＣＤ−ＳＥＭ２１２による計測対象の半導体デバイスの対象パターンの寸法値計測およびスキャトロメトリ２１３による対象パターンの形状計測が実施される。そして、エッチング工程にて、エッチング装置２１４より不要な薄膜が除去される流れになっている。
【００９７】
まず、スキャトロメトリ２１３による計測にて、計測対象の半導体デバイスの対象パターンの物性値（屈折率・吸収係数）や形状・下地膜厚などの情報から対象パターンの形状を予測し、計算モデルを作成し、作成した計算モデルから算出した、計算波形データを計算波形データ保管部２１６にて保管する。
【００９８】
次に、形状パラメータを変化させた場合の計算波形をシミュレーションにより算出し、得たデータを元に図１１に示すようなライブラリを作成し、データベース２１７に保管する。その後ライブラリの中に、形状パラメータは異なるが、同じ波形が存在するか否かの判定を行い、結果を判定結果出力部２１８に出力、ディスプレイ２１９にて、判定結果が表示される。
【００９９】
ここで、ライブラリの中に同じ波形が存在しない場合は、マッチング演算部２２０にて、スキャトロメトリ２１３により、計測対象の半導体デバイスの対象パターンに光を照射し、反射光または回折光から得た検出波形を、検出波形データ保管部２１５より取り出し、検出波形とライブラリとのマッチングを行い、ベストマッチ計算波形を選出する。
【０１００】
次に、ベストマッチ計算波形よりパターンの形状情報を求め、データ演算処理部２２１にて、残りの形状パラメータを算出する。
【０１０１】
また、ライブラリの中に、形状パタメータは異なるが、同じ波形が存在する場合は、スキャトロメトリ２１３単体では、計測対象の半導体デバイスの対象パターンの変化量が微小で捉えにくいため、対象パターンの寸法変化、あるいは形状・側壁角度変化であるかという区別がつかない。よって、例えば、図１２に示すように、波形判別のために必要な情報と用いる他計測装置をディスプレイ２１９にて提示する。
【０１０２】
そして、寸法値入力部２２２にて、ディスプレイ２１９上に表示された対象形状パラメータの内、例えば、他計測装置としてＣＤ−ＳＥＭ２１２により得た対象パターンの寸法値を寸法データ保管部２２３より取り出し、固定値とする。
【０１０３】
その後、マッチング演算部２２０にてデータベース２１７のライブラリの計算波形と検出波形データ保管部２１５の検出波形のマッチングを行い、ベストマッチ計算波形を選出する。さらに、データ演算処理部２２１にてベストマッチ計算波形よりパターンの形状情報を求める。
【０１０４】
上記のステップにより、結果として得られる形状パラメータとして、図５に示すコンタクトホールの上面寸法ｄ１、底面寸法ｄ２、側壁角度θ、膜厚ｈ１・ｈ２・ｈ３の立体形状情報があげられる。
【０１０５】
得られた形状情報から対象パターンの異常・不良原因を推定し、半導体デバイスの製造条件の変動検知を行う。変動検知には、事前に製造条件を変化させた半導体ウェハを作成し、製造条件に対するパターン形状情報を記憶させ、製造装置への補正を実施する。
【０１０６】
例えば、リソグラフィ工程では、予めフォーカス・露光量を変動させたＦＥＭウェハを作成する。そして、ＦＥＭウェハ上に形成されたパターンからの反射光または回折光より得られるパターンの形状情報と製造条件との相関関係を回帰分析により求めることにより、フォーカス・露光量などの製造条件の変動を検知することができる。
【０１０７】
ここで求めた結果より、必要であれば露光装置２１１の設定値を補正演算部２２４にて、算出し、露光装置２１１へフィードバックし、例えば、図６のように、予め記憶された露光量に対する対象パターン寸法の傾向から、次に製造される製品の露光工程後のパターン寸法を予測し、露光量補正を行う。結果、フィードバック適用後の計測値は規格値からの差が小さくなり、安定した製品製造が可能となる。
【０１０８】
また、エッチング工程へフィードフォワードする場合は、露光工程後に得たパターンの形状情報を元に、例えば、露光工程後のパターンが規格値より太い場合は、エッチング工程における、処理時間を長く設定し、エッチング工程後に最適になるように調整を行い、プロセス全体を制御するシステムになっている。
【０１０９】
また、エッチング工程にてフィードバックに適用する場合、ガスの流量・圧力・温度などの製造条件を変動させたウェハを予め作成し、作成したウェハ上に形成されたパターンからの反射光または回折光より得られるパターンの形状情報と製造条件との相関関係を求めることにより、ガスの流量・圧力・温度などの製造条件を検知することができる。ここで、求めた結果をエッチング工程へフィードバックし、プロセス全体を制御するシステムになっている。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、実施の形態３の処理による動作の例で説明したが、実施の形態１または実施の形態２の処理による動作においても、同様にパターン計測を行うことが可能である。
【０１１１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は半導体デバイスなどの半導体装置の製造技術に関し、露光工程後やエッチング工程後に行われるパターン形状をインライン計測にて行うシステムなどに適用可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
２０…成膜、２１…膜厚計測、２２…リソグラフィ、２３…インライン計測、２４…エッチング、２５…インライン計測、１４０…白色光、１４１…ビームスプリッター、１４２…対物レンズ、１４３…偏光板、１４４…試料、１４５…反射アパーチャ、１４６…ミラー、１４７…観察用カメラ、１４８…回折格子、１４９…ミラー、１５０…検出器、１５１…対象パターン、１７０…光源、１７１…偏光子、１７２…試料、１７３…検光子、１７４…プリズム、１７５…検出器、２１０…成膜、２１１…露光装置、２１２…ＣＤ−ＳＥＭ、２１３…スキャトロメトリ、２１４…エッチング装置、２１５…検出波形データ保管部、２１６…計算波形データ保管部、２１７…データベース、２１８…判定結果出力部、２１９…ディスプレイ、２２０…マッチング演算部、２２１…データ演算処理部、２２２…寸法値入力部、２２３…寸法データ保管部、２２４…補正演算部、２２５…製造管理システム。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン付基板の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光に基づいた演算部の処理により、前記パターン付基板上のパターンの形状を計測するパターン形状計測方法であって、
計測対象の前記パターン付基板の対象パターンの予測形状から計算モデルを作成し、前記計算モデルに基づいて、前記対象パターンに光を照射した際の反射光または回折光の計算波形を算出する第１ステップと、
前記計算モデルの形状パラメータを逐次変化させてシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより得た複数の計算波形からライブラリを作成し、データベースに格納する第２ステップと、
計測対象の前記パターン付基板の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光から検出波形を得る第３ステップと、
前記データベースに格納されたライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第４ステップと、
前記ベストマッチとなる計算波形を選出する第４ステップで、前記ベストマッチとなる前記計算波形が選出不可能な場合は、前記形状パラメータの内、少なくとも１つのパラメータを、前記第１〜第４ステップに依らない計測方法を用いる他計測装置にて得られた情報に基づいて固定値とし、再度、前記ライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第５ステップと、
前記ベストマッチした前記計算波形より前記対象パターンの形状情報を求める第６ステップとを有することを特徴とするパターン形状計測方法。
【請求項２】
パターン付基板の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光に基づいた演算部の処理により、前記パターン付基板上のパターンの形状を計測するパターン形状計測方法であって、
計測対象の前記パターン付基板の対象パターンの予測形状から計算モデルを作成し、前記計算モデルに基づいて、前記対象パターンに光を照射した際の反射光または回折光の計算波形を算出する第１ステップと、
前記計算モデルの形状パラメータを逐次変化させてシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより得た複数の計算波形からライブラリを作成し、データベースに格納する第２ステップと、
前記ライブラリ中に同じ計算波形が存在する場合は、その波形がどのような形状から得られたか確認し、計算波形の波形判別のために必要な情報と、それを得るために用いるべき他計測装置をディスプレイ上に提示する第３ステップと、
前記ディスプレイ上の提示情報に基づいて計測された前記他計測装置にて得られた情報を取得する第４ステップと、
前記形状パラメータの内、少なくとも１つのパラメータを、前記他計測装置にて得られた情報に基づいて固定値とする第５ステップと、
計測対象の前記パターン付基板の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光から検出波形を得る第６ステップと、
前記データベースに格納されたライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第７ステップと、
前記ベストマッチした前記計算波形より前記対象パターンの形状情報を求める第８ステップとを有することを特徴とするパターン形状計測方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパターン形状計測方法において、
前記パターン付基板上のパターンの形状の計測は、前記パターン付基板の製造途中のインライン計測であることを特徴とするパターン形状計測方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のパターン形状計測方法において、
前記計算波形および前記検出波形は、分光器より得られる分光波形、または入射角に対する反射光変化によって得られた角度分布波形であることを特徴とするパターン形状計測方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載のパターン形状計測方法において、
前記検出波形を得るステップは、光干渉式測定を用いた計測を行うことを特徴とするパターン形状計測方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載のパターン形状計測方法において、
前記検出波形を得るステップは、分光エリプソメトリを用いた計測を行うことを特徴とするパターン形状計測方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のパターン形状計測方法において、
前記他計測装置は、ＣＤ−ＳＥＭ、膜厚計、ＡＦＭのいずれかであることを特徴とするパターン形状計測方法。
【請求項８】
半導体装置の製造途中に、前記半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光に基づいた演算部の処理により、前記半導体装置上のパターンの形状を計測し、その計測結果に基づいて、前記半導体装置のプロセス制御を行う半導体装置の製造方法であって、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンの予測形状から計算モデルを作成し、前記計算モデルに基づいて、前記対象パターンに光を照射した際の反射光または回折光の計算波形を算出する第１ステップと、
前記計算モデルの形状パラメータを逐次変化させてシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより得た複数の計算波形からライブラリを作成し、データベースに格納する第２ステップと、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光から検出波形を得る第３ステップと、
前記データベースに格納されたライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第４ステップと、
前記ベストマッチとなる計算波形を選出する第４ステップで、前記ベストマッチとなる前記計算波形が選出不可能な場合は、前記形状パラメータの内、少なくとも１つのパラメータを、前記第１〜第４ステップに依らない計測方法を用いる他計測装置にて得られた情報に基づいて固定値とし、再度、前記ライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第５ステップと、
前記ベストマッチした前記計算波形より前記対象パターンの形状情報を求める第６ステップと、
求められた前記形状情報から製造条件の変動を検知する第７ステップと、
検知した前記製造条件の変動の情報を、前記半導体装置の製造工程へ反映させる第８ステップとを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体装置の製造途中に、前記半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光に基づいた演算部の処理により、前記半導体装置上のパターンの形状を計測し、その計測結果に基づいて、前記半導体装置のプロセス制御を行う半導体装置の製造方法であって、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンの予測形状から計算モデルを作成し、前記計算モデルに基づいて、前記対象パターンに光を照射した際の反射光または回折光の計算波形を算出する第１ステップと、
前記計算モデルの形状パラメータを逐次変化させてシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより得た複数の計算波形からライブラリを作成し、データベースに格納する第２ステップと、
前記ライブラリ中に同じ計算波形が存在する場合は、その波形がどのような形状から得られたか確認し、計算波形の波形判別のために必要な情報と、それを得るために用いるべき他計測装置をディスプレイ上に提示する第３ステップと、
前記ディスプレイ上の提示情報に基づいて計測された前記他計測装置にて得られた情報を取得する第４ステップと、
前記形状パラメータの内、少なくとも１つのパラメータを、前記他計測装置にて得られた情報に基づいて固定値とする第５ステップと、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光から検出波形を得る第６ステップと、
前記データベースに格納されたライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第７ステップと、
前記ベストマッチした前記計算波形より前記対象パターンの形状情報を求める第８ステップと、
求められた前記形状情報から製造条件の変動を検知する第９ステップと、
検知した前記製造条件の変動の情報を、前記半導体装置の製造工程へ反映させる第１０ステップとを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法において、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンの形成工程は、露光工程およびエッチング工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記製造条件の変動には、前記露光工程における露光量およびフォーカス設定値が含まれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記製造条件の変動を、前記露光工程へフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記製造条件の変動には、前記エッチング工程におけるガスの流量、圧力、および温度の条件が含まれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記製造条件の変動を、前記エッチング工程へフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記製造条件の変動を、前記露光工程へフィードバック、および前記エッチング工程へフィードバック／フィードフォワードすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法において、
前記製造条件の変動の検知は、事前に前記製造条件を変動させたウェハを作成し、前記ウェハ上に形成されたパターンからの反射光または回折光より得られるパターンの形状情報と製造条件との相関関係を求めることにより検知することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
半導体装置の製造途中に、前記半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光に基づいた演算部の処理により、前記半導体装置上のパターンの形状を計測し、その計測結果に基づいて、前記半導体装置のプロセス制御を行うプロセス制御システムであって、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンの予測形状から計算モデルを作成し、前記計算モデルに基づいて、前記対象パターンに光を照射した際の反射光または回折光の計算波形を算出する第１の手段と、
前記計算モデルの形状パラメータを逐次変化させてシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより得た複数の計算波形からライブラリを作成し、データベースに格納する第２の手段と、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光から検出波形を得る第３の手段と、
前記データベースに格納されたライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第４の手段と、
前記ベストマッチとなる計算波形を選出する第４の手段で、前記ベストマッチとなる前記計算波形が選出不可能な場合は、前記形状パラメータの内、少なくとも１つのパラメータを、前記第１〜第４の手段に依らない計測方法を用いる他計測装置にて得られた情報に基づいて固定値とし、再度、前記ライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第５の手段と、
前記ベストマッチした前記計算波形より前記対象パターンの形状情報を求める第６の手段と、
求められた前記形状情報から製造条件の変動を検知する第７の手段と、
検知した前記製造条件の変動の情報を、前記半導体装置の製造工程へ反映させる第８の手段とを備えることを特徴とするプロセス制御システム。
【請求項１８】
半導体装置の製造途中に、前記半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光に基づいた演算部の処理により、前記半導体装置上のパターンの形状を計測し、その計測結果に基づいて、前記半導体装置のプロセス制御を行うプロセス制御システムであって、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンの予測形状から計算モデルを作成し、前記計算モデルに基づいて、前記対象パターンに光を照射した際の反射光または回折光の計算波形を算出する第１の手段と、
前記計算モデルの形状パラメータを逐次変化させてシミュレーションを行い、前記シミュレーションにより得た複数の計算波形からライブラリを作成し、データベースに格納する第２の手段と、
前記ライブラリ中に同じ計算波形が存在する場合は、その波形がどのような形状から得られたか確認し、計算波形の波形判別のために必要な情報と、それを得るために用いるべき他計測装置をディスプレイ上に提示する第３の手段と、
前記ディスプレイ上の提示情報に基づいて計測された前記他計測装置にて得られた情報を取得する第４の手段と、
前記形状パラメータの内、少なくとも１つのパラメータを、前記他計測装置にて得られた情報に基づいて固定値とする第５の手段と、
計測対象の前記半導体装置の対象パターンに光を照射し、その反射光または回折光から検出波形を得る第６の手段と、
前記データベースに格納されたライブラリと前記検出波形のマッチングを行い、ベストマッチとなる計算波形を選出する第７の手段と、
前記ベストマッチした前記計算波形より前記対象パターンの形状情報を求める第８の手段と、
求められた前記形状情報から製造条件の変動を検知する第９の手段と、
検知した前記製造条件の変動の情報を、前記半導体装置の製造工程へ反映させる第１０の手段とを備えることを特徴とするプロセス制御システム。

【図１】