(57)【要約】  本発明は、パターンの形成状態、或いは画像の取得条件に因らず、安定して試料上に形成された凹凸の識別を行う試料の凹凸判定装置、及びコンピュータプログラムの提供を目的とする。  上記目的を達成するための一態様として、試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号に基づいて形成されるプロファイルについて、或る閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位を凹部、或いはスペース部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい空間に相当する部位を凸部、或いはライン部と判定する装置、及びコンピュータプログラムを提案する。
2012056639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号から形成されるプロファイルに基づいて、前記試料の凹部判定及び／又は凸部判定を行う演算装置を備えた試料の凹凸判定装置において、
当該演算装置は、第１の閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位を凹部、又はスペース部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位を凸部、又はライン部と判定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記演算装置は、前記プロファイル波形の上側ピークの平均に基づいて得られる第２の閾値と、下側ピークの平均に基づいて得られる第３の閾値との中心を、前記第１の閾値として設定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記演算装置は、前記プロファイル波形の上側ピークの平均に基づいて得られる第２の閾値と、下側ピークの平均に基づいて得られる第３の閾値との中心を第４の閾値とし、第４の閾値を上回る上側ピークのメディアン値に基づいて得られる第５の閾値と、下側ピークの最小値に基づいて得られる第６の閾値との中心を、前記第１の閾値として設定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記演算装置は、前記第１の閾値を示す線分と、前記プロファイル波形によって輪郭が定義される領域内の面積を求めることを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記演算装置は、
前記複数の領域の面積を、大きさに応じて２つのグループに分類し、当該２つのグループ間に有意差が存在すると判定される場合に、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位を凹部、或いはスペース部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位を凸部、或いはライン部と判定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記演算装置は、
二標本ｔ検定に基づいて、前記有意差の判定を実施することを特徴とする試料の凹凸判定方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記演算装置は、
前記複数の領域の面積の内、隣接する領域の面積の差が所定値より大きい場合に、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位を凹部、或いはスペース部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位を凸部、或いはライン部と判定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記演算装置は、
前記複数の領域の面積を、大きさに応じて２つのグループに分類し、当該２つのグループ間に有意差が存在しないと判定される場合に、前記複数の領域に相当する部位を凹部、又はスペース部と判定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記演算装置は、
二標本ｔ検定に基づいて、前記有意差の判定を実施することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記演算装置は、
前記複数の領域の面積の内、隣接する領域の面積の差が所定値以下の場合に、前記複数の領域に相当する部位を凹部、又はスペース部と判定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項１１】
試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号から形成されるプロファイルに基づいて、前記試料の凹部判定、及び／又は凸部判定を行う演算装置を備えた試料の凹凸判定装置において、
当該演算装置は、第１の閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、当該面積に関する情報を面積の大きさに応じて分類された２つのグループ間に、有意差が存在しないと判定される場合、或いは前記複数の領域の内、隣接する領域の面積差が所定値以下の場合に、当該複数の領域に相当する部位を凹部、又はスペース部と判定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記演算装置は、前記プロファイル波形の上側ピークの平均に基づいて得られる第２の閾値と、下側ピークの平均に基づいて得られる第３の閾値との中心を、前記第１の閾値として設定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記演算装置は、前記プロファイル波形の上側ピークの平均に基づいて得られる第２の閾値と、下側ピークの平均に基づいて得られる第３の閾値との中心を第４の閾値とし、第４の閾値を上回る上側ピークのメディアン値に基づいて得られる第５の閾値と、下側ピークの最小値に基づいて得られる第６の閾値との中心を、前記第１の閾値として設定することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記演算装置は、前記第１の閾値を示す線分と、前記プロファイル波形によって輪郭が定義される領域内の面積を求めることを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項１５】
請求項１１において、
前記演算装置は、
二標本ｔ検定に基づいて、前記有意差の判定を実施することを特徴とする試料の凹凸判定装置。
【請求項１６】
試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号から形成されるプロファイルに基づいて、演算装置に試料の凹部判定、及び／又は凸部判定を実施させるコンピュータプログラムにおいて、
当該プログラムは、前記演算装置に、第１の閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を演算させ、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位を凹部、或いはスペース部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位を凸部、或いはライン部と判定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記プログラムは、前記演算装置に、前記プロファイル波形の上側ピークの平均に基づいて得られる第２の閾値と、下側ピークの平均に基づいて得られる第３の閾値との中心を、前記第１の閾値として設定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１８】
請求項１６において、
前記プログラムは、前記演算装置に、前記プロファイル波形の上側ピークの平均に基づいて得られる第２の閾値と、下側ピークの平均に基づいて得られる第３の閾値との中心を第４の閾値とし、第４の閾値を上回る上側ピークのメディアン値に基づいて得られる第５の閾値と、下側ピークの最小値に基づいて得られる第６の閾値との中心を、前記第１の閾値として設定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１９】
請求項１６において、
前記プログラムは、前記演算装置に、前記第１の閾値を示す線分と、前記プロファイル波形によって輪郭が定義される領域内の面積を求めさせることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２０】
試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号から形成されるプロファイルに基づいて、演算装置に試料の凹部判定、及び／又は凸部判定を実施させるコンピュータプログラムにおいて、
当該プログラムは、前記演算装置に、第１の閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求めさせ、当該面積に関する情報を面積の大きさに応じて分類された２つのグループ間に、有意差が存在しないと判定される場合、或いは前記複数の領域の内、隣接する領域の面積差が所定値以下の場合に、当該複数の領域に相当する部位を凹部、又はスペース部と判定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記プログラムは、前記演算装置に、前記プロファイル波形の上側ピークの平均に基づいて得られる第２の閾値と、下側ピークの平均に基づいて得られる第３の閾値との中心を、前記第１の閾値として設定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２２】
請求項２０において、
前記プログラムは、前記演算装置に、前記プロファイル波形の上側ピークの平均に基づいて得られる第２の閾値と、下側ピークの平均に基づいて得られる第３の閾値との中心を第４の閾値とし、第４の閾値を上回る上側ピークのメディアン値に基づいて得られる第５の閾値と、下側ピークの最小値に基づいて得られる第６の閾値との中心を、前記第１の閾値として設定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２３】
請求項２０において、
前記プログラムは、前記演算装置に、前記第１の閾値を示す線分と、前記プロファイル波形によって輪郭が定義される領域内の面積を求めさせることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２４】
試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号から形成されるプロファイルに基づいて、パターンの判定を行う演算装置を備えたパターン判定装置において、
当該演算装置は、プロファイル波形のギャップ部に相当する複数の領域の面積を求め、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位をコアギャップ部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位をスペーサーギャップと判定することを特徴とするパターン判定装置。
【請求項２５】
請求項２４において、
前記演算装置は、
前記複数の領域の面積を、大きさに応じて２つのグループに分類し、当該２つのグループ間に有意差が存在すると判定される場合に、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位をコアギャップ部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位をスペーサーギャップ部と判定することを特徴とするパターン判定装置。
【請求項２６】
請求項２５において、
前記演算装置は、
二標本ｔ検定に基づいて、前記有意差の判定を実施することを特徴とするパターン判定装置。
【請求項２７】
請求項２４において、
前記演算装置は、
前記複数の領域の面積の内、隣接する領域の面積の差が所定値より大きい場合に、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位をコアギャップ部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位をスペーサーギャップ部と判定することを特徴とするパターン判定装置。
【請求項２８】
請求項２４において、
前記演算装置は、
前記複数の領域の面積を、大きさに応じて２つのグループに分類し、当該２つのグループ間に有意差が存在しないと判定される場合に、前記複数の領域に相当する部位をコアギャップ部と判定することを特徴とするパターン判定装置。
【請求項２９】
請求項２８において、
前記演算装置は、
二標本ｔ検定に基づいて、前記有意差の判定を実施することを特徴とするパターン判定装置。
【請求項３０】
請求項２４において、
前記演算装置は、
前記複数の領域の面積の内、隣接する領域の面積の差が所定値以下の場合に、前記複数の領域に相当する部位をコアギャップ部と判定することを特徴とするパターン判定装置。
【請求項３１】
試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号から形成されるプロファイルに基づいて、演算装置にパターンの判定を実施させるコンピュータプログラムにおいて、
当該プログラムは、前記演算装置に、プロファイル波形のギャップ部に相当する複数の領域の面積を演算させ、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位をコアギャップ部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位をスペーサーギャップ部と判定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの判定装置、及びコンピュータプログラムに係り、特に半導体ウェハ上に形成されたパターンの識別情報を得るのに好適な装置、及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置は、微細化の進む半導体ウェハ上に形成されたパターンの測定や観察に好適な装置である。従来、荷電粒子線装置で試料の３次元情報、特に試料の凹凸情報を得る方法として、特許文献１に開示されているようなステレオ観察法がある。【０００３】
ステレオ観察法は、試料に対し傾斜した２つの方向からビームを照射することによって、２枚の画像を生成し、この２枚の画像間でステレオマッチングを行い、対応点を求めていくことで、高さを算出し、３次元情報を得るものである。【０００４】
特許文献２には、試料上のパターンに対し、斜めからビームを照射してパターンの寸法測定を行う技術が開示されている。【０００５】
特許文献３ではビームを照射して形成されるプロファイルのピークが有する一方の裾部分が、他の裾部分に比べて緩やかに収束するとき、当該一方の裾部分に相当する前記試料上の部位を、凸部と判定するか、或いは一方の裾部分が、他の裾部分に比べて急峻に収束するとき、当該一方の裾部分に相当する前記試料上の部位を、凹部と判定することで凹凸情報を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−４１１９５号公報
【特許文献２】特開平５−１７５４９６号公報
【特許文献３】特開２００４−２５１６７４号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２００４／０２２２３７５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
走査電子顕微鏡によって、試料上のライン、或いはスペースのパターン測長を行う場合、ラインとスペースの幅がほぼ等しいと、その判別が難しく、測長対象個所を間違えてしまう可能性がある。特に、ラインとスペース間のコントラストが小さい場合、その問題は顕著となる。【０００８】
また、特許文献１や特許文献２に開示されているように、試料面に対し、ビームを斜めに照射することによって、３次元情報を得ることもできるが、例えば、ビームを傾斜した後の視野合わせの必要もあり、ビーム傾斜を行うための処理時間を要し、スループットが低下する。【０００９】
特許文献３に開示されているように、ビームを照射して形成されるプロファイルのピークに対する左右の傾きを比較することで、凹凸を判定することもできるが、これはラインのプロファイルの形状がラインとスペースの境界付近でピークが出ることを前提に判定しているものであり、倍率が低い場合やライン間隔が密集している場合、試料の種類などによってはこの前提が成立しないことがある。【００１０】
以下に、パターンの形成状態、或いは画像の取得条件に因らず、安定して試料上に形成された凹凸の識別、或いは例えば二重露光法にて形成されるパターンの識別を行うことを目的とするパターンの判定装置、及びコンピュータプログラムを説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための一態様として、試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号に基づいて形成されるプロファイルについて、或る閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、当該面積が相対的に大きい領域に相当する位置を凹部、或いはスペース部と、及び／又は当該面積が相対的に小さい領域に相当する位置を凸部、或いはライン部と判定する装置、及びコンピュータプログラムについて説明する。【００１２】
更に面積が相対的に大きい領域に相当する位置を、二重露光によって形成されたパターンのコアギャップ、面積が相対的に小さい領域に相当する位置を、スペーサーギャップと判定する装置、及びコンピュータプログラムについて説明する。【００１３】
また、上記目的を達成するための他の態様として、試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号に基づいて形成されるプロファイルについて、或る閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、面積の大きさに応じて分類される２つのグループ間に有意差が存在すると判断される場合、或いは隣接する領域の面積差が所定値より大きい場合に、当該大きい側に分類される位置、或いは相対的に面積が大きい側の位置に凹部、或いはスペース部があると判定し、及び／又は小さい側に分類される位置、或いは相対的に面積が小さい側の位置に凸部、或いはライン部が存在すると判定する装置、及びコンピュータプログラムについて説明する。【００１４】
更に上記分類に基づいて、二重露光によって形成されたパターンのコアギャップと、スペーサーギャップとを判定する装置、及びコンピュータプログラムについて説明する。【００１５】
更に、上記目的を達成するための更に他の態様として、試料に対する荷電粒子線の走査によって得られる検出信号に基づいて形成されるプロファイルについて、或る閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、面積の大きさに応じて分類される２つのグループ間に有意差が存在しないと判断される場合、或いは隣接する空間の面積差が所定値以下の場合に、前記複数の領域に相当する位置に、凹部、又はスペース部があると判定する装置、及びコンピュータプログラムについて説明する。【００１６】
更に上記分類に基づいて、二重露光によって形成されたパターンのコアギャップと、スペーサーギャップとを判定する装置、及びコンピュータプログラムについて説明する。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成によれば、パターンの形成状態、或いは画像の取得条件に因らず、安定して試料上に形成された凹凸、或いはギャップの識別を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】走査型電子顕微鏡システムの一構成例を示す図。
【図２】ラインパターンの断面図およびそのプロファイルを示す図。
【図３】ラインアンドスペースパターンの判定処理工程を説明するフローチャート。
【図４】射影処理の概要を説明する図。
【図５】エッジ候補閾値決定処理の概要（ピーク候補決定部分）を示す図。
【図６】エッジ候補閾値決定処理の概要（エッジ候補閾値決定部分）を示す図。
【図７】面積算出処理の概要を示す図。
【図８】面積算出処理において面積算出方法の代替案を示す図。
【図９】二分割閾値算出処理の概要を示す図。
【図１０】有意差判定処理の概要を示す図。
【図１１】有意差判定処理において、有意差判定の代替案を示す図。
【図１２】プロファイル波形とエッジ候補閾値の線分によって定義される複数の領域の面積に基づいて、各領域を分類した例を示す図。
【図１３】プロファイル波形とエッジ候補閾値の線分によって定義される複数の領域の面積に基づいて、各領域を分類した例を示す図。
【図１４】プロファイル波形とエッジ候補閾値の線分によって定義される複数の領域の面積に基づいて、各領域を分類した例を示す図。
【図１５】ＳＡＤＰによって形成されたパターンのプロファイル波形の一例を示す図。
【図１６】ＳＡＤＰによって形成されたパターンのプロファイルに基づいて形成された２次微分波形のピーク位置を検出例を示す図。
【図１７】ＳＡＤＰによって形成されたパターンのプロファイルに基づいてギャップ部の面積を求める例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下図面を用いて試料の凹凸判定、及び多重露光法によって形成されたパターンの識別を行う装置について説明する。
【実施例１】
【００２０】
以下に、試料の凹凸判定法及び装置に関し、パターンの形成状態やプロファイルの形成状態に因らず、安定して凹凸判定を行い得る方法、及び装置について説明する。【００２１】
具体的な一態様として、形成されたプロファイルについて、或る閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、当該面積が相対的に大きい領域に相当する部位を凹部、又はスペース部と、或いは当該面積が相対的に小さい領域に相当する部位を凸部、又はライン部と判定する方法、及び装置について説明する。【００２２】
このような構成によれば、ノイズの発生状況や、エッジ分の立ち上がり方によって、ライン部分とスペース部分のピーク波形に有意な差が発生せず、両者の識別が難しいような場合であっても、高精度にラインとスペースの識別を実現することが可能となる。【００２３】
更に他の態様として、形成されたプロファイルについて、或る閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、当該面積に関する情報を面積の大きさに応じて分類された２つのグループ間に、有意差が存在するか否かを判定し、有意差が存在すると判断される場合に、面積が大きいと判断される部分を凹部、或いはスペース部と判定、或いは面積が小さいと判断される部分を凸部、或いはライン部と判断する方法、及び装置について説明する。【００２４】
また、更に他の態様として、形成されたプロファイルについて、或る閾値以下のプロファイル波形が形成する複数の領域の面積を求め、当該面積に関する情報を面積の大きさに応じて分類された２つのグループ間に、有意差が存在するか否かを判定し、有意差が存在しないと判断された場合に、上記面積を求めた領域に相当する位置にスペース部が存在すると判定する方法、及び装置を説明する。【００２５】
このような構成によれば、例えば画像の取得条件やパターンの形成条件によって、ピークの数が変化する場合であっても、正確に試料の凹凸（スペースかライン）を判定することが可能となる。【００２６】
また、上記有意差があるかどうかの判定は、例えば二標本ｔ検定を用いて行うことが考えられるが、ノイズ等によらず、安定して面積値が出力できるのであれば、隣接する空間の面積差が、所定値より大きい場合に、大きい側に位置する部分を凹部、或いはスペース部と判定、或いは小さい側に位置する部分を凸部、或いはライン部と判定し、上記面積差が、所定値以下の場合に、隣接する空間に相当する位置のいずれにも凹部、或いはスペース部が存在すると判定するようにしても良い。【００２７】
以下に、図面を用いて、荷電粒子線を通常使用される基板に対して垂直方向への入射を変更することなく、当該走査個所から放出される荷電粒子の検出に基づいて、当該荷電粒子強度のプロファイルを導出し、入射荷電粒子の傾斜もしくは基板の保持ステージの傾斜の光学的もしくは機械的な動作を伴わず、そのプロファイルに基づいて凹凸を判定する方法、及び装置について説明する。【００２８】
本実施例によれば、荷電粒子線内の凹凸判定を行うことが容易になり、ラインとスペースのパターンのような同じようなパターンが連続するパターンの凹凸状態を判定することが容易になる。【００２９】
また、入射荷電粒子の傾斜もしくは基板の保持ステージの傾斜の光学的もしくは機械的な動作を伴う必要も無いため、スループットにほとんど影響が無く、特にスループットが重視される自動化された生産工程においても有効である。【００３０】
また、本実施例で言うところの垂直方向とは、荷電粒子光学系において、偏向を受けない荷電粒子の照射方向と同一の方向、或いは試料をＸ−Ｙ方向に移動させる試料ステージの移動方向に対して垂直な方向を示すものとする。但し、荷電粒子線装置は、荷電粒子線を一次元的、或いは二次元的に走査する装置であり、この際の偏向状態は、本実施例で言うところの傾斜照射に含まれないものとする。即ち、本実施例においては、荷電粒子線の光軸（偏向器による偏向を受けない荷電粒子線軌道）を通って照射される荷電粒子線を、走査偏向器で一次元的、或いは二次元的に走査する。換言すれば、他の偏向器による偏向をしない状態で（垂直入射状態で）、荷電粒子線を照射する。【００３１】
走査型電子顕微鏡システムの一構成例を図１に示す。なお、以下の説明では、走査電子顕微鏡を例に取って説明するが、これに限られることはなく、集束イオンビーム装置等の他の荷電粒子線装置にも適用が可能である。１０１は電子顕微鏡の筐体部であり、電子銃１０２から発せられた電子線１０３が図には描かれていない電子レンズによって収束され、試料１０５に照射される。電子線照射によって、試料表面から発生する二次電子、或いは反射電子の強度が電子検出器１０６によって検出され、増幅器１０７で増幅される。１０４は電子線の位置を移動させる偏向器であり、制御計算機１１０の制御信号１０８によって電子線１０３を試料表面上でラスタ走査させる。【００３２】
増幅器１０７から出力される信号を画像処理プロセッサ１０９内でＡＤ変換し、デジタル画像データを作る。１１１は、その画像データを表示する表示装置である。また、画像処理プロセッサ１０９は、デジタル画像データを格納する画像メモリと各種の画像処理を行う画像処理回路，表示制御を行う表示制御回路を持つ。制御計算機１１０には、キーボードやマウス等の入力手段１１２が接続される。上述の画像処理プロセッサ１０９や制御計算機１１０は、後述するエッジ位置抽出のためのエッジ検出部として機能する。【００３３】
なお、画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号が、制御計算機１１０内で生成され、アナログ変換された後に走査コイル制御電源（図示せず）を経由して、偏向器１０４に供給される。Ｘ方向のアドレス信号は、例えば画像メモリが５１２×５１２画素の場合、０から５１１を繰り返すデジタル信号であり、Ｙ方向のアドレス信号は、Ｘ方向のアドレス信号が０から５１１に到達したときにプラス１される０から５１１の繰り返しのデジタル信号である。これがアナログ信号に変換される。【００３４】
画像メモリのアドレスと電子線を走査するための偏向信号のアドレスが対応しているので、画像メモリには偏向器１０４による電子線の偏向領域の二次元像が記録される。なお、画像メモリ内の信号は、読み出しクロックで同期された読み出しアドレス生成回路（図示せず）で時系列に順次読み出すことができる。アドレスに対応して読み出された信号はアナログ変換され、表示装置１１１の輝度変調信号となる。【００３５】
画像メモリには、Ｓ／Ｎ比改善のため画像（画像データ）を重ねて（合成して）記憶する機能が備えられている。例えば８回の二次元走査で得られた画像を重ねて記憶することで、１枚の完成した像を形成する。即ち、１回もしくはそれ以上のＸ―Ｙ走査単位で形成された画像を合成して最終的な画像を形成する。１枚の完成した像を形成するための画像数（フレーム積算数）は任意に設定可能であり、二次電子発生効率等の条件を鑑みて適正な値が設定される。また複数枚数積算して形成した画像を更に複数枚重ねることで、最終的に取得したい画像を形成することもできる。所望の画像数が記憶された時点、或いはその後に一次電子線のブランキングを実行し、画像メモリへの情報入力を中断するようにしても良い。【００３６】
試料１０５は図示しないステージ上に配置され、試料１０５電子線と垂直な面内の２方向（Ｘ方向，Ｙ方向）に移動することができる。【００３７】
また本実施例装置は、検出された二次電子或いは反射電子等（検出信号）に基づいて、ラインプロファイルを形成する機能を備えている。ラインプロファイルは一次電子線を一次元、或いは二次元走査したときの電子検出量、或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、得られたラインプロファイルは、例えば半導体ウェハ上に形成されたパターンの寸法測定等に用いられる。【００３８】
なお、図１の説明は制御計算機が走査電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡筐体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には電子検出器１０６で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。【００３９】
また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。【００４０】
図２はラインパターンの断面図およびそのプロファイルである。パターン２０１のようにライン幅が十分大きい場合、プロファイル波形２０２のようにラインとスペースの境界付近でピークが発生する。この場合、ピークに対する左右の傾きを比較することで、凹凸を判定することができる。しかし、パターン２０３や２０５のようにライン幅が狭くなるに従い、プロファイル波形２０４のように、ピークに対する左右の傾きに有意差がなかったり、プロファイル波形２０６のようにピークが一つになってしまい、ピークの裾部の傾きに基づいて凹凸判定を行う手法にて想定する前提が成り立たないケースがでてくるようになった。【００４１】
図３は本実施例のラインスペース判定処理の概要を説明する図である。まず、射影処理（ステップ３０１）で、図４に示すように画像の画素値をラインに垂直となる軸（ここではｉ軸）上に射影し、ラインの線分方向に、加算平均をとることによりＳ／Ｎの改善を図る。画像サイズを（Ｍ，Ｎ）とすると、射影処理は数式１で表すことができる。ここで、Ｉ（ｉ，ｊ）は画像座標（ｉ，ｊ）上の画素値である。【００４２】
【数１】
2012056639.tif 000003
【００４３】
さらに、平滑化処理（ステップ３０２）で、数式２に示すような移動平均による平滑化（スムージング）を施すことによりＳ／Ｎの改善を図る。【００４４】
【数２】
2012056639.tif 000004
【００４５】
エッジ候補閾値決定処理（ステップ３０３）では、プロファイルから凸部（ライン部分）と凹部（スペース部分）を分けるためのエッジ候補閾値（第１の閾値）を求める。【００４６】
まず、ライン候補となる平滑化プロファイルのピークを検出する。ここで、図５に示すように、凸部（ライン部分）に相当する上側ピークの代表値（上側閾値：第２の閾値）と凹部（スペース部分）に相当する下側ピークの代表値（下側閾値：第３の閾値）を決定し、上側閾値と下側閾値のちょうど半分の位置をピーク候補閾値（第４の閾値）とする。このピーク候補閾値（第４の閾値）を上回るピークをピーク候補として検出する。【００４７】
このとき、スペースやトップ部分のノイズにより発生する擬似ピークの影響を排除するため、上側閾値（第２の閾値）を、上側ピークの平均値を上回るピークの平均を計算することによって求め、下側閾値（第３の閾値）を、下側ピークの平均値を下回るピークの平均を計算することによって求める。【００４８】
次にエッジ候補閾値（第１の閾値）を求める。図６に示すように特殊なラインやノイズのピークに引きずられないようにするため、上側閾値（第５の閾値）を、上記で検出したピーク候補閾値（第４の閾値）を上回るピーク候補のメディアン値を計算することによって求め、下側閾値（第６の閾値）を下側ピークの最小値とする。エッジ候補閾値（第１の閾値）は上側閾値（第５の閾値）と下側閾値（第６の閾値）のちょうど半分の位置である。【００４９】
ここで、図６に示すような特殊なラインやノイズのピークがない場合には、ピーク候補閾値（第４の閾値）をエッジ候補閾値（第１の閾値）としてもよい。【００５０】
面積算出処理（ステップ３０４）では、図７に示すようにステップ３０３で求めたエッジ候補閾値と平滑化プロファイルとがなす領域の面積のうち、エッジ候補閾値より下側となる部分の面積を求める。このとき、正確に面積を算出すると、ボトムのノイズによるばらつきの影響を受けるような場合には、エッジ候補閾値と平滑化プロファイルの交点２点と平滑化プロファイルの最小値の計３点を結ぶ三角形の面積で近似してもよい。また、プロファイルの最小値から所定の信号量分，各領域について画一的に信号をカットした後に、各領域の面積を求めるようにしても良い。ライン部とスペース部、或いは隣接する領域の面積の関係が正確に特定できれば、その手法は問わない。【００５１】
二分割閾値算出処理（ステップ３０５）では、図９に示すように該面積算出処理で求めた面積のヒストグラムを作成し、このヒストグラムから、二つのグループに分割するための最適な閾値を求める。閾値を求める方法としては、高木幹雄・下田陽久監修「新編画像処理ハンドブック」東京大学出版会２００４年に紹介されている大津の判別分析法やKittlerの方法など種々考案されており、これらを使用する。【００５２】
有意差判定処理（ステップ３０６）では、該二分割閾値算出処理で求めた閾値によって分類された二つのグループに有意な差が有るかどうかを判定する処理である。図１０は有意差判定処理の処理フローである。まず、Ｆ検定（ステップ１００１）を行い、二つのグループの分散が等分散かどうかの検定を行う。等分散であると判定された場合は、二標本ｔ検定（ステップ１００２）を用いて二つのグループに有意差が有るかどうかの判定行う。有意差が有る場合は、ステップ１００４の「判定１」にて、二つのグループのうち、面積の大きいグループに相当する部分がスペース部分と判定する。一方、相対的に小さいグループに相当する部分はライン部と判定することができ、ラインとスペースの判定を併せて行うことができるが、例えば、測定対象がラインパターンのみ、或いはスペース部分のみである場合には、選択的にどちらかの判定のみを行うようにしても良い。有意差が無い場合は、ステップ１００５の「判定２」にて、二つのグループの両方に相当する部分がスペース部分と判定する。【００５３】
等分散でないと判定された場合は、Welch検定（ステップ１００３）を用いて二つのグループに有意さが有るかどうかの判定行い、有意差が有る場合は、ステップ１００４の「判定１」にて、二つのグループのうち、面積の大きいグループに相当する部分がスペース部分と判定する。有意差が無い場合は、ステップ１００５の「判定２」にて、二つのグループの両方に相当する部分がスペース部分と判定する。【００５４】
ここで、ステップ１００３のWelch検定の代わりにMann-Whitney検定を用いてもよい。また、図１０のフローの代わりに、二つのグループが正規分布に従うと仮定して、図１１に示すように数式３が成り立つかどうかで有意差が有るかどうかを判定してもよい。ここで、Ａｖｅ１：グループ１の平均値、Ａｖｅ２：グループ２の平均値、Ｓｉｇ１：グループ１の分散値、Ｓｉｇ２：グループ２の分散値、αは任意の定数である。【００５５】
【数３】
2012056639.tif 000005
【００５６】
また、これまで統計学的検定法に基づいて、プロファイル波形によって定義される領域の面積の大小を判定する手法について説明してきたが、ライン部とスペース部の面積差が大きい場合には、例えば隣接する領域の面積を比較し、相対的に大きい方をスペース部、小さい方をライン部と判定するようにしても良い。但し、ノイズへの耐性やパターン形状の変化に対する適応性を考慮すると、上述のような統計学的検定法を用いることが望ましい。【００５７】
パターン２０１に対して、有意差判定処理に基づいて、凹凸判定を行った例を図１２に示す。エッジ候補閾値と平滑化プロファイルとがなす面積のうち、エッジ候補閾値より下側となる部分の面積は二分割閾値算出処理（ステップ３０５）により、図１２のようにグループ１とグループ２に分類される。有意差判定処理（ステップ３０６）で、この二つのグループは有意差が有ると判定され、凹凸判定結果１２０２のように、グループ２に相当する部分が凹部（スペース部分）、それ以外の部分が凸部（ライン部分）と判定される。【００５８】
パターン２０３に対して、有意差判定処理に基づいて、凹凸判定を行った例を図１３に示す。エッジ候補閾値と平滑化プロファイルとがなす面積のうち、エッジ候補閾値より下側となる部分の面積は二分割閾値算出処理（ステップ３０５）により、図１３のようにグループ１とグループ２に分類される。有意差判定処理（ステップ３０６）で、この二つのグループは有意差が有ると判定され、凹凸判定結果１３０２のように、グループ２に相当する部分が凹部（スペース部分）、それ以外の部分が凸部（ライン部分）と判定される。【００５９】
パターン２０５に対して、有意差判定処理に基づいて、凹凸判定を行った例を図１４に示す。エッジ候補閾値と平滑化プロファイルとがなす面積のうち、エッジ候補閾値より下側となる部分の面積は二分割閾値算出処理（ステップ３０５）により、図１４のようにグループ１とグループ２に分類される。ここで、有意差判定処理（ステップ３０６）で、この二つのグループは有意差が無いと判定され、凹凸判定結果１４０２のように、グループ１およびグループ２に相当する部分が凹部（スペース部分）、それ以外の部分が凸部（ライン部分）と判定される。【００６０】
図１２〜図１４に例示するように、有意差判定に基づく凹凸判定法によれば、１つのラインパターンに対し、ピークが２つ形成される場合やピークが１つ形成される場合であっても、安定して凹凸判定を行うことが可能となる。具体的には、走査電子顕微鏡の倍率が低く、或いは微小なパターンであるが故に、ＦＯＶ（Field Of View：視野）内に多くのラインパターンが含まれるような場合（即ち、図１４のような状態）や、図１２や図１３に例示するように、エッジ部分のピークが明確に表現されるような場合等に因らず、安定して凹凸判定を行うことが可能となる。
【実施例２】
【００６１】
次に、上述のような波形内の面積を用いた判定法を、多重露光法によって形成されたパターンの識別に用いる例を説明する。近年、半導体試料上に形成されるパターンの微細化要求に伴い当該要求を満たす一つの方法として自己整合型ダブルパターニング（Self Aligned Double Patterning：以下ＳＡＤＰと呼ぶ）と呼ばれるパターン形成方法が提案されている。【００６２】
ＳＡＤＰによって形成される複数のパターンの間には、異なる工程にて形成されたギャップが交互に形成される。各工程におけるプロセス管理等を適正に行うためには、当該ギャップの種類を特定した上で、測定を行う必要がある。【００６３】
ＳＡＤＰは、従来の露光装置が到達できる露光限界以下の非常に狭いピッチで配置されたラインとスペースが繰り返すパターンを作成する技術である。【００６４】
実際には、試料上に第一マスク層を形成し当該マスク層をエッチングすることで形成される第一マスクパターンと、第一マスクパターン上に第二マスク層を形成し当該マスク層をエッチングすることで第一マスクパターンの側壁にのみ形成される第二マスクパターン（以下スペーサーと呼ぶ）と、に対し、第一マスクパターンをエッチングによって除去し、試料上に残留するスペーサーをマスクとして試料をエッチングし試料上にラインパターンを形成する。このため、スペーサーの寸法が試料に形成されるラインパターンの寸法を決定する。したがって、ＳＡＤＰを用いてパターンを形成する場合、スペーサーの寸法を計測し、スペーサーの寸法を決定するプロセスへ計測結果をフィードバックし、当該計測結果を基にスペーサーの寸法を正確に制御することは非常に重要である。【００６５】
また、スペーサーは、傾斜の異なる二つの側面（第一の側面，第二の側面）と当該側面をつなぐ上面によって構成されている。スペーサーの側面には、スペーサーの第一の側面に隣接し、第一マスクパターンをエッチングにより除去することによって形成された第一の凹部（以下コアギャップと呼ぶ）と、スペーサーの第二の側面に隣接し、第二マスクパターンをエッチングにより加工することによって形成された第二の凹部（以下スペーサーギャップと呼ぶ）がある。コアギャップとスペーサーギャップは異なるプロセスによって形成されており、コアギャップの寸法とスペーサーギャップの寸法はそれぞれ別々のプロセスが制御している。これらのギャップの寸法はラインパターン形成時にラインパターン間の寸法を決定するため、当該パターンの寸法を制御するには、スペーサーとコアギャップ，スペーサーギャップをそれぞれ別々に計測し、それぞれの寸法を制御しているプロセスに寸法値をフィードバックし、当該寸法値を基にプロセスの実施条件を変更する必要がある。【００６６】
以上より、スペーサー，コアギャップ，スペーサーギャップを別々に計測するためには、それぞれを判別する機能が必要となる。【００６７】
スペーサーギャップと、コアギャップの識別を行うための基本的な工程は、図３に例示した通りであり、射影処理（ステップ３０１）、平滑化処理（ステップ３０２）を施した後、エッジ候補閾値を求める（ステップ３０３）。次に、凹凸判定と同様に、波形内の面積演算を行うが、凹凸判定と違い、識別対象がいずれも凹部（ギャップ）であるため、相応の演算処理を実行する。まず、図１５に例示するように、エッジ候補閾値と、平滑化プロファイル波形１５０１の交点１５０２に近い２次微分プロファイル波形１５０３のゼロクロスポイント１５０４を探索する。２次微分プロファイル１５０３は射影処理に基づいて得られる波形から予め作成しておく。次に、ゼロクロスポイント１５０４を基点として、正負双方に向かって、ピークをサーチし、上側ピーク１６０１と下側ピーク１６０２を検出する。【００６８】
以上の処理を行うことによって、平滑化プロファイル波形の１つのギャップに相当する部位に、２つの上側ピークと２つの下側ピークが求められることになる。そして、図１７に例示するように、この２つの上側ピーク及び２つの下側ピークと、横軸方向に同じ値を持つ平滑化プロファイル波形の位置（上側ピークと下側ピークを起点として縦軸方向に直線を引いたときの平滑化プロファイル波形との交点）をギャップに相当する波形部分の面積を求めるための起点として設定する。図１７の場合、波形のギャップ部１７０１に起点１７０２〜１７０５が設定できる。本例では、この４点を結んでできる閉図形の面積を求める。起点の位置に基づいて積分等によって求めることができる。また、発明者らの検討によれば、面積が広い方がコアギャップ、狭い方がスペーサーギャップとなることが分かった。よって、図１７の例の場合、ギャップ部１７０１に相当する試料上の位置をコアギャップ、ギャップ部１７０６に相当する試料上の位置をスペーサーギャップと判定することが可能となる。【００６９】
また、実施例１と同様に、複数の部位の面積を求め、それを面積に応じてグルーピングすると共に、グループ間に有意な面積差が存在すると判断される場合に、コアギャップ，スペーサーギャップの判定を行うようにしてもよい。実施例２においても、実施例１と同様に有意差判定に基づく、２種のパターン（コアギャップ，スペーサーギャップ）の識別が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０１  電子顕微鏡
１０２  電子銃
１０３  電子線
１０４  偏向器
１０５  試料
１０６  電子検出器
１０７  増幅器
１０８  制御信号
１０９  画像処理プロセッサ
１１０  制御計算機
１１１  表示装置
１１２  入力手段
【図１】
2012056639.tif 000006
【図２】
2012056639.tif 000007
【図３】
2012056639.tif 000008
【図４】
2012056639.tif 000009
【図５】
2012056639.tif 000010
【図６】
2012056639.tif 000011
【図７】
2012056639.tif 000012
【図８】
2012056639.tif 000013
【図９】
2012056639.tif 000014
【図１０】
2012056639.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2012056639.tif 000018
【図１４】
2012056639.tif 000019
【図１５】
2012056639.tif 000020
【図１６】
2012056639.tif 000021
【図１７】
2012056639.tif 000022
【国際調査報告】
2012056639.tif 000023
2012056639.tif 000024
2012056639.tif 000025
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