(57)【要約】【課題】パターンの面積を再現性良くかつ精度良く測定することのできるパターン寸法測定装置及びパターン面積測定方法を提供すること。【解決手段】パターン寸面積測定方法は、パターンの画像データを取得するステップと、部分パターンに分割するステップと、各部分パターンの面積を算出するステップと、各部分パターンの面積を合計してパターンの面積を算出するステップとを含む。部分パターンに分割するステップは、パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割するステップと、各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイルを算出するステップと、微分プロファイルを作成するステップと、ラインプロファイル及び微分プロファイルから部分パターンのエッジ位置を検出し、中心位置とエッジ位置とから半径を算出するステップを含むようにしても良い。【選択図】図８
2008032488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、
前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上から発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像データを取得する手段と、
前記パターンを複数の部分パターンに分割し、各部分パターンの面積を算出し、当該各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出する面積測定手段とを有することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項２】
更に、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、
前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有し、
前記面積測定手段は、前記パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割し、前記各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイル及び微分プロファイルからエッジ位置を検出し、前記中心位置とエッジ位置から半径を算出して前記各部分パターンの面積を算出し、該各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出することを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項３】
前記ラインプロファイル作成手段は、所定の数の画素データを加算平均して、前記ライン上のラインプロファイルを作成することを特徴とする請求項２に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項４】
前記パターンの中心は、前記パターンのＸ方向の幅と前記パターンのＹ方向の幅から算出することを特徴とする請求項２に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項５】
更に、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、
前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有し、
前記面積測定手段は、前記パターンが対向する第１及び第２のエッジで囲まれる矩形パターンであるとき、前記矩形パターンを、第１の対向するエッジを所定の長さに区切った部分矩形パターンに分割し、前記各部分矩形パターン毎に第２の対向するエッジと平行でかつ第１の対向するエッジと交わるライン上のラインプロファイル及び微分プロファイルから第１の対向するエッジ間の距離を算出し、前記所定の長さと当該距離とを乗算して当該部分矩形パターンの面積を算出し、当該各部分矩形パターンの面積を合計して前記矩形パターンの面積を算出することを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項６】
前記ラインプロファイル作成手段は、前記所定の長さに対応する所定の数の画素データを加算平均して前記ライン上のラインプロファイルを作成することを特徴とする請求項５に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項７】
前記面積測定手段は、前記パターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出し、検出された隣接する２点のエッジ位置により決定され前記パターンが分割された部分パターンを含む台形形状の領域の面積の総計から、検出された連続する２点のエッジ位置により決定され前記部分パターン以外の台形形状の領域の面積の総計を減算して前記パターンの面積を算出することを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項８】
更に、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、
前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有し、
前記面積測定手段は、前記パターンのエッジ位置を検出して起点エッジ位置とし、該起点エッジ位置から所定の距離のエッジ位置を検出して仮エッジ位置とし、前記起点エッジ位置及び仮エッジ位置を結ぶ線分の中点を通り当該線分に直角なライン上のラインプロファイル及び微分プロファイルからエッジ位置を検出し、当該エッジ位置を新たに起点エッジ位置として当該エッジ位置に隣接する新たなエッジ位置を検出すことにより前記パターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出することを特徴とする請求項７に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項９】
前記ラインプロファイル作成手段は、所定の数の画素データを加算平均して、前記ライン上のラインプロファイルを作成することを特徴とする請求項８に記載のパターン寸法測定装置。
【請求項１０】
電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上から発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像データを取得する手段と、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有するパターン寸法測定装置において、
測定対象領域のパターンの画像を取得するステップと、
前記パターンを複数の部分パターンに分割するステップと、
前記各部分パターンの面積を算出するステップと、
前記各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出するステップとを含むことを特徴とするパターン面積測定方法。
【請求項１１】
前記部分パターンに分割するステップは、前記パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割するステップと、
前記各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイルを作成するステップと、
前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成するステップと、
前記ラインプロファイル及び微分プロファイルから前記部分パターンのエッジ位置を検出し、前記中心位置とエッジ位置とから半径を算出するステップとを含むことを特徴とする請求項１０に記載のパターン面積測定方法。
【請求項１２】
前記ライン上のラインプロファイルは、所定の数の画素データを加算平均して、作成することを特徴とする請求項１１に記載のパターン面積測定方法。
【請求項１３】
前記パターンの中心は、前記パターンのＸ方向の幅と前記パターンのＹ方向の幅から算出することを特徴とする請求項１１に記載のパターン面積測定方法。
【請求項１４】
前記パターンが対向する第１及び第２のエッジで囲まれる矩形パターンであるとき、
前記部分パターンに分割するステップは、前記パターンを第１の対向するエッジを所定の長さに区切った部分矩形パターンに分割するステップと、
前記各部分矩形パターン毎に第２の対向するエッジと平行でかつ第１の対向するエッジと交わるライン上のラインプロファイルを作成するステップと、
前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成するステップと、
前記ラインプロファイル及び微分プロファイルから前記部分パターンのエッジ位置を検出して、前記ラインプロファイル及び微分プロファイルからエッジの位置を検出し当該エッジ間の距離を算出するステップとを含むことを特徴とする請求項１０に記載のパターン面積測定方法。
【請求項１５】
前記ラインプロファイルは、前記所定の長さに対応する所定の数の画素データを加算平均して前記ライン上のラインプロファイルを作成することを特徴とする請求項１４に記載のパターン面積測定方法。
【請求項１６】
前記部分パターンに分割するステップは、
前記パターンのエッジ位置を検出して起点エッジ位置とし、前記起点エッジ位置から所定の距離だけ離れた位置のエッジを検出して仮エッジ位置とするステップと、
前記起点エッジ位置と仮エッジ位置とを結ぶ線分の中点を通り当該線分に直角なライン上のラインプロファイルを作成するステップと、
前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成するステップと、
前記ラインプロファイル及び微分プロファイルからエッジ位置を検出するステップと、
当該エッジ位置を新たに起点エッジ位置とし、当該エッジ位置に隣接する新たなエッジ位置を検出して前記パターンの周囲のエッジ位置を検出するステップと、
隣接する２点のエッジ位置で決定され、前記パターンが分割された部分パターンを含む台形形状の領域に分割するステップとを含み、
前記パターンの面積を算出するステップは、
前記部分パターンを含む台形形状の領域の面積の総計から、前記部分パターン以外の台形形状の領域の面積の総計を減算するステップであることを特徴とする請求項１０に記載のパターン面積測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームによるパターン寸法の測定装置及び測定方法に関し、特に、コンタクトホール等の面積を再現性良く測定することのできるパターン寸法測定装置及びパターン面積測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パターンの線幅測定方法として、走査型電子顕微鏡による測定が行われている。走査型電子顕微鏡では、電子線走査範囲内に入射電子を走査させながら照射し、シンチレータを介して試料から放出される２次電子を取得し、取得した電子の電子量を輝度に変換して画像データを取得し、表示装置に表示している。【０００３】
このような走査型電子顕微鏡を用いて半導体装置の特性を管理する場合に、ラインパターンの線幅やコンタクトホール等の面積が設計基準値内に形成されているか否かの作業を行うことが一般に採用されている。パターンの線幅や面積の管理は、次のような手順によって行われている。フォトマスク上に形成されたパターンの所定範囲をディスプレイに表示した後、その表示範囲内の測定ポイントに照準を当てて電子ビームを照射し、測定ポイントから反射された二次電子に基づいて輝度分布の波形を取得する。そして、輝度分布波形を解析してパターンエッジ位置を求め線幅とする。また、取得した画像データの値から、コンタクトホールの面積を算出する。この線幅や面積が許容誤差の範囲内にあるか否かを判断し、フォトマスク品質の良否判定の基準としたり、前工程へのプロセスフィードバック情報として使用する。【０００４】
このように、パターンの線幅や面積の測定は、フォトマスクの製造工程において重要であり、線幅や面積を測定するための種々の手法が提案されている。【０００５】
一般的に、２次電子量に対応する輝度の傾きが最大となる位置をパターンのエッジ位置としているが、特許文献１では、２次電子信号が極小値をとる位置をエッジ位置とみなすエッジ検出方法が開示されている。【０００６】
また、特許文献２には、ウエハ上に設けられたアライメントマークの画像をＣＣＤカメラで取り込み、エッジ抽出を行ってアライメントマークの位置を正確に検出する方法が開示されている。【０００７】
上述したように、走査型電子顕微鏡を使用してパターンの線幅測定をする場合には、輝度の傾きが最大となる位置をエッジ位置としたり、２次電子信号が極小値をとる位置をエッジ位置とする方法が採用されている。【０００８】
一方、コンタクトホール等の面積は、ＳＥＭ画像を構成する画素（ピクセル）の輝度情報を基に算出している。すなわち、ＳＥＭ画像から輝度が所定の基準値より大きい値又は小さい値のピクセルを抽出し、それらのピクセル数を合計して面積を求めている。【０００９】
一般的にＳＥＭ画像は測定対象物の材質、膜厚、パターン形状や、電子ビームの加速電圧や走査回数等の装置パラメータにより輝度情報が変化する。さらに、各ピクセルの輝度情報にはノイズ成分が含まれているため、ピクセル単位の輝度情報から所定の輝度の閾値で抽出したピクセルをカウントして求めた面積は不正確になる。【００１０】
例えば図１は、コンタクトホールのエッジの一部Ｌをピクセル単位の座標Ｐ上に示した図である。図１の斜線のピクセルが所定の基準値よりも輝度の値が小さく、コンタクトホールの面積を計算するのに使用される。図１に示すように、所定の大きさのピクセルはエッジを忠実に表わすことができない。例えば、図１のピクセルＳＰ２はコンタクトホールの内側と外側の両方を含んでいる。よって、ピクセルＳＰ２を面積に含めると面積値も不正確になる。【００１１】
さらに、各ピクセルで表される輝度情報にはノイズ成分が含まれている。よって、Ｓ／Ｎ比が悪いと輝度情報も不安定となり、測定毎にエッジ付近で選択されるピクセルが常に同じではなく面積値の再現性が悪くなってしまう。例えば、ある測定値ではピクセルＮＰ２の輝度データ値は所定の基準値より大きいが、別の測定ではピクセルＮＰ２の輝度データ値が基準値より小さくなる場合もあり得る。
【特許文献１】特開平５−２９６７５４号公報
【特許文献２】特開２００３−３３８４５号公報
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、目的は、パターンの面積を再現性良くかつ精度良く測定することのできるパターン寸法測定装置及びパターン面積測定方法を提供することである。
【００１３】
上記した課題は、電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上から発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像データを取得する手段と、前記パターンを複数の部分パターンに分割し、各部分パターンの面積を算出し、当該各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出する面積測定手段とを有することを特徴とするパターン寸法測定装置により解決する。
【００１４】
この形態に係るパターン寸法測定装置において、更に、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有し、前記面積測定手段は、前記パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割し、前記各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイル及び微分プロファイルからエッジ位置を検出し、前記中心位置とエッジ位置から半径を算出して前記各部分パターンの面積を算出し、該各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出するようにしても良く、前記ラインプロファイル作成手段は、所定の数の画素データを加算平均して、前記ライン上のラインプロファイルを作成するようにしても良く、前記パターンの中心は、前記パターンのＸ方向の幅と前記パターンのＹ方向の幅から算出するようにしても良い。
【００１５】
また、この形態に係るパターン寸法測定装置において、前記面積測定手段は、前記パターンが対向する第１及び第２のエッジで囲まれる矩形パターンであるとき、前記矩形パターンを、第１の対向するエッジを所定の長さに区切った部分矩形パターンに分割し、前記各部分矩形パターン毎に第２の対向するエッジと平行でかつ第１の対向するエッジと交わるライン上のラインプロファイル及び微分プロファイルから第１の対向するエッジ間の距離を算出し、前記所定の長さと当該距離とを乗算して当該部分矩形パターンの面積を算出し、当該各部分矩形パターンの面積を合計して前記矩形パターンの面積を算出するようにしても良い。
【００１６】
本発明では、パターンの面積測定において、パターンを所定の数の部分パターンに分割し、部分パターン毎に面積を測定し、その後それらを合計してパターンの面積としている。部分パターンの面積を測定する際に、中心位置とエッジを結ぶライン上のラインプロファイルを求め、求めたラインプロファイルからエッジ位置を求め、中心位置とエッジ位置とから半径を求めている。ラインプロファイルを求める際には、複数のピクセルの輝度データを加算平均して求めている。そして、エッジ位置を弧と半径が交差する点とする扇形の面積を求めている。これにより、ピクセルの輝度信号にノイズが含まれている場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジの位置を検出し、面積を求めているため、面積を再現性良く算出することが可能になる。
【００１７】
また、この形態に係るパターン寸法測定装置において、前記面積測定手段は、前記パターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出し、検出された隣接する２点のエッジ位置により決定され前記パターンが分割された部分パターンを含む台形形状の領域の面積の総計から、検出された連続する２点のエッジ位置により決定され前記部分パターン以外の台形形状の領域の面積の総計を減算して前記パターンの面積を算出するようにしても良く、更に、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有し、前記面積測定手段は、前記パターンのエッジ位置を検出して起点エッジ位置とし、該起点エッジ位置から所定の距離のエッジ位置を検出して仮エッジ位置とし、前記起点エッジ位置及び仮エッジ位置を結ぶ線分の中点を通り当該線分に直角なライン上のラインプロファイル及び微分プロファイルからエッジ位置を検出し、当該エッジ位置を新たに起点エッジ位置として当該エッジ位置に隣接する新たなエッジ位置を検出すことにより前記パターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出するようにしても良い。
【００１８】
本発明では、パターンの面積測定において、パターン内の１点を指定することにより、自動的にパターン周囲のエッジ位置を検出し、検出されたエッジ位置を基に台形則を適用し、パターンの面積を算出している。これにより、対象範囲を指定するユーザの負担を軽減するとともに、誤った範囲指定による測定精度の低下を防ぐことができる。
【００１９】
また、パターンの周囲のエッジを検出する際、検出されたエッジ位置と所定の間隔の仮エッジ位置とを結ぶ直線と、中間位置で直交するライン上のラインプロファイルから次のエッジ位置を検出している。これにより、パターンの周囲と直角に近いライン上でエッジを検出できるため、正確なエッジ位置を検出することが可能となり、パターン面積を正確に算出することが可能となる。
【００２０】
本発明の他の形態によれば、上記の形態に係るパターン寸法測定装置において実施されるパターン面積測定方法が提供される。その一形態に係るパターン面積測定方法は、電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上から発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像データを取得する手段と、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有するパターン寸法測定装置において、測定対象領域のパターンの画像を取得するステップと、前記パターンを複数の部分パターンに分割するステップと、前記各部分パターンの面積を算出するステップと、前記各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出するステップとを含むことを特徴とする。
【００２１】
この形態に係るパターン面積測定方法において、前記部分パターンに分割するステップは、前記パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割するステップと、前記各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイルを作成するステップと、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成するステップと、前記ラインプロファイル及び微分プロファイルから前記部分パターンのエッジ位置を検出し、前記中心位置とエッジ位置とから半径を算出するステップとを含むようにしても良く、前記パターンが対向する第１及び第２のエッジで囲まれる矩形パターンであるとき、前記部分パターンに分割するステップは、前記パターンを第１の対向するエッジを所定の長さに区切った部分矩形パターンに分割するステップと、前記各部分矩形パターン毎に第２の対向するエッジと平行でかつ第１の対向するエッジと交わるライン上のラインプロファイルを作成するステップと、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成するステップと、前記ラインプロファイル及び微分プロファイルから前記部分パターンのエッジ位置を検出して、前記ラインプロファイル及び微分プロファイルからエッジの位置を検出し当該エッジ間の距離を算出するステップとを含むようにしても良い。また、前記部分パターンに分割するステップは、前記パターンのエッジ位置を検出して起点エッジ位置とし、前記起点エッジ位置から所定の距離だけ離れた位置のエッジを検出して仮エッジ位置とするステップと、前記起点エッジ位置と仮エッジ位置とを結ぶ線分の中点を通り当該線分に直角なライン上のラインプロファイルを作成するステップと、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成するステップと、前記ラインプロファイル及び微分プロファイルからエッジ位置を検出するステップと、当該エッジ位置を新たに起点エッジ位置とし、当該エッジ位置に隣接する新たなエッジ位置を検出して前記パターンの周囲のエッジ位置を検出するステップと、隣接する２点のエッジ位置で決定され、前記パターンが分割された部分パターンを含む台形形状の領域に分割するステップとを含み、前記パターンの面積を算出するステップは、前記部分パターンを含む台形形状の領域の面積の総計から、前記部分パターン以外の台形形状の領域の面積の総計を減算するステップであるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、従来の面積測定の問題点を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態で使用される走査型電子顕微鏡の構成図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、信号処理部が取得する電子像およびプロファイルの説明図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、コンタクトホールの中心位置の検出を説明する図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、コンタクトホールのエッジ検出を説明する図（その１）である。
【図６】図６は、コンタクトホールのエッジ検出を説明する図（その２）である。
【図７】図７は、コンタクトホールの面積の算出を説明する図である。
【図８】図８は、コンタクトホールの面積を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、コーナーラウンディングの測定を説明する図である。
【図１０】図１０は、コーナーラウンディング測定の処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１（ａ）は、従来の矩形パターンの面積を算出する方法を説明する図である。図１１（ｂ）は、本実施形態の矩形パターンの面積を算出する方法を説明する図である。
【図１２】図１２は、矩形パターンの面積を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は、任意形状パターンの一例を示す図である。
【図１４】図１４は、任意形状パターンの面積の測定方法を説明する図（その１）である。
【図１５】図１５は、任意形状パターンの面積の測定方法を説明する図（その２）である。
【図１６】図１６は、任意形状パターンの面積を算出する処理の概要を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、図１６におけるエッジ検出の開始位置を検出する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、図１６におけるパターン周囲のエッジ位置を検出する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、パターン周囲のエッジ位置の検出方法を説明する図である。
【図２０】図２０は、任意形状パターンの面積の測定方法を説明する図（その３）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（１）第１の実施形態
はじめに、パターン寸法測定装置として使用される走査型電子顕微鏡の構成について説明する。次に、一般的なパターンの線幅の測定方法について説明する。次に、コンタクトホールを例としたパターンの面積測定について説明する。次に、パターン面積測定方法の応用例について説明する。【００２４】
（走査型電子顕微鏡の構成）
図２は、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。【００２５】
この走査型電子顕微鏡１００は、電子走査部１０と、信号処理部３０と、画像表示部４０と、記憶部５５と、電子走査部１０、信号処理部３０、画像表示部４０及び記憶部５５の各部を制御する制御部２０とに大別される。制御部２０は、プロファイル作成部２１、微分プロファイル作成部２２、エッジ検出部２３及び面積測定部２４を有している。【００２６】
電子走査部１０は、電子銃１とコンデンサレンズ２と偏向コイル３と対物レンズ４と移動ステージ５と試料ホルダ６とを有している。【００２７】
電子銃１から照射された荷電粒子９をコンデンサレンズ２、偏向コイル３、対物レンズ４を通して移動ステージ５上の試料７に照射するようになっている。【００２８】
荷電粒子９（１次電子ビーム）を試料７上に２次元走査しながら照射し、照射部位から放出される２次電子は、シンチレータ等で構成される電子検出器８によって検出される。検出された２次電子の電子量は、信号処理部３０のＡＤ変換器によってデジタル量に変換され、画像データとして記憶部５５に格納される。画像データは輝度信号に変換されて画像表示部４０で表示される。画像データは、試料７上における１次電子ビームの走査位置と同じ配置になるように２次元配列上に並べられて、２次元デジタル画像が得られる。この２次元デジタル画像の各画素（ピクセル）は、それぞれ８ビットの情報量で輝度データを表わしている。【００２９】
偏向コイル３の電子偏向量と画像表示部４０の画像スキャン量は制御部２０によって制御される。また、制御部２０には、線幅測定を実行するためのプログラムが格納されている。【００３０】
プロファイル作成部２１では、指定された範囲のＳＥＭ画像データの輝度信号を表すラインプロファイルを作成する。ラインプロファイルは、２次電子の電子量に対応した輝度信号を表すものであり、測定パターンの断面形状を反映すると考えられている。【００３１】
微分プロファイル作成部２２では、ラインプロファイルに対して、１次微分処理を施し、１次微分プロファイルを作成する。【００３２】
エッジ検出部２３は、ラインプロファイル、１次微分プロファイルからパターンのエッジを検出する。【００３３】
面積測定部２４は、指定される測定対象のパターンの面積を測定する。面積は画像データを構成するピクセル単位で算出し、実際の面積は予め求めるピクセルの幅と実際の長さとの対応関係により換算して求める。【００３４】
（一般的なパターンの線幅の測定方法）
次に、図２に示した走査型電子顕微鏡１００を用いて、図３（ａ）に示す試料のパターンの線幅を測定する一般的な方法について説明する。【００３５】
試料７として、図３（ａ）に示すように、フォトマスク基板５０上に配線パターン５１が形成されたものを使用する。試料７の一部は図３（ａ）に示すような平面形状となっている。ここで、破線５２で囲んだ部分は、走査型電子顕微鏡１００の観察領域を示している。【００３６】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す試料上に電子ビームを走査して得られる２次電子等の電子量を電子検出器８によって検出し、検出した電子量を輝度信号に変換し、電子ビームの走査と表示装置のＣＲＴの走査とを同期させて表示したＳＥＭ画像の例を示している。【００３７】
図３（ｂ）に示すＳＥＭ画像から、測長エリアを指定してＳＥＭ画像を抽出する。測長エリアは例えば幅Ｈが４００ピクセル、長さＬの領域とする。この領域は、上側ラインマーカーＬＭ１、下側ラインマーカーＬＭ２、左側ラインマーカーＬＭ３及び右側ラインマーカーＬＭ４によってオペレータによって選択される。【００３８】
抽出したＳＥＭ画像ピクセルデータから、測長エリアのＨ方向を分割し、分割した領域について輝度分布に対応するラインプロファイルを求める。なお、ラインプロファイルを求めるときに、長さＬ方向に例えば３ピクセル幅でスムージング処理を行うことによりノイズ成分を小さくすることができる。【００３９】
図３（ｃ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿って電子ビームを照射したときに得られる試料から放出される２次電子の電子量に対応するラインプロファイルを示した図である。図３（ｃ）に示すように、ラインプロファイル（コントラストプロファイル）は、パターンのエッジ部分で急激に変化する。急激に変化する位置を求めるために、ラインプロファイルを微分して、微分信号量の最大ピークと最小ピークを求める。【００４０】
更に、図３（ｄ）に示すように、ピーク前後の複数の微分信号Ｄｘからピクセル間を補完して微分波形Ｃ１，Ｃ２を求め、１／１００の分解能で第１ピークＰ１と第２ピークＰ２のピーク位置を計算する。ラインパターンの幅Ｗ１は、第１ピークＰ１と第２ピークＰ２との間の距離として求められる。【００４１】
以上の処理を分割したそれぞれの領域で行い、各領域で算出したパターンの幅の平均値を測長値とすることで、より正確なラインパターンの幅Ｗ１が得られる。【００４２】
（パターン面積測定）
本実施形態では、コンタクトホールを例として、その面積を算出する方法について説明する。【００４３】
図４はコンタクトホールの一例を示す図である。【００４４】
本実施形態では、ピクセルの輝度データが基準値より大きいか小さいかでコンタクトホールの範囲内か否かを判定せず、所定の数の部分パターン（本実施形態では扇形）に分割し、部分パターンの面積を合計してコンタクトホールの面積を算出している。【００４５】
例えば、中心角が５度の扇形を部分パターンとすると、７２個の扇形の面積を算出して、これらの値を合計することによってコンタクトホールの面積を算出している。【００４６】
部分パターンの面積を算出するために、コンタクトホールの中心及び半径を求める。まず、コンタクトホールの中心の検出について説明する。【００４７】
はじめに、コンタクトホールのＳＥＭ画像データから、指定領域のラインプロファイルを求める。指定領域はコンタクトホールのＸ方向の両側のエッジが含まれるように探索領域ＳＲｘを設定して指定する。ラインプロファイルからコンタクトホールのＸ方向の両エッジ（ＸＥ１，ＸＥ２）を求め、その中点をＸ方向の中心Ｃｘとする。【００４８】
次に、Ｃｘ、Ｙ方向の両側のエッジを含む探索領域ＳＲｙを設定し、Ｃｘを通るＹ方向のラインのラインプロファイルを求める。このラインプロファイルからＹ方向の両側のエッジ（ＹＥ１，ＹＥ２）を求め、その中点をＹ方向の中心Ｃｙとする。この位置が、コンタクトホールの中心Ｃとなる。【００４９】
次に、部分パターンの半径を求める。この半径は、コンタクトホールのエッジの位置を検出することにより、中心Ｃとそのエッジとの距離として求める。【００５０】
図５（ａ）はコンタクトホールの一部のエッジ部分ＥＬをＳＥＭ画像から得られる輝度信号を表わすピクセル単位の座標Ｐ上に表わした図である。【００５１】
上記方法で求めたコンタクトホールの中心位置Ｃ及びコンタクトホールの周囲のエッジと交差するラインを含むＲＯＩを設定する。【００５２】
図５（ａ）のＳ１−Ｓ２線は、プロファイル作成の基準線である。この基準線に沿ってラインプロファイルを作成すると、例えば、図５（ｂ）に示すような信号波形が取得できる。エッジＥ１の位置を境に点Ｓ１側の信号量の値のほうが点Ｓ２側の信号量の値よりも小さくなり、点Ｅ１において信号量が急激に変化している。また、図５（ｃ）は図５（ｂ）のラインプロファイルを微分した結果であり、点Ｅ１において微分信号量の最大ピークが得られ、点Ｅ１の位置がＳ１−Ｓ２ライン上のエッジであることが検出される。この時、線幅測定と同様にピーク前後の複数の微分信号からピクセル間を補完し、１／１００の分解能でピーク位置を計算する。【００５３】
このエッジ位置Ｅ１と中心位置Ｃとの間の距離を算出することにより、Ｓ１−Ｓ２ライン上の半径を算出する。【００５４】
次に、図６を用いて、ラインプロファイルの算出について詳細に説明する。図６のラインＳＬはプロファイル作成の基準線である。また、ラインＡＳＬは輝度の値の平均化に使用するピクセルを求める平均化基準線である。【００５５】
ラインプロファイルを作成する基準線ＳＬに沿って、１ピクセル毎に基準線ＳＬ上の各位置の輝度データを算出する。輝度の算出には、基準線ＳＬに対応するピクセルＳＰの輝度データだけでなく、基準線ＳＬに垂直な方向の平均化基準線ＡＳＬに沿ったピクセルＡＳＰ５個分の輝度データを加算平均した値としている。【００５６】
ピクセルの選択は、プロファイルを求める基準線ＳＬの傾斜角度が４５度以下の場合はＸ軸、４５度以上の場合はＹ軸を基準軸とする。基準軸がＸ軸の場合は、基準線ＳＬに対応するピクセルは同じＸ位置ではだぶらないようにして、すべてのＸ位置について選択するようにする。また、基準線ＳＬの基準軸がＸ軸のときは、平均化基準線ＡＳＬの基準軸はＹ軸となり、同じＹ位置ではだぶらないようにしてピクセルの中心が平均化基準線ＡＳＬに最も近いピクセルを選択する。図６の場合は、５ピクセルを求める基準軸はＹ軸となり、同じＹ位置ではだぶらないようにして、ピクセルの中心が基準線に最も近いピクセル（ＡＳＰ）を選択する。【００５７】
このように、複数のピクセルの輝度データを加算平均するのは、各ピクセルの輝度データにはランダムな値のノイズ成分が含まれており、１ピクセルの輝度データでは測定毎に値が異なり、再現性のある測定が行えないからである。従って、複数のピクセルの輝度データを平均化することによって、ノイズを小さくするようにしている。【００５８】
なお、輝度データの平均化のためのピクセル数は、５ピクセルに限らず、ピクセル数を多くしても良く、Ｓ／Ｎ比が良ければ、少ないピクセル数にしても良い。【００５９】
次に、上記したコンタクトホールの中心位置とエッジ位置から部分パターンの扇形の面積を算出した後に実施するコンタクトホールの面積算出について説明する。【００６０】
図７は、コンタクトホール全体の面積の算出を説明する図である。【００６１】
中心位置Ｃ及びエッジ位置Ｅ１1から半径Ｒ１1を求め、Ｒ１1を半径とし、所定の中心角（例えば５度）の扇形ＳＣ（部分パターン）の面積を求める。同様にして、対角線側のエッジ位置Ｅ２1に対しても、エッジ位置Ｅ２1から半径Ｒ２1を求め、Ｒ２1を半径とし、所定の中心角の扇形ＳＣの部分パターンの面積を求める。その後、ラインプロファイルを求める基準線ＳＬ1を中心角の分だけ回転させ、新たな基準線ＳＬ2に沿ったラインプロファイルを作成してエッジＥ１2を検出する。【００６２】
このようにエッジの検出を所定の中心角毎に基準線を回転させて行い、コンタクトホールの全範囲について部分パターンの面積を求める。【００６３】
例えば、中心角を５度としたとき、コンタクトホールの全面積は、（Ｒ１ｎ2＋Ｒ２ｎ2）×π×１／７２においてｎ＝１から３６の総計となる。【００６４】
また、上記説明では、面積はピクセル数単位で算出している。よって、実際の値は、ピクセルの大きさに対応する長さで換算する。例えば、１ピクセルのサイズがＸ＝５．６２５ｎｍ、Ｙ＝５．６３０ｎｍの場合、ピクセル単位の面積を求めた後、５．６２５×５．６３０倍することにより、実際の値を算出するようにする。【００６５】
なお、部分パターンが扇形ではなく直線的な部分については、所望により、中心位置Ｃと、エッジ位置Ｅ１1と、中心角５度とに基づき、３角形の面積と見なして、部分パターンの面積を求めるようにしても良い。【００６６】
エッジ位置を検出してコンタクトホールの半径を算出し、扇形の面積を求め、その扇形の面積を合計してコンタクトホールの面積を算出することにより、再現性及び精度が向上する理由について以下に示す。【００６７】
従来のようにピクセルの値を判定して面積を求める場合、エッジ近辺のピクセル値にはノイズが含まれ、ＳＮ比が悪く、所定の値を満たすピクセルが測定を行う毎に固定せず、面積が測定毎に異なってしまう。【００６８】
本実施形態では、複数のピクセル値を用いて中心から周囲方向にラインプロファイルを作成し、ラインプロファイルを微分してエッジ位置を検出している。複数のピクセル値を使用するため、ＳＮ比が悪くてもノイズを小さくすることができ、更にピクセル間を複数ピクセル値で補完して１/１００ピクセルの分解能まで計算しているので、測定毎に値が大きく異なることがなくなる。よって再現性良く面積を求めることが可能となる。【００６９】
また、従来は、ピクセル単位で面積を算出しており、エッジ上の面積測定対象領域の内側及び外側が含まれるピクセルもピクセル単位で面積に含めるか又は含めないようにしていた。そのため、精度良く測定することができなかった。【００７０】
本実施形態では、エッジ位置を求め、そのエッジ位置を半径と弧の交点とする扇形の面積を計算するため、ピクセル単位にならず、誤差を小さくすることができる。【００７１】
（パターン寸法測定方法）
次に、図８を用いて、パターン面積測定方法について説明する。【００７２】
図８は、コンタクトホールのようなパターンの面積を測定する処理の一例を示すフローチャートである。【００７３】
図８のパターン面積測定処理では、予めコンタクトホール及びその周辺のＳＥＭ画像が取得され、記憶部５５にＳＥＭ画像データがピクセルデータとして格納されているものとする。また、校正試料を用いて、ピクセル値と実際の長さとの関係が求められているものとする。【００７４】
まず、ステップＳ１１において、初期設定をする。この初期設定では、部分パターンの数に対応する中心角の設定、及び、ラインプロファイルを算出する領域を指定するＲＯＩのサイズの設定を行う。【００７５】
次に、ステップＳ１２において、コンタクトホール及びその周辺の所望の測定エリアを指定して、ＳＥＭ画像を取得する。このＳＥＭ画像データはピクセルデータとして格納されている記憶部５５から抽出する。【００７６】
次に、ステップＳ１３において、面積測定対象のコンタクトホールの中心位置を検出する。中心位置の検出は次のようにして行う。まず、Ｘ方向のラインプロファイルを求め、Ｘ方向の両端のエッジを検出する。それらのエッジ位置の中点をＸ方向の中心とする。Ｘ方向の中心を求めた後、その位置を含めたラインのＹ方向のラインプロファイルを求め、Ｙ方向の両端のエッジを検出する。このエッジ位置の中心をコンタクトホールの中心とする。なお、Ｙ方向の中心を求めた後、再度Ｘ方向の中心、Ｙ方向の中心を求め、中心位置を精度良く求めるようにしても良い。【００７７】
次に、ステップＳ１４において、コンタクトホールの中心位置及びコンタクトホールのエッジを含む所定の高さの探索領域を指定する。また、予め設計データから抽出したコンタクトホールのデータを基にして、探索領域の大きさを設定しておき、コンタクトホールの中心位置が入るように自動的に設定するようにしても良い。【００７８】
次に、ステップＳ１５において、指定された探索領域においてラインプロファイルを求める。例えば、コンタクトホールの中心からエッジの方向に１ピクセル単位毎にピクセルデータから輝度データを算出する。このとき、探索領域の高さは５ピクセルの高さとし、５ピクセル分の輝度データを加算平均して輝度データを求め、輝度データのノイズを小さくしている。【００７９】
次に、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で算出したラインプロファイルを１次微分する。１次微分処理は微分プロファイル作成部が行い、例えば、一般的な画像処理で使用されるソーベルフィルタなどの微分フィルタを用いて行う。１次微分した結果、信号量の最大値及び最小値をとる位置をエッジ位置として記録する。【００８０】
次に、ステップＳ１７において、コンタクトホールの中心位置とエッジ位置から半径を求める。【００８１】
次に、ステップＳ１８において、求めたエッジ位置を弧と半径が交差する点とする扇形（部分パターン）の面積を算出する。【００８２】
次に、ステップＳ１９において、コンタクトホールの全範囲について部分パターン面積を算出したか否かを判定する。全範囲について算出したと判定されればステップＳ２０に移行し、全範囲について算出されていないと判定されればステップＳ２１に移行する。【００８３】
次に、ステップＳ２０では、算出された部分面積のすべてを合計して、コンタクトホールの面積を算出し、本処理を終了する。【００８４】
一方、ステップＳ２１では、所定の中心角度分だけ探索領域を回転させて、ラインプロファイル基準線を回転する。その後、ステップＳ１５に移行し、新たなラインプロファイル基準線に沿ってラインプロファイルを取得してエッジを検出し、そのエッジ位置を弧と半径が交差する点とする部分パターンの面積を算出する。【００８５】
以上説明したように、本実施形態のパターン面積測定方法では、パターンを所定の数の部分パターンに分割し、部分パターン毎に面積を測定した後それらを合計してパターンの面積としている。部分パターンの面積を測定する際に、中心位置とエッジを結ぶライン上のラインプロファイルを求め、求めたラインプロファイルからエッジ位置を求め、中心位置とエッジ位置とから半径を求めている。ラインプロファイルを求める際には、複数のピクセルの輝度データを加算平均して求めている。そして、エッジ位置を弧と半径が交差する点とする扇形の面積を求めている。これにより、ピクセルの輝度信号にノイズが含まれている場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジの位置を検出し、面積を求めているため、面積を再現性良く算出することが可能になる。【００８６】
次に、本実施形態の面積測定を適用してパターンのコーナーのラウンディングを測定する方法について説明する。【００８７】
パターンのコーナーのラウンディングは、図９に示すように、形成されるパターンＰのコーナーが直角に形成されず、丸みを帯びてしまう現象である。例えば、このようなパターンＰがキャパシタの電極として形成される場合、コーナーラウンディングによってパターンが形成されない部分が発生すると、所望の容量値が得られないことがある。このようなパターンの形成されない部分（エリアロス）ＡＬがどの程度の値になるかを正確に求めることが要求される。【００８８】
以下に、エリアロスＡＬの面積測定方法について、図９及び図１０を用いて説明する。【００８９】
まず、ステップＳ３１において、初期設定を行う。初期設定では、コーナーラウンディング領域の面積を算出する際の部分パターンの数に対応する中心角を設定する。また、ラインプロファイルを算出する領域を指定するＲＯＩのサイズの設定を行う。【００９０】
次に、ステップＳ３２において、コーナーラウンディング領域のＳＥＭ画像データを取得する。このＳＥＭ画像データは、ピクセルデータとして格納されている記憶部５５から抽出する。【００９１】
次に、ステップＳ３３において、コーナーラウンディング領域の中心位置を設定する。中心位置の設定は、図９に示すＲＯＩｃの対角コーナーがパターンのエッジに接する位置（ｃ１、ｃ２）に合わせ、パターン内のＲＯＩｃの角（ｃ３）を、コーナー部ｃ１ｃ２ｃ３を形成する扇型の中心とする。【００９２】
次に、ステップＳ３４において、中心ｃ３及びラウンディング部のエッジを含む探索領域を設定する。【００９３】
次に、ステップＳ３５において、探索領域の範囲内でラインプロファイルを算出する。【００９４】
次に、ステップＳ３６において、エッジ位置を検出する。エッジ位置は、ステップＳ３５で算出したラインプロファイルを１次微分し、信号量の最大値又は最小値をとる位置から検出する。【００９５】
次に、ステップＳ３７において、中心位置ｃ３とエッジ位置から半径を算出する。【００９６】
次に、ステップＳ３８において、所定の中心角の扇形（部分パターン）の面積を算出する。【００９７】
次に、ステップＳ３９において、コーナーラウンディング領域のすべての部分パターンの面積を算出したか否かを判定する。すべての部分パターンの面積を算出していると判定されれば、ステップＳ４０に移行し、算出されていなければ、ステップＳ４１に移行する。【００９８】
次に、ステップＳ４９において、すべての部分パターンの面積を合計してコーナーラウンディング部（ｃ１ｃ２ｃ３）の面積を算出し、本処理を終了する。【００９９】
一方、ステップＳ４１では、所定の中心角度分だけ探索領域を回転して、ステップＳ３５に移行する。【０１００】
以上の処理により、コーナーラウンディング部の面積を算出した後、ｃ１ｃ３の距離とｃ２ｃ３の距離を乗算して求めたＲＯＩの面積からコーナーラウンディング部ｃ１ｃ２ｃ３の面積を減算することにより、エリアロス部ＡＬの面積を算出する。【０１０１】
以上説明した方法により、コーナーラウンディング部の面積を再現性良くかつ精度良く算出することができるので、エリアロス部ＡＬの面積を再現性良くかつ精度良く算出することができる。
（２）第２の実施形態
第１の実施形態では、コンタクトホールのような閉じた曲線内の面積の算出について説明した。【０１０２】
本実施形態では、矩形パターンの領域を対象とした面積測定について説明する。なお、面積を測定するパターン寸法測定装置の構成は第１の実施形態に記載した装置と同様であり、面積を算出する面積測定部の処理が異なる。【０１０３】
以下に、矩形パターンの領域の面積を算出する方法について説明する。【０１０４】
図１１（ａ）は、従来の矩形パターンの面積を算出する方法を説明する図である。矩形パターンＲＰの一部をピクセル単位の座標Ｐ上に示している。第１実施形態で説明したコンタクトホールのパターンの面積を算出する場合と同様に、矩形パターンＲＰのエッジ部分では、例えばピクセルＳＰ４が矩形パターンの内側及び外側の両方に含まれ、ピクセルＳＰ４が面積に含まれるか又は含まれないことになり、精度良く面積を求めることができない。【０１０５】
また、ピクセルにはノイズが含まれ、例えば、ピクセルＳＰ３がある測定時では面積に含まれ、別のある測定時には面積に含まれない場合があり、再現性が悪くなる。【０１０６】
図１１（ｂ）は、本実施形態の矩形パターン（第１及び第２のエッジで囲まれるパターン）の面積を算出する方法の概略を説明する図である。本実施形態では、矩形パターンＲＰを所定の大きさの部分矩形パターンに分割し、各部分矩形パターンの面積を算出した後、部分矩形パターンの面積を合計して矩形パターンの面積を算出する。分割する単位は、例えば、Ｙ方向の高さをｈピクセル分（第１の対向するエッジを区切った所定の長さ）とし、部分矩形パターンＰＲＰ１のＸ方向のラインプロファイル（第２の対向するエッジと平行でかつ第１の対向するエッジと交わるライン上のラインプロファイル）を算出して両側のエッジ位置を算出してＸ方向の距離ｘ１を求める。この距離ｘ１と高さｈを乗算することにより、部分矩形パターンＰＲＰ１の面積を算出する。他の部分矩形パターンの面積についても同様に算出する。【０１０７】
次に、矩形パターンの面積測定方法について図１２のフローチャートを用いて説明する。【０１０８】
図１２のパターン面積測定処理では、予め矩形パターン及びその周辺のＳＥＭ画像が取得され、記憶部５５にＳＥＭ画像データがピクセルデータとして格納されているものとする。また、校正試料を用いて、ピクセル値と実際の長さとの関係が求められているものとする。【０１０９】
まず、ステップＳ５１において、初期設定を行う。初期設定では、部分矩形パターンの高さに対応するＲＯＩのサイズを設定する。【０１１０】
次に、ステップＳ５２において、矩形パターン及びその周辺の所望の測定エリアを指定して、ＳＥＭ画像を取得する。このＳＥＭ画像データはピクセルデータとして格納されている記憶部５５から抽出する。【０１１１】
次に、ステップＳ５３において、ステップＳ５２で取得したＳＥＭ画像データを所定の数の領域に分割する。これは、部分矩形の高さを所定の高さとする探索領域を設定することにより行う。【０１１２】
次に、ステップＳ５４において、ステップＳ５３において設定した探索領域の範囲でラインプロファイルを算出する。ラインプロファイルの算出は、制御部２０のプロファイル作成部２１がＳＥＭ画像データのうちの輝度情報を抽出して行う。【０１１３】
次に、ステップＳ５５において、ステップＳ５４で算出したラインプロファイルを１次微分する。１次微分処理は微分プロファイル作成部２２が行う。１次微分した結果、信号量の最大値及び最小値をとる位置をエッジ位置として記録する。【０１１４】
次に、ステップＳ５６において、エッジ位置から部分矩形の幅を算出する。【０１１５】
次に、ステップＳ５７において、算出された部分矩形の幅と探索領域の高さとを乗算し、部分矩形領域の面積を算出する。【０１１６】
次に、ステップＳ５８では、測定領域のすべての部分矩形の面積を算出したか否かを判定する。すべての部分矩形の面積が算出されたと判定されれば、ステップＳ５９へ移行し、算出されていないと判定されれば、ステップＳ６０へ移行する。【０１１７】
次のステップＳ５９では、算出された部分矩形の面積を合計して指定した矩形領域の面積を算出し、本処理を終了する。【０１１８】
一方、ステップＳ６０では、所定の高さ分探索領域を移動し、ステップＳ５４に戻り、部分矩形の面積を算出する。【０１１９】
なお、本処理では、分割した部分毎に面積を算出し、それらを合計して指定領域の面積を算出したが、分割した領域を基に矩形パターンの平均幅を算出した後、その幅と指定領域全体の高さとを乗算して面積を求めるようにしても良い。【０１２０】
以上説明したように、矩形パターン領域の面積測定において、矩形パターンを所定の数の部分パターンに分割し、各部分パターン毎に面積を求めた後、それらを合計して矩形パターンの面積を算出している。部分パターンの面積の算出に際し、所定数のピクセルデータを加算平均してラインプロファイルを基にエッジ位置を算出している。エッジ間の距離と所定数のピクセルサイズとを乗算して、部分パターンの面積を算出している。これにより、ピクセルの輝度信号にノイズが含まれている場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジ位置を求め、面積を算出しているため、面積を再現性良く、かつ精度良く算出することが可能となる。
（３）第３の実施形態
本実施形態では、形状が複雑なパターンを対象とした面積測定について説明する。【０１２１】
図１３は形状が複雑なパターンの一例を示す図である。【０１２２】
図１３に示すようなパターンの場合には、第１及び第２の実施形態で対象としたパターンの形状（以下、基準図形パターンと呼ぶ）に分割して、それぞれの面積を算出した後全面積を算出する。【０１２３】
基準図形パターンとしては、扇形パターン（図１３のα）、半円形パターン（図１３のβ）及び矩形パターン（図１３のγ）がある。【０１２４】
図１４に示すパターンの面積を求める場合について以下に説明する。【０１２５】
図１４に示すような形状のパターンのときは、はじめに、基準図形パターンに分割する。分割は基準図形パターンが含まれるように分割する。例えば、図１４のα１の部分は指定領域をＲＯＩ３のようにする。また、図１４のγ１の部分は指定領域をＲＯＩ１のようにする。また、図１４のγ２の部分は、指定領域をＲＯＩ４のようにする。【０１２６】
この指定の際には、分割した領域がパターンの内側で重ならないように指定する。すなわち、ＲＯＩ１とＲＯＩ３との境界ＢＬ３が互いに一致するように指定する。また、ＲＯＩ３，ＲＯＩ１及びＲＯＩ２とＲＯＩ４との境界ＢＬ２も互いにずれが生じないように指定する。【０１２７】
パターンＰのすべての部分が含まれるように分割した後、各指定領域について面積を算出し、全指定領域の面積を合計してパターン全体の面積を算出する。【０１２８】
図１４のα１の指定領域の面積算出について説明する。【０１２９】
このパターンα１の面積は、第１の実施形態のコーナーラウンディング測定で説明したコーナー部の面積測定方法を用いて算出する。【０１３０】
図１４のγ１、γ２のパターンの面積は、第２の実施形態で説明した矩形パターンの面積測定方法を用いて算出する。【０１３１】
なお、図１３のβのパターンの面積は、第２の実施形態で説明したコーナーラウンディングを修正して面積を算出する。コーナーラウンディングでは１つのコーナーを対象としていたが、図１３のβのバターンは半円形であり２つのコーナーを有している。この場合、中心は、隣接する部分パターンとの境界線の中点とする。【０１３２】
以上説明したように、複雑なパターンの場合の面積測定において、基準図形パターンに分割し、それぞれのパターンの面積を算出した後で各パターンの面積を合計してパターンの面積としている。各基準図形パターンの面積の算出の際には、それぞれ部分パターンに分け部分パターン毎に面積を求めている。部分パターンの面積算出に際して、所定数のピクセルデータを加算平均したラインプロファイルを基にエッジ位置を算出し、矩形の長さや扇型の半径を算出し、面積を求めている。これにより、ピクセルの輝度信号にノイズが含まれている場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジ位置を求め、面積を算出しているため、面積を再現性良く算出することが可能となる。
（４）第４の実施形態
本実施形態では、第１及び第２の実施形態で対象としてパターン形状の組み合わせに限らず、任意の形状のパターンを対象とした面積測定について説明する。本実施形態では、閉じたパターンの周囲を示すエッジ位置を検出し、それらのエッジ位置を基に台形則を適用してパターンの面積を算出する。【０１３３】
なお、面積を測定するパターン寸法測定装置の構成は第１の実施形態に記載した装置と同様であり、面積を算出する面積測定部の処理が異なる。【０１３４】
以下、図１５に示す形状のパターンを例にとって図１６から図１８のフローチャートを参照しながら説明する。【０１３５】
図１６はパターンの面積測定処理の概要を示すフローチャートである。まずステップＳ７１に示すように、エッジ検出の開始位置を検出し、次のステップＳ７２においてパターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出する。検出されたエッジ位置を基に、ステップＳ７３においてパターンの面積を算出する。【０１３６】
図１７は開始位置のエッジを検出する処理を示すフローチャートである。【０１３７】
まず、図１７のステップＳ８１において、測定対象パターンＰＡの領域内の１点（図１５の点Ｍ）を指定し指定点とする。この指定は、面積を測定するパターンＰＡのＳＥＭ画像において、パターンＰＡ内部の任意の一点を指定する。【０１３８】
次のステップＳ８２では、指定点ＭからパターンＰＡのエッジと交差する点を通るラインを設定し、プロファイル作成の基準線とする。例えば、指定点Ｍから右４５度上方向に延びるラインを基準線とする。【０１３９】
次のステップＳ８３では、基準線に沿ってラインプロファイルを算出する。ラインプロファイルの算出は、制御部２０のプロファイル作成部２１がＳＥＭ画像データのうちの輝度情報を抽出して行う。また、ラインプロファイルの算出においては、第１の実施形態で説明したように、複数のピクセルの輝度データを加算平均して求める。算出されたラインプロファイルは、微分プロファイル作成部２２において１次微分される。【０１４０】
次のステップＳ８４では、１次微分された微分プロファイルを基に指定点Ｍに最も近い部分信号量のプラスピーク値又はマイナスピーク値をとる位置を検出してエッジ位置を検出する。このエッジ位置をパターン周囲のエッジ検出のための開始位置とする。【０１４１】
上記処理によって決定された開始位置ＥＳからパターン周囲のエッジ位置の検出を行う。以下に、図１８及び図１９を参照しながら、パターン周囲のエッジ検出処理について説明する。図１８はパターン周囲のエッジ検出処理の一例を示すフローチャートである。また、図１９は、パターン周囲のエッジ検出を説明する図である。【０１４２】
まず、図１８のステップＳ９１では初期設定を行う。初期設定では、パターン周囲のエッジを検出する際の所定の間隔（以下、指定ステップとよぶ）を指定する。例えば、この指定ステップは所定のピクセル数に対応する距離とする。また、パターン周囲の検出エッジの位置を示すカウンタｋを０と置く。【０１４３】
次のステップＳ９２からステップＳ９４では、開始位置ＥＳから所定の指定ステップｄ離れた位置のエッジ位置を検出する。【０１４４】
ステップＳ９２では、図１７の処理によって検出された開始位置ＥＳから（指定ステップｄ×２）の距離だけ離れた位置において仮エッジを検出する。具体的には、図１９（ａ）に示すように、開始位置ＥＳから図１９（ａ）の下方（−Ｙ方向）への直線ＶＬと（指定ステップｄ×２）の位置で直交するラインＨＬを、プロファイル作成の基準線として、ラインプロファイルを作成してエッジＥ11を検出する。この検出されたエッジＥ11を仮検出エッジＥ11とする。なお、図１９（ａ）では開始位置ＥＳから−Ｙ方向にエッジを検出したが、パターンの形状によっては開始位置ＥＳからＸ方向にエッジを検出するようにしても良い。【０１４５】
次のステップＳ９３では、ステップＳ９２で検出した仮検出エッジＥ11の再検出を行う。開始位置ＥＳと仮検出エッジ位置Ｅ11とを結んだ直線上の開始位置ＥＳから（指定ステップｄ×２）の距離だけ離れた位置で直交するラインをプロファイル作成の基準線とし、この基準線上のラインプロファイルを求め、仮検出エッジ位置を再検出する。この仮検出エッジ位置の再検出によって、開始位置ＥＳからの距離を（指定ステップｄ×２）により近づけるようにしている。【０１４６】
次のステップＳ９４では、最初のエッジ位置を検出する。開始位置ＥＳと再検出された仮検出エッジ位置Ｅ12とを結ぶ直線ＩＬ1と、中間位置ＭＰ1において直交するライン上でラインプロファイルを求め、エッジＥＰk（ｘk、ｙk）を検出する。図１９（ｂ）では、１番目のエッジとしてエッジＥＰ1が検出される。このようにエッジＥＰk（ｘk、ｙk）を検出することにより、パターンの周囲に直角に近いライン上でエッジを検出できるため、エッジ位置を正確に検出することが可能となる。【０１４７】
次のステップＳ９５では、エッジＥＰk（ｘk、ｙk）を次のエッジ検出のための起点とする。図１９（ｃ）では、エッジＥＰ1を起点としている。【０１４８】
次のステップＳ９６からステップＳ９８では、起点エッジ位置ＥＰk（ｘk、ｙk）から指定ステップ離れたエッジ位置ＥＰk+1（ｘk+1、ｙk+1）を検出する。【０１４９】
ステップＳ９６では、起点ＥＰ1と再検出された仮検出エッジＥ12とを結んだ直線ＩＬ2上の起点ＥＰ1から（指定ステップｄ×２）だけ離れた位置において直交するラインをプロファイル作成の基準線として、ラインプロファイルを作成してエッジを検出する。この検出されたエッジを仮検出エッジＥ21とする。【０１５０】
次のステップＳ９７では、ステップＳ９４と同様に、起点ＥＰ1と仮検出エッジ位置Ｅ21とを結んだ直線上の、起点ＥＰ1から（指定ステップｄ×２）の距離だけ離れた位置で直交するラインをプロファイル作成の基準線とし、この基準線上のラインプロファイルを求め、仮検出エッジ位置を再検出する。【０１５１】
次のステップＳ９８では、起点ＥＰ1と再検出された仮検出エッジ位置Ｅ22とを結ぶ直線ＩＬ3と、中間位置ＭＰ2において直交するライン上でラインプロファイルを求め、エッジＥＰk+1を検出する。図１９（ｄ）では、２番目のエッジとしてエッジＥＰ2が検出される。【０１５２】
次のステップＳ９９では、パターン周囲のエッジがすべて検出されたか否かを判定する。すべて検出されたと判定されれば、本処理は終了し、まだ検出が終了していないと判定されれば、ステップＳ１００に移行する。【０１５３】
次のステップＳ１００では、ｋ＝ｋ＋１とし、ステップＳ９５に移行して、次のエッジ位置を検出する。【０１５４】
上記処理によって図１５に示すようにパターンの周囲のエッジ位置がＥＰ0，ＥＰ1，…、のように検出される。【０１５５】
次に、上記処理によって検出されたパターン周囲のエッジ位置を基にした、パターンの面積算出について説明する。【０１５６】
本実施形態では、エッジ位置を台形則に適用してパターンの面積を算出する。【０１５７】
パターンの周囲を示すエッジＥＰがｎ個検出されたものとし、ｋ番目のエッジの位置をＥＰk（ｘk、ｙk）とする。【０１５８】
検出されたすべてのエッジ位置を使用して、次に示す式（１）によりパターンの面積Ｓを算出する。【０１５９】
2008032488.tif 000003
【０１６０】
例えば、図１５において、隣接するエッジＥＰ1とＥＰ2によってパターンＰＡの部分パターンＰＰＡを含んだ台形形状の領域（ｘ1ｘ2ＥＰ1ＥＰ2）が規定される。このように隣接するエッジによって決まる台形形状の面積を加算又は減算することによってパターンの面積を算出する。【０１６１】
図１５の例では、パターンＰＡの上側のＴ2からＴ0までのエッジ位置で規定される台形形状の領域は、領域（ｘ1ｘ2ＥＰ1ＥＰ2）のようにパターンＰＡが分割された領域ＰＰＡ（部分パターンとよぶ）及びパターンが含まれない領域を合わせた面積が算出される。また、パターンＰＡの下側のＴ1からＴ2までのエッジ位置で規定される台形形状の領域は、パターンＰＡを含まない領域の面積が算出される。【０１６２】
従って、パターンＰＡの上側のＴ2からＴ0までのエッジ位置で規定される台形形状の領域の面積を加算し、パターンＰＡの下側のＴ1からＴ2までのエッジ位置で規定される台形形状の領域の面積を減算することによって、パターンＰＡの面積が算出される。【０１６３】
すなわち、エッジ位置のＸ座標の値が、Ｘk−Ｘk-1＞０の範囲の台形形状の面積は加算し、Ｘk−Ｘk-1＜０の範囲の台形形状の面積は減算することによってパターンの面積を算出する。【０１６４】
なお、図２０に示すような複雑な形状（パターンの一部がＹ方向に凹部を有する形状）のパターンであっても、上記方法によってパターンの面積を算出することが可能である。すなわち、図２０のＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の領域については、領域Ａ３とＡ４は２度加算され、領域Ａ４は２度減算される。よって、Ａ１からＡ４の領域では最終的にＡ１とＡ３の領域の面積が算出されるため、パターンＰＡの面積を算出することができる。【０１６５】
以上説明したように、第４の実施形態ではパターンの面積を算出する際にＳＥＭ画像のパターン内の１点を指定することにより、自動的にパターン周囲のエッジ位置を検出し、検出されたエッジ位置を基に台形則を適用し、パターンの面積を算出している。これにより、対象範囲を指定するユーザの負担を軽減するとともに、誤った範囲指定による測定精度の低下を防ぐことができる。【０１６６】
また、所定数のピクセルデータを加算平均してラインプロファイルを基にパターン周囲のエッジを検出している。これにより、ピクセルの輝度信号にノイズが含まれている場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジの位置を検出することが可能になる。【０１６７】
また、パターンの周囲のエッジを検出する際、検出されたエッジ位置と所定の間隔の仮エッジ位置とを結ぶ直線と、中間位置で直交するライン上のラインプロファイルから次のエッジ位置を検出している。これにより、パターンの周囲と直角に近いライン上でエッジを検出できるため、正確なエッジ位置を検出することが可能となり、パターン面積を正確に算出することが可能となる。
【図１】
2008032488.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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