(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位形状が一定の配列ピッチで配置された単位形状配列描画データに基づいて描画され、周期性を持つ輪郭線を有する描画パターン形状を測定するコンピュータを、
前記描画パターン形状の測定領域での単位測定範囲の長さを、前記単位形状の前記配列ピッチに対応した長さに設定する測定長設定制御手段と、
前記測定長設定制御手段が設定した前記単位測定範囲の前記描画パターン形状の幅を、一定の間隔毎に測定してパターン幅測定データを取得する測定手段と、
前記測定手段が取得した前記パターン幅測定データに基づいて、前記単位測定範囲内で平坦化したパターン幅を算出するパターン幅算出手段と、
して機能させることを特徴とするパターン幅測定プログラム。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン幅測定プログラムにおいて、
前記測定長設定制御手段は、前記単位測定範囲の長さを、前記単位形状の前記配列ピッチに対応した長さとして、前記配列ピッチの整数倍に設定すること、
を特徴とするパターン幅測定プログラム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のパターン幅測定プログラムにおいて、
前記コンピュータを、前記単位測定範囲の個数を受け付ける測定単位数受け付け手段として機能させ、
前記測定手段を、前記測定単位数受け付け手段が受け付けた前記個数の前記各単位測定範囲での前記パターン幅測定データを取得するように機能させ、
前記パターン幅算出手段を、前記測定手段が取得した前記各単位測定範囲での前記パターン幅測定データに基づいて、前記パターン幅を算出するように機能させること、
を特徴とするパターン幅測定プログラム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のパターン幅測定プログラムにおいて、
前記コンピュータを、
前記単位形状配列描画データを取得する単位形状配列描画データ取得手段と、
前記単位形状配列描画データ取得手段が取得した前記単位形状配列描画データから、前記単位形状の前記配列ピッチを抽出する配列ピッチ抽出手段として機能させ、
前記測定長設定制御手段を、前記配列ピッチ抽出手段が抽出した前記配列ピッチを、前記単位測定範囲の長さに設定するように機能させること、
を特徴とするパターン幅測定プログラム。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のパターン幅測定プログラムにおいて、
前記コンピュータを、
前記測定領域の描画パターン形状を測定又は撮像することにより取得する描画パターン形状取得手段と、
前記描画パターン形状取得手段が取得した前記描画パターン形状に基づいて、前記単位形状の前記配列ピッチを算出する配列ピッチ算出手段として機能させ、
前記測定長設定制御手段を、前記配列ピッチ算出手段が算出した前記配列ピッチを、前記単位測定範囲の長さに設定するように機能させること、
を特徴とするパターン幅測定プログラム。
【請求項６】
複数の単位形状が一定の配列ピッチで配置された単位形状配列描画データに基づいて描画され、周期性を持つ輪郭線を有する描画パターン形状を測定するパターン幅測定装置であって、
前記描画パターン形状の測定領域での単位測定範囲の長さを、前記単位形状の前記配列ピッチに対応した長さに設定する測定長設定制御手段と、
前記測定長設定制御手段が設定した前記単位測定範囲の前記描画パターン形状の幅を、一定の間隔毎に測定してパターン幅測定データを取得する測定手段と、
前記測定手段が取得した前記パターン幅測定データに基づいて、前記単位測定範囲内で平坦化したパターン幅を算出するパターン幅算出手段とを備えること、
を特徴とするパターン幅測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輪郭線が周期性を有するパターンの幅を測定するパターン幅測定プログラム、パターン幅測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトマスクに描画したパターン幅を測定する装置があった（例えば特許文献１）。
一方で、同一パターンのショットを周期的に配置して、各ショットを重複するように配置してパターン形成する技術があった（例えば特許文献２）。この技術を用いてパターン形成すると、描画パターンの輪郭が周期性を有するものになる。
しかし、従来の装置では、輪郭線が周期性を有するパターンの幅を、精度よく測定するには、適していなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３４４３３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０２５０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、輪郭線が周期性を有する描画パターンのパターン幅を、精度よく測定できるパターン幅測定プログラム、パターン幅測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。また、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
【０００６】
第１の発明は、複数の単位形状（３）が一定の配列ピッチ（Ｐ，２００Ｐ）で配置された単位形状配列描画データ（２）に基づいて描画され、周期性を持つ輪郭線（５ａ，２０５ａ）を有する描画パターン形状（５，２０５）を測定するコンピュータ（５０，２５０）を、前記描画パターン形状の測定領域（Ａ，２００Ａ，３０１Ａ〜３０３Ａ）での単位測定範囲（Ｂ１〜Ｂ３）の長さ（Ｌ１）を、前記単位形状の前記配列ピッチに対応した長さに設定する測定長設定制御手段（５６ｃ）と、前記測定長設定制御手段が設定した前記単位測定範囲の前記描画パターン形状の幅を、一定の間隔毎に測定してパターン幅測定データを取得する測定手段（５４）と、前記測定手段が取得した前記パターン幅測定データに基づいて、前記単位測定範囲内で平坦化したパターン幅（Ｗ４）を算出するパターン幅算出手段（５６ｆ）と、して機能させることを特徴とするパターン幅測定プログラムである。
第２の発明は、第１に発明のパターン幅測定プログラムにおいて、前記測定長設定制御手段は、前記単位測定範囲の長さを、前記単位形状の前記配列ピッチに対応した長さとして、前記配列ピッチの整数倍に設定すること、を特徴とするパターン幅測定プログラムである。
第３の発明は、第１又は第２の発明のパターン幅測定プログラムにおいて、前記コンピュータ（５０，２５０）を、前記単位測定範囲（Ｂ１〜Ｂ３）の個数を受け付ける測定単位数受け付け手段（５６ｄ）として機能させ、前記測定手段（５４）を、前記測定単位数受け付け手段が受け付けた前記個数の前記各単位測定範囲での前記パターン幅測定データを取得するように機能させ、前記パターン幅算出手段（５６ｆ）を、前記測定手段が取得した前記各単位測定範囲での前記パターン幅測定データに基づいて、前記パターン幅（Ｗ４）を算出するように機能させること、を特徴とするパターン幅測定プログラムである。
第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明のパターン幅測定プログラムにおいて、前記コンピュータ（５０）を、前記単位形状配列描画データ（２）を取得する単位形状配列描画データ取得手段（５３）と、前記単位形状配列描画データ取得手段が取得した前記単位形状配列描画データから、前記単位形状（３）の前記配列ピッチ（Ｐ）を抽出する配列ピッチ抽出手段（５６ｄ）として機能させ、前記測定長設定制御手段（５６ｃ）を、前記配列ピッチ抽出手段が抽出した前記配列ピッチを、前記単位測定範囲（Ｂ１〜Ｂ３）の長さ（Ｌ１）に設定するように機能させること、を特徴とするパターン幅測定プログラムである。
第５の発明は、第１から第３までのいずれかの発明のパターン幅測定プログラムにおいて、前記コンピュータを、前記測定領域（２００Ａ）の描画パターン形状を測定又は撮像することにより取得する描画パターン形状取得手段（５６ｆ）と、前記描画パターン形状取得手段が取得した前記描画パターン形状に基づいて、前記単位形状（３）の前記配列ピッチ（２００Ｐ）を算出する配列ピッチ算出手段（２５６ｂ）として機能させ、前記測定長設定制御手段（５６ｃ）を、前記配列ピッチ算出手段が算出した前記配列ピッチを、前記単位測定範囲の長さに設定するように機能させること、を特徴とするパターン幅測定プログラムである。
【０００７】
第６の発明は、複数の単位形状（３）が一定の配列ピッチ（Ｐ，２００Ｐ）で配置された単位形状配列描画データ（２）に基づいて描画され、周期性を持つ輪郭線（５ａ，２０５ａ）を有する描画パターン形状（５，２０５）を測定するパターン幅測定装置（５０，２５０）であって、前記描画パターン形状の測定領域（Ａ，２００Ａ，３０１Ａ〜３０３Ａ）での単位測定範囲（Ｂ１〜Ｂ３）の長さ（Ｌ１）を、前記単位形状の前記配列ピッチに対応した長さに設定する測定長設定制御手段（５６ｃ）と、前記測定長設定制御手段が設定した前記単位測定範囲の前記描画パターン形状の幅を、一定の間隔毎に測定してパターン幅測定データを取得する測定手段（５４）と、前記測定手段が取得した前記パターン幅測定データに基づいて、前記単位測定範囲内で平坦化したパターン幅（Ｗ４）を算出するパターン幅算出手段（５６ｆ）とを備えること、を特徴とするパターン幅測定装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
第１の発明は、パターン形状が周期性を持つ輪郭線を有しても、単位測定範囲の長さを単位形状の配列ピッチに設定するので、輪郭線の一周期におけるパターン幅測定データを必ず取得できるため、測定精度を向上できる。
第２の発明は、単位測定範囲の長さを配列ピッチの整数（ｎ）の倍数に設定するので、単位測定範囲には、ｎ周期分の輪郭線が必ず含まれるため、測定精度を高くできる。
第３の発明は、複数個の各単位測定範囲でのパターン幅測定データを取得して、パターン幅を算出するので、測定精度を一層向上できる。
【０００９】
第４の発明は、単位形状配列描画データが有する配列ピッチのデータを利用して、単位測定範囲の長さを設定できる。
第５の発明は、実際に描画したパターン形状のみを用いて単位測定範囲の長さを設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態のパターン描画の手法を説明する図である。
【図２】第１実施形態のパターン描画システム２０の構成を説明する図である。
【図３】第１実施形態の測定装置表示部５２の表示画面であり、電子顕微鏡５４の測定の概要を説明する図である。
【図４】第１実施形態の測定装置表示部５２の表示画面であり、電子顕微鏡５４の取得画像を示す図である。
【図５】第１実施形態のボックスＢ１内の測定結果を示す表である。
【図６】第１実施形態の測定装置５０の動作を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態のパターン描画システム２２０の構成を説明する図である。
【図８】第２実施形態の測定装置２５０の動作を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態の段付パターン２０５及びその輪郭線２０５ａを示す図である。
【図１０】第２実施形態の波形解析の手法を説明する図である。
【図１１】第３実施形態の設計データ３０１を、測定装置表示部３５２に出力した画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
最初に、本実施形態のパターン描画の手法について説明する。
図１は、第１実施形態のパターン描画の手法を説明する図である。
半導体ウエハ６のパターン形成は、最初に設計データ１を作成し、その設計データ１に基づいてフォトマスクを製造し、フォトマスクのマスクパターンを縮小投影することにより、半導体ウエハに転写するといった流れによって行われる。
【００１２】
設計データ１は、設計者が、実際に半導体ウエハ６（図１ではメモリパターン）上に形成したい配線パターンの形状を作成したものである。設計データ１は、ＣＡＤ等の設計装置３０（図２参照）を利用して作成される。
図１（ｂ−１）に示すように、本実施形態では、設計データ１を変換して、更に、段付データ２（単位形状配列描画データ）を作成する。段付データ２は、設計データ１に基づいて矩形の単位形状３を一定に配列ピッチＰで配置したものである。
【００１３】
そして、段付データ２を利用してフォトマスク４上に段付パターン５を描画するときに、単位形状３に対応したアパーチャ、つまり矩形のアパーチャを利用して、単位形状３毎に電子線を照射して描画する。
レジストが塗布されたフォトマスク用基板にパターンを現像し、レジストをマスクとしてレジストが除去された金属薄膜をエッチングすることにより、フォトマスク用基板に所望のパターンを形成する。
そうすると、図１（ｂ−２）に示すように、作成されたフォトマスク４には、ほぼ円形形状が連設され、更に、コーナ部がぼけて曲線でなだらかに繋げたような形状の段付パターン５が形成される。これは、描画の際、単位形状３の外側コーナ部３ａは、電子線の加速電圧とレジストの分子構造による解像性により、照射される電子線の量（以下「ドーズ量」という）が少なくなり、現像後のレジスト形状の輪郭が内側に丸くなって、輪郭線５ａが曲線になるためである。また内側コーナ部３ｂは、単位形状３が重なり高いドーズ量が照射され、輪郭が外側に膨らんで輪郭線５ａが曲線になるためである。
更に、段付データ２は、単位形状３が一定の配列ピッチＰで配置されているので、段付パターン５の輪郭線５ａは、最終的に周期性を持つ曲線になる。
【００１４】
このフォトマスク４を利用して、スキャナーやステッパ等の露光装置で半導体ウエハ６上に配線パターン７を転写すると、図１（ｂ−３）に示すように、露光波長とレジストの解像性から、曲線部分は忠実に解像できず、ほぼ直線形状として配線パターン７が形成される。
【００１５】
この配線パターン７の形状は、従来から行われてきたように、設計データ１に基づいて異なる形状の矩形を細かく組み合わせた描画データ１２を作成し（図１（ｃ−１）参照）、描画データ１２に基づいてフォトマスク１４にマスクパターン１５を描画し（図１（ｃ−２）参照）、マスクパターン１５を半導体ウエハ１６上に転写して形成される配線パターン１７（図１（ｃ−３）参照）とほぼ同一の形状が形成される。
【００１６】
本実施形態の段付データ２は、従来の描画データ１２と比べると、同一形状の単位形状３を利用し、また矩形の数も少ないので、データの作成が簡単である。更に、フォトマスク４上に段付パターン５を描画する場合には、同一形状のアパーチャが利用でき、またショット数を従来よりも格段に少なくできる。このため、フォトマスク４を描画するための描画装置稼動時間を削減し、フォトマスク４の製造コストを削減する。
【００１７】
以下、この段付データ２の生成、またフォトマスク４に描画した段付パターン５のパターン幅を測定する構成等について、主に説明する。
図２は、第１実施形態のパターン描画システム２０の構成を説明する図である。
図３は、第１実施形態の測定装置表示部５２の表示画面であり、電子顕微鏡５４の測定の概要を説明する図である。
図２に示すように、パターン描画システム２０は、設計装置３０、描画装置４０、測定装置５０を備える。設計装置３０、描画装置４０、測定装置５０は、互いにＬＡＮ、インターネット等の通信網を介して接続され、互いに情報を送受信できる。
【００１８】
設計装置３０は、設計者が配線パターンを設計するためのＣＡＤ等である。設計装置３０は、設計装置操作部３１、設計装置表示部３２、設計装置送受信部３３、設計装置記憶部３５、設計装置制御部３６を備える。
設計装置操作部３１は、設計装置３０に情報を入力するために、設計者が操作するマウス、キーボード等の操作装置、入力装置である。
設計装置表示部３２は、設計データ１等を表示するモニタである。
設計装置送受信部３３は、描画装置４０、測定装置５０等の他の装置との間で情報を送受信する部分である。設計装置送受信部３３は、他の装置との間で通信するためのインターフェース等を備える。
【００１９】
設計装置記憶部３５は、設計装置３０の動作に必要なプログラム、情報等を記憶するためのハードディスク、半導体メモリ素子等の記憶装置である。
設計装置記憶部３５は、設計データ記憶部３５ａ、段付データ記憶部３５ｂ、段付データ作成プログラム３５ｃを備える。
設計データ記憶部３５ａは、配線パターンの設計データ１を記憶する記憶領域である。
段付データ記憶部３５ｂは、設計データ１から変換した段付データ２を記憶する記憶領域である。
段付データ作成プログラム３５ｃは、設計データ１から段付データ２へと変換するプログラムである。
【００２０】
設計装置制御部３６は、設計装置３０を統括的に制御するための制御部であり、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）等から構成される。設計装置制御部３６は、段付データ作成部３６ａを備える。
段付データ作成部３６ａは、段付データ作成プログラム３５ｃに従って、設計データ１を段付データ２へと変換する制御部である。段付データ作成部３６ａは、段付データ２が設計データ１に対応した形状になるように、単位形状３及びその配列ピッチＰを設定する。段付データ作成部３６ａは、設計データ１から変換した段付データ２を、段付データ記憶部３５ｂに記憶する。
【００２１】
描画装置４０は、フォトマスク４上に段付パターン５を描画する電子線描画装置である。描画装置４０は、設計装置３０が送信した段付データ２を受信して、これに基づいて、段付パターン５を描画する。描画装置４０は、段付データ２の単位形状３に対応したアパーチャを用いて、段付パターン５を描画する。
【００２２】
測定装置５０は、電子顕微鏡５４を制御して、段付パターン５のパターン幅を測定する装置である。測定装置５０は、測定装置操作部５１、測定装置表示部５２、測定装置送受信部５３（単位形状配列描画データ取得手段）、電子顕微鏡５４（測定手段）、測定装置記憶部５５、測定装置制御部５６を備える。
なお、本発明でいうコンピュータとは、記憶装置、制御装置等を備えた情報処理装置をいい、測定装置５０は、測定装置記憶部５５、測定装置制御部５６等を備えた情報処理装置であり、本発明のコンピュータの概念に含まれる。
【００２３】
測定装置操作部５１は、測定者が測定装置５０を操作するためマウス、キーボード等の操作装置、入力装置等である。
測定装置表示部５２は、測定結果や、電子顕微鏡５４が取得した画像を表示するモニタである。
測定装置送受信部５３は、設計装置３０、描画装置４０等の間で情報を送受信する部分であり、設計装置送受信部３３と同様な部分である。測定装置送受信部５３は、設計装置３０が送信した設計データ１、段付データ２を受信して取得する。
【００２４】
電子顕微鏡５４は、走査型電子顕微鏡である。
図３（ａ）に示すように、電子顕微鏡５４は、走査線Ｌ１０上を移動しながら電子ビームをフォトマスク４に照射し、フォトマスク４から放出される二次電子等を検出して、段付パターン５の幅を測定する。
電子顕微鏡５４は、測定領域Ａで、段付パターン５の幅方向Ｗに走査して、パターン幅を測定する。段付パターン５の輪郭線５ａの部分は、断面においてパターンが斜めに形成されているので、二次電子の放出量が多くなる。このため、図３（ｂ）に示すように、電子顕微鏡５４の測定値は、輪郭線５ａの部分の測定値が大きくなる。
【００２５】
測定装置制御部５６のパターン幅算出部５６ｆ（後述する）は、二次電子の放出量を微分、積分等によって解析して、その変化が大きくなる箇所（図３に「×」印で示す）を、境界として識別するようになっている。この例では、輪郭線５ａよりも内側の領域と、輪郭線５ａよりも外側の領域をそれぞれ識別し、外側の幅である外幅Ｗ１と、内側の幅である内幅Ｗ２を求め、更に、パターン幅Ｗ３を式「Ｗ３＝（Ｗ１＋Ｗ２）／２」によって平均して算出する。
電子顕微鏡５４は、測定領域ＡでボックスＢ１（単位測定範囲）内を等間隔毎に、複数回走査して（図４参照）、パターン幅を測定し、パターン幅算出部５６ｆが平均パターン幅Ｗ４を求めるようになっている。また、後述するように、電子顕微鏡５４は、ボックスの位置を移動して、複数のボックスＢ１〜Ｂ３内の測定をする。
【００２６】
図２に戻り、測定装置記憶部５５は、測定装置５０の動作に必要なプログラム、情報等を記憶するためのハードディスク、半導体メモリ素子等の記憶装置である。
測定装置記憶部５５は、測定プログラム５５ａ、設計データ記憶部５５ｂ、段付データ記憶部５５ｃを備える。
測定プログラム５５ａは、段付パターン５を測定するためのプログラムである。
設計データ記憶部５５ｂは、設計装置３０が送信した設計データ１を記憶する記憶領域である。
段付データ記憶部５５ｃは、設計装置３０が送信した段付データ２を記憶する記憶領域である。
【００２７】
測定装置制御部５６は、測定装置５０を統括的に制御するための制御部であり、例えば、ＣＰＵ等から構成される。測定装置制御部５６は、測定装置記憶部５５に記憶された各種プログラムを適宜読み出して実行することにより、前述したハードウェアと協働し、本発明に係る各種機能を実現している。
測定装置制御部５６は、測定領域受け付け部５６ａ、ピッチ抽出部５６ｂ（配列ピッチ抽出手段）、ボックス設定部５６ｃ（測定長設定制御手段）、ボックス数受付部５６ｄ（測定単位数受け付け手段）、顕微鏡制御部５６ｅ、パターン幅算出部５６ｆ、必要に応じてこれら各制御部の間で情報を伝達するためのバスを備える。
【００２８】
測定領域受け付け部５６ａは、測定装置操作部５１の入力に応じて、段付パターン５の測定領域Ａを受け付ける制御部である。測定領域受け付け部５６ａは、例えば、測定装置表示部５２に表示された設計データ１の一部が、測定装置操作部５１により選択されることにより、その部分を段付パターン５の測定領域Ａとして受け付ける。
なお、測定領域Ａの受け付けは、段付データ２を測定装置表示部５２に表示して行うようにしてもよい。
ピッチ抽出部５６ｂは、段付データ記憶部５５ｃの段付データ２に基づいて、単位形状３の配列ピッチＰ（図１参照）を抽出する制御部である。段付データ２には、単位形状３及びその配列ピッチＰの情報が含まれているので、ピッチ抽出部５６ｂは、段付データ２からその配列ピッチＰのデータを抽出する。
【００２９】
ボックス設定部５６ｃは、測定領域ＡでのボックスＢ１のボックス長さＬ１（単位測定範囲の長さ）を、設定する制御部である。ボックス設定部５６ｃは、ボックス長さＬ１をピッチ抽出部５６ｂが抽出した配列ピッチＰに対応した長さに設定する。
ボックス数受付部５６ｄは、ボックスの個数を受け付ける制御部である。
顕微鏡制御部５６ｅは、電子顕微鏡５４を制御する制御部である。
【００３０】
パターン幅算出部５６ｆは、電子顕微鏡５４が取得したパターン幅測定データに基づいて、ボックスＢ１内での平均パターン幅Ｗ４を算出する（図５参照）。後述するように、パターン幅算出部５６ｆは、複数のボックスＢ１〜Ｂ３の測定後に、各ボックスＢ１〜Ｂ３の平均パターン幅Ｗ４を集計した後に、更に平均して総平均パターン幅を算出する。
【００３１】
次に、本実施形態のパターン幅測定の手法について説明する。
図４は、第１実施形態の測定装置表示部５２の表示画面であり、電子顕微鏡５４の取得画像を示す図である。
図５は、第１実施形態のボックスＢ１内の測定結果を示す表である。
図４に示すように、ボックスＢ１は、電子顕微鏡５４が走査する範囲を示すものである。測定者は、電子顕微鏡５４の取得画像を見ながら、測定装置操作部５１を操作して、段付パターン５の幅（幅方向Ｗの長さ）よりも大きくなるように、ボックスＢ１の幅方向長さＬ２を選択できる。ボックス設定部５６ｃは、測定装置操作部５１からの出力に基づいて、幅方向長さＬ２を設定する。
【００３２】
一方、ボックス設定部５６ｃは、ボックスＢ１のボックス長さＬ１（単位形状３の配列方向に沿った長さ）を、ピッチ抽出部５６ｂが抽出した配列ピッチＰに設定する。
そして、顕微鏡制御部５６ｅは、電子顕微鏡５４を制御して、ボックスＢ１内の段付パターン５の幅を、一定の間隔毎に走査して測定し、パターン幅測定データを取得する。図４は、走査線Ｌ１１〜Ｌ１８が等間隔に８箇所設定された例を示す。
そして、パターン幅算出部５６ｆは、ボックスＢ１内の走査線Ｌ１１〜Ｌ１８のパターン幅Ｗ３に基づいて、１つのボックスＢ１内の平均パターン幅Ｗ４を算出する。図５は、ボックスＢ１の測定データに基づいて、「平均パターン幅Ｗ４＝２５２．６（ｎｍ）」と算出した場面である。
【００３３】
なお、図４、図５では、走査線Ｌ１１〜Ｌ１８は、等間隔に８箇所であり簡略した例を示すが、走査線は、本数を多くした方が、測定精度を向上できる。
１つ目のボックスＢ１の測定が終了すると、測定装置制御部５６は、電子顕微鏡５４を移動して、次のボックスＢ２の測定を開始する。ボックスＢ２は、ボックスＢ１と同一形状であり、ボックスＢ１に接している。なお、電子顕微鏡５４の移動方向を、図４に方向Ｘで示す。この方向Ｘは、単位形状３の配列方向と同一である。
【００３４】
ここで、前述したように、段付データ２は、単位形状３が一定の配列ピッチＰで配置されているので、段付パターン５の輪郭線５ａは、周期性を持つ曲線になる。このため、ボックス長さＬ１が１周期よりも小さかったり、大きい場合には、ボックスＢ１の配置に応じて、測定値が大きく変わってしまう。
例えば、ボックス長さＬ１が１周期の配列ピッチよりも小さく、段付パターン５の比較的太い範囲に配置された場合には（図４のボックスＢ１１参照）、測定値が大きくなってしまうし、一方、段付パターン５の比較的細い範囲に配置された場合には、測定値が小さくなってしまう。ボックス長さＬ１が１周期よりも多い場合でも、同様である。
このため、ボックス長さＬ１が任意に設定されると、測定精度が低くなる可能性がある。
【００３５】
これに対して、測定装置５０は、ボックス長さＬ１を配列ピッチＰに設定するので、ボックスＢ１は、測定領域Ａ内でどの位置に配置されても、１周期分の段付パターン５の輪郭線５ａを、必ず含むように設定される。このため、測定装置５０は、測定精度を高くできる。
【００３６】
次に、測定装置５０の一連の動作を説明する。
図６は、第１実施形態の測定装置５０の動作を示すフローチャートである。
Ｓ（以下、単に「Ｓ」という）１において、測定装置制御部５６は、一連の処理を開始する。
なお、測定装置５０の動作の前提として、既に描画装置４０によりフォトマスク４に段付パターン５が描画され、測定装置５０のステージ（図示せず）に載置されているとする。
Ｓ２において、測定装置送受信部５３は設計装置３０が送信した設計データ１、段付データ２を受信して取得する（単位形状配列描画データ取得工程）。測定装置制御部５６は、取得した設計データ１、段付データ２を、それぞれ設計データ記憶部５５ｂ、段付データ記憶部５５ｃに記憶する。
【００３７】
Ｓ３において、測定装置制御部５６は、設計データ記憶部５５ｂの設計データ１に基づいて、設計データ１を測定装置表示部５２に表示する。
Ｓ４において、測定領域受け付け部５６ａは、測定装置表示部５２に表示された設計データ１のパターンのある領域が選択されると、その領域を測定領域Ａとして受け付ける（測定領域受け付け工程）。
【００３８】
Ｓ５において、ピッチ抽出部５６ｂは、段付データ記憶部５５ｃの段付データ２に基づいて、単位形状３の配列ピッチＰを抽出する（配列ピッチ抽出工程）。そして、ボックス設定部５６ｃは、測定領域ＡでのボックスＢ１のボックス長さＬ１を、ピッチ抽出部５６ｂが抽出した配列ピッチＰに対応した長さに設定する（単位測定範囲設定工程）。
Ｓ６において、ボックス数受付部５６ｄは、測定装置操作部５１の出力に基づいて、ボックス数を受け付ける（測定単位数受け付け工程）。ここでは、簡略して「ボックス数＝３」である例を説明するが、ボックス数は、多い程、測定精度を向上できる。
【００３９】
Ｓ７において、顕微鏡制御部５６ｅは、電子顕微鏡５４を測定領域Ａに移動する。
Ｓ８において、顕微鏡制御部５６ｅは、電子顕微鏡５４をボックスＢ１内で走査させて、走査線Ｌ１１〜Ｌ１８毎にパターン幅の測定値を取得する（測定工程，図４参照）。
Ｓ９において、パターン幅算出部５６ｆは、走査線８箇所の測定値に基づいて、ボックスＢ１の平均パターン幅Ｗ４を算出する（パターン幅算出工程，図５参照）。
【００４０】
Ｓ１０において、測定装置制御部５６は、全てのボックスＢ１〜Ｂ３の測定が終了したか否かを判定する。測定装置制御部５６は、全てのボックスＢ１〜Ｂ３の測定が終了したと判定した場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ１１に進み、一方、全てのボックスＢ１〜Ｂ３の測定が終了していないと判定した場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ８からの処理を繰り返し、次のボックスの測定を開始する。つまり、ボックスＢ１内の測定の次には、ボックスＢ２内を測定し、またボックスＢ２内の測定の次には、ボックスＢ３内を測定する。
測定装置制御部５６は、繰り返されるＳ８からの処理において、ボックスＢ１の位置を移動して、ボックスＢ２、ボックスＢ３を、１個目のボックスＢ１と同様に、それぞれ電子顕微鏡５４を走査して、パターン幅の測定データを取得する（複数測定単位測定工程）。
【００４１】
Ｓ１１において、パターン幅算出部５６ｆは、３箇所の全てボックスＢ１〜Ｂ３の平均パターン幅Ｗ４を、更に、平均して総平均パターン幅を算出する。なお、総平均パターン幅の算出は、全ての２４本（８本×ボックスＢ１〜Ｂ３）分の走査線を加算して、これの平均値を算出してもよい。
Ｓ１２において、測定装置制御部５６は、算出した総平均パターン幅を、測定装置表示部５２に出力して、Ｓ１３に進み、一連の処理を終了する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のパターン描画システム２０は、段付データ２でフォトマスク４に描画することにより、段付パターン５が周期性を持つ輪郭線５ａを有しても、ボックス長さＬ１を配列ピッチＰに設定するので、測定精度を向上できる。
また、パターン描画システム２０は、複数個のボックスＢ１〜Ｂ３でのパターン幅測定データを取得して、平均パターン幅Ｗ４を算出するので、測定精度を一層向上できる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下の説明及び図面において、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図７は、第２実施形態のパターン描画システム２２０の構成を説明する図である。
測定装置２５０の測定装置制御部２５６は、ピッチ算出部２５６ｂ（配列ピッチ算出手段）と、顕微鏡制御部２５６ｅとを備える。
【００４４】
測定装置制御部２５６の顕微鏡制御部２５６ｅは、パターン幅を測定する前の処理で、電子顕微鏡５４を制御して、予め測定領域２００Ａの段付パターン２０５の輪郭線２０５ａの輪郭線データ２０５ｂを取得する（図９（ａ）参照）。
ピッチ算出部２５６ｂは、輪郭線データ２０５ｂに基づき、配列ピッチ２００Ｐを算出する制御部である（図９（ｂ）参照）。
【００４５】
測定装置２５０は、測定装置記憶部２５５の測定プログラム２５５ａに従って、以下の演算、処理を行って、輪郭線データ２０５ｂを取得し（描画パターン形状取得工程）、配列ピッチ２００Ｐを算出する（配列ピッチ算出工程）。
図８は、第２実施形態の測定装置２５０の動作を示すフローチャートである。
図９は、第２実施形態の段付パターン２０５及びその輪郭線２０５ａを示す図である。
図１０は、第２実施形態の波形解析の手法を説明する図である。
【００４６】
Ｓ２０１において、測定装置制御部２５６は、一連の処理を開始する。
Ｓ２０２において、図９（ａ）に示すように、顕微鏡制御部２５６ｅは、電子顕微鏡５４（描画パターン形状取得手段）を走査して、第１実施形態と同様に輪郭線２０５ａを識別して、輪郭線２０５ａのデータに基づいて輪郭線データ２０５ｂを取得する（描画パターン形状取得工程）。
Ｓ２０３において、図９（ｂ）に示すように、ピッチ算出部２５６ｂは、輪郭線データ２０５ｂの波形中心を結ぶ中心線２０５ｃを求め、その傾斜角度θを求める。
傾斜角度θの求め方として、例えば、図形の対象領域（図９（ａ）の描画パターン）について、中心線２０５ｃを構成する点列に対して主成分分析し、第一主成分の軸方向を図形の傾き方向とする方法がある。主成分分析の対象とする点列は、必ずしも中心線２０５ｃでなくてもよく、例えば、白帯領域（輪郭線２０５ａ）の両サイドを抽出した二重のラインを構成する点列でもよく、また、しきい値で２値化して得られる白帯領域を構成する点列でもよい。またその他の方法として、画像のパターマッチングにより、予め記憶させたテンプレートパターンとの比較を行うことにより特徴点を抽出し、その特徴点を結んだ線の傾きとする方法でも良く、種々の公知の画像解析手法を用いることができる。
【００４７】
Ｓ２０４において、図１０（ａ）に示すように、ピッチ算出部２５６ｂは、輪郭線データ２０５ｂを傾斜角度θ回転させて、中心線２０５ｃが水平になるように配置する。
Ｓ２０５において、ピッチ算出部２５６ｂは、輪郭線データ２０５ｂの両端の長さ２０５ｄを算出する。
Ｓ２０６において、ピッチ算出部２５６ｂは、輪郭線データ２０５ｂを波形解析して、波数を判定する。この判定は、例えば、以下のような手法によって行う。
図１０(ａ)の横軸をＸとし、縦軸をＹとし、輪郭線データ２０５ｂをＸからＹへの関数とみなして、ｙ＝ｆ（ｘ）とする。
ｙ＝ｆ（ｘ）を、長さ２０５ｄを１周期とする周期関数とみなして、フーリエ級数展開する。結果として複素数の数列｛ｃｎ｝、が得られる（ｎ＝…，−３，−２，−１，０，１，２，３，…）。
各ｃｎは、以下の数式で表すことができる。
【００４８】
【数１】
0005533475.tif 000002
【００４９】
ここで、
π：円周率
ｗ：長さ２０５ｄの値
ｉ：虚数単位
である。
この式では、ｘは、連続的な実数値をとるかのように表記されているが、実際のデータは、離散的な点列なので、台形公式などを用いて積分値を近似計算する。その際、点列は、ｘについて等間隔に得られているとは限らないので、通常の離散フーリエ変換は適用できない。
ｃｎは、複素数の値をとるが、ｎに応じた周波数の波の振幅の情報は、絶対値｜ｃｎ｜に現れ、その波の位相のシフトの情報は、偏角ａｒｇ（ｃｎ）に現れる。
ｆ（ｘ）が、特定の周波数の正弦波の成分を強く含むとき、その周波数に対応するｎに関する｜ｃｎ｜の値が、他のｎに関するものよりも大きな値をとる。従って、｜ｃｎ｜のピークを抽出することにより、その周波数を求めることができる。
図１０（ｂ）は、横軸にｎをとり、縦軸に｜ｃｎ｜をとったグラフの一例を示している。ピッチ算出部２５６ｂにおいて、輪郭線データ２０５ｂの波数が８個であると判定した場面である。
Ｓ２０７において、長さ２０５ｄを波数で除算して、配列ピッチ２００Ｐを求めて、一連の処理を終了する（Ｓ２０８）。
【００５０】
その後、ボックス設定部５６ｃが、算出された配列ピッチ２００Ｐをボックス長さに設定し、測定装置制御部２５６が、第１実施形態のＳ６以降の処理と同じ処理を行って、平均パターン幅、総平均パターンを求める（図６参照）。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態の測定装置２５０は、描画された段付パターン２０５の形状からボックス長さを設定するので、段付データを入手できない場合であっても、実際に描画した段付パターン２０５の形状のみを用いてボックス長さを設定できる。
【００５２】
なお、測定領域２００Ａの段付パターン２０５を撮像しておき、ピッチ算出部２５６ｂが、その撮像データを画像解析することにより、配列ピッチ２００Ｐを算出してもよい。
この場合には、パターン幅算出部５６ｆが、その撮像データを更に画像解析して、パターン幅を求めてもよい。これにより、電子顕微鏡５４を走査させる必要がなく、測定工程を簡単にすることができる。
また、波形の解析は、配列ピッチ２００Ｐを算出できる方法であれば、どのような手法を用いてもよい。更に、段付パターン２０５の撮像データを測定装置表示部５２に表示し、測定者が、表示画面上で配列ピッチ２００Ｐ、波数を求めてもよい。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１１は、第３実施形態の設計データ３０１を、測定装置表示部３５２に出力した画像を示す図である。
第３実施形態の測定装置のボックス設定部（図２、図７のボックス設定部５６ｃ参照）は、測定領域を複数個所選択できるようになっている。図１１は、３箇所の測定領域３０１Ａ〜３０３Ａが選択された場面である。
【００５４】
第３実施形態の測定装置は、各測定領域において、第１実施形態、第２実施形態と同様に、複数のボックスのパターン幅を測定し、総平均パターン幅を測定、算出する。つまり、図１１では、３箇所それぞれ総平均パターンを測定、算出する。
これにより、第３実施形態の測定装置は、例えば、フォトマスクを複数個所のパターン幅の測定データによって品質管理している場合等に対応できる。
【００５５】
なお、フォトマスク上の段付パターンの形状は、配線パターン毎に異なるパターンの大きさであってもよい。つまり、その配線パターンの単位形状及び配列ピッチが同一であれば、配線パターン毎に、単位形状及び配列ピッチが異なっていてもよい。
この場合には、各測定領域３０１Ａ〜３０３Ａの配線パターンの単位形状の配列ピッチを、それぞれ設計データ３０１から抽出し、又は測定データ等から算出して、ボックス長さを設定すればよい。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
【００５７】
（変形形態）
（１）実施形態において、アパーチャは、矩形のものを利用する例を示したが、これに限定されない。アパーチャは、他の形状でもよく、例えば、円形、長方形等でもよい。
なお、平均パターン幅は、単に平均値を算出するのではなく、他の平坦化の算出手法を用いてもよい。すなわち、平均パターン幅は、輪郭線を直線状にみなした場合のパターン幅を表すものであるので、その輪郭線の形態に応じて、その輪郭線に適した平坦化手法を用いることができる。
【００５８】
（２）実施形態において、測定装置は、設計データ、段付データを、通信網を介して取得する例を示したが、これに限定されない。例えば、測定装置は、設計データ、段付データを取得するために、これらのデータを記憶したＣＤＲＯＭ等のデータを読み込む読み取り装置を備えていてもよい。
【００５９】
（３）実施形態において、測定装置は、フォトマスク上の段付パターンを測定する例を示したが、これに限定されない。例えば、直接半導体ウエハに描画した段付パターンを測定してもよい。
【００６０】
（４）実施形態において、測定装置は、ボックス長さを配列ピッチに設定する例を示したが、これに限定されない。例えば、測定装置は、ボックス長さを配列ピッチの２以上の自然数（ｎ＝２，３，４，…）の倍数に設定してもよい。この場合、ボックスは、測定領域内でどの位置に配置されても、ｎ周期分の段付パターンの輪郭線を、必ず含むように設定されるので、測定装置は、測定精度を高くできる。
【符号の説明】
【００６１】
１，３０１  設計データ
２  段付データ
４  フォトマスク
３  単位形状
５，２０５  段付パターン
５ａ，２０５ａ  輪郭線
６  半導体ウエハ
７  配線パターン
５０，２５０  測定装置
５３  測定装置送受信部
５４  電子顕微鏡
５５ａ  測定プログラム
５６ｂ  ピッチ抽出部
５６ｃ  ボックス設定部
５６ｄ  ボックス数受付部
５６ｅ，２５６ｅ  顕微鏡制御部
５６ｆ  パターン幅算出部
２０５ｂ  輪郭線データ
２５６ｂ  ピッチ算出部
Ａ，２００Ａ，３０１Ａ〜３０３Ａ  測定領域
Ｂ１〜Ｂ３  ボックス
Ｌ１  ボックス長さ
Ｌ１１〜Ｌ１８  走査線
Ｐ，２００Ｐ  配列ピッチ
【図１】
0005533475.tif 000003
【図２】
0005533475.tif 000004
【図３】
0005533475.tif 000005
【図４】
0005533475.tif 000006
【図５】
0005533475.tif 000007
【図６】
0005533475.tif 000008
【図７】
0005533475.tif 000009
【図８】
0005533475.tif 000010
【図９】
0005533475.tif 000011
【図１０】
0005533475.tif 000012
【図１１】
0005533475.tif 000013