(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスの回路パターンを撮像し，撮像画像から前記
回路パターンの形状を評価する装置であって，
評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定手段と，
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域に対して前記走査荷電粒子顕微鏡で照射する荷
電粒子の照射方向（撮像方向）を指定する撮像方向指定手段と，
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域を前記撮像方向から撮像して撮像画像を得る撮
像手段と，
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力
する設計データ入力手段と，
前記撮像手段で撮像して得られる撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位
置（予想輪郭線）を前記設計データ入力手段に入力した設計データと前記撮像方向の情報を用いて算出する予想輪郭線算出手段と，
前記撮像手段で撮像して得られた撮像画像と前記予想輪郭線算出手段で算出した予想輪郭
線との対応関係を求める照合手段と，
前記予想輪郭線算出手段で算出した予想輪郭線を基に，前記撮像手段で撮像して得られた
撮像画像を処理する画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定する画像処理範囲・方法設
定手段と，
前記画像処理範囲・方法設定手段で設定した画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って
前記撮像手段で撮像して得られた撮像画像を処理することによって前記回路パターンの形
状を評価する形状評価手段と
を含むことを特徴とする回路パターンの形状評価装置。
【請求項２】
走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスの回路パターンを撮像し，撮像画像から前記
回路パターンの形状を評価する装置であって，
評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定手段と，
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域に対して前記走査荷電粒子顕微鏡で照射する荷
電粒子の照射方向（第一の撮像方向）を指定する撮像方向指定手段と，
前記撮像領域指定手段で指定した撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力
する設計データ入力手段と，  
前記撮像領域を撮像して得られる撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位
置（予想輪郭線）を前記設計データ入力手段に入力した設計データと前記第一の撮像方向の情報を用いて算出する予想輪郭線算出手段と，
前記予想輪郭線算出手段で算出した予想輪郭線を画面上に表示する表示手段と，
前記表示手段に表示された予想輪郭線を基に第二の撮像方向の決定を行う撮像方向決定手段と，
前記撮像方向決定手段において決定した前記第二の撮像方向から前記撮像領域を撮像して撮像画像を得る撮像手段と
を含むことを特徴とする回路パターンの形状評価装置。
【請求項３】
走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスの回路パターンを撮像し，撮像画像から前記
回路パターンの形状を評価する方法であって，
評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定ステップ
と，
前記指定した撮像領域に対して前記走査荷電粒子顕微鏡で照射する荷電粒子の照射方向（
撮像方向）を指定する撮像方向指定ステップと，
前記指定した撮像領域を前記撮像方向から前記走査荷電粒子顕微鏡で撮像して撮像画像を
得る撮像ステップと，
前記指定した撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する設計データ入力
ステップと，  
前記撮像して得た撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位置（予想輪郭線
）を前記入力した設計データと前記指定した撮像方向の情報を用いて算出する予想輪郭線
算出ステップと，
前記撮像して得た撮像画像と前記算出した予想輪郭線との対応関係を求める照合ステップ
と，
前記算出した予想輪郭線を基に，前記撮像して得た撮像画像を処理する画像処理範囲ある
いは画像処理方法を設定する画像処理範囲・方法設定ステップと，
前記設定した画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って前記撮像画像を処理することに
よって前記回路パターンの形状を評価する形状評価ステップと
を含むことを特徴とする回路パターンの形状評価方法。  
【請求項４】
前記予想輪郭線算出ステップにおいて算出された予想輪郭線と，前記画像処理範囲・方法
設定ステップにおいて設定された画像処理範囲あるいは画像処理方法を計測レシピとして
保存し，前記計測レシピを基に前記形状評価ステップを行うことを特徴とする請求項３記
載の回路パターンの形状評価方法。
【請求項５】
前記撮像ステップにおいて前記撮像方向からの撮像は，前記撮像方向に荷電粒子の照射方
向を偏向する方式，あるいは評価対象を載せた試料台を傾斜させる方式，あるいは荷電粒
子顕微鏡電子光学系自体を機械的に傾斜させる方式により行い，請求項１記載の予想輪郭
線算出ステップにおいては前記撮像の方式に応じて予想輪郭線を算出することを特徴とす
る請求項３記載の回路パターンの形状評価方法。
【請求項６】
前記予想輪郭線算出ステップにおいて，前記撮像領域に含まれる回路パターン形状の二次
元のレイアウト情報が書き込まれた設計データと前記回路パターンの高さの設計値とをそ
れぞれ入力し，前記設計データと前記高さの設計値から前記回路パターンの擬似的な三次
元形状を算出し，前記撮像方向から観測される前記擬似的な三次元形状の輪郭線を算出す
ることによって予想輪郭線を算出することを特徴とする請求項３記載の回路パターンの形
状評価方法。
【請求項７】
前記画像処理範囲・方法設定ステップにおいて，前記予想輪郭線と実際に撮像画像上で観
測される輪郭線との位置ずれ予想範囲を設定し，前記予想輪郭線と前記位置ずれ予想範囲
とを基に前記画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定することを特徴とする請求項３記
載の回路パターンの形状評価方法。
【請求項８】
前記形状評価ステップにおいて，前記画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って回路パ
ターンの寸法を計測する，あるいは回路パターンの輪郭線を検出する，あるいは回路パタ
ーンの三次元形状と相関のある画像特徴量を算出することを特徴とする請求項３記載の回
路パターンの形状評価方法。
【請求項９】
走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体デバイスの回路パターンを撮像し，撮像画像から前記
回路パターンの形状を評価する方法であって，
評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定ステップ
と， 
前記指定した撮像領域に対して前記走査荷電粒子顕微鏡で照射する荷電粒子の照射方向（第一の撮像方向）を指定する撮像方向指定ステップと，
前記指定した撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する設計データ入力
ステップと，
前記撮像領域を撮像することにより得られる撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭
線の予想位置（予想輪郭線）を前記入力した設計データと前記指定した第一の撮像方向の情報を用いて算出する予想輪郭線算出ステップと，
前記算出した予想輪郭線を画面上に表示する予想輪郭線表示ステップと，
前記画面上に表示された予想輪郭線を基に第二の撮像方向の決定を行う撮像方向決定ステップと，
前記撮像方向決定ステップにおいて決定した前記第二の撮像方向から前記指定した撮像領域を撮像して撮像画像を得る撮像ステップと
を含むことを特徴とする回路パターンの形状評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体デバイスの設計あるいは製造過程において，走査荷電粒子顕微鏡を用いて半導体ウェーハなどの試料上の回路パターンを計測あるいは評価する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハに回路パターンを形成するに際しては，半導体ウェーハ上にレジストと呼ばれる塗布材を塗布し，レジストの上に回路パターンの露光用マスク（レチクル）を重ねてその上から可視光線，紫外線あるいは電子ビームを照射し，レジストを感光（露光）して現像することによって半導体ウェーハ上にレジストによる回路パターンを形成し，このレジストの回路パターンをマスクとして半導体ウェーハをエッチング加工することにより回路パターンを形成する方法等が採用されている。
【０００３】
近年，半導体デバイスの高速化・高集積化のニーズに応えるため，光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）に代表される超解像度露光技術が導入され，パターンの微細化・複雑化が進んでいる。また，Fin-FET（Fin-Field Effect Transistor）と呼ばれる立体構造トランジスタも考案されている。
【０００４】
半導体デバイスの設計・製造においては，回路パターン形状を計測し，評価結果を設計や製造プロセスへフィードバックする必要がある。パターンの形状計測には，走査荷電粒子顕微鏡の一つである測長用の走査電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）が広く用いられている。ＳＥＭ画像を用いた従来の形状評価方法として，（1）いわゆるＣＤ値と呼ばれるラインパターン幅やコンタクトホール径等の寸法を計測する方法，（2）例えば特許第４１５８３８４号公報(特許文献２)に開示されたパターン形状と相関の高い画像特徴量を計算する方法，（3）例えば特許第４１５４３７４号公報(特許文献３)に開示されたパターンの二次元的な輪郭線を検出する方法等がある。
【０００５】
一方，ＳＥＭによるパターンの観察には，（1）パターンの垂直上方から電子ビームを照射してＳＥＭ画像（トップダウン像）を得る方法と，（2）パターンに対して相対的に斜め方向から電子ビームを照射してＳＥＭ画像（チルト像）を得る方法がある。更に後者のチルト像を得る方式としては，（1）例えば特開２０００−３４８６５８号公報(特許文献４) に開示された電子ビームを偏向することにより，観察対象に対し電子ビームを斜めから照射して撮像する方式（ビームチルト方式と呼ぶ），（2）試料を移動させるステージ自体を傾斜させて撮像する方式（ステージチルト方式と呼ぶ），（3）ＳＥＭの電子光学系自体を機械的に傾斜させる方式（鏡筒チルト方式と呼ぶ）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５０５２８号公報
【特許文献２】特許第４１５８３８４号公報
【特許文献３】特許第４１５４３７４号公報
【特許文献４】特開２０００−３４８６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パターンの微細化・複雑化，三次元構造化に伴い，設計や製造プロセス制御はますます困難になってきている。半導体の電気的な特性にはパターンの高さ，ライン幅，側壁傾斜角のほか，角の丸みや三次元的なパターンの断面形状等の微妙な変化も大きな影響を与える。トップダウン方向からは直接観察することが困難な，例えば前記パターンの高さ，側壁傾斜角，断面形状の情報を得るためには，ＳＥＭを用いてパターンを斜め方向から観察したチルト像を利用した計測が有効と考えられる。
【０００８】
しかしながら，チルト像には立体的なパターンの様々な輪郭線が存在するため画像処理による形状認識は複雑になる。またチルト像においてはパターン表面のラフネス等により計測対象外の形状変化に伴うエッジも含まれるため，前記複雑な形状認識と併せ，画像処理による形状計測は容易でない。また近年，評価すべき計測点数は増大しており，計測点毎に手作業で画像を解析，あるいは画像処理方法を指定することは時間，労力の観点から現実的ではない。さらに，そもそも前記パターンの形状評価を行うには，どのような方向から前記パターンを観察するのが適切か判断することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は，前述のように複雑な構造を含む半導体パターンのチルト像から安定かつ自動で形状評価を行う方法を提供する。本課題を解決するために，本発明は，以下の特徴を有する走査荷電粒子顕微鏡を用いたパターン形状評価装置およびその方法とした。以降の説明では走査荷電粒子顕微鏡の例として，走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope ：ＳＥＭ）を例に説明するが，本発明はこれに限定されるものではなく，走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope ：ＳＩＭ）又は走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope ：ＳＴＥＭ）等の走査荷電粒子顕微鏡にも応用することが可能である。
すなわち、本発明においては、
（1）回路パターンの形状評価装置およびその方法において、評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定ステップと，前記撮像領域に対して照射する荷電粒子の照射方向（撮像方向）を指定する撮像方向指定ステップと，前記撮像領域を前記撮像方向から撮像して撮像画像を得る撮像ステップと，前記撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップと，前記撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位置（予想輪郭線）を前記設計データと前記撮像方向から算出する予想輪郭線算出ステップと，前記撮像画像と前記予想輪郭線との対応関係を求める照合ステップと，前記予想輪郭線を基に，前記撮像画像を処理する画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定する画像処理範囲・方法設定ステップと，前記画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って前記撮像画像を処理することによって回路パターンの形状を評価する形状評価ステップを含むように構成した。
【００１０】
これにより，設計データを基に算出した予想輪郭線により，評価対象となるパターンあるいはその周辺パターンの各輪郭線がチルト像中のどの辺りに存在しうるかを推定することができ，前記評価対象となるパターンを評価する上で適切な画像処理範囲や画像処理方法を設定することが可能となる。これにより，例えば評価対象となるパターンの輪郭線検出において，検出すべき輪郭線と異なる輪郭線を誤って検出する等の失敗を低減することができ，安定な形状評価が実現できた。
【００１１】
（2）また本発明においては、前記予想輪郭線算出ステップにおいて算出された予想輪郭線と，前記の画像処理範囲・方法設定ステップにおいて設定された画像処理範囲あるいは画像処理方法を計測レシピとして保存し，前記計測レシピを基に前記形状評価ステップを行うようにした。
【００１２】
このように，画像処理範囲や画像処理方法を指定するファイルを計測レシピとして作成することにより，前記計測レシピに基づきパターンの形状評価を自動で行うことができる。また，設計データを用いることで計測レシピの作成にウェーハやＳＥＭ装置が不要となり（オフライン化），テープアウト後は直ぐに計測レシピを作成することできる。これにより，レシピ生成を含む評価の準備から実際のＳＥＭ撮像・形状評価までを含めた総合的なスループットを向上させることができる。更に計測レシピをファイルとして管理することで，同種パターンの形状評価時や，複数のＳＥＭを用いた形状評価において計測レシピを共通に用いることができる。
【００１３】
（3）また本発明においては、前記撮像ステップにおいて前記撮像方向からの撮像は，前記撮像方向に荷電粒子の照射方向を偏向する方式，あるいは評価対象を載せた試料台を傾斜させる方式，あるいは荷電粒子顕微鏡電子光学系自体を機械的に傾斜させる方式により行い，請求項１記載の予想輪郭線算出ステップにおいては前記撮像の方式に応じて予想輪郭線を算出するようにした。
【００１４】
パターンを斜め方向から観察するためには，パターンに対して相対的に荷電粒子の照射方向を傾ける必要があり，その方式は前述のように複数通りありうる。また，方式の違いによって生成されるチルト像上のパターン輪郭線の位置は異なることがある。そのため，このような方式の違いを考慮して設計データから予想輪郭線を算出することでより，実際に撮像したＳＥＭ上の輪郭線により近い輪郭線を推定することが可能となる。
【００１５】
（4）また本発明においては、前記予想輪郭線算出ステップにおいて，前記撮像領域に含まれる回路パターン形状の二次元のレイアウト情報が書き込まれた設計データと前記回路パターンの高さの設計値とをそれぞれ入力し，前記設計データと前記高さの設計値から前記回路パターンの擬似的な三次元形状を算出し，前記撮像方向から観測される前記擬似的な三次元形状の輪郭線を算出することによって予想輪郭線を算出するようにした。
【００１６】
設計データのフォーマットとしては，「GDSII」や「OASIS」等が一般に知られているが，設計データのファイル内には，二次元的な（奥行き情報のない）レイアウト情報のみ記録されている場合が多い。そのため，各パターンの高さ情報（例えば，レイヤ毎の膜厚情報）を別途入力できる仕組みを設けることで，前記二次元的なレイアウト情報と合せ，内部で対象パターンの三次元形状を推測することができる。勿論，初めからパターンの三次元的な形状情報が書き込まれた設計データを入力することで，三次元形状を得てもよい。ただし，実際に生成されるパターンの断面形状は単なる長方形ではなく，線幅は高さ方向に連続的に変化する場合がある（単一の二次元的なレイアウト情報と高さ情報では表現できない）。
【００１７】
このような場合，評価対象がレジストパターンのときはマスクの設計データから露光，現像シミュレーションを行い，三次元形状情報を推定してもよい。また，前記三次元形状のチルト像上での正確な輪郭線位置を推定するため，前記三次元形状に対してＳＥＭシミュレーションを併用してもよい。同様に評価対象がエッチングパターンのときは，前述のレジストパターンの形状推定の後，エッチングシミュレーションを行うことで，三次元形状情報を推定することができる。
【００１８】
（5）また本発明においては、前記画像処理範囲・方法設定ステップにおいて，前記予想輪郭線と実際に撮像画像上で観測される輪郭線との位置ずれ予想範囲を設定し，前記予想輪郭線と前記位置ずれ予想範囲とを基に前記画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定するようにした。
【００１９】
前記予想輪郭線と実際に撮像画像上で観測される輪郭線との間には形状乖離が発生しうる。原因としては，製造プロセスにおいて発生するパターンの太り／細り，角の丸まり，ラフネス，パターンの平行移動や，二次電子の発生メカニズムに起因するＳＥＭ画像上でのパターンの位置ずれ，等が挙げられる。前記形状乖離によってパターンの形状評価が失敗するのを避けるため，予め位置ずれ予想範囲を設定し，同範囲で位置ずれが発生しても処理が失敗しないように画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定することで，形状乖離にロバストな形状評価が実現する。
【００２０】
位置ずれ予想範囲の推定方法としては，次の（a）〜（c）が挙げられる。（a）製造プロセスに関する事前知識を基に設定する方法。例えば，パターンの角は丸まり易い，ダブルパターニングの際に2回の露光間で位置ずれが起きるかもしれない等の知識や，過去の事例を参照する等の方法が挙げられる。（b）前記項目（4）で述べたように露光あるいは現像あるいはエッチングあるいはＳＥＭシミュレーション等を基に実際に撮像画像上で観測される輪郭線を推定する方法。この際，実際の条件にあったシミュレーションのパラメータを正確に与えることが困難な場合があるため，前記パラメータを振って推定した複数の推定結果から位置ずれ予想範囲を推定することができる。（c）前記シミュレーションを模擬した簡易な形状変形あるいは画像処理により前記項目（1）記載の擬似的な三次元形状や前記予想輪郭線を変形させ，その変形範囲を基に推定する方法。
【００２１】
（6）また本発明においては、前記形状評価ステップにおいて，前記画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って，（a）回路パターンの寸法を計測する，（b）回路パターンの輪郭線を検出する，（c）回路パターンの三次元形状と相関のある画像特徴量を算出するようにした。  
（7）更に、回路パターンの形状評価装置およびその方法において、評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する撮像領域指定ステップと，前記撮像領域に対して照射する荷電粒子の照射方向（撮像方向）を指定する撮像方向指定ステップと，前記撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップと，前記撮像画像上で観測される回路パターンの輪郭線の予想位置（予想輪郭線）を前記設計データと前記撮像方向から算出する予想輪郭線算出ステップと，前記予想輪郭線を画面上に表示する予想輪郭線表示ステップと，前記表示された予想輪郭線を基に撮像方向の決定を行う撮像方向決定ステップと，前記撮像方向決定ステップにおいて決定した撮像方向から撮像領域を撮像して撮像画像を得る撮像ステップを含むように構成した。
【００２２】
すなわち，チルト像を用いた形状評価を行うためには，評価対象となるパターンの適切な形状評価が可能な撮像方向を設定する必要がある。撮像方向によっては，撮像画像において評価対象となるパターン（あるいはその一部）が周辺パターンの陰になってしまう場合がある。また，例えば輪郭線検出においては，検出すべき輪郭線だけが観測されれば良いというわけではない。画像処理により輪郭線を良好に検出するためには，ＳＥＭ画像におけるエッジ信号の広がり（裾野）も考慮し， 検出すべき輪郭線の周囲も多少撮像されることが望ましい。このような判断を基に撮像方向を設定するためには，任意に設定した撮像方向から観測されるパターンの予想輪郭線をディスプレイ等に表示し，ユーザに撮像方向の決定を促すGUIが有効である。また，評価対象となるパターンを指定することで，予想輪郭線をもとに計算機内で評価対象となるパターンの観測可否判定を行い，自動で適切な撮像方向を決定することも可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により，複雑な構造を含む半導体パターンのチルト像から安定かつ自動で形状評価を行うことが可能となる。これにより，トップダウン方向からは直接観察することが困難な，例えば前記パターンの高さや側壁傾斜角，さらには三次元的なパターンの断面形状の情報を得ることができ，同形状の評価結果を設計や製造プロセスへフィードバックすることが可能となる。また，このような形状評価の自動化により，大量の計測点に対しても，評価者の作業時間，労力を大きく軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を実現するためのＳＥＭ装置の構成を示す図である。
【図２】半導体ウェーハ上から放出される電子の信号量を画像化する方法を示す図である。
【図３】本発明における処理全体のフローを示す図である。
【図４】本発明における処理全体のフローを示す図である。
【図５Ａ】上層レイヤに置けるパターンの二次元的なレイアウト情報を示すパターンの平面図である。
【図５Ｂ】下層レイヤに置けるパターンの二次元的なレイアウト情報を示すパターンの平面図である。
【図５Ｃ】上層及び下層レイヤのパターンの二次元的なレイアウト情報から推定した三次元形状に斜視図である。
【図６】パターンの形状変形・シフトのバリエーションを示す図である。
【図７Ａ】ラインパターン７０２のトップダウン像を示す図である。
【図７Ｂ】トップダウン像７０１中ａ−ｂ間のＳＥＭ信号プロファイルを示すグラフである。
【図７Ｃ】ＳＥＭ信号の積算プロファイルを表すグラフである。
【図７Ｄ】ＳＥＭ信号の積算プロファイルから線幅を計測する例を示すグラフである。
【図８Ａ】斜めから電子ビームが照射された状態を示すラインパターンの断面形状を示す図。
【図８Ｂ】斜めから電子ビームを照射して観察したラインパターンのチルト像である。
【図９Ａ】チルト像を用いて通常の直線パターンの一部である線分ａ−ｂの輪郭線を抽出する方法を示し、測長カーソルが適切な範囲に設定された状態を示すパターンの斜視図である。
【図９Ｂ】チルト像を用いて通常より細く形成された直線パターンの一部である線分ａ−ｂの輪郭線を抽出する方法を示し、測長カーソルが適切な範囲に設定された状態を示すパターンの斜視図である。
【図９Ｃ】チルト像を用いて通常より細く形成された直線パターンの一部である線分ａ−ｂの輪郭線を抽出する方法を示し、測長カーソルが大きく不適切な範囲に設定された状態を示すパターンの斜視図である。
【図９Ｄ】チルト像を用いて通常より細く形成された直線パターンの一部である線分ａ−ｂの輪郭線を抽出する方法を示し、測長カーソルが小さく不適切な範囲に設定された状態を示すパターンの斜視図である。
【図１０Ａ】チルト像を用いて曲線パターンの輪郭線の抽出方法を示す図である。
【図１０Ｂ】曲線ａ−ｂを検出するために曲線１００２に沿ってカーブした測長カーソル１００３を設定することで他の輪郭線の影響を受けずに抽出した曲線を示す図である。
【図１０Ｃ】チルト像を用いて曲線パターンの輪郭線を抽出した結果を示すパターンの斜視図である。
【図１１Ａ】フッティング部に小さなノッチがあるラインパターン１１０１の断面形状を示す図である。
【図１１Ｂ】フッティング部に大きなノッチがあるラインパターン１１０３の断面形状を示す図である。
【図１１Ｃ】電子ビームを斜めから照射してラインパターン１１０１あるいは１１０３を観察した際のチルト像を示す図である。
【図１１Ｄ】チルト像においてフッティング部付近に相当するａ−ｂ間のＳＥＭ信号プロファイルの概形を示す図である。
【図１２Ａ】理想的な直方体形状のラインパターンの斜視図である。
【図１２Ｂ】表面にラフネスと呼ばれる細かな凹凸が存在するラインパターンの斜視図である。
【図１２Ｃ】表面にラフネスと呼ばれる細かな凹凸が存在するラインパターンのチルト像を示す図である。
【図１２Ｄ】チルト画像中の一定領域内の画像明度値のばらつきを画像特徴量として計算した結果を示すグラフである。
【図１３Ａ】二本のラインパターンの斜視図である。
【図１３Ｂ】パターン１３０１の右側のフッティング部（線分ａ−ｂ）評価すべき部位としたときに（ａ）パターンに対してほぼ真上から電子ビームを照射した状態を示すパターンの断面図と（ｂ）そのときの擬似チルト像である。
【図１３Ｃ】パターン１３０１の右側のフッティング部（線分ａ−ｂ）評価すべき部位としたときに（ａ）電子ビームの入射角度が大きくて評価すべき部位が手前のパターンの影になった状態を示すパターンの断面図と（ｂ）そのときの擬似チルト像である。擬似チルト像あるいは観察方向の表示例と撮像方向の決定方法を示す図である。
【図１３Ｄ】パターン１３０１の右側のフッティング部（線分ａ−ｂ）評価すべき部位としたときに（ａ）電子ビームの入射角度が適切で評価すべき部位に電子ビームが入射している状態を示すパターンの断面図と（ｂ）そのときの擬似チルト像である。
【図１４Ａ】(ａ)は擬似３Ｄラインパターンの断面形状を示す図、（ｂ）は推定されるラインパターンの断面形状１４０１を撮像方向１４０２から撮像した際に得られる擬似チルト像を示す図である。
【図１４Ｂ】（ａ）は，擬似３Ｄラインパターンに対して側壁傾斜角θが大きく異なっているパターン１４０４の断面形状を示す図、（ｂ）はパターン１４０４のチルト像を示す図である。
【図１５Ａ】直線パターンの輪郭線の抽出方法を示す図である。
【図１５Ｂ】曲線パターンの輪郭線の抽出方法を示す図である。
【図１６Ａ】本発明を実現するための装置システムの構成を示し、ＳＥＭ制御装置、撮像・計測レシピ作成演算装置、サーバを個々に配置した状態を示す図である。
【図１６Ｂ】本発明を実現するための装置システムの構成を示し、ＳＥＭ制御装置、撮像・計測レシピ作成演算装置、サーバを一体化して配置した状態を示す図である。
【図１７Ａ】断面形状１７０１のパターンの斜視図である。
【図１７Ｂ】断面形状１７０１のパターンをチルト角θでステージチルト方式あるいは鏡筒チルト方式により撮像した際に得られるチルト像である。
【図１７Ｃ】断面形状１７０１のパターンをチルト角θでビームチルト方式により撮像した際に得られるチルト像である。
【図１８Ａ】断面形状が単なる長方形の場合を示すパターンの断面図である。
【図１８Ｂ】線幅は高さ方向に連続的に変化する断面形状を有するパターンの断面である。
【図１９】パターンの三次元形状あるいはSEM画像を推定する処理フローを示す図である。
【図２０Ａ】電子ビームを２００２と２００３の二通りの方向から照射している状態を示すラインパターンの断面図である。
【図２０Ｂ】電子ビームを２００２の方向から照射したときのパターン２００１のチルト像を示す図である。
【図２０Ｃ】電子ビームを２００３の方向から照射したときのパターン２００１のチルト像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は，走査荷電粒子顕微鏡を用いて，複雑な構造を含む半導体パターンのチルト像から安定かつ自動で形状評価を行う方法を提供する。以下，本発明に係る実施の形態を，走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）に適用した場合について説明するが，本発明はこれに限定されるものではなく，走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）又は走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）等の走査荷電粒子顕微鏡にも応用することが可能である。
【００２６】
１． ＳＥＭ 
１．１ＳＥＭ構成要素 
図１に試料の二次電子像（Secondary Electron：ＳＥ像）あるいは反射電子像（Backscattered Electron：ＢＳＥ像）を取得するＳＥＭの構成概要のブロック図を示す。また，ＳＥ像とＢＳＥ像を総称してＳＥＭ画像と呼ぶ。また，ここで取得される画像は測定対象を垂直方向から電子ビームを照射して得られたトップダウン画像，あるいは任意の傾斜させた方向から電子ビームを照射して得られたチルト像の一部または全てを含む。
【００２７】
電子光学系１０２は内部に電子銃１０３を備え，電子線１０４を発生する。電子銃１０３から発射された電子線はコンデンサレンズ１０５で細く絞られた後，ステージ１２１上におかれた試料である半導体ウェーハ１０１上の任意の位置において電子線が焦点を結んで照射されるように，偏向器１０６および対物レンズ１０８により電子線の照射位置と絞りとが制御される。
【００２８】
電子線を照射された半導体ウェーハ１０１からは，２次電子と反射電子が放出され，ExB偏向器１０７によって照射電子線の軌道と分離された２次電子は２次電子検出器１０９により検出される。一方，反射電子は反射電子検出器１１０および１１１により検出される。反射電子検出器１１０と１１１とは互いに異なる方向に設置されている。２次電子検出器１０９および反射電子検出器１１０および１１１で検出された２次電子および反射電子はA/D変換機１１２，１１３，１１４でデジタル信号に変換され，処理・制御部１１５に入力されて，画像メモリ１１７に格納され，ＣＰＵ１１６で目的に応じた画像処理が行われる。
【００２９】
図２に半導体ウェーハ上に電子線を走査して照射した際，半導体ウェーハ上から放出される電子の信号量を画像化する方法を示す。電子線は，例えば図２左に示すようにｘ，ｙ方向に２０１〜２０３又は２０４〜２０６のように走査して照射される。電子線の偏向方向を変更することによって走査方向を変化させることが可能である。ｘ方向に走査された電子線２０１〜２０３が照射された半導体ウェーハ上の場所をそれぞれＧ1〜Ｇ3で示す。同様にｙ方向に走査された電子線２０４〜２０６が照射された半導体ウェーハ上の場所をそれぞれＧ4〜Ｇ6で示す。
【００３０】
Ｇ1〜Ｇ6において放出された電子の信号量は，それぞれ図２右に示した画像２０９における画素Ｈ1〜Ｈ6の明度値になる（Ｇ，Ｈにおける添字1〜6は互いに対応する）。２０８は画像上のｘ，ｙ方向を示す座標系である（Ｉｘ-Ｉｙ座標系と呼ぶ）。このように視野内を電子線で走査することにより，画像フレーム２０９を得ることができる。また実際には同じ要領で前記視野内を電子線で何回か走査し，得られる画像フレームを加算平均することにより，高S／Nな画像を得ることができる。加算フレーム数は任意に設定可能である。図１では反射電子像の検出器を２つ備えた実施例を示したが，前記反射電子像の検出器をなくすことも，数を減らすことも，数を増やすことも可能である。
【００３１】
図１に示す装置を用いて測定対象を任意の傾斜角方向から観察したチルト像を得る方法としては、（１）電子光学系より照射する電子線を偏向し，電子線の照射角度を傾斜させて傾斜画像を撮像する方式（ビームチルト方式と呼ぶ。例えば特開２０００−３４８６５８号），（２）半導体ウェーハ等の試料を移動させるステージ１２１自体を傾斜させる方式（ステージチルト方式と呼ぶ。図1においてはｘ-ｙ-ｚ座標系１００に対してチルト角１２２でステージが傾斜している），（３）電子光学系自体を機械的に傾斜させる方式（鏡筒チルト方式と呼ぶ）等がある。
【００３２】
図1中の処理・制御部１１５はＣＰＵ１１６と画像メモリ１１７を備えたコンピュータシステムであり，撮像レシピを基に評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として撮像するため，ステージコントローラ１１９や偏向制御部１２０に対して制御信号を送る，あるいは半導体ウェーハ１０１上の任意の撮像領域における撮像画像に対し計測レシピを基に各種画像処理を行う等の処理・制御を行う。また，処理・制御部１１５は処理端末１１８（ディスプレイ，キーボード，マウス等の入出力手段を備える）と接続されており，ユーザに対して画像等を表示する，あるいはユーザからの入力を受け付けるＧＵＩ（Graphic User Interface）を備える。
【００３３】
１２１はＸＹステージであり，半導体ウェーハ１０１を移動させ，前記半導体ウェーハの任意の位置の画像撮像を可能にしている。ＸＹステージ１２１により撮像位置を変更することをステージシフト，例えば偏向器１０６により電子線を偏向することにより観察位置を変更することをイメージシフトと呼ぶ。一般にステージシフトは可動範囲は広いが撮像位置の位置決め精度が低く，逆にイメージシフトは可動範囲は狭いが撮像位置の位置決め精度が高いという性質がある。
【００３４】
１．２撮像・計測レシピ 
撮像レシピと計測レシピについて詳細を説明する。
まず，撮像レシピとは，評価対象となる撮像領域を位置ずれなく，かつ高精細に撮像するための撮像シーケンスや撮像条件を指定するファイルである。例えば，前述のステージシフトやイメージシフトの位置決め精度により，撮像位置がすれてしまう危険性がある。その対策として、特開２００７−２５０５２８号公報（特許文献１）の図３に記載されているように、位置とパターンとが与えられた位置決め用のテンプレート（アドレッシング点。以降，ＡＰと呼ぶ）を予め登録し，評価対象となる撮像領域を撮像する前に，一旦前記テンプレートの位置を撮像することで位置ずれ量を検出し，前記位置ずれ量を補正するように評価対象となる撮像領域に視野移動することで，視野ずれの少ない撮像画像を得ることができる。
【００３５】
また，評価対象に照射する電子ビームのフォーカスを調整するために撮像するオートフォーカス点（以降，ＡＦと呼ぶ）や，前記電子ビーム形状の非点収差補正を行うオートスティグマ点（以降，ＡＳＴと呼ぶ）や，撮像画像の明るさ・コントラスト調整を行うオートブライトネス・コントラスト点（以降，ＡＢＣＣと呼ぶ）を設定し，評価対象となる撮像領域を撮像する前に前記ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣを撮像して各調整を行い，高精細な撮像画像を得ることができる。評価対象となる撮像領域，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの場所，撮像有無，撮像順を撮像シーケンスとして指定する。また，評価対象となる撮像領域，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣをそれぞれ撮像する際のプローブ電流，加速電圧，電子ビームの走査方向や走査範囲（撮像範囲），加算フレーム数等を撮像条件として指定する。観察方向（チルト角）も撮像条件として指定することができる。
【００３６】
次に計測レシピとは，撮像したＳＥＭ画像から撮像対象の形状計測や評価を行う手順を指定するファイルである。ＳＥＭ画像内において計測や評価を行うべき計測ポイント（以降，ＭＰと呼ぶ）を定め，前記ＭＰにおけるパターンの所望の寸法の計測や評価を行う。ＭＰはＳＥＭ画像内に複数個存在する場合もあるし，ＳＥＭ画像の視野全体がＭＰとなる場合もある。
【００３７】
形状評価方法としては，（1）いわゆるＣＤ値と呼ばれるラインパターン幅やコンタクトホール径等の寸法を計測する方法，（2）例えば特許第４１５８３８４号公報(特許文献２)に開示されたパターン形状と相関の高い画像特徴量を計算する方法，（3）例えば特許第４１５４３７４号公報(特許文献３)に開示されたパターンの二次元的な輪郭線を検出する方法等が挙げられる。
【００３８】
例えば，前記（1）のＣＤ値には，ラインパターンの線幅計測，ラインパターン間のギャップ計測，ライン端部の後退量，コンタクトホール径の計測，ＯＰＣ（Optical Proximity Correction：光近接効果補正）形状の計測等が挙げられ，以降，このようなＭＰにおける計測のバリエーションを測長種と呼ぶ。また単に「線幅計測」等のカテゴリだけでなく，配線領域のどこの部分とどこの部分の距離を計測するかという計測部位の情報や，例えば「後退量」の計測であればどの方向への後退量を計測するかという計測方向の情報も測長種に含めることができる。
【００３９】
（1）〜（3）の寸法，画像特徴量，輪郭線を算出するためにはパターン形状のエッジを正確に検出する画像処理が必要である。前記エッジを正確に検出するためには，前記エッジを含む一定サイズの領域を設定し，前記領域内でＳＥＭ信号を例えばライン方向に積算することにより画像ノイズやラインエッジラフネスの影響を受けにくい積算プロファイルを算出し，前記プロファイルを用いてエッジ位置を検出する手法がある。前記エッジを含む一定サイズの領域は，測長カーソルと呼ばれるボックスにより指定される。ＭＰの位置，測長種，測長カーソルの位置や形状，測長方法（測長アルゴリズムや測長パラメータ）は計測レシピとして管理され，ＳＥＭは前記計測レシピに基づき，ＳＥＭ画像の評価を行う。
【００４０】
本発明では前述のような切り分けで撮像レシピ，計測レシピという言葉を用いる。ただし，前記撮像レシピ，計測レシピの切り分けは一実施例であり，各レシピで指定される各設定項目は，任意の組み合わせで管理することが可能である。よって前記撮像レシピ，計測レシピを特に区別しない場合，両者を合わせて単にレシピ，あるいは撮像・計測レシピと呼ぶ。
【００４１】
撮像レシピ作成装置１２３においては撮像レシピを生成し，処理・制御部１１５は前記撮像レシピを基に評価対象となる回路パターンを含む領域のＳＥＭ画像を撮像する。計測レシピ作成装置１２４においては後述する方法により計測レシピを生成し，画像処理装置１２５は前記計測レシピを基に前記ＳＥＭ画像から撮像対象の形状計測や評価を行う。１２３，１２４，１２５は処理端末１２６（ディスプレイ，キーボード，マウス等の入出力手段を備える）と接続されており，ユーザに対して処理結果等を表示する，あるいはユーザからの入力を受け付けるＧＵＩ（Graphic User Interface）を備える。また，１２７は半導体回路パターンの設計レイアウト情報（以降，設計データ）等のデータベースを格納したストレージであり，前記データベースには撮像したＳＥＭ画像，計測・評価結果（パターンの寸法，画像特徴量，輪郭線等），撮像・計測レシピ等の情報を保存・共有することが可能である。１１５，１２３，１２４，１２５で行われる処理は，任意の組合せで複数台の装置に分割，あるいは統合して処理させることが可能である。
【００４２】
２．本発明の処理フロー 
本発明は，前述のように複雑な構造を含む半導体パターンのチルト像から安定かつ自動で形状評価を行う方法を提供する。以下，本発明の処理フローを説明する。図３，図４を用いて処理フローの概要を説明しながら，必要に応じて他の図で詳細を補足説明する。
【００４３】
２．１設計データ入力 ；図４のステップ１）に対応
まず，評価対象となる回路パターンを含む領域を撮像領域として指定する（ステップ３０１）。評価対象となる回路パターンの座標は，例えばＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツールで実行される露光シミュレーション等の結果を基に検出されたホットスポット（危険ポイント）の座標が入力される。あるいは，ユーザが自身の判断により（必要に応じて前記ＥＤＡツールの情報も参考にしながら）入力される場合もある。また，前記撮像領域における撮像条件を入力する（ステップ３０２）。撮像条件には前述のように撮像する際のプローブ電流，加速電圧，電子ビームの走査方向や走査範囲（撮像範囲），加算フレーム数や，前記撮像領域に対して照射する荷電粒子の照射方向（撮像方向）が含まれる。
【００４４】
観察方向（チルト角）を変えることによって，パターンを斜め方向から観察したチルト像を得ることができる。前記チルト角の決定方法については後述する。また，前記撮像領域内に含まれる回路パターンの設計データを入力する（ステップ３０３）。前記設計データは，例えば図４中の回路パターン形状の二次元のレイアウト４０１，４０２である。同図ではｘ-ｙ-ｚ座標系（図1中１００に対応）でパターンを描画している。
【００４５】
２．２擬似３Ｄパターン作成 ；図４のステップ２）に対応
ステップ３０３で入力した設計データを基に撮像領域に含まれる回路パターン形状の擬似的な三次元形状（擬似３Ｄパターン）を計算機内で算出する（ステップ３０５）。
【００４６】
設計データのフォーマットとしては，「GDSII」や「OASIS」等が一般に知られているが，設計データのファイル内には，二次元的な（奥行き情報のない）レイアウト情報のみ記録されている場合が多い。そのため，各パターンの高さ情報（例えば，レイヤ毎の膜厚情報）を別途入力できる仕組みを設けることで，前記二次元的なレイアウト情報と合せ，内部で対象パターンの三次元形状（例えば図４中の４０３，４０４）を推定することができる。前記高さ情報はステップ３０４における入力情報の一つとすることができる。図５Ａ〜Ｃを用いて多層レイヤで構成されるパターンの三次元形状の推定例を説明する。図５Ａの５０１は上層レイヤに置けるパターンの二次元的なレイアウト情報，図５Ｂの５０２は下層レイヤにおけるパターンの二次元的なレイアウト情報である。これに上層レイヤの高さｈ1，下層レイヤの高さｈ2を与えることにより，図５Ｃの５０３のような三次元形状を推定することができる。これは３層以上のレイヤや積層パターン（ハードマスク等）に対しても同様に推定することができる。
【００４７】
勿論，初めからパターンの三次元的な形状情報が書き込まれた設計データを入力することで，三次元形状を得てもよい。ただし，実際に生成されるパターンの断面形状は図１８Ａの１８０１に例示するような単なる長方形ではなく，図１８Ｂの１８０４に例示するように線幅は高さ方向に連続的に変化する場合がある（単一の線幅（例えば図１８Ａの１８０２）と高さ情報（例えば図１８Ａの１８０３）では表現できない）。このような場合，側壁の傾斜角（テーパ角）や，パターンのトップラウンディングやボトムフッティングを考慮してパターンの角を丸める等の変形を加えてもよい。また，更に正確にパターンの三次元形状を推定するため，図１９に示すように，評価対象がレジストパターンのときはマスクの設計データを入力し（ステップ１９０１），前記マスクの設計データからレジスト膜の露光，現像シミュレーションを行い（ステップ１９０２，１９０３），三次元形状情報を推定してもよい。同様に評価対象がエッチングパターンのときは，前述のレジストパターンの形状推定の後，エッチングシミュレーションを行うことで（ステップ１９０４），三次元形状情報を推定することができる。
【００４８】
２．３チルト像上における予想輪郭線推定 ；図４のステップ３）に対応
ステップ３０５で推定した擬似３Ｄパターンと，ステップ３０２の入力情報の一つであるＳＥＭの撮像方向を基に，前記擬似３Ｄパターンを前記撮像方向から観測した際に得られる輪郭線を算出することによって，前記撮像方向からのチルト像上において実際に観察されるパターン輪郭線の予想位置（予想輪郭線）を推定する（ステップ３０６）。すなわち，設計データを基に算出した予想輪郭線により，評価対象となるパターンあるいはその周辺パターンの各輪郭線がチルト像中のどの辺りに存在しうるかを推定することができ，前記評価対象となるパターンを評価する上で適切な画像処理範囲や画像処理方法（計測レシピの説明で述べた測長カーソルの位置や形状，測長方法等）を設定することが可能となる。
【００４９】
これにより，例えば評価対象となるパターンの輪郭線検出において，検出すべき輪郭線と異なる輪郭線を誤って検出する等の失敗を低減することができ，安定な形状評価が実現する。図４中４０５は予想輪郭線の一例である（４０５は推定チルト像と呼ぶことができる）。同図では，チルト像上のｘ，ｙ方向を示す座標系であるＩｘ-Ｉｙ座標系（図２中２０８に対応）において，予想輪郭線がどこに位置するかを示している。
【００５０】
パターンを斜め方向から観察するためには，パターンに対して相対的に荷電粒子の照射方向を傾ける必要があり，その方式は前述のようにビームチルト方式，ステージチルト方式，鏡筒チルト方式等，複数通りありうる。しかし，このようなチルト方式の違いによって生成されるチルト像上のパターン輪郭線の位置は異なることがある。図１７Ａ〜Ｃを用いてチルト方式の違いによるチルト像上のパターン輪郭線の位置の違いを説明する。図１７Ａに示すような断面形状１７０１のパターンをチルト角θ（図示）でステージチルト方式あるいは鏡筒チルト方式により撮像した際に得られるチルト像を図１７Ｂの１７０９に，同様にチルト角θでビームチルト方式により撮像した際に得られるチルト像を図１７Ｃの１７１０に示す。断面形状１７０１におけるパターンのコーナａ，ｂ，ｃに対応するチルト像上でのエッジ位置をチルト像１７０９，１７１０においてもａ，ｂ，ｃで指し示している。
【００５１】
ステージチルト方式での断面形状１７０１の撮像においては，ｘ-ｙ-ｚ座標系は１７０７のようにパターンに対し傾斜する。コーナａ，ｂ，ｃへそれぞれ照射される電子ビームの軌道を模式的に１７０２，１７０３，１７０４で示しており，電子ビームは１７０２から１７０３を経由して１７０４へ走査される。ｘ-ｙ-ｚ座標系１７０７のｘ方向（電子ビームの照射方向に直交する方向１７０５に等しい）に対する電子ビームの走査速度は等速となるため，１７０２−１７０３間，１７０３−１７０４間のｘ方向の間隔がそれぞれＬ1，Ｌ2（図示）であれば，チルト像１７０９上のエッジａ−ｂ間，ｂ−ｃ間の距離はそれぞれＬ1，Ｌ2の定数倍Ａ*Ｌ1，Ａ*Ｌ2となる（Ａは定数）。
【００５２】
鏡筒チルト方式での断面形状１７０１の撮像においては，ｘ-ｙ-ｚ座標系は１７０８のようにパターンに対し傾斜しないが，ステージチルト方式と同様に電子ビームの照射方向に直交する方向１７０５に対する電子ビームの走査速度は等速となるので，チルト像１７０９が得られる。
【００５３】
一方，ビームチルト方式での断面形状１７０１の撮像においては，ｘ-ｙ-ｚ座標系は１７０８となる。ｘ-ｙ-ｚ座標系１７０８のｘ方向（図中の方向１７０６に等しい）に対する電子ビームの走査速度は等速となるため，１７０２−１７０３間，１７０３−１７０４間のｘ方向の間隔がそれぞれＭ1，Ｍ2（図示）であれば，チルト像１７１０上のエッジａ−ｂ間，ｂ−ｃ間の距離はそれぞれＭ1，Ｍ2の定数倍Ａ*Ｍ1，Ａ*Ｍ2となる（Ａは定数）。
【００５４】
このように同じチルト角でもチルト方式により，得られるチルト像は１７０９，１７１０のように異なる。そのため，本発明ではこのようなチルト方式の違いを考慮して予想輪郭線を算出することにより，実際に撮像したＳＥＭ上の輪郭線により近い輪郭線を推定することを特徴とする。
【００５５】
なお，評価対象のパターンに対して座標系が１７０８のように傾かないビームチルト方式は図示し易いので，本明細書において図1，１７以外の図は，ビームチルト方式による撮像を例に説明している。
【００５６】
２．４予想輪郭線と実際の輪郭線との位置ずれ予想範囲の推定 ；図４のステップ４に対応
ステップ３０６で推定した前記予想輪郭線と実際に撮像画像上で観測される輪郭線との位置ずれ予想範囲を推定する（ステップ３０７）。前記予想輪郭線と実際に撮像画像上で観測される輪郭線との間には形状乖離が発生しうる。原因としては，図６に例示するように製造プロセスにおいて発生する（ａ）のパターン６０１の（ｂ）太り６０２／（ｃ）細り６０３，（ｄ）角の丸まり６０４，（ｅ）ラフネス６０５，（ｆ）パターンの平行移動６０７や，二次電子の発生メカニズムに起因するＳＥＭ画像上でのパターンの位置ずれ（実際のパターンのエッジ位置と画像上におけるパターンのエッジ位置とが一致するとは限らない）等が挙げられる。前記形状乖離によってパターンの形状評価が失敗するのを避けるため，予め位置ずれ予想範囲を設定し，同範囲で位置ずれが発生しても処理が失敗しないように画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定することで，形状乖離にロバストな形状評価が実現する。前記位置ずれ予想範囲の推定方法としては，次の（a）〜（c）が挙げられる。
【００５７】
（a）製造プロセスに関する事前知識を基に設定する方法。例えば，パターンの角は丸まり易い，ダブルパターニングの際に2回の露光間で位置ずれが起きるかもしれない等の知識や，過去の事例を参照する等の方法が挙げられる。また，範囲の程度については発生しうる最悪の位置ずれ量を基に設定したり，ある程度実際に発生する位置ずれ量が統計的にそれ以下になることが期待される位置ずれ量を基に設定することができる。
【００５８】
（b）先に図１９を用いて説明したように，露光あるいは現像あるいはエッチングシミュレーション等を基に実際に生成されるパターン形状を正確に推定し，前記パターン形状を基に撮像画像上で観測される輪郭線を推定する方法。この際，実際の条件にあったシミュレーションのパラメータを正確に与えることが困難な場合があるため，前記パラメータを振って推定した複数の推定結果から位置ずれ予想範囲を推定することができる。更に二次電子の発生メカニズムに起因するＳＥＭ画像上でのパターンの位置ずれを精度良く推定するため，ＳＥＭシミュレーションを組み合わせてもよい。ＳＥＭシミュレーションとは，電子ビームの照射によって電子がどのように移動するかをモンテカルロシミュレーション等で確率的に求めることで，得られるＳＥＭ画像を推定するものである。例えば，評価対象がレジストパターンのときは現像シミュレーション後に推定したパターン形状を基にＳＥＭシミュレーションを行い（ステップ１９０５），得られるＳＥＭ画像を推定する。同様に評価対象がエッチングパターンのときは，エッチングシミュレーション後に推定したパターン形状を基にＳＥＭシミュレーションを行い（ステップ１９０６），得られるＳＥＭ画像を推定する。ＳＥＭシミュレーションのパラメータについても正確に与えることが困難な場合は，前記パラメータを振って推定した複数の推定結果から位置ずれ予想範囲を推定することができる。
【００５９】
（c）前記露光シミュレーションあるいは現像シミュレーションあるいはエッチングシミュレーションあるいはＳＥＭシミュレーションを模擬した簡易な形状変形あるいは画像処理により擬似３Ｄパターンあるいは予想輪郭線を変形させ，その変形範囲を基に推定する方法。
発生しうる形状変形量や前記位置ずれ予想範囲の参考値はステップ３０４における入力情報の一つとすることができ，ステップ３０７では前記入力情報を基に位置ずれ予想範囲を推定してもよい。
【００６０】
図４の推定チルト像４０５内の予想輪郭線の一部４０８（３つの線分ａ−ｂ，ａ−ｃ，ａ−ｄ。太線で図示）の拡大図，４０８Ｂにおける位置ずれ予想範囲を点線４１１で示す。本例ではこの点線の範囲内で輪郭線が移動しうると予想されたことを示す。位置ずれ予想範囲は一定量ではなく場所によって変化しうる。本例においては，直線部における輪郭線の変形あるいはシフトの予想範囲（例えば４１２）に対して，コーナ部の丸まり等の変形あるいはシフトの予想範囲（例えば４１３）が大きいと推測されている。別の例として，推定チルト像４０５内の予想輪郭線の一部４０９（線分ｅ−ｆ。太線で図示），４１０（線分ｇ−ｈ。太線で図示）の拡大図，４０９Ｂ，４１０Ｂにおける位置ずれ予想範囲をそれぞれ点線４１４，４１５で示す。
【００６１】
２．５予想輪郭線上に画像処理範囲設定 ；図４のステップ５）に対応
前記予想輪郭線と前記位置ずれ予想範囲とを基に前記画像処理範囲（測長カーソルとも呼ばれる）あるいは画像処理方法を設定する（ステップ３０８）。図４の推定チルト像４１６に測長カーソルの例として，パターン４０６のフッティングエッジを検出するための画像処理範囲４１７，パターン４０６と４０７が交差するコーナ部の丸まり度合いを評価するための画像処理範囲４１８，パターン４０７のフッティングエッジを検出するための画像処理範囲４１９を示す。推定チルト像４１６中では画像処理範囲の設定の一例として点線で示した位置ずれ予想範囲４１１まで画像処理範囲がカバーするように画像処理範囲が設定されている。このような設定によって，評価部位の変形あるいはシフトが前記位置ずれ予想範囲内であれば，評価部位が前記画像処理範囲外になることはない。
【００６２】
図７Ａ〜Ｄを用いてトップダウン像におけるラインパターンの線幅計測を例に画像処理範囲，画像処理方法について説明する。図７Ａのトップダウン像７０１上のラインパターン７０２の線幅７０７を計測するためには，ライン左右のエッジの位置を正確かつ安定に計測する必要がある。そのため，左右のエッジそれぞれにエッジを含む一定サイズの領域（測長カーソルの領域。例えば７０３Ａ，７０３Ｂ）を設定し，前記領域内でＳＥＭ信号を処理することによってエッジ位置を検出する。測長カーソルはその配置位置やラインエッジから外側のカーソル端までの距離（７０４Ａあるいは７０４Ｂ），ラインエッジから内側のカーソル端までの距離（７０５Ａあるいは７０５Ｂ），ｙ方向の範囲（７０６Ａあるいは７０６Ｂ）によって定義できる。図７Ｂのグラフ７０８にトップダウン像７０１中ａ−ｂ間のＳＥＭ信号プロファイル７０９に示す。前記ＳＥＭ信号プロファイル７０９のＳ／Ｎを高めるため，例えば測長カーソルのｙ方向の範囲分（７０６Ａあるいは７０６Ｂ）だけｙ方向にＳＥＭ信号を加算平均することにより，図７Ｃのグラフ７１０中のＳＥＭ信号の積算プロファイル７１１を得ることができる。
【００６３】
ライン方向に積算することにより画像ノイズやラインエッジラフネスの影響を受けにくいプロファイルを得ることができる。プロファイル７１１において左右のホワイトバンドのピーク位置７１２Ａ，７１２Ｂをそれぞれ検出し，その間を線幅として計測する。図７Ｃのグラフ７１０はプロファイル７１１のピーク間を線幅する画像処理方法の例であるが，プロファイルにおいてどの場所とどの場所の間隔を線幅として計測するかはバリエーションがありうる。例えば左側のラインエッジ位置を，図７Ｄのグラフ７１３中のプロファイル７１１において測長カーソルのｘ方向の範囲（７０７Ａ，７０８Ａ）のＳＥＭ信号プロファイルのホワイトバンドのピークの明度値Ｈ1（図示）とそのｘ座標７１４Ａ，最も低い明度値Ｈ2（図示）とそのｘ座標７１５Ａを求め，７１４Ａ−７１５Ａ間で明度値がＨｘ＝Ｈ2＋(Ｈ1−Ｈ2)*Ｐ（Ｐは設定可能なパラメータ）となる位置７１６Ａとする。同様に右側のラインエッジ位置７１６Ｂを求め，その間を線幅として計測するという画像処理方法も考えられる。図７Ａ〜Ｄで説明した画像処理方法は一例であり，パターンの形状抽出，計測に関しては様々なアルゴリズムが考えられる。また，このような画像処理方法の違いにより，適切な画像処理範囲の設定方法も異なりうる。
【００６４】
以下，図８〜１０を用いてチルト像における測長カーソルの設定方法を説明する。
図８Ａ及びＢはチルト像におけるラインパターンの側壁幅の計測例である。図８Ａの８０１はラインパターンの断面形状を示しており，８０２は対象に対して斜めから照射した電子ビームの方向を示す。前記方向からラインパターン８０１を観察した際のチルト像を図８Ｂの８０３に示す。領域８０４はラインパターンの上面部，領域８０５はラインパターン右側壁部に相当する領域である。チルト像８０３において前記右側壁部に相当する領域８０５の幅８０７を計測するためには，測長カーソル８０６Ａ，８０６Ｂを設定することで，それぞれ上面部と右側壁部の境界エッジと，右側壁部と下地の境界エッジを検出する。
【００６５】
図９Ａ〜Ｄを用いて，多くのエッジを含むチルト像における測長カーソルの適切な範囲について説明する。図９Ａのチルト像上のパターン９０１の一部である線分ａ−ｂの輪郭線を画像処理により抽出し，形状を評価するケースを考える。図９Ｂのチルト像上のパターン９０３，図９Ｃのチルト像上のパターン９０４，図９Ｄのチルト像上のパターン９０６は，図９Ａのパターン９０１と設計データは同じであるが，製造プロセスのパラメータ変動等により線幅が細くなっている。よって，図９Ａの通常パターン９０１の画像上での線幅ｈ1（図示）に対して，変形パターンである図９Ｂの９０３，図９Ｃの９０４，図９Ｄの９０６の画像上での線幅ｈ2（図示）はｈ2＜ｈ1となっている。図９Ｂの測長カーソル９０２は適切な範囲，図９Ｃの測長カーソル９０５，図９Ｄの測長カーソル９０７は不適切な範囲として例示した。まず，図９Ｂの測長カーソル９０２は図９Ａの正常パターン９０１においても図９Ｂの変形パターン９０３においても線分ａ−ｂとその周辺を十分に含み，かつ他の線分を含まない。  
一方，前記パラメータ変動等によるパターンの変形やシフトに対しても線分ａ−ｂが測長カーソルの範囲外とならないように，図９Ｃの測長カーソル９０５のように大きめの測長カーソルを設定すると，他の線分（例えば線分ｃ−ｄや線分ｅ−ｆ）まで含んでしまい，線分ａ−ｂの検出が困難となる。また，逆に図９Ｄの測長カーソル９０７のように小さめの測長カーソルを設定すると，線分ａ−ｂを画像処理により検出することが困難となる危険性がある。なぜならば，図７Ａ〜Ｄを用いて説明したようにエッジ位置におけるＳＥＭ信号プロファイルはエッジ位置のみ明度値が高くなるインパルス信号のような波形ではなく，なだらかな広がりをもった波形だからである。そのため同エッジを検出するための画像処理範囲はエッジ位置を中心にある程度の幅をもつ必要がある。
【００６６】
また，図９Ｄの小さめの測長カーソル９０７では，パターンの変形やシフトに対して線分ａ−ｂが測長カーソルの範囲外になる危険性も高い。ただし，パターンの形状や観察方向によっては，他の線分を含まず，かつ幅の広い測長カーソルが幾何学的に設定困難な場合もありうる。そのような場合は，測長カーソルのみならず，画像処理方法も併せて変更することができる。例えば検出すべきエッジ位置を中心とした測長カーソルの幅が狭いときは，図７Ｄのグラフ７１３で例示したエッジ位置から離れた下地の明度値Ｈ2を用いて計測を行う方式ではなく，図７Ｃのグラフ７１０で例示したエッジのピーク位置（例えば７１２Ａ）のみを検出して計測を行う方式を用いる。また，どうしても測長カーソル内に対象外の線分を含む場合は，画像処理において前記対象外の線分を除外するような画像認識処理を追加する等である。
【００６７】
図１０Ａ〜Ｃを用いて曲線形状のエッジ検出用の測長カーソルについて説明する。図１０Ａのチルト像１０００中のカーブのあるパターン１００１の一部である曲線１００２（曲線ａ−ｂ）を検出するために曲線１００２に沿ってカーブした測長カーソル１００３を設定することで他の輪郭線の影響を受けずに曲線を抽出することができる。抽出結果を図１０Ｂの１００５に示す。また，このような曲線形状の輪郭抽出においてＳＥＭ信号プロファイルの積算を行う際には，図７Ｃ及びＤ中の積算プロファイル７１１のように単にｙ方向に積算するのではなく，曲線に沿って積算する等の画像処理方法が考えられる。また，輪郭線の抽出は図１０Ｂの１００５に代表されるパターンの一部に限らず，図１０Ｃの１００７のようにパターンあるいは視野全面の輪郭線を抽出することもできる。
【００６８】
図７ＡのＳＥＭ画像７０１，図８ＢのＳＥＭ画像８０３，図９ＡのＳＥＭ画像９０１，図９ＢのＳＥＭ画像９０３，図９ＣのＳＥＭ画像９０４，図９ＤのＳＥＭ画像９０６，図１０ＡのＳＥＭ画像１０００内に表示したパターンの輪郭線と同様の輪郭線が前記予想輪郭線によって与えられる。以上より本発明においては，画像処理範囲への他の線分の混入，あるいはパターンの変形やシフト，あるいは画像処理に必要なある程度の幅，等を考慮し画像処理範囲を設定することを特徴とし，そのためにチルト像上での予想輪郭線（例えば４０５）や，位置ずれ予想範囲（例えば４１１）の情報を基に画像処理範囲あるいは画像処理方法を設定することを特徴とする。
【００６９】
２．６計測レシピ生成 
前記予想輪郭線推定ステップ３０６において算出された予想輪郭線と，前記の画像処理範囲・方法設定ステップ３０７において設定された画像処理範囲あるいは画像処理方法を計測レシピとして保存する（ステップ３０９）。このように，画像処理範囲や画像処理方法を指定するファイルを計測レシピとして作成することにより，前記計測レシピに基づきチルト像におけるパターンの形状評価を自動で行うことができる。また，前述のように画像処理範囲あるいは画像処理方法の決定に設計データを用いることで計測レシピの作成にウェーハやＳＥＭ装置が不要となり（オフライン化），テープアウト後は直ぐに計測レシピを作成することできる。これにより，レシピ生成を含む評価の準備から実際のＳＥＭ撮像・形状評価までを含めた総合的なスループットを向上させることができる。更に計測レシピをファイルとして管理することで，同種パターンの形状評価時や，複数のＳＥＭを用いた形状評価において計測レシピを共通に用いることができる。
【００７０】
２．７評価点のチルト像撮像；図４のステップ６）に対応  
ステップ３０１で入力した撮像領域をステップ３０２で入力した撮像方向から撮像して撮像画像を得る（ステップ３１０）。図４に撮像したチルト像４２０を示す。
【００７１】
２．８チルト像と予想輪郭線のマッチング＆チルト像上に画像処理範囲設定；図４のステップ７）に対応
ステップ３１０で撮像した撮像画像とステップ３０６で推定した予想輪郭線とをマッチングし，位置の対応関係を求める（ステップ３１１）。前記撮像画像と予想輪郭線の位置の対応関係が分かると，ステップ３０８において前記予想輪郭線に対して画像処理範囲や画像処理方法を設定しているため，前記撮像画像と前記画像処理範囲の位置の対応関係も分かり，前記撮像画像上に前記画像処理範囲や画像処理方法を設定することができる（ステップ３１２）。図４の実際に撮像したチルト像４２１において配置された測長カーソル４１７，４１８，４１９を示す。
【００７２】
測長カーソルの配置がうまくいない場合として，例えば位置ずれ予想範囲が広すぎて，測長カーソルが前記位置ずれ予想範囲を含むことができない場合や，位置ずれ予想範囲以上の大きな位置ずれが発生する場合もある。そのような場合は，実際に撮像した撮像画像を基に測長カーソルを移動させることができる。図４の撮像画像４２１中のパターン４２４と４２５の相対位置に対して  撮像画像４２２中のパターン４２４と４２５の相対位置は大きくずれている。そのためパターン４２５のフッティングエッジを検出するための画像処理範囲４１９の端に実際のフッティングエッジが位置している。そこで実際に撮像した撮像画像を基に測長カーソルを移動させた例を撮像画像４２３に図示する。撮像画像４２２中の測長カーソル４１９に対応する撮像画像４２３中の測長カーソル４２６は上方向に移動しており，その結果，パターン４２５のフッティングエッジ測長カーソルの中央に捉えている。
【００７３】
図１５Ａ及びＢに輪郭線検出例を二例示す。同図左は直線パターンの検出例，同図右は曲線パターンの検出例である。図１５Ａの予想輪郭線１５０１，図１５Ｂの１５０６と撮像画像をマッチングすることによって，予想輪郭線に配置した図１５Ａの測長カーソル１５０３，図１５Ｂの測長カーソル１５０８を図１５Ａの実際の画像上のパターン（輪郭線）１５０２及び図１５Ｂの１５０７に配置し，前記測長カーソル内で輪郭線を探索することにより（探索方向を模式的に図１５Ａの１５０４，図１５Ｂの１５０９で示す），図１５Ａの輪郭線の位置１５０５及び図１５Ｂの１５１０を検出する（図１５Ａ及びＢでは左右それぞれの図において輪郭線上の点を４点検出している）。
【００７４】
２．９評価対象となる回路パターンの評価 
ステップ３１２において撮像画像上に設定した前記画像処理範囲あるいは画像処理方法に従って前記撮像画像を処理することによって回路パターンの形状を評価する。形状評価には，パターンの測長（ステップ３１３），画像特徴量算出（ステップ３１４），パターンの輪郭線抽出（ステップ３１５），パターンの３Ｄ形状計測（ステップ３１６）等のバリエーションがある。
【００７５】
図１１Ａ〜Ｄ，図１２Ａ〜Ｄを用いて図３のステップ３１４の画像特徴量算出の実施例を説明する。    
図１１Ａ〜Ｄはチルト像から画像特徴量を用いてパターンフッティング部のへこみ（ノッチ形状）を評価する例である。図１１Ａの１１０１と図１１Ｂの１１０３はラインパターンの断面形状を示しており，図１１Ａのパターン１１０１のフッティング部には小さなノッチ１１０２，図１１Ｂのパターン１１０３のフッティング部には大きなノッチ１１０４が存在する。図１１Ａの１１００は対象に対して斜めから照射した電子ビームの方向を示す。前記方向からラインパターン１１０１あるいは１１０３を観察した際のチルト像を図１１Ｃの１１０５に示す。図１１Ｃの領域１１０６はラインパターンの上面部，領域１１０７はラインパターン右側壁部に相当する領域である。  
チルト像１１０５においてフッティング部付近に相当するａ−ｂ間のＳＥＭ信号プロファイルの概形を図１１Ｄの１１０９に示す。前記プロファイル１１０９においてフッティング部１１１０における明度値が低くなっているが，この度合いはノッチの大きさに依存して変化することがある（ノッチが大きいほど，暗くなる等）。そのためノッチ形状の評価においては，前記ノッチ形状を直接計測するのではなく，フッティング部１１１０における明度値を画像特徴量として算出し，その値に応じてノッチ形状の大小を評価することができる。このようなパターンの三次元形状と相関のある前記画像特徴量を算出するためのプロファイルを算出する画像処理範囲として，図１１Ｃに示すようにフッティング部を適切に捉える測長カーソル１１０８を配置する。  
図１２Ａ〜Ｄはチルト像から画像特徴量を用いてパターン表面の凹凸度合いを評価する例である。ラインパターンを例にとると図１２Ａのパターンは１２０１に示すように理想的な直方体ではなく，図１２Ｂの１２０４に模式的に示すように表面にラフネスと呼ばれる細かな凹凸が存在する場合がある。図１２Ａのラインパターン１２０１あるいは図１２Ｂの１２０４を観察した際のチルト像を図１２Ｃの１２０５に示す。領域１２０６はラインパターンの上面部，領域１２０７はラインパターン右側壁部に相当する領域である。
【００７６】
パターン上面（図１２Ａのパターン１２０１中では１２０２，図１２Ｃのチルト像１２０５中では１２０８に相当する領域）やパターン側壁（図１２Ａのパターン１２０１中では１２０３，図１２Ｃのチルト像１２０５中では１２０９に相当する領域）のラフネスの度合いを評価する際，前記パターン表面の細かな凹凸の高さを正確に計測し，前記高さ情報の分布からラフネスの度合いを評価することは困難である。そこでパターン表面の凹凸に応じて画像の明度値が変化する性質に着目し，画像中の一定領域内（パターン上面の評価であれば１２０８，側壁の評価であれば１２０９）において，前記領域内の画像明度値のばらつき（例えば標準偏差）を画像特徴量として計算する。図１２Ｄのグラフ１２１０のように前記画像特徴量（明度値のばらつき）が大きいほどラフネスが大きいと評価することができる。前記画像特徴量を算出するための領域を指定する画像処理範囲として，図１２Ｃに示すような測長カーソル１２０８あるいは１２０９を配置する。
【００７７】
図２０Ａ〜Ｃを用いて図３のステップ３１６の３Ｄ形状計測の実施例を説明する。図２０Ａの２００１はラインパターンの断面形状を示しており，２００２，２００３は対象に対して斜めから照射した電子ビームの二通りの方向を示す。前記方向２００２，２００３からそれぞれパターン２００１を撮像し，得られる二枚のチルト像を図２０Ｂの２００４，図２０Ｃの２００９に示す。図２０Ｂの領域２００５及び図２０Ｃの領域２０１０はラインパターンの上面部，図２０Ｂの領域２００６及び図２０Ｃの領域２０１１はラインパターン右側壁部に相当する領域である。
【００７８】
よりチルト角の大きい観察方向２００３に対応するチルト像２００９の方が，右側壁部に相当する領域が大きい（領域２０１１が領域２００６より大きい）。チルト像２００４において測長カーソル２００７，２００８を設定することで，それぞれ上面部と右側壁部の境界エッジと，右側壁部と下地の境界エッジを検出することができる。同様にチルト像２００９において測長カーソル２０１２，２０１３を設定することで，それぞれ上面部と右側壁部の境界エッジと，右側壁部と下地の境界エッジを検出することができる。
【００７９】
観察方向の異なる二枚の画像図２０Ｂの２００４及び図２０Ｃの２００９から図２０Ａの断面形状２００１において同一箇所に相当する境界エッジを検出できれば，ステレオ視における対応点問題を解いたことになり，三角測量の原理で高さ情報を得ることができる（この場合，上面部と右側壁部の境界エッジと，右側壁部と下地の境界エッジの高さが計測できれば，パターン２００１の正確な高さ（膜厚）を計測することができる）。本発明における予想輪郭線を図２０Ｂのチルト像２００４及び図２０Ｃの２００９に対して推定すると，チルト像２００４，２００９として図示した輪郭線と同様の輪郭線が得られるため，前記予想輪郭線を基に前記図２０Ｂの測長カーソル２００７，２００８及び図２０Ｃの測長カーソル２０１２，２０１３を設定することができる。  
また，図２０Ａのパターン２００１の任意の場所における高さ情報を推定する場合について説明する。例えば図２０Ｂのチルト像２００４上の点２０１４における高さを推定する場合， 点２０１４に対応する図２０Ｃのチルト像２００９上の点を探索する必要がある。例えば図２０Ｃのチルト像２００９内でテンプレート２０１５をずらしながら，点２０１４を似た画像パターンをもつ位置を探索することになる。この際，チルト像２００４，２００９間で対応する点が見つかれば，同点における高さ情報が計測できる。
【００８０】
図２０Ｂの点２０１４に対応する図２０Ｃのテンプレート２０１５位置の探索においては，本発明における予想輪郭線を利用することができる。すなわち，チルト像２００４においてパターン上面部２００５内に存在する点２０１４は，チルト像２００９においてもパターン上面部２０１０内に存在するので，テンプレート２０１５位置の探索はパターン上面部２０１０の範囲内に限定することができる。これにより，パターン上面部２０１０の範囲外の位置に点２０１４と似た画像パターンが存在しても，テンプレート２０１５を誤って対応させることはない。また探索時間の短縮にも繋がる。前記予想輪郭線を用いれば，チルト像上におけるパターン構造（例えばパターン上面部，側壁部の範囲図２０Ｂの２００５，２００６及び図２０Ｃの２０１０，２０１１）が予め分かるため，前述のような探索範囲の設定が可能となる。
【００８１】
２．１０予想輪郭線の表示＆撮像方向設定 
ステップ３０６で推定した予想輪郭線を画面上に表示し（ステップ３１７），前記表示された予想輪郭線を基に撮像方向の決定を行うことができる（ステップ３０２において撮像方向として再入力）。前記決定した撮像方向は，撮像レシピに出力することができ，前記撮像レシピを基にステップ３１０で撮像画像を得る。
すなわち，チルト像を用いた形状評価を行うためには，評価対象となるパターンの適切な形状評価が可能な撮像方向を設定する必要がある。撮像方向によっては，撮像画像において評価対象となるパターン（あるいはその一部）が周辺パターンの陰になってしまう場合がある。
【００８２】
また，例えば輪郭線検出においては，検出すべき輪郭線だけが観測されれば良いというわけではない。画像処理により輪郭線を良好に検出するためには，前述のようにＳＥＭ画像におけるエッジ信号の広がり（裾野）も考慮し， 検出すべき輪郭線の周囲も多少撮像されることが望ましい。このような判断を基に撮像方向を設定するためには，任意に設定した撮像方向から観測されるパターンの予想輪郭線をディスプレイ等に表示し，ユーザに撮像方向の決定を促すGUIが有効である。また，評価対象となるパターンを指定することで，予想輪郭線をもとに計算機内で評価対象となるパターンの観測可否判定を行い，自動で適切な撮像方向を決定することも可能である。
【００８３】
図１３Ａ〜Ｄを用いて予想輪郭線の表示例について説明する。図１３Ａの下地１３０３上に二本のラインパターン１３０１，１３０２が配置された例を考える（識別し易くするため，下地にハッチングを施している）。評価すべき部位としてパターン１３０１の右側のフッティング部（線分ａ−ｂ）とする。ＳＥＭの撮像方向として対象に対して電子ビームを図１３Ｂ（ａ）の方向１３０４〜図１３Ｄ（ａ）の方向１３０６から照射した際に得られるチルト像における予想輪郭線（擬似チルト像）を図１３Ｂ（ｂ）の１３０７〜図１３Ｄ（ｂ）の１３０９に順に示す（識別し易くするため，下地にハッチングを施している）。図１３Ｂ（ａ）に示すように撮像方向１３０４の場合，図１３Ｂ（ｂ）に示すような擬似チルト像１３０７（この場合はトップダウン像）において評価すべき線分ａ−ｂは，ラインパターン１３０１上面の線分ｃ−ｄと重なってしまい，観察が困難である。  
一方，図１３Ｃ（ａ）に示すように撮像方向１３０５の場合，図１３Ｃ（ｂ）に示すような擬似チルト像１３０８において評価すべき線分ａ−ｂは，隣のラインパターン１３０２の陰となってしまい，観察が困難である。図１３Ｄ（ａ）に示すように撮像方向１３０６であれば，擬似チルト像１３０９において評価すべき線分ａ−ｂを十分に観察することができる。このように擬似チルト像を表示することにより，実際にパターンを撮像することなく，撮像方向の良否を判定，及び決定を行うことができる。特に，本例のようにトップダウン方向からは観察しにくいフッティング部の観察においてはなるべく大きなチルト角で斜め方向から観察した方が有効な場合が多いが，高アスペクトなラインアンドスペース等においては，周囲のパターンの陰となってしまうことが多い。
【００８４】
本方法によれば，観察可能なチルト角の内，最大のチルト角を決定するといったことも実現できる。なお，撮像方向の良否を判定，及び決定を行うための表示画面には，擬似チルト像（図１３Ｂ（ｂ）の１３０７〜図１３Ｄ（ｂ）の１３０９等）を表示してもよいし，対象パターンの三次元的な外観（図３のステップ３０５で作成した擬似３Ｄパターンを用いて表示。図１３Ａに表示した下地１３０３とその上のパターン１３０１，１３０２の表示等）を表示してもよいし，パターンの断面形状と撮像方向との関係（図１３Ｄ（ａ）に表示した撮像方向１３０６と断面形状１３０１，１３０２の組み合わせ等）を表示してもよい。
【００８５】
また，図１４Ａ及びＢを用いて図１３Ａ〜Ｄの変形例を説明する。図１４Ａ（ａ）には擬似３Ｄパターンより推定されるラインパターンの断面形状１４０１を撮像方向１４０２から撮像した際に得られる擬似チルト像１４０３を表示している。パターン１４０１のフッティング部のコーナa（図示）の観察を目的とした場合，前記コーナaに相当するエッジが前記擬似チルト像１４０３においては観測できる（線分ａ−ａ’）。しかしながら，擬似３Ｄパターンと実際のパターンとの間には形状乖離が発生しうる。例えば，擬似３Ｄパターン１４０１に対して，実際のパターンは図１４Ｂ（ａ）の１４０４のように側壁傾斜角θ（図示）が大きく異なっていたとする（逆テーパ）。その場合，パターン１４０４上部のコーナｂ（図示）の陰となり，実際のパターンのチルト像である図１４Ｂ（ｂ）の１４０６においては，前記フッティング部のコーナaを観察できない。
【００８６】
このような前記形状乖離によって撮像方向の良否判定を誤る危険性がある。そこでステップ３１７においてはステップ３０７で推定した位置ずれ予想値（発生しうる形状変形量の情報を含む）を考慮することができる。すなわち，発生しうる形状変形量を擬似３Ｄパターンあるいは擬似チルト像に対して加え，結果を表示することができる。図１４Ａ及びＢの例であれば側壁傾斜角θに対して発生しうる形状変形量を加えた擬似３Ｄパターンや擬似チルト像を表示したり，また発生しうる形状変形量の値を推定することが困難な場合は，前記形状変形量をある範囲で変化させて作成した擬似３Ｄパターンや擬似チルト像を表示することができる。
【００８７】
３．システム構成 
本発明におけるシステム構成の実施例を図１６を用いて説明する。
図１６Ａにおいて１６０１はマスクパターン設計装置，１６０２はマスク描画装置，１６０３はマスクパターンのウェーハ上への露光・現像装置，１６０４はウェーハのエッチング装置，１６０５および１６０７はＳＥＭ装置，１６０６および１６０８はそれぞれ前記ＳＥＭ装置を制御するＳＥＭ制御装置，１６０９はＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツールサーバ，１６１０はデータベースサーバ，１６１１はデータベースを保存するストレージ，１６１２は撮像・計測レシピ作成装置，１６１３は撮像・計測レシピサーバ，１６１４はパターン形状の計測・評価を行う画像処理装置画像処理サーバであり，これらはネットワーク１６１５を介して情報の送受信が可能である。
【００８８】
データベースサーバ１６１０にはストレージ１６１１が取り付けられており，（ａ）設計データ（マスク設計データ（ＯＰＣなし／あり），ウェーハ転写パターン設計データ），（ｂ）撮像・計測レシピ生成ルール，（ｃ）生成された撮像・計測レシピ，（ｄ）撮像した画像，（ｅ）計測・評価結果（パターン測長値，画像特徴量，パターン輪郭線，パターン３Ｄ形状等），（ｆ）擬似３Ｄパターンや位置ずれ予想範囲，（ｇ）各種シミュレーションデータ（図１９で作成）の一部または全てを，品種，製造工程，日時，データ取得装置等とリンクさせて保存し，また参照することが可能である。
【００８９】
また，同図においては例として二台のＳＥＭ装置１６０５，１６０７がネットワークに接続されているが，本発明においては，任意の複数台のＳＥＭ装置において撮像・計測レシピをデータベースサーバ１６１１あるいは撮像・計測レシピサーバ１６１３により共有することが可能であり，一回の撮像・計測レシピ作成によって前記複数台のＳＥＭ装置を稼動させることができる。また複数台のＳＥＭ装置でデータベースを共有することにより，過去の前記撮像あるいは計測の成否や失敗原因の蓄積も早くなり，これを参照することにより良好な撮像・計測レシピ生成の一助とすることができる。
【００９０】
図１６Ｂは一例として図１６Ａにおける１６０６，１６０８，１６０９，１６１０，１６１２〜１６１４を一つの装置１６１６に統合したものである。本例のように任意の機能を任意の複数台の装置に分割，あるいは統合して処理させることが可能である。
【００９１】
本実施例に拠れば、設計データを基に算出した予想輪郭線により，評価対象となるパターンあるいはその周辺パターンの各輪郭線がチルト像中のどの辺りに存在しうるかを推定することができ，前記評価対象となるパターンを評価する上で適切な画像処理範囲や画像処理方法を設定することが可能となる。これにより，例えば評価対象となるパターンの輪郭線検出において，検出すべき輪郭線と異なる輪郭線を誤って検出する等の失敗を低減することができ，安定な形状評価を実現することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１００・・・ｘ-ｙ-ｚ座標系（電子光学系の座標系）    １０１・・・半導体ウェーハ    １０２・・・電子光学系    １０３・・・電子銃    １０４・・・電子線（一次電子）    １０５・・・コンデンサレンズ    １０６・・・偏向器    １０７・・・ＥｘＢ偏向器    １０８・・・対物レンズ    １０９・・・二次電子検出器    １１０，１１１・・・反射電子検出器    １１２〜１１４・・・Ａ／Ｄ変換器    １１５・・・処理・制御部        １１６・・・ＣＰＵ    １１７・・・画像メモリ    １１８，１２６・・・処理端末    １１９・・・ステージコントローラ    １２０・・・偏向制御部    １２１・・・ステージ      １２３・・・撮像レシピ作成装置    １２４・・・計測レシピ生成装置    
１２５・・・画像処理装置（形状計測・評価）    １２７・・・データベース（ストレージ）    ７０３Ａ，７０３Ｂ・・・測長カーソル    １６０１・・・マスクパターン設計装置    １６０２・・・マスク描画装置    １６０３・・・露光・現像装置            １６０４・・・エッチング装置    １６０５，１００７・・・ＳＥＭ装置    １６０６，１６０８・・・ＳＥＭ制御装置    １６０９・・・EDAツールサーバ    １６１０・・・データベースサーバ      １６１２・・・撮像・計測レシピ作成装置    １６１３・・・撮像・計測レシピサーバ    １６１４・・・画像処理装置サーバ（形状計測・評価）    １６１５・・・ネットワーク。
【図１】
0005439106.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
0005439106.tif 000014
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
0005439106.tif 000021
【図１０Ｃ】
0005439106.tif 000022
【図１１Ａ】
0005439106.tif 000023
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
0005439106.tif 000028
【図１２Ｃ】
0005439106.tif 000029
【図１２Ｄ】
0005439106.tif 000030
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
0005439106.tif 000032
【図１３Ｃ】
0005439106.tif 000033
【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
0005439106.tif 000035
【図１４Ｂ】
0005439106.tif 000036
【図１５Ａ】
0005439106.tif 000037
【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
0005439106.tif 000039
【図１６Ｂ】
0005439106.tif 000040
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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