(57)【要約】【課題】  配線上のエッチング後のホールでは、ホール底面に下層の配線パターンが見え、配線層とコンタクトホール層の層間のずれにより、ホール底面での位置が変動する。その結果、配線エッジとホールエッジの重なり具合の変化から、信号波形が変動し、従来法であるしきい値法が前提としている定常的な状態が保たれないため、安定な計測ができない。【解決手段】  半導体ウェーハ上に形成されたパターンを撮像する撮像部と、前記撮像部にて撮像した撮像画像から、該パターンの幅を計測するための信号波形を生成する信号波形生成部と、前記信号波形生成部にて生成した信号波形の局所最大値に関する情報に基づき、該信号波形上のホールエッジ検出範囲を決定するホールエッジ検出範囲決定部と、 前記ホールエッジ検出範囲決定部にて決定したホールエッジ検出範囲に関連する情報を表示する表示部と、を有する半導体パターン計測装置である。【選択図】  図７
2014163860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ上に形成されたパターンを撮像する撮像ステップと、  前記撮像ステップにて撮像した撮像画像から、該パターンの幅を計測するための信号波形を生成する信号波形生成ステップと、 
前記信号波形生成ステップにて生成した信号波形の局所最大値に関する情報に基づき、該信号波形上のホールエッジ検出範囲を決定するホールエッジ検出範囲決定ステップと、 
前記ホールエッジ検出範囲決定ステップにて決定したホールエッジ検出範囲に関連する情報を表示する表示ステップと、を有する半導体パターン計測方法。
【請求項２】
前記ホールエッジ検出範囲決定ステップでは、前記信号波形生成ステップにて生成した信号波形の局所最大値の個数に基づき、該信号波形上のホールエッジ検出範囲を決定することを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。
【請求項３】
前記ホールエッジ検出範囲決定ステップでは、前記信号波形生成ステップにて生成した信号波形の局所最大値位置に基づき分割した分割数を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。
【請求項４】
前記ホールエッジ検出範囲決定ステップでは、前記信号波形生成ステップにて生成した信号波形の局所最大値位置で分割した結果、ホールエッジが含まれる区間に挟まれる区間の数を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。
【請求項５】
前記表示ステップでは、前記ホールエッジ検出範囲決定ステップにて決定したホールエッジ検出範囲における信号最小値のレベル、または、該ホールエッジ検出範囲における信号最小値の位置に関する情報を表示することを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。
【請求項６】
前記表示ステップでは、該信号波形の分割結果を表示することを特徴とする請求項３または４に記載の半導体パターン計測方法。
【請求項７】
前記表示ステップでは、該パターンのエッジ位置を表示することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体パターン計測方法。
【請求項８】
該半導体ウェーハ上に形成されたパターンは、配線の上に形成されたホールであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体パターン計測方法。
【請求項９】
該半導体ウェーハ上に形成されたパターンは、凸状の構造であり、該パターンの上に別の構造物が重畳していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体パターン計測方法。
【請求項１０】
請求項８記載の該半導体ウェーハ上に形成されたパターン、はたは、請求項９記載の該別の構造物の幅を計測することを特徴とする請求項８または９に記載の半導体パターン計測方法。
【請求項１１】
請求項８記載のホールと該半導体ウェーハ上に形成されたパターンの位置ずれ、または、請求項９記載の該半導体ウェーハ上に形成されたパターンと該重畳する構造物の位置ずれを計測することを特徴とする請求項８または９に記載の半導体パターン計測方法。
【請求項１２】
半導体ウェーハ上に形成されたパターンを撮像する撮像部と、
前記撮像部にて撮像した撮像画像から、該パターンの幅を計測するための信号波形を生成する信号波形生成部と、 
前記信号波形生成部にて生成した信号波形の局所最大値に関する情報に基づき、該信号波形上のホールエッジ検出範囲を決定するホールエッジ検出範囲決定部と、 
前記ホールエッジ検出範囲決定部にて決定したホールエッジ検出範囲に関連する情報を表示する表示部と、
を有する半導体パターン計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体パターン計測方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ホールパターンの寸法計測では、走査型電子顕微鏡により撮像された高解像度画像を用いて、ホール幅寸法の計測が行われている。露光前のレジスト膜に形成されたホールの場合は、ホールエッジを検出して上で、円近似、楕円近似などを行いホールの径を計測することができる。これに対し、配線工程におけるエッチング後のコンタクトホールパターンでは、ホール底面に下層の配線パターンが見えており、配線エッジとホールエッジが重なるため、全周に渡るホールエッジの検出は困難である。このため配線工程のエッチング後コンタクトホールでは、特定方向のホール幅を、その方向の信号波形を処理することで計測していた。この信号波形の処理は、ラインパターンの幅の計測と同様、しきい値法にて処理することにより、目的とするホール幅を計測することができる。しきい値法による幅の計測方法は特許文献1に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭63-027642「パタ-ン寸法測定装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は電子線走査により得られた画像ないしは信号から半導体パターンの計測対象パターンのエッジを検出し、その幅を計測する方法であって、信号波形上の計測対象パターンのエッジを含まない非パターン部分と、同じく計測対象パターンのエッジを含まないパターン部分の信号レベルを、指定された比率で内分するしきい値を求め、信号波形に対し求めたしきい値を適用してパターンエッジを検出するものである。配線工程におけるエッチング後のコンタクトホールパターンでは、背景技術でも述べたように、特定方向のホール幅を、その方向の信号波形を処理することで計測している。しかしながら、ホール底面に見える下層の配線パターンは、配線層とコンタクトホール層の層間のずれにより、ホール底面での位置が変動する。その結果、配線エッジとホールエッジの重なり具合の変化から、信号波形が変動し、特許文献１の第4図に示されるラインパターンから得らの信号波形のように、計測対象のパターン部の信号波形の形状が常に一定にはならない。すなわち、電子線のエッジ効果により生ずるパターンエッジ部の輝度上昇部が両端にあり、パターン材料の電子放出率に依存した信号値を持つ部分がその間に存在するというような定常的な状態を仮定できないので、予め測長対象とする信号の低輝度な部分を非パターン部分、高輝度な部分をパターン部分としてパターンエッジを検出することができない。
【０００５】
本発明の目的は、電子線顕微鏡画像により、半導体ウェーハのパターンニングされた層上に形成されたホールパターンの寸法、ホール底の配線パターンの幅およびホールと配線のずれを安定、かつ高精度に計測する半導体パターン計測方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
【０００７】
（１）半導体ウェーハ上に形成されたパターンを撮像する撮像部と、前記撮像部にて撮像した撮像画像から、該パターンの幅を計測するための信号波形を生成する信号波形生成部と、前記信号波形生成部にて生成した信号波形の局所最大値に関する情報に基づき、該信号波形上のホールエッジ検出範囲を決定するホールエッジ検出範囲決定部と、 前記ホールエッジ検出範囲決定部にて決定したホールエッジ検出範囲に関連する情報を表示する表示部と、を有する半導体パターン計測装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電子線顕微鏡画像により、半導体ウェーハのパターンニングされた層上に形成されたホールパターンの寸法、ホール底の配線パターンの幅およびホールと配線のずれを安定、かつ高精度に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本願の実施例に係る半導体パターン計測装置の構成図である。
【図２】画像処理部の内部構成図である。
【図３】計測対象の構造図である。
【図４】撮像画像と信号波形の例を示す図である。
【図５】信号波形の例を示す図である。
【図６】撮像画像と信号波形の例を示す図である。
【図７】信号の分類フロー図である。
【図８】信号波形分割処理のフロー図である。
【図９】信号波形分割処理の過程を示す図である。
【図１０】信号波形を用いたホール幅の計測方法を示す図である。
【図１１】ホール幅の計測処理フロー図である。
【図１２】信号波形を用いたホール幅の計測方法を示す図である。
【図１３】ホール幅の計測処理フロー図である。
【図１４】信号波形を用いたホール幅の計測方法を示す図である。
【図１５】ホール幅の計測処理フロー図である。
【図１６】計測結果の表示例である。
【図１７】計測結果の表示例である。
【図１８】信号波形を用いたパターン幅の計測方法を示す図である。
【図１９】パターン幅の計測処理フロー図である。
【図２０】信号波形を用いたパターン幅の計測方法を示す図である。
【図２１】パターン幅の計測処理フロー図である。
【図２２】信号波形を用いたパターン幅の計測方法を示す図である。
【図２３】パターン幅の計測処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
図１に本発明に関わる微細パターン測定装置の全体構成図を示す。
【００１１】
本実施形態である測長SEM１００は、計測用ウェーハ１０７を載置するステージ１０６、電子銃１０２より放出された電子ビーム１０１を制御する照射光学系、試料上から放出される２次電子を検出する検出器１０８、検出信号の信号処理系より構成される。照射光学系は、電子銃１０２、および、電子ビーム１０１の経路上にあるコンデンサレンズ１０３、偏向コイル１０４、対物レンズ１０５により構成される。電子ビーム１０１はこの光学系によりウェーハ１０７上の計測対象であるパターンがある所定の領域で集光される。検出器１０８により検出された２次電子はA/Dコンバータ１０９によりデジタル信号に変換される。変換後のデジタル信号は画像処理部１１０に送られ、画像処理部１１０では、メモリ内に格納されたデジタル信号を必要に応じて取り出し、画像処理を行い、パターン寸法計測等を行なう。１１１はステージコントローラを、１１２は電子光学系制御部を、１１３は装置全体の制御部であり、１１４は制御部に接続されている制御端末である。画像処理部１１０、全体制御部１１３、制御端末１１４へは記録媒体（図示せず）が接続可能となっており、画像処理部１１０で実行されるプログラムを、この記録媒体から読み出し、画像処理部１１０にロードできる構成となっている。
【００１２】
図２は画像処理部１１０の構成図を示している。
【００１３】
Ａ／Ｄコンバータ１０９にてデジタル信号に変換された２次電子信号は、データ入力Ｉ／Ｆ２０５を介してメモリ２０３に送られ、メモリ２０３内で画像データとして読み出し可能なように記憶される。画像処理プログラムは画像処理制御部２０１により、メモリ２０３あるいは前記記憶媒体から読み出される。画像処理制御部２０１はプログラムに従い演算部２０２を制御し、メモリ２０３に記憶されている画像データあるいは画像データを処理した結果得られる中間処理データを処理し、パターンを計測する。パターン計測結果は入出力Ｉ／Ｆ２００を介して全体制御部１１３に送られ、図１に示す制御端末に計測結果の表示を行う。また、画像処理部１１０に対する動作命令は、全体制御部１１３から入出力Ｉ／Ｆ２００を介して画像処理制御部に入力される。画像処理部１１０内にデータの送受信はバス２０４を介して行われる。
【００１４】
図３に計測対象パターンのデバイス構造の模式図を示す。
【００１５】
３０１と３０２は異なるタイミングで製膜された層である。３０３は上層３０１に作成されたホール、３０４は下層３０２に作成された配線である。図示はしていないが、完成時にはホール３０３内には導電性の材料が埋め込まれ、上層３０１の上に配線パターンを形成し、下層の配線パターン３０４とコンタクトさせ、これを積層させていくことで配線層を形成し複雑な配線接続を実現していく。なお図３ではホールの側壁は垂直に切れているように示しているが、実際にはホールの上層面表面での直径は、下層面表面での直径より大きく、壁面は傾斜している。ホールのエッジに関し厳密を期す場合、図３の中でホール３０３として示した位置にある、ホール側壁面と上層面表面で形成されるエッジをトップエッジ、ホール側壁面と下層面表面で形成されるエッジ３０５をボトムエッジと呼ぶことにする。
【００１６】
図４にホール画像模式図と、画像模式図のA-A’上の信号波形を示す。
【００１７】
図３に示したホールを、対象の直情から電子線照射し、画像化したときの様子を図４の画像模式図に示した。ホール画像模式図には図３と同一の番号を付しているが、これは図３に示したホール構造と、図４のホール画像模式図の対応を取り易くするためであり、図３と図４の同一番号は同じ部分に対応する。信号波形４０１には局所的なピークが四つあり、４０２で示す二つのピークはホールのトップエッジ付近に、４０３で示す二つのピークは下層の配線パターンのエッジ付近に対応するものである。
【００１８】
図４に示した信号波形４０１の拡大したものを図５に示し、しきい値法を用いたホールエッジの検出方法について、ホールの左側エッジに対応する信号波形４０１の部分を用いて説明する。信号波形４０１の左側エッジ付近の局所最大信号値レベル５０１を与える位置は、前述のようにホールのトップエッジ付近に相当する。また、ホールのボトムエッジでは、試料表面から入射した1次ビームが内部拡散し、再び表面から出て行くまでの距離が、1次ビームの入射点と同一面内である平面に比べ、側壁面では長くなるため、２次電子の放出数が少なくなり、結果として信号レベルは下がる。このため局所最小信号値レベル５０２を与える位置は、ホールのボトムエッジ付近に相当する。検出した信号レベル５０１、５０２を用いて、二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値５０３を求め、信号波形に対し求めたしきい値５０３を適用してホールエッジ位置５０４を検出する。図では例として内分比率１：１の場合を示している。ホールのボトムエッジは局所最小値付近であるので、この内分比率できまる位置が局所最小値付近になるように内分比率を変更しても構わない。以上の方法をホールエッジの右側部分についても適用し、反対側のホールエッジ位置５０５を検出し（検出のための局所最大、局所最小、しきい値レベルは図示せず）、ホールエッジ５０４、５０５間の距離を求めるホール幅とする。厳密なボトムエッジの位置は信号波形４０１から求めることはできないので、一般的には、ホール幅を安定に計測できる、すなわち計測再現性が高くなる内分比率で計測し、ホール幅のモニタを行う。
【００１９】
図６に下層のパターンがホールに対して位置ずれを起こした場合の画像模式図と、画像のA-A’信号波形を示す。
【００２０】
図６における３０１、３０２、３０３、３０４は図３、図４に示した同一番号に対応する部分を示している。図６（ａ）は配線がホールに対し左にずれた場合である。信号波形の左側で、ホールのトップエッジからボトムエッジ方向で信号レベルが低下するものの、配線パターンの左側エッジの明るい部分によりホールボトムエッジでの局所最小部分が消滅し、変曲点６０１となる。図６（ｂ）はホールの開口が十分でなく、ホール底面全面が配線パターンとなった場合である。信号波形の左右両側で、図６（ａ）で示したホール左側と同じ状態が生じ、局所最小部分は変曲点６０２、６０３となる。いかなる場合にも局所最大部分、局所最小部分が存在するのであれば、すなわち最大値レベル、最小値レベルの定義が変わらなければ、従来のしきい値法を適用することができるが、図６に示すように、しきい値法を適用する場合の最小値レベルが局所最小値の場合と、変曲点位置の値の場合で混在する場合は、最小値レベルの設定方法を適切な方に変更する必要が生ずる。
【００２１】
図７に測長処理のフローチャートを示す。
【００２２】
まず信号波形を生成する（Ｓ７０１）。信号波形は図４の画像模式図で示したA-A’の信号波形でも構わないし、A-A’の上下一定の画素数を加算し平滑化した投影波形でも構わない。A-A’の位置に関する情報は、予め計測レシピとして登録しておく。次に信号波形をその局所最大値の位置に基づき分割する（Ｓ７０２）。
【００２３】
信号波形の分割方法を図８に、図９に分割途中状態の模式図を示す。
【００２４】
図９の信号波形で実線部分９０１はセグメント分割以前のセグメント未登録区間、破線９０２はセグメント分割済のセグメント既登録区間を示す。まず信号波形のセグメント登録されていないセグメント未登録区間の最小値位置Xminを検出（Ｓ８０１）、XminのX±両方向に局所最大値位置Xmax+,Xmax-を検出し（Ｓ８０２）、区間[Xmax+,Xmax-]をセグメントとして登録する（Ｓ８０３）。これをセグメント登録されていない区間が無くなるまで行う（Ｓ８０４）。この結果、図９の分割結果９０３に示す分割位置が得られる。
【００２５】
波形分割後、中心から±両方向別々に最大値位置を検出する。この位置はホールのトップエッジ位置に対応するものであり、この位置を含み、中心に近い左右の波形セグメントをホールエッジセグメントとして検出する（Ｓ７０３）。最後にホールエッジセグメント間のセグメント数（Ｎ）により波形を分類する（Ｓ７０４）。左右のホールエッジセグメントが同一セグメントでNが定義できない場合７０１は、図６（ｂ）の下層パターンの左右のエッジがホールのボトムエッジに接触しているケースであり、Ｎ＝０の場合７０２は、図６（ａ）に示した下層パターンの片側エッジがホールのボトムエッジに接触しているケースである。Ｎ＝１の場合７０３は、図４に示した下層パターンとホールにミスアライメントが無く、ホールボトムエッジとパターンエッジの間に両側とも十分な隙間がある場合である。
【００２６】
ホールエッジセグメント間のセグメント数をＮ、信号波形の局所最大値を有する位置の数をＭとすれば、
Ｎ＝Ｍ−３の関係が成立するので（ただしＭ＝２、すなわちＮ＝−１はＮが定義できないと考える）、ホールエッジセグメント間のセグメント数をＮの替わりに、信号波形の局所最大値を有する位置の数を用いても良い。また、信号波形をその局所最大値位置で分割した分割数Ｌとすれば、図７においてはＬ＝Ｍ−１であるので、ホールエッジセグメント間のセグメント数をＮの替わりに、信号波形をその局所最大値位置で分割した分割数Ｌを用いてもよい。
【００２７】
次に図７の７０１、７０２、７０３で示す信号波形７０１ａ、７０２ａ、７０３ａでの測長方法について、図１０から図１５を用いて説明する。
【００２８】
図１０、図１１を用いて信号波形７０１ａの測長方法を説明する。信号波形７０１ａでは左右のホールエッジセグメントが重なっており、ホールエッジセグメントは一つである。まずホールエッジセグメント左端位置１００３を始点にx増加方向に変曲点１００４を検出し（Ｓ１１０１）、ホール左エッジ検出区間１００１を定める。変曲点は区間１００１における1次微分値の絶対値最小位置、あるいは２次微分値でのセロクロス点などを用いて検出する。次にホール左エッジ検出区間１００１において、信号値の最大値１００５、最小値１００６を検出し、検出した信号レベル１００５、１００６を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値１００７を求め、しきい値１００７によりホールの左エッジ位置１００８を検出する（Ｓ１１０２）。続いてホールエッジセグメント右端位置１００５を始点にx減少方向に変曲点１０１２を検出し（Ｓ１１０３）、ホール右エッジ検出区間１００２を定める。変曲点は区間１００２において前述の方法で検出する。次にホール右エッジ検出区間１００２おいて、信号値の最大値１００９、最小値１０１０を検出し、検出した信号レベル１００９、１０１０を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値１０１１を求め、しきい値１０１１によりホールの右エッジ位置１０１２を検出する（Ｓ１１０４）。最後にホール左エッジ位置１００８とホール右エッジ位置１０１２からホール幅を求める（Ｓ１１０５）。 
図１２、図１３を用いて信号波形７０２ａの測長方法を説明する。信号波形７０２ａは左右のホールエッジセグメント１２０１、１２０２の間のセグメントが無い場合である。まずホール左エッジセグメント１２０１の左端位置１２０５を始点にx増加方向に変曲点１２０６を検出し（Ｓ１３０１）、ホール左エッジ検出区間１２０３を定める。変曲点の検出方法は前述の通りである。次にホール左エッジ検出区間１２０３において、信号値の最大値１２０８、最小値１２０９を検出し、検出した信号レベル１２０８、１２０９を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値１２１０を求め、しきい値１２１０によりホールの左エッジ位置１２１１を検出する（Ｓ１３０２）。続いてホール右エッジセグメント１２０２内の最小信号値位置１２０７を検出し（Ｓ１３０３）、位置１２０７とホール右エッジセグメント１２０２の右端位置１２０４で定まるホール右エッジ検出区間１２０４での信号値の最大値１２１２、最小値１２１３を検出し、検出した信号レベル１２１２、１２１３を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値１２１４を求め、しきい値１２１４によりホールの右エッジ位置１２１５を検出する（Ｓ１３０４）。最後にホール左エッジ位置１２１１とホール右エッジ位置１２１５からホール幅を求める（Ｓ１３０５）。 
図１４、図１５を用いて信号波形７０３ａの測長方法を説明する。まず、ホール左エッジセグメント１４０１内の最小信号値位置１４０５を検出し（Ｓ１５０１）、ホール左エッジセグメント１４０１の左端位置と位置１４０５とで定まるホール左エッジ検出区間１４０３での信号値の最大値１４０７、最小値１４０８を検出し、検出した信号レベル１４０７、１４０８を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値１４０９を求め、しきい値１４０９によりホールの右エッジ位置１４１０を検出する（Ｓ１５０２）。続いてホール右エッジセグメント１４０２内の最小信号値位置１４０６を検出し（Ｓ１５０３）、位置１４０６とホール右エッジセグメント１４０２の右端位置で定まるホール右エッジ検出区間１４０４での信号値の最大値１４１１、最小値１４１２を検出し、検出した信号レベル１４１１、１４１２を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値１４１３を求め、しきい値１４１３によりホールの右エッジ位置１４１４を検出する（Ｓ１５０４）。最後にホール左エッジ位置１４１０とホール右エッジ位置１４１４からホール幅を求める（Ｓ１５０５）。 
図７から図１５を用いて述べた、計測のための画像データ及び画像データから得られたデータの処理手順を、図１で示した測長ＳＥＭ、及び図２で示した画像処理部上で実施する方法について以下に述べる。図１に示した測長SEM１００に、計測対象パターンを有するウェーハ１０７をロードし、ステージ１０６上に載置する。ウェーハを載置した後、全体制御部１１３よりステージコントローラ１１１を通してステージ１０６を制御し、ウェーハ上の計測パターンが電子光学系の視野に入るようにステージ１０６を動かす。次に電子光学系制御部１１２により偏向コイル１０４を制御し、電子ビーム１０１により計測対象パターン、あるいは計測対象パターンと相対的な位置が既知のパターンを走査する。計測対象より得られた２次電子をＡ／Ｄコンバータ１０９によりデジタル信号変換し、画像処理部１１０内のデータ入力Ｉ／Ｆ２０５を介してメモリ２０３にパターンのデジタル画像を記憶する。記憶されたデジタル画像を画像処理制御部２０１により演算部２０２を用いて処理し、パターンの位置を求め、検出位置情報を画像処理部１１０から全体制御部１１３に出力し、全体制御部１１３は受信した検出位置情報を電子光学系処理部１１２に渡す。電子光学系処理部１１２は受信した検出位置情報を電子光学系の制御情報に変換し、これをもとに、パターンを電子光学系の視野中心で捉えるよう偏向コイル１０４を制御する。これにより撮像対象パターンの正確な位置決め、視野出しが可能となる。
【００２９】
計測対象パターンの位置決め後、計測対象パターンに電子ビーム１０１を走査し、同様にしてデジタル画像を画像処理部１１０内のメモリ２０３に取り込む。メモリ２０３に取り込まれた画像データは、画像処理制御部２０１及び演算部２０２を用いて、先に述べた計測処理手順を実行するコンピュータ用のプログラムにより処理され、計測処理結果はメモリ２０３に記憶される。プログラムは全体制御部１１３あるいは画像処理部に接続されている外部記憶媒体（図示せず）、または全体制御部１１３あるいは画像処理部に接続されているローカルエリアネットワークなどを介して入力され、メモリ２０３、あるいはメモリ２０３内の不揮発性メモリ（図示せず）、あるいは記憶装置２０６に記憶され、次回以降はプログラムをメモリ２０３内の不揮発性メモリ（図示せず）、あるいは記憶装置２０６に記憶されたているプログラムをメモリ２０３に読み出し実行する。全体制御部は、入出力Ｉ／Ｆ２００を介してメモリに記憶された計測処理結果を読み出し、制御端末のディスプレイ１１４に計測処理結果を出力したり、計測処理結果を全体制御部１１３に接続されている外部記憶媒体（図示せず）に出力したり、あるいは計測処理結果を全体制御部１１３に接続されているローカルエリアネットワーク（図示せず）を介して上位のサーバー（図示せず）に出力したりする。また、計測領域となる画像上の範囲は予め制御端末１１４、あるいは全体制御部１１３に接続されているローカルエリアネットワークなどを介して入力される。
【００３０】
図１６に図４に示したパターンの計測結果の表示例を示す。図１６は図４に示したパターンのホール幅を図７、図８および図１４で説明した処理フローにより計測した結果を示している。１６０１は表示画面である。１６０２は画像中の計測対象ホール、１６０３は検出されたホールエッジの左右の位置を示している。１６０４は計測に使用した信号波形である。１６０４の信号波形は、例えば平滑化をかけるなど見やすいように処理したものであっても構わない。１６０５は信号波形の分割結果を示すものであり、表示の内容は図９の９０３で示した内容と同じである。信号波形に付されているＬ０％はホールの左エッジを検出する区間での信号レベルの最小値を示し、Ｌ５０％はホールの左エッジを検出するためのしきい値レベルを示すものである。Ｌ５０％で示されるレベルは、信号レベルの最大値と最小値のレベル差の５０％を最小値に加算したものである。５０％というパーセンテージは設定変更可能であり、設定値が示されるものである。Ｒ０％，Ｒ５０％はホールの右エッジに対するものである。
【００３１】
図１７は図６（ａ）に示したパターンのホール幅を図７、図８および図１２で説明した処理フローにより計測した結果を示している。１７０１は表示画面である。１７０２は画像中の計測対象ホール、１７０３は検出されたホールエッジの左右の位置を示している。１７０４は計測に使用した信号波形である。１７０４の信号波形は、例えば平滑化をかけるなど見やすいように処理したものであっても構わない。１７０５は信号波形の分割結果を示すものであり、表示の内容は図９の９０３で示した内容と同じである。信号波形に付されているＬ０％は信号波形の変曲点のレベルを示すことで、左エッジを検出する区間の右端の位置表示も兼ねている。Ｌ５０％で示されるレベルは、信号レベルの最大値とＬ０％で示されるレベルとの差の５０％をＬ０％で示されるレベルに加算したものである。５０％というパーセンテージは設定変更可能であり、設定値が示されるものである。Ｒ０％，Ｒ５０％はホールの右エッジに対するものであり、図１６のＲ０％，Ｒ５０％と同じ考えで決められたレベルである。
【００３２】
ユーザは図１６、図１７、あるいは図６（ｂ）に対する計測結果表示（図示せず）を確認することにより、計測位置とともに、その計測のために使用したエッジ位置を検出するための範囲をＬ０％，Ｒ０％で示した位置から確認することができる。また、Ｌ０％あるいはＲ０％の信号レベルが局所最小値の位置、あるいは変曲点に設定された理由を、信号波形の分割結果を確認することで判断できる。
【００３３】
本発明によれば、電子線顕微鏡画像により、半導体ウェーハのパターンニングされた層上に形成されたホールパターンの寸法を安定、かつ高精度に計測することが可能となる。
【００３４】
本実施例では、計測対象パターンをホールとし、ホール底の配線パターンを計測対象の信号波形に対する変動要素としたが、計測対象をホールのような凹状ではなく、計測対象をラインのような凸状の構造物とし、その幅を計測対象とする凸状の構造物上に更に別の構造物が重畳しているよな場合にも本手法は適用できる。
【実施例２】
【００３５】
本発明の第２の実施例を図１８から図２３を用いて説明する。本発明によればホールのエッジのみならず、下層の配線パターンエッジの検出も可能であり、パターン幅、あるいは、検出されたホールエッジ位置とパターンエッジ位置から、ホールとパターンの位置ずれ量を計測することができる。ホールの位置とパターンの位置が、上層と下層に各々固定されていると考えることができれば、ホールとパターンの位置ずれ量は、すなわち上層と下層の合わせずれ量と捉えることができる。
【００３６】
信号波形の取得方法、分割方法は図７、図８、図９で説明したとおりである。
【００３７】
図１８、図１９を用いて信号波形７０３ａによる下層パターンの測長方法を説明する。まず、ホール左エッジセグメント１８０１内の最小信号値位置１８０５を検出し（Ｓ１９０１）、ホール左エッジセグメント１８０１の右端位置と位置１８０５とで定まるパターン左エッジ検出区間１８０３での信号値の最大値１８０７、最小値１８０８を検出し、検出した信号レベル１８０７、１８０８を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値１８０９を求め、しきい値１８０９によりホールの右エッジ位置１８１０を検出する（Ｓ１９０２）。続いてホール右エッジセグメント１８０２内の最小信号値位置１８０６を検出し（Ｓ１９０３）、位置１８０６とホール右エッジセグメント１８０２の左端位置で定まるパターン右エッジ検出区間１８０４での信号値の最大値１８１１、最小値１８１２を検出し、検出した信号レベル１８１１、１８１２を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値１８１３を求め、しきい値１８１３によりホールの右エッジ位置１８１４を検出する（Ｓ１９０４）。最後にホール左エッジ位置１８１０とホール右エッジ位置１８１４からパターン幅を求める（Ｓ１９０５）。 
図２０、図２１を用いて信号波形７０１ａによる下層パターンの測長方法を説明する。信号波形７０１ａでは左右のホールエッジセグメントが重なっており、ホールエッジセグメントは一つである。まずホールエッジセグメント左端位置２００１を始点にx増加方向に変曲点の位置２００３を検出し、パターン左エッジとする（Ｓ２１０１）。続いてホールエッジセグメント右端位置２００２を始点にx減少方向に変曲点の位置２００４を検出し、パターン右エッジとする（Ｓ２１０２）。最後にホール左エッジ位置１００８とホール右エッジ位置１０１２からホール幅を求める（Ｓ２１０３）。
【００３８】
図２２、図２３を用いて信号波形７０２ａによる下層パターンの測長方法を説明する。信号波形７０２ａは左右のホールエッジセグメント２２０１、２２０２の間のセグメントが無い場合である。まずホール左エッジセグメント２２０１の左端位置１２０５を始点にx増加方向に変曲点の位置２２０４を検出し、パターン左エッジとする（Ｓ２３０１）。続いてホール右エッジセグメント２２０２内の最小信号値位置２２０５を検出し（Ｓ２３０２）、位置２２０５とホール右エッジセグメント２２０２の左端位置で定まるパターン右エッジ検出区間２２０３での信号値の最大値２２０６、最小値２２０７を検出し、検出した信号レベル２２０６、２２０７を用い、この二つのレベルを予め指定された比率で内分するしきい値２２０８を求め、しきい値２２０８によりホールの右エッジ位置２２０９を検出する（Ｓ２３０３）。最後にホール左エッジ位置２２０４とホール右エッジ位置２２０９からホール幅を求める（Ｓ２３０４）。 
前述のホールとパターンの位置ずれ量、あるいは上層と下層の合わせずれ量は、実施例１で説明したホールの左右のエッジ位置も使い、ホールの左エッジとパターン左エッジの距離、あるいは、ホールの右エッジとパターン右エッジの距離、あるいは、ホールの左エッジとパターン左エッジの距離と、ホールの右エッジとパターン右エッジの距離の平均、あるいはホールの左右のエッジ位置の中心位置とパターンの左右のエッジ位置の中心位置とのずれ量、などホールの左右のエッジ位置とパターンの左右のエッジ位置を組み合わせて計算することができる。
【００３９】
実施例２で述べた計測のための画像データ及び画像データから得られたデータの処理手順を、図１で示した測長ＳＥＭ、及び図２で示した画像処理部上で実施する方法は、実施例１で述べたホール幅の検出と同様である。
【００４０】
パターンエッジの検出結果の表示は、図１６、図１７に準ずる。すなわち、検出されたパターンエッジの位置を図１６の１６０３、図１７の１７０３のようにホールエッジ検出結果に重畳して、あるいは単独で示し、パターンエッジ検出のためのＬ０％、Ｌ５０％，Ｒ０％，Ｒ５０％で示される表示もホールエッジ検出のための表示に重畳する、あるいは単独で示す。
【００４１】
本発明によれば、電子線顕微鏡画像により、半導体ウェーハのパターンニングされた層上に形成されたホールパターンの寸法とともに、ホール底の配線パターンの幅およびホールと配線のずれを安定、かつ高精度に計測することが可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１００…測長ＳＥＭ，１０１…電子ビーム，１０２…電子銃，１０３…コンデンサレンズ，１０４…偏向コイル，１０５…対物レンズ，１０６…ステージ，１０７…ウェーハ，１０８…検出器，１０９…Ａ／Ｄコンバータ，１１０…画像処理部，１１１…ステージコントローラ，１１２…電子光学系制御部，１１３…全体制御部，１１４…制御端末，２００…入出力Ｉ／Ｆ，２０１…画像処理制御部，２０２…演算部，２０３…メモリ，２０４…バス，２０５…データ入力Ｉ／Ｆ 
【図１】
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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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