(57)【要約】【課題】任意の二次元パターン形状やパターン配置に対しても高精度な輪郭線検出を可能にする電子顕微鏡システムを提供する。【解決手段】電子顕微鏡システムを、ＳＥＭ画像取得手段と、ＳＥＭ画像からパターンのエッジを初期輪郭線として抽出する初期輪郭線抽出手段と、初期輪郭線上における局所信号波形のプロファイルを算出するプロファイル算出手段と、パターンの二次元形状の特徴を表わす指標値を算出する二次元形状評価手段と、モデルパターンの二次元形状別に断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報を記憶しておくライブラリ手段と、初期輪郭線上の局所信号波形のプロファイルの情報と指標値の情報とをＳＥＭ波形の情報と照合してＳＥＭ画像の波形を選択するライブラリマッチング手段と、選択したＳＥＭ画像の波形に対応するモデルパターンの断面形状からパターンの所定の高さにおける輪郭線を求めて出力する輪郭線出力手段とを備えて構成した。【選択図】  図１Ａ
2014182117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にパターンが形成された試料の所望の領域に収束させた電子線を走査して照射することにより前記試料から発生する二次電子を検出して前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像を取得するＳＥＭ画像取得手段と、
該ＳＥＭ画像取得手段で取得した前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像から前記表面に形成されたパターンのエッジを初期輪郭線として抽出する初期輪郭線抽出手段と、
該初期輪郭線抽出手段で抽出した初期輪郭線上の各点における局所信号波形のプロファイルを算出するプロファイル算出手段と、
前記初期輪郭線抽出手段で抽出した前記パターンの二次元形状をモデリングして該二次元形状の特徴を表わす指標値を算出する二次元形状評価手段と、
モデルパターンの二次元形状別に該モデルパターンの断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報を記憶しておくライブラリ手段と、
前記プロファイル算出手段で算出した前記初期輪郭線上の各点における局所信号波形のプロファイルの情報と前記二次元形状評価手段で算出した指標値の情報とを前記ライブラリ手段に記憶されたＳＥＭ波形の情報と照合して前記プロファイルの情報と前記指標値の情報とに合致するＳＥＭ画像の波形を前記ライブラリ手段から選択するライブラリマッチング手段と、
該ライブラリマッチング手段で選択したＳＥＭ画像の波形に対応する前記モデルパターンの断面形状を前記試料の表面に形成されたパターンの断面形状として該パターンの断面形状から該パターンの所定の高さにおける輪郭線を求めて出力する輪郭線出力手段と
を備えたことを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項２】
表面にパターンが形成された試料の所望の領域に収束させた電子線を走査して照射することにより前記試料から発生する二次電子を検出して前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像を取得するＳＥＭ画像取得手段と、
前記試料のＳＥＭ画像を取得した所望の領域の設計情報を入力する設計情報入力手段と、
前記ＳＥＭ画像取得手段で取得した前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像と前記設計情報入力手段から入力した設計情報とから前記表面に形成されたパターンのエッジを初期輪郭線として抽出する初期輪郭線抽出手段と、
該初期輪郭線抽出手段で抽出した初期輪郭線上の各点におけるプロファイルを算出するプロファイル算出手段と、
前記設計情報入力手段から入力した設計情報から前記パターンの二次元形状をモデリングして該二次元形状の特徴を表わす指標値を算出する二次元形状評価手段と、
モデルパターンの二次元形状別に該モデルパターンの断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報を記憶しておくライブラリ手段と、
前記プロファイル算出手段で算出した前記初期輪郭線上の各点におけるプロファイルの情報と前記二次元形状評価手段で算出した指標値の情報とを前記ライブラリ手段に記憶されたＳＥＭ波形の情報と照合して前記プロファイルの情報と前記指標値の情報とに合致するＳＥＭ画像の波形を前記ライブラリ手段から選択するライブラリマッチング手段と、
該ライブラリマッチング手段で選択したＳＥＭ画像の波形に対応する前記モデルパターンの断面形状を前記試料の表面に形成されたパターンの断面形状として該パターンの断面形状から該パターンの所定の高さにおける輪郭線を求めて出力する輪郭線出力手段と
を備えたことを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子顕微鏡システムであって、前記二次元形状評価手段は、前記パターンの二次元形状の特徴を表わす指標値として、前記初期輪郭線抽出手段で抽出した前記パターンのエッジの各点における自パターンのエッジまでの距離から算出したパターンの微細度と前記パターンのエッジの各点における隣接パターンまでの距離とから算出した隣接パターンの近接度とを数値化したものであることを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電子顕微鏡システムであって、前記ライブラリ手段は前記モデルパターンの二次元形状の情報として、前記モデルパターンの微細度と前記モデルパターンから隣接パターンまでの近接度とに関する情報を記憶していることを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項５】
請求項３記載の電子顕微鏡システムであって，前記二次元形状評価手段は、前記パターンの微細度，および，隣接パターンの近接度を，前記パターンのエッジの各点と自パターンのエッジまたは隣接パターンのエッジとの距離の重み付き総和として求め，該重みは前記試料から発生する二次電子の内部拡散および前記二次電子の放出の特性に基づくことを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項６】
表面にパターンが形成された試料の所望の領域に収束させた電子線を走査して照射することにより前記試料から発生する二次電子を検出して前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像を取得し、
該取得した前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像から前記表面に形成されたパターンのエッジを初期輪郭線として抽出し、
該抽出した初期輪郭線上の各点における局所信号波形のプロファイルを算出し、
前記抽出した前記パターンの二次元形状をモデリングして該二次元形状の特徴を表わす指標値を算出し、
モデルパターンの二次元形状別に該モデルパターンの断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報をライブラリに記憶し、
前記算出した前記初期輪郭線上の各点におけるプロファイルの情報と前記算出した指標値の情報とを前記ライブラリに記憶したＳＥＭ波形の情報と照合して前記プロファイルの情報と前記指標値の情報とに合致するＳＥＭ画像の波形を前記ライブラリから選択し、
該ライブラリから選択したＳＥＭ画像の波形に対応する前記モデルパターンの断面形状を前記試料の表面に形成されたパターンの断面形状として該パターンの断面形状から該パターンの所定の高さにおける輪郭線を求める
ことを特徴とする電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法。
【請求項７】
表面にパターンが形成された試料の所望の領域に収束させた電子線を走査して照射することにより前記試料から発生する二次電子を検出して前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像を取得し、
前記試料のＳＥＭ画像を取得した所望の領域の設計情報を入力し、
前記取得した前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像と前記入力した設計情報とから前記表面に形成されたパターンのエッジを初期輪郭線として抽出し、
該抽出した初期輪郭線上の各点における局所信号波形のプロファイルを算出し、
前記入力した設計情報から前記パターンの二次元形状をモデリングして該二次元形状の特徴を表わす指標値を算出し、
モデルパターンの二次元形状別に該パターンの断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報をライブラリに記憶し、
前記算出した前記初期輪郭線上の各点におけるプロファイルの情報と前記算出した指標値の情報とを前記ライブラリに記憶されたＳＥＭ波形の情報と照合して前記プロファイルの情報と前記指標値の情報とに合致するＳＥＭ画像の波形を前記ライブラリから選択し、
該ライブラリから選択したＳＥＭ画像の波形に対応する前記モデルパターンの断面形状を前記試料の表面に形成されたパターンの断面形状として該パターンの断面形状から該パターンの所定の高さにおける輪郭線を求める
ことを特徴とする電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法であって、前記パターンの二次元形状の特徴を表わす指標値として、前記抽出したパターンのエッジの各点における自パターンのエッジまでの距離から算出したパターンの微細度と前記パターンのエッジの各点における隣接パターンまでの距離とから算出した隣接パターンの近接度とを数値化したものであることを特徴とする電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法であって、前記ライブラリには前記モデルパターンの二次元形状の情報として、前記モデルパターンの微細度と前記モデルパターンから隣接パターンまでの近接度とに関する情報を記憶していることを特徴とする電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法。
【請求項１０】
請求項８記載の電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法であって，前記パターンの二次元形状の特徴を表わす指標値として算出する前記パターンの微細度，および，隣接パターンの近接度を前記パターンのエッジの各点と自パターンのエッジまたは隣接パターンのエッジとの距離の重み付き総和として求め，該重みは前記試料から発生する二次電子の内部拡散および前記二次電子の放出の特性に基づくことを特徴とする電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ、あるいはフォトマスクのパターン計測を行うための電子顕微鏡システム及びパターン計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路パターンの微細化に伴い、露光装置の解像度は限界に達し、しシリコンウェーハ上に設計通りの回路パターンを形成するため、フォトマスクの設計データにあらかじめ補正パターンを入れて、仕上がりの形状をコントロールするＯＰＣ（光近接効果補正：Optical Proximity Correction）処理が頻繁に行われるようになっている。
【０００３】
現在、ＯＰＣパターンの設計は、ＯＰＣ処理を行ったフォトマスクパターンが、シリコンウェーハ上にどのように転写されるかを予測する露光シミュレーションに基づく方法が主流となっている。露光シミュレーションは、空間像（レジスト部分の光分布強度）の形成、レジスト内の感光物質の拡散、現像の各工程をシミュレートし、現像後のレジストパターン形状を予測する。ＯＰＣパターンの設計に先立ち、まずやるべきことは、計算に用いられている数々のパラメタ（以下、露光シミュレーション用パラメタと記す）のチューニングである。この行為は、ＯＰＣキャリブレーションと呼ばれる。ＯＰＣキャリブレーションにおいては、露光シミュレーション用パラメタの更新、現像後のレジストパターン形状の予測、予測パターンと実パターンとの比較が繰り返される。
【０００４】
そして、ＯＰＣキャリブレーションを経て設計されたフォトマスクが半導体製造工程に導入された後も、プロセス管理の一環として、プロセスマージンが小さい部位（ホットスポット）については、ウェーハ上の実パターン像を取得し、パターン形状の出来映えを確認することが行われている。
【０００５】
いずれのシーンにおいても、実パターン像を取得するツールとして用いられているのは測長ＳＥＭと呼ばれる走査電子顕微鏡である。測長ＳＥＭは、指定した箇所のＳＥＭ画像を撮像し、ＳＥＭ画像からエッジを検出して、エッジ間の距離であるところの寸法、あるいは、エッジ点列であるところの輪郭線を出力する。半導体回路パターンの微細化に伴い、測長ＳＥＭの寸法計測や輪郭線検出の精度に対する要求は厳しくなりつつある。
【０００６】
非特許文献１には、ＳＥＭ画像からエッジを検出してパターンの輪郭線（ＳＥＭ輪郭線）を得、これと、露光シミュレーションによって得たパターン形状（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ輪郭線）とを比較し、これらの差異が最小になるよう、露光シミュレーション用パラメタをチューニングする方法が示されている。図２は、同文献に示されているエッジ検出の模式図であり、「At the beginning of the process、 measurement based contour (625) extraction uses several image processing techniques to detect edges from SEM image (621). In the second step、 measurement boxes (622) are placed on each edge detected by 1st step automatically、 and edge detection are performed again based on line-profile (623) analysis method、 which is the same as the measurement algorithm of Hitachi CD-SEM.」と記載されている。(但し、かっこ内の番号は、本発明者が追加)
【０００７】
また、特許文献２には、ＳＥＭ画像からより正確な輪郭線を得るため、断面形状とＳＥＭ信号波形を関連づけたライブラリを用いたモデルベース計測を輪郭線検出に適用する方法が示されている。図５Ａ乃至図５Ｃは、モデルベース計測の概念図である。この公報には、「電子顕微鏡像のパターンエッジの各点において、パターンエッジに対して接線方向(図５Ｃの直線６５０の方向)に該電子顕微鏡像を投影して局所投影波形６５１を生成し（図５Ｃのグラフがこれに相当）、各点で生成した局所投影波形を、予め作成しておいた、試料の断面形状と電子線信号波形とを関連づけるライブラリ（図５Ａ、図５Ｂがこれに相当）に当てはめることによって、試料上に転写されたパターンの断面形状を推定し、断面形状に則したエッジ端の位置座標を求め、この位置の連なりとしてパターンの輪郭線を出力する」と記載されている。
【０００８】
又、特許文献３には、測長ＳＥＭの撮像レシピを自動作成する方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１９８３３８号公報
【特許文献２】特開２００７−１２１１４７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５０５２８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Cyrus et al. “SEM Image Contouring for OPC Model Calibration and Verification、” Proc. of SPIE Vol. 6520、 652019 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ＯＰＣキャリブレーションや、半導体プロセス管理に好適な、高精度な輪郭線検出機能を有す電子顕微鏡システムを提供することにある。この目的に対する、背景技術に述べた二つの技術の問題点を順に示す。
【００１２】
第１の背景技術として示した非特許文献１に開示されている技術は、図２が示すように、信号波形６２３に対してしきい値６２４を与え、プロファイルとしきい値の交点をエッジ点とする、いわゆる、しきい値法によってエッジ点を求め、求めたエッジ点の連なり６２５を輪郭線として検出することに関するものである。しきい値法は測長ＳＥＭにおいて線幅計測に用いられる代表的な手法であるが、計測結果の正しさの観点では問題を有す。図４Ａに示すように、しきい値法によって検出されたエッジ点４５１〜４５４は、試料のどこに相当するかが不明であり、加えて、図４Ｂに示す試料の部位Ａと部位Ｂとでは、図４Ｃと図４Ｄに示すように、試料の断面形状（例えば側壁傾斜角）４２１と４２２との違いによって、しきい値法によって検出されるエッジ点と試料の実エッジの位置関係が変化してしまうのである（図４Ｃに示した断面形状４２１における部位Ａでは、しきい値法によって検出されるエッジ点は、試料のボトムエッジ端より2.5nm外側であるが、図４Ｄに示した断面形状４２２における部位Ｂでは0.5nm内側になっている）。
【００１３】
ＯＰＣキャリブレーションにおける測長ＳＥＭの役割は、露光シミュレーション用パラメタをチューニングするためのリファレンスとなる寸法あるいは輪郭線を出力することであるから、寸法計測や輪郭線検出の元となるエッジ点検出に上記のような不確かさが存在すれば、パラメタのチューニング結果に誤差が生じるのは明らかである。また、半導体プロセス管理用途の場合、プロセス変動による試料の断面形状変化はしばしば起こり得ることであって、断面形状変化によって検出されるエッジ点と実エッジの位置関係が変化してしまったのでは、パターン形状を正しくモニタしているとは言い難い。
【００１４】
一方、第２の背景技術として示した特許文献１に開示されている技術では、試料の断面形状とＳＥＭ信号波形とを関連づけるライブラリに当てはめることによってエッジ点検出を行っているので、原理的には図４Ａ、及び図４Ｃ、図４Ｄの問題は解決されるはずである。しかしながら、ＳＥＭ信号波形を変化させる要因は、試料の断面形状だけではない。パターンの二次元的な形状や配置によってもＳＥＭ信号波形は変化する。
【００１５】
図６Ａ及び図６Ｂは、その状況をシミュレーションによって再現したものである。図６Ａは、ラインパターン６６１の先端部Ｃと、ラインパターン６６１の中央部Ｄの比較である。パターン材料はレジスト、ラインパターン６６１の幅は60nm、長さは1000nm、パターンの高さ（厚み）は100nm、加速電圧500Vの条件で計算を行った。パターン部の信号量を、図６Ａのグラフで先端部Ｃと中央部Ｄとで比較すると、先端部Ｃの方が信号量（yield）が大きいことが分かる。これは、先端部Ｃの方が、電子線の入射点から近距離にパターンエッジが存在するため、内部拡散の結果生成される二次電子がより脱出しやすいためである。また、図６Ｂは、孤立ライン６７１と密集ライン６７２の比較である。いずれもパターン材料はレジスト、ラインパターンの幅は60nm、密集ライン６７２のパターンのラインピッチは120nm、パターン高さ（厚み）は100nm、加速電圧500Vの条件で計算を行った。図６Ｂのグラフに示すように、密集ライン６７２のラインパターンＦの信号量の方が、孤立ライン６７１のパターンＥの信号量よりも小さいのは、密集ライン６７２では、エッジ部や基板部から放出された二次電子が、近隣パターンに遮られて検出されなくなるためである。
【００１６】
特許文献１に開示されている技術は、試料の断面形状の変化によってＳＥＭ信号波形が変化するという課題（図４Ｃ及び図４Ｄ）に対しては有効であるが、パターンの二次元的な形状や配置によってＳＥＭ信号波形が変化する問題（図６Ａ及び図６Ｂ）の解決手段とはならない。仮に、パターンの二次元的な形状や配置の違いを無視して、特許文献１に開示されている方法を適用したとすると、計測結果（輪郭線検出結果）にシステマティックな誤差が生じてしまう。
【００１７】
特に、ＯＰＣキャリブレーションにおいては、光近接効果がレジストパターン形状にどう現れるかを気にしているので、パターンの形状が変化する部位（例えば先端部や角部）や、パターン密度が異なる部位こそが計測対象となるので、上記のような特許文献１に開示されている技術の弱点を軽視できない。
【００１８】
本発明の目的は、ＯＰＣキャリブレーションや、半導体プロセス管理に好適な、高精度な輪郭線検出機能を有す電子顕微鏡システムを提供することにあり、より具体的には、任意の二次元パターン形状やパターン配置に対しても高精度な輪郭線検出が可能な電子顕微鏡システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を可決するために、本発明では、電子顕微鏡システムを、表面にパターンが形成された試料の所望の領域に収束させた電子線を走査して照射することにより試料から発生する二次電子を検出して試料の所望の領域のＳＥＭ画像を取得するＳＥＭ画像取得手段と、このＳＥＭ画像取得手段で取得した試料の所望の領域のＳＥＭ画像から表面に形成されたパターンのエッジを初期輪郭線として抽出する初期輪郭線抽出手段と、この初期輪郭線抽出手段で抽出した初期輪郭線上の各点における局所信号波形のプロファイルを算出するプロファイル算出手段と、初期輪郭線抽出手段で抽出したパターンの二次元形状をモデリングしてこの二次元形状の特徴を表わす指標値を算出する二次元形状評価手段と、モデルパターンの二次元形状別にこのモデルパターンの断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報を記憶しておくライブラリ手段と、プロファイル算出手段で算出した初期輪郭線上の各点における局所信号波形のプロファイルの情報と二次元形状評価手段で算出した指標値の情報とをライブラリ手段に記憶されたＳＥＭ波形の情報と照合してプロファイルの情報と指標値の情報とに合致するＳＥＭ画像の波形をライブラリ手段から選択するライブラリマッチング手段と、このライブラリマッチング手段で選択したＳＥＭ画像の波形に対応するモデルパターンの断面形状を試料の表面に形成されたパターンの断面形状として、このパターンの断面形状からこのパターンの所定の高さにおける輪郭線を求めて出力する輪郭線出力手段とを備えて構成した。
【００２０】
また、上記課題を可決するために、本発明では、電子顕微鏡システムを、表面にパターンが形成された試料の所望の領域に収束させた電子線を走査して照射することにより試料から発生する二次電子を検出して試料の所望の領域のＳＥＭ画像を取得するＳＥＭ画像取得手段と、試料のＳＥＭ画像を取得した所望の領域の設計情報を入力する設計情報入力手段と、ＳＥＭ画像取得手段で取得した試料の所望の領域のＳＥＭ画像と設計情報入力手段から入力した設計情報とから表面に形成されたパターンのエッジを初期輪郭線として抽出する初期輪郭線抽出手段と、この初期輪郭線抽出手段で抽出した初期輪郭線上の各点におけるプロファイルを算出するプロファイル算出手段と、設計情報入力手段から入力した設計情報からパターンの二次元形状をモデリングしてこの二次元形状の特徴を表わす指標値を算出する二次元形状評価手段と、モデルパターンの二次元形状別にこのモデルパターンの断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報を記憶しておくライブラリ手段と、プロファイル算出手段で算出した初期輪郭線上の各点におけるプロファイルの情報と二次元形状評価手段で算出した指標値の情報とをライブラリ手段に記憶されたＳＥＭ波形の情報と照合してプロファイルの情報と指標値の情報とに合致するＳＥＭ画像の波形をライブラリ手段から選択するライブラリマッチング手段と、このライブラリマッチング手段で選択したＳＥＭ画像の波形に対応するモデルパターンの断面形状を試料の表面に形成されたパターンの断面形状としてこのパターンの断面形状からこのパターンの所定の高さにおける輪郭線を求めて出力する輪郭線出力手段とを備えて構成した。
【００２１】
更に、上記課題を可決するために、本発明では、電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法において、表面にパターンが形成された試料の所望の領域に収束させた電子線を走査して照射することにより試料から発生する二次電子を検出して前記試料の所望の領域のＳＥＭ画像を取得し、この取得した試料の所望の領域のＳＥＭ画像から表面に形成されたパターンのエッジを初期輪郭線として抽出し、この抽出した初期輪郭線上の各点における局所信号波形のプロファイルを算出し、抽出したパターンの二次元形状をモデリングしてこの二次元形状の特徴を表わす指標値を算出し、モデルパターンの二次元形状別にこのモデルパターンの断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報をライブラリに記憶し、算出した初期輪郭線上の各点におけるプロファイルの情報と算出した指標値の情報とをライブラリに記憶したＳＥＭ波形の情報と照合してプロファイルの情報と指標値の情報とに合致するＳＥＭ画像の波形をライブラリから選択し、このライブラリから選択したＳＥＭ画像の波形に対応するモデルパターンの断面形状を試料の表面に形成されたパターンの断面形状としてこのパターンの断面形状からこのパターンの所定の高さにおける輪郭線を求めるようにした。
【００２２】
更にまた、上記課題を可決するために、本発明では、電子顕微鏡システムを用いたパターン計測方法において、表面にパターンが形成された試料の所望の領域に収束させた電子線を走査して照射することにより試料から発生する二次電子を検出して試料の所望の領域のＳＥＭ画像を取得し、試料のＳＥＭ画像を取得した所望の領域の設計情報を入力し、取得した試料の所望の領域のＳＥＭ画像と入力した設計情報とから表面に形成されたパターンのエッジを初期輪郭線として抽出し、この抽出した初期輪郭線上の各点における局所信号波形のプロファイルを算出し、入力した設計情報からパターンの二次元形状をモデリングしてこの二次元形状の特徴を表わす指標値を算出し、モデルパターンの二次元形状別にこのモデルパターンの断面形状に関連付けられたＳＥＭ画像の波形の情報をライブラリに記憶し、算出した初期輪郭線上の各点におけるプロファイルの情報と算出した指標値の情報とをライブラリに記憶されたＳＥＭ波形の情報と照合してプロファイルの情報と指標値の情報とに合致するＳＥＭ画像の波形をライブラリから選択し、このライブラリから選択したＳＥＭ画像の波形に対応するモデルパターンの断面形状を試料の表面に形成されたパターンの断面形状としてこのパターンの断面形状からこのパターンの所定の高さにおける輪郭線を求めるようにした。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、任意の二次元パターン形状やパターン配置に対する高精度な輪郭線検出が可能となり、ＯＰＣキャリブレーションや、半導体プロセス管理に好適な、高精度な輪郭線検出機能を有す電子顕微鏡システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明に係るシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】本発明に係る処理のフローを示すフロー図である。
【図２】従来の輪郭線抽出方法を示すＳＥＭ画像に、この画像から検出したエッジライン及びＳＥＭの信号波形から検出したエッジラインとを重ねて表示した図である。
【図３】初期輪郭線の抽出方法の処理ステップを示すフロー図である。
【図４Ａ】従来の輪郭線抽出方法の問題点を示す図で、試料の断面形状とＳＥＭ信号波形との関係を示す図である。
【図４Ｂ】従来の輪郭線抽出方法の問題点を示す図で、ＳＥＭ画像中の部位Ａと部位Ｂとを示すＳＥＭ画像の図である。
【図４Ｃ】従来の輪郭線抽出方法の問題点を示す図で、しきい値法によって検出される部位Ａのエッジ点を示す部位Ａのパターンの断面図である。
【図４Ｄ】従来の輪郭線抽出方法の問題点を示す図で、しきい値法によって検出される部位Ｂのエッジ点を示す部位Ｂのパターンの断面図である。
【図５Ａ】従来のモデルベース計測を示す図で、パターン断面形状を（ａ）から（ｄ）のように変化させたときに、モンテカルロシミュレーションにより求めた１次電子を打ち込んだときの各パターン断面内に発生する２次電子の分布を示す図である。
【図５Ｂ】従来のモデルベース計測を示す図で、パターンの断面形状とパターンエッジ部におけるＳＥＭ画像の局所波形信号との関係を示すＳＥＭ波形ライブラリの概念を示すブロック図である。
【図５Ｃ】従来のモデルベース計測を示す図で、ＳＥＭ画像(左側)と、このＳＥＭ画像における直線６５０上の信号波形を示すグラフ(右側)である。
【図６Ａ】従来のモデルベース計測の問題点を示す図で、直線パターンの平面図(左側)と、シミュレーションにより求めたラインパターン上の直線Ｃ及びＤに沿った方向のＳＥＭ信号波形を示すグラフ(右側)である。
【図６Ｂ】従来のモデルベース計測の問題点を示す図で、孤立ラインパターンの平面図(左上)と密集ラインパターンの平面図(左下)及び孤立ラインパターンのＳＥＭ画像の直線Ｅに沿ったＳＥＭ信号波形と密集ラインパターンのＳＥＭ画像の直線Ｆに沿ったＳＥＭ信号波形を示すグラフである。
【図７Ａ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、途中の膨らみを持つラインパターンのＳＥＭ画像である。
【図７Ｂ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、図７ＡのＳＥＭ画像から求めた輪郭線パターンを示す平面図である。
【図７Ｃ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、輪郭線パターンの平面図において着目点４０１から全方位における自パターン４０１１または隣接パターン４０１３までの距離を示す図である。
【図８Ａ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、パターンのエッジまでの距離が二次電子の内部拡散長に比して小さい状態を示すパターンの断面図である。
【図８Ｂ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、パターンのエッジまでの距離が二次電子の内部拡散長に比して大きい状態を示すパターンの断面図である。
【図８Ｃ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、入射電子線のパターンエッジまでの距離とパターンエッジから放出される二次電子の強度との関係を示すグラフである。
【図９Ａ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、電子線の入射位置から隣接パターンまでの距離が小さい場合の隣接パターンによる二次電子の遮蔽効果を示す隣接パターンの断面図である。
【図９Ｂ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、電子線の入射位置から隣接パターンまでの距離が大きい場合の隣接パターンによる二次電子の遮蔽効果を示す隣接パターンの断面図である。
【図９Ｃ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、電子線シミュレーションにより求めた開口角θと遮蔽される２次電子の比率の関係を示すグラフである。
【図１０Ａ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、初期輪郭線のパターンを示す平面図である。
【図１０Ｂ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、図１０Ａのライン４１２に沿ってstart点４１０からｅｎｄ点４１１までの各位置における微細度を示すグラフである。
【図１０Ｃ】本発明に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、図１０Ａのライン４１２に沿ってstart点４１０からｅｎｄ点４１１までの各位置における近接度を示すグラフである。
【図１１Ａ】本発明に係るＳＥＭ波形ライブラリを説明する図で、残しパターン１１０１と抜きパターン１１０２とを有する二次元パターンの上面図(左側)と、この二次元パターンの直線４６０に沿った断面における二次電子の発生状態を示す二次元パターンの断面図(右側)である。
【図１１Ｂ】本発明に係るＳＥＭ波形ライブラリを説明する図で、図１１Ａの残しパターンよりも大きい残しパターン１１１１と図１１Ａの抜きパターン１１０２よりも小さい抜きパターン１１１２とを有する二次元パターンの上面図(左側)と、この二次元パターンの直線４６５に沿った断面における二次電子の発生状態を示す二次元パターンの断面図(右側)である。
【図１１Ｃ】本発明に係るＳＥＭ波形ライブラリの概念を示す図で、ＳＥＭ波形ライブラリが複数のドラムで構成されている概念を示す図である。
【図１２Ａ】本発明に係るＳＥＭ波形ライブラリを説明する図で、残しパターン１２０１と抜きパターン１２０２とがそれぞれ２つのパラメータで表わされる場合を示す二次元パターンの上面図である。
【図１２Ｂ】本発明に係るＳＥＭ波形ライブラリを説明する図で、残しパターン１２１１と抜きパターン１２１２とがそれぞれ半径をパラメータとする円形のパターンで表わされる場合を示す二次元パターンの上面図である。
【図１３Ａ】本発明に係るモデルベース計測に基づく輪郭線検出結果を示す図で、ラインパターンのＳＥＭ像である。
【図１３Ｂ】本発明に係るモデルベース計測に基づく輪郭線検出結果を示す図で、図１３ＡのＳＥＭ像から抽出したトップ輪郭線図とボトム輪郭線図とを重ねて表示したパターンの輪郭線図である。
【図１４Ａ】本発明に係るＯＰＣキャリブレーションでの利用を説明する図で、設計データから得られたパターンの輪郭線図と、露光シミュレーションにより得られたパターンの輪郭線図とを重ねて表示した図である。
【図１４Ｂ】本発明に係るＯＰＣキャリブレーションでの利用を説明する図で、図１４Ａの領域４７３を拡大した図で、設計データから得られたパターンの輪郭線図と、露光シミュレーションにより得られたパターンの輪郭線図とＳＥＭ輪郭線図とを重ねて表示した図である。
【図１５】本発明の実施例１に係る入力ＧＵＩの例を示す、画面の正面図である。
【図１６】本発明の実施例１に係る出力ＧＵＩの例を示す、画面の正面図である。
【図１７Ａ】本発明の実施例２に係るシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施例２に係るシステムの処理フローの例を示すフロー図である。
【図１８Ａ】本発明の実施例２に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、中央部分に膨らみを有するパターンのＳＥＭ像である。
【図１８Ｂ】本発明の実施例２に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、図１８Ａのパターンに対応する箇所の部分設計データから得られたパターンの平面図である。
【図１８Ｃ】本発明の実施例２に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、図１８Ｂのパターンの領域１８０３を拡大した画像において着目点１８１０から自パターン１８０１及び隣接パターン１８０２までの距離を示す図である。
【図１９Ａ】本発明の実施例３に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、ＳＥＭ画像から抽出した初期輪郭線図である。
【図１９Ｂ】本発明の実施例３に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、図１９Ａの領域４８０を拡大して表示した図であり、パターンの微細度と隣接度を算出する箇所がパターンの着目点と異なる場合を示す初期輪郭線図の描き台図である。
【図１９Ｃ】本発明の実施例３に係る各点の二次元形状評価の方法を説明する図で、着目点４８１からの距離と微細度又は近接度の関係を示すグラフである。
【図２０Ａ】本発明の実施例１における二次元パターンのバリエーションの他の例で、残しパターン部を正方形で表わして、抜きパターン部は残しパターン部の周囲を囲む矩形の枠とした二次元パターンの図である。
【図２０Ｂ】本発明の実施例１における二次元パターンのバリエーションの他の例で、残しパターン部を円形で表わして、抜きパターン部は残しパターン部の周囲を囲む円形の枠とした二次元パターンの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１Ａは本実施例に係る、輪郭線検出機能を備えた電子顕微鏡システムの全体構成を示すブロック図、図１Ｂは本実施例の処理フローを示すフロー図である。本実施例では、半導体ウェーハの画像を走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)によって取得する。
【００２７】
まず、図１Ａに基づいて、システムの構成を説明する。電子光学系１００は、電子線を発生させる電子源１０１と電子線を収束させるコンデンサレンズ１０２、電子線をＸＹ方向に偏向する偏向器１０３と、対物レンズ１０４から構成される。ウェーハ１０６はＸＹステージ１０５に搭載される。偏向器１０３で電子線１１１をＸ方向及びＹ方向に走査し、ウェーハ１０６から発生した二次電子１０７を検出器１０８で検出し、Ａ／Ｄ変換機１０９にてアナログ信号からデジタル信号に変換し、画像入力部１１０に入力して、バス１２０を介して記憶装置１２１に蓄積する。輪郭線検出の一連の処理は、演算部１２２が行う。演算部１２２にはＧＵＩ機能を備えたディスプレイ１２３が接続され、ユーザに対して画像や処理結果などを表示する。
【００２８】
続いて、図１Ｂにて、演算部１２２における輪郭線検出のフローを説明する。はじめに、演算部１２２は、検出器１０８で検出されて画像入力部１１０に入力されたＳＥＭ画像を入力し（Ｓ２００）、初期輪郭線を抽出する（Ｓ２０１）。初期輪郭線の抽出方法としては、様々な従来の技術が適用可能である。その一例として、特許文献２に示されている方法を、図３を参照して説明する。特許文献２に開示されている初期輪郭線の抽出方法６００においては、入力画像６１３に対して、ノイズを除去するための平滑化処理を施し（６０１）、ソーベルフィルタ等のエッジ強調フィルタ処理によりエッジ６１１を検出し（６０２）、二値化処理を行うことによりエッジ部が“１”、エッジ部以外は“０”の二値画像６１２を得る（６０３）。続いて、パターン幅が１画素になるまで収縮を行う等の細線化処理により中心線を検出する（６０４）。得られた線画（６１４）が暫定輪郭線となる。
【００２９】
図１Ｂに戻って、輪郭線検出のフローの説明を続ける。Ｓ２０１で初期輪郭線を抽出したら、その各点において、接線の方向を求め、接線に沿って電子線像を投影して、局所信号波形即ち各点の信号波形のプロファイルを算出する（Ｓ２０２）。局所信号波形(信号波形のプロファイル)の算出方法は図２に示した従来の技術と同様である。図２において、６２１は初期輪郭線、６３０および６３１は電子線像の投影処理を行う処理範囲、６２３は局所信号波形である。
【００３０】
再び、図１Ｂに戻って輪郭線検出のフローの説明を続ける。初期輪郭線を用いて、パターンの局所的な二次元形状を評価する。即ち、二次電子の内部拡散および二次電子の放出特性を考慮して、二次元形状をモデリングし、二次元形状の特徴を表す指標値を算出する（Ｓ２０３）。算出方法の詳細は後述する。
【００３１】
続いて、予め作成しておいたＳＥＭ波形ライブラリ２０４と、Ｓ２０２で得られた局所信号波形の波形マッチングを行う（Ｓ２０５）。ＳＥＭ波形ライブラリの作成方法と波形マッチングの方法の詳細は後述するので、ここでは概略を述べる。ＳＥＭ波形ライブラリは、二次元形状の特徴を表す指標値に関連づけられた種々の二次元モデルパターンについて、断面形状（例えば側壁傾斜角）が様々に変化した場合のＳＥＭ波形を、電子線シミュレーション（モンテカルロ法など）によって求めたシミュレーション波形の集合である。図５Ｂに示した従来のＳＥＭ波形ライブラリ５６０においては、二次元モデルパターンの概念がなく、ＳＥＭ波形５６１〜５６４は断面形状５６１１〜５６４１にのみ関連づけられていたのに対し、本実施の形態では、ＳＥＭ波形は断面形状、および、二次元形状の特徴を表す指標値に関連づけられている。ライブラリマッチング（Ｓ２０５）においては、初期輪郭線上の着目点ごとに、Ｓ２０２で求めた局所信号波形とＳ２０３で求めた二次元形状の特徴を表す指標値に基づき、ＳＥＭ波形ライブラリ２０４から、二次元形状の特徴を表す指標値が合致し、かつ、局所信号波形が合致するものを選択する。ライブラリメンバの各波形は断面形状と対になっているので、着目点の断面形状が求まる。そして、着目点ごとに、ユーザ指定の高さ（例えば、ボトム、トップ、１／２高さなど）を入力し（Ｓ２０６）、指定された高さにおけるエッジ点を断面形状から求めて、各点のエッジ点を連結すれば、所望スライス面の輪郭線が得られる（Ｓ２０７）。
【００３２】
本実施の形態によれば、着目点ごとに、局所的な二次元形状が評価され、その結果を利用して、二次元形状に即したＳＥＭ波形ライブラリが参照されるので、図６Ａ及び図６Ｂに示した、パターンの二次元的な形状や配置によるＳＥＭ信号波形の変化の問題が改善され、より正しい局所断面形状が求まるようになる。従来の輪郭線は、図４Ｃ及び図４Ｄに示したように、試料のどの高さに相当する輪郭線かが不明であったが、本実施の形態によれば、所望の高さの輪郭線が得られるようになる。
【００３３】
引き続き、各処理ステップの処理内容の詳細を説明する。  
[Ｓ２０３の説明]
図７から図１０を参照して、二次元形状を評価するステップ（図１のＳ２０３）を説明する。「発明が解決しようとする課題」において、パターンの二次元的な形状や配置によってＳＥＭ信号波形が変化することを述べた。これは、(i)電子線の入射点からパターンエッジまでの距離が近い/遠いによって、内部拡散の結果生成される二次電子が脱出する割合が大きい/小さいので、信号強度が大きくなる/小さくなるという関係があるからである。また、(ii)隣接パターンまでの距離が近い/遠いによって、放出された二次電子が遮蔽される割合が大きい/小さいので、信号強度が小さくなる/大きくなるという関係があるからである。
【００３４】
任意の二次元形状や配置を有すパターンにおいては、上記の(i)、(ii)の状況は場所によって刻々と変化する。そこで、本実施の形態においては、図１のＳ２０１で求めた初期輪郭線を用い、初期輪郭線上の各点から自パターンエッジまでの距離、および、隣接パターンエッジまでの距離を求め、これらの距離を用いて、着目点ごとに二次元形状の特徴を表す指標値を求める。
【００３５】
図７Ａ)はＳＥＭ画像、図７ＢはＳＥＭ画像から求めた初期輪郭線である。まず、図７Ｃに示したように、領域４０２内の着目点４０１から、全方位について、自パターン４０１１のエッジ４０１２までの距離ｐi、および、隣接パターン４０１３のエッジ４０１４までの距離ｑiを求める。ｉは方位のインデックスで、１度刻みとするならば、0から359である。
【００３６】
上記(i)の効果を表す指標値は、着目点から自パターン４０１１のエッジ４０１２までの距離ｐiを用いて求める。ここで考慮しなければならないのは、二次電子の内部拡散である。方位ｉによってエッジ４０１２までの距離が異なるが、図８Ａのように、エッジ４０１２までの距離ｘが内部拡散長に比して小さい場合は、エッジ４０１２から脱出する二次電子の割合が大きいが、図８Ｂのように、エッジ４０１２までの距離ｘが内部拡散長に比して大きい場合は、エッジ４０１２からの二次電子の脱出はほぼなくなる。図８Ｃは、電子線シミュレーションによって求めた、エッジまでの距離ｘとエッジから脱出する二次電子数の関係である。これを、f(x)とおくと、f(x)はｘの増加につれ指数関数的に減少し、ｘ＞40nmでほぼゼロとなる。
【００３７】
本実施の形態では、(数１)に示した計算式、
【００３８】
【数１】
2014182117.tif 000003
【００３９】
すなわち、方位ごとの自パターンエッジまでの距離ｐiをf(x)に代入し、全方位分を加算した結果を「微細度」として用いる。
【００４０】
微細度は、図６Ａの部位Ｃのようなパターン６６１の先端部や、先端部でなくともパターン６６１が細い場合には大きな値になり、パターン６６１の非先端部やパターン６６１が太い場合には小さな値となる。
【００４１】
一方、上記(ii)の効果を表す指標値は、隣接パターン４０１３のエッジ４０１４までの距離ｑiを用いて求める。ここで考慮しなければならないのは、二次電子の遮蔽効果である。方位ｉによって隣接パターン４０１３のエッジ４０１４までの距離が異なるが、図９Ａのように、エッジ４０１４までの距離が小さいと開口角θが小さいので遮蔽される二次電子の比率が高いが、図９Ｂのように、エッジ４０１４までの距離が大きいと開口角θが大きいので遮蔽される二次電子の比率は低い。図９Ｃは、電子線シミュレーションによって求めた、開口角θと遮蔽される二次電子の比率の関係である。これをｇ(θ)とおくと、ｇ(θ)はθが増加するにつれほぼ直線的に減少し、θ＝90度で０（ゼロ）となる。
【００４２】
本実施の形態では、(数２)に示した計算式、
【００４３】
【数２】
2014182117.tif 000004
【００４４】
すなわち、方位ごとの隣接パターン４０１３のエッジ４０１４までの距離ｑiとパターン高さhから算出した開口角θiをｇ(θ)に代入し、全方位分を加算した結果を「近接度」として用いる。近接度は、図６Ｂの部位Ｅのようにパターン６７１が孤立している場合には小さな値に、部位Ｆのようにパターン６７２が近接している場合には大きな値となる。
【００４５】
微細度、近接度は、着目点近傍のパターンレイアウトに応じた値となる。例えば、図１０Ａに示したｓｔａｒｔ点４１０からｅｎｄ点４１１に至る初期輪郭線４１２上の各点にて微細度と近接度を求めると、それぞれ、図１０Ｂ、図１０Ｃのようになる。以上のようにして算出された、局所的な二次元形状の特徴を表す指標値であるところの微細度と近接度は、図1ＢのＳ２０５において、ＳＥＭ波形ライブラリを参照するのに用いられる。
【００４６】
なお、ｆ(x)、ｇ(θ)は、ＳＥＭ画像の撮像条件（加速電圧、ビームの開き角、引き上げ電界の条件など）や、サンプルの材料によっても異なるので、予め、想定される全ての撮像条件、サンプル材料についてｆ(x)、ｇ(θ)を求めて記憶しておき、輪郭線抽出の対象となるＳＥＭ画像の撮像条件に応じ、該当するものを選択するという運用が望ましい。また、電子線シミュレーションは、モンテカルロ法を採用してもよいし、適当な理論モデル式を用いてもよい。
【００４７】
[Ｓ２０５の説明]
図１１Ａから図１２Ｂを参照して、ライブラリマッチングを行うステップ（図１ＢのＳ２０５）を説明する。
【００４８】
図１１Ｃは、ＳＥＭ波形ライブラリの構成を示したものである。図５Ｂに示した従来のＳＥＭ波形ライブラリにおいては二次元モデルパターンの概念がなかったが、本実施の形態では、図１１Ａの上面図に示した寸法a、及び、寸法bを様々に変えて、二次元モデルパターン１１０１および１１０２のバリエーションを持つ。寸法、ａ、ｂを様々に変えることによって、微細度、近接度のバリエーションが得られる。例えば、図１１Ｂの上面図に示した二次元モデルパターン１１１１(残しパターン)および１１１２(抜きパターン)は、図１１Ａの上面図に示した二次元モデルパターン１１０１(残しパターン)及び１１０２(抜きパターン)と比べると、残しパターンである二次元モデルパターン１１１１の寸法aが大きく、抜きパターンである二次元モデルパターン１１１２の寸法bが小さいので、微細度はより小さく、近接度はより大きい。ＳＥＭ波形の計算を行う箇所（モンテカルロシミュレーションにおいて電子線を打ち込む範囲）は図１１Ａの側面図に示した区間４６０又は図１１Ｂの側面図に示した区間４６５である。ＳＥＭ波形の計算を行うエッジ部の断面形状（例えば側壁傾斜角４６１）を変化させることで、断面形状のバリエーションを得る。結果として、図１１Ｃのように、二次元パターン別に、断面形状（１１４１〜１１４４）に関連づけられたＳＥＭ波形（１１３１〜１１３４）から構成されるようになる（図では、同じ二次元パターンが一つのドラム（１１２１）に格納されている）。各二次元パターンには、微細度と近接度が関連づけられる。
【００４９】
図１Ｂのライブラリマッチングを行うステップ（Ｓ２０５）に入力されるのは、Ｓ２０２で作成された着目点の局所信号波形、および、Ｓ２０３で算出された着目点の二次元形状の特徴を表す指標値（本実施の形態では、微細度と近接度）である。一方、ライブラリ２０４の各メンバには、断面形状と二次元形状の指標値（本実施の形態では、微細度と近接度）が関連づけられている。Ｓ２０５においては、ライブラリの中から二次元形状の指標値が合致するサブセットを抽出した後に、そのサブセットに含まれるライブラリ波形とＳ２０２で作成された局所信号波形との比較を行い、もっとも波形が合致するものを選択する。比較方法としては、波形の差の二乗和を評価値として、これが最小となる波形を選択するといった方法をとる。概念的には、図１１Ｃにおいて、ドラム１１２１〜１１２５の中から何れかを選択した後に、この選択したドラムに含まれるメンバを選択するという手順である。選択処理においては必要に応じて補間を行う。例えば、側壁傾斜角が１度刻みのＳＥＭ波形ライブラリの場合に側壁傾斜角が87.5度のライブラリ波形を得るには、87度のライブラリ波形と88度のライブラリ波形を補間するといった具合である。
【００５０】
なお、ＳＥＭ信号波形１１３１〜１１３４は、撮像条件（加速電圧、ビームの開き角、引き上げ電界の条件など）や、サンプルの材料によって異なるので、撮像条件、サンプル材料ごとのライブラリを必要とする。計算機シミュレーションによるＳＥＭ信号波形の計算は、相応の時間を要するので、予め作成しておくという運用が望ましい。
【００５１】
図１２Ａ及び図１２Ｂは二次元パターンのバリエーションの他の例である。図１１Ａ及び図１１Ｂの上面図では、残しパターンであるパターン部１１０１及び１１１１、抜きパターンである基板部１１０２及び１１１２をそれぞれ正方形で表現したが（この場合、図形パラメタはaとbの２個）、図１２Ａのようにパターン部１２０１(残しパターン)と基板部１２０２(抜きパターン)とをそれぞれ長方形で表現してもよい（この場合の図形パラメタは、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの４個なる）。あるいは、図１２Ｂのようにパターン部１２１１(残しパターン)と基板部１２１２(抜きパターン)とをそれぞれ半円で表現してもよい。要は、図形パラメタを連続的に変化させることによって、微細度、近接度を連続的に変化させられることが重要である。
【００５２】
図２０Ａ及び図２０Ｂは二次元パターンのバリエーションの他の例である。図２０Ａに示した二次元パターン２０１０は、パターン部（残しパターン）２０１１を正方形で表して、基板部（抜きパターン）２０１２はパターン部２０１１の周囲を囲む矩形の枠のような形で設けものである。図２０Ｂに示した二次元パターン２０２０は、それの円形版であり、パターン部（残しパターン）２０２１を円形で表して、基板部（抜きパターン）２０２２はパターン部２０２１の周囲を囲む円形の枠のような形で設けものである。これらの場合、図形パラメタは、パターン部２０１１の正方形の１辺の長さあるいはパターン部２０２１の円の径（ｄ１）と、基板部２０１２又は２０２２の枠の幅（ｄ２）の２個である。
【００５３】
ここで、本実施の形態の効果を補足する。図６Ａ及び図６Ｂに示したように、ＳＥＭ信号波形Ｃ乃至Ｆはパターンの二次元的な形状や配置によって変化する。任意のパターンが相手の場合、二次元的な形状や配置のバリエーションは無限であるが、本実施の形態においては、微細度、近接度を媒介変数として用いることによって、どんなケースにも対応が可能である。
【００５４】
計測精度を最優先に考えるのであれば、図１１Ａ及び図１１Ｂ、あるいは図１２Ａ及び図１２Ｂ、あるいは、図２０Ａ及び図２０Ｂのような単純形状での代用を行わず、計測対象の二次元形状そのものを入力として電子線シミュレーションを行う方法も考えられるが、この場合、新規のパターンレイアウトに対応しようとする都度ライブラリを作成することが必要となる。本実施の形態によれば、計測精度が低下する可能性はあるものの、ライブラリの再作成が不要なので、運用面での使い勝手が大きく向上する。また、限られた二次元形状バリエーションですむので、ライブラリ規模を小さくできるので、ライブラリ作成時間が短縮できる。さらに、ＳＥＭ波形探索に要する時間が短くなるのでＳ２０５のステップに要する時間が短縮できるのもメリットである。
【００５５】
[Ｓ２０７の説明]
図１Ｂの輪郭線を求めるステップ（Ｓ２０７）に入力されるのは、Ｓ２０５で計算された各点の断面形状と、ユーザが指定する輪郭線検出の高さ（Ｓ２０６）である。Ｓ２０７では、各点の断面形状から、Ｓ２０6でユーザが指定した高さ（例えば、ボトム、トップ、１／２高さなど）におけるエッジ点の座標を求め、これを連結して輪郭線とする。図１３Ａはパターン１３０１、１３０２、１３０３、１３０４のＳＥＭ画像で、図１３Ｂは、図１３ＡのＳＥＭ画像から抽出したパターントップエッジ点を連結したトップ輪郭線１３１１と、パターンボトムのエッジ点を連結したボトム輪郭線１３１２である。
【００５６】
以上のようにして算出された輪郭線は、背景技術の項目で述べたように、例えば、ＯＰＣキャリブレーションに用いられる。図１４Ａにおいて、実線で示した４７１は設計データ、点線で示した４７２は露光シミュレーションによって得られた輪郭線（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ輪郭線）である。ＯＰＣキャリブレーションにおいては、ＳＥＭ画像から求めた輪郭線（ＳＥＭ輪郭線）と、Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ輪郭線の比較が行われる。図１４Ｂは、図１４Ａに示した小領域４７３における、ＳＥＭ輪郭線４７４とＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ輪郭線４７２及び設計データ４７１の状況である。ＳＥＭ輪郭線４７４とＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ輪郭線４７２の距離（４７５）の二乗和が最小になるよう、露光シミュレーション用パラメタがチューニングされる。
【００５７】
ここで、本実施の形態の効果をさらに補足する。Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ輪郭線４７２は、光学像に基づくので、光学像に対するスライス面をレジスト上部にとるか下部にとるかで、トップやボトムの輪郭線を得ることができる。従来のＳＥＭ輪郭線（図２の６２１）には所定高さの輪郭線という概念がないので、Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ輪郭線として、トップ、ボトムの輪郭線を出力しても意味がなかったが、本実施の形態によれば、図１３Ｂに示したように、ＳＥＭ輪郭線としてトップ輪郭線１３１１と、ボトム輪郭線１３１２とが算出できるので、トップ同士、あるいは、ボトム同士を比較することが可能となる。これにより、より厳密なＯＰＣキャリブレーションが実現できるようになる。
【００５８】
[入出力ＧＵＩ]
図１５は、輪郭線検出機能を実行するための入力用のＧＵＩ画面１５００の例である。このＧＵＩ画面１５００上に表示された方式表示領域５００にて輪郭線検出の方式を選択する。プロファイル取得区間幅指定領域５０１にはプロファイル取得区間の幅に対応する画素数（図２の６３１に相当）、プロファイル取得区間長指定領域５０２にはプロファイル取得区間の長さに対応する画素数(図２の６３０に相当)を入力する。ＳＥＭ波形ライブラリファイル選択部５０３にてＳＥＭ波形ライブラリファイルを選択、測長ＳＥＭ番号入力部５０４にて測長ＳＥＭの管理番号を入力する。また、画像撮像条件選択部５０５では画像の撮像条件（加速電圧など）を、パターン材料選択部５０６でパターン材料を、基板材料選択部５０７で基板材料をそれぞれ選択する。前述のように、ＳＥＭ波形ライブラリや、微細度、近接度の算出時に必要な関係式ｆ（ｘ）、ｇ（θ）は、撮像条件や試料の材料によって異なる。画像撮像条件選択部５０５、パターン材料選択部５０６、基板材料選択部５０７でそれぞれ選択することによって、該当するＳＥＭ波形ライブラリと、関係式がバス１２０を介して記憶装置１２１から呼び出される。パターン高さ入力部５０８で入力するパターン高さは、数２に示した密接度を計算するのに用いられる。輪郭線高さ入力部５０９で入力するＭＢＬ計測高さは、図１ＢのＳ２０６での入力に相当する。実行点指定部５１０では、初期輪郭線上の全点で、以上述べたようなモデルベース計測に基づくエッジ検出を行うか、抜粋点にて行うかを選択するものである。抜粋の方法指定部５１１では、抜粋する場合の方法、例えば、１０点ごとや、所定のエリア内といった指定を行う。結果出力dir指定部５１２は結果を出力するフォルダの指定である。
【００５９】
図１６は結果を出力するＧＵＩ画面１６００の例である。５２０は結果表示部で、出力内容選択部５２１で指定した出力内容に従って、結果が表示される。本例では、モデルベース計測輪郭線と、波形マッチングの確認にチェックが入っており、結果表示部５２０には先に図１３Ｂで説明した輪郭線が表示され、ポインティングデバイス５２３で指定した箇所における波形マッチング結果、すなわち、実波形５３１と計算波形５３２（ＳＥＭ波形ライブラリの波形）とを重ね合わせたグラフ５２２が画面１６１０に表示される。ＧＵＩ画面１６００と画面１６１０とは、並べて表示してもよいし、また、それぞれ画面を切り替えて表示するようにしてもよい。
【実施例２】
【００６０】
本実施の形態では、設計データを活用する。図１７Ａは、実施例２に係る輪郭線検出機能を備えた電子顕微鏡システムの全体構成を示す図、図１７Ｂは、実施例２に係る処理フローを示す図である。図１Ａに示した構成及び図１Ｂに示したフローと同じものについては、同じ番号を付してある。
【００６１】
図１Ａに示した第１の実施の形態の構成と異なるのは、設計データを用いた撮像レシピ作成のための演算部１３０と、専用のＧＵＩ機能を備えたディスプレィ１３１が加わった点である。測長ＳＥＭの撮像レシピを自動作成する方法については、例えば特許文献３に開示されている方法を適用することが可能である。第１の実施の形態では、撮像した画像が記憶装置１２１に蓄積されたが、第２の実施の形態では、画像と共に、撮像した画像に相当する部分の設計データ（部分設計データ）が蓄積される。
【００６２】
図１７Ｂは、演算部１２２に実施される輪郭線検出のフローである。図１Ｂに示した第１の実施の形態と異なるのは、Ｓ２２０、Ｓ２２１、Ｓ２２２の各ステップである。はじめに、ＳＥＭ画像と共に、撮像時に蓄積された部分設計データを入力する（Ｓ２２０）。部分設計データは、初期輪郭線抽出（Ｓ２２１）、及び、各点の二次元形状評価（Ｓ２２２）に用いる。
【００６３】
初期輪郭線抽出（Ｓ２２１）では、Ｓ２２０で入力した部分設計データをエッジ点探索における初期値として用いる。また、二次元形状評価（Ｓ２２２）については、第１の実施の形態においては、二次元形状の評価に初期輪郭線を用いたが（図７Ｂ参照）、本実施の形態においては、図１８Ａに示すようなＳＥＭ画像１８００に対応するパターンの設計データとして、図１８Ｂ及び図１８Ｃに示すように部分設計データ１８０１を用いる。図１８Ｃには、図１８Ｂの点線で囲んだ領域１８０２を拡大した図を示す。図１８Ｃで行う処理（着目点１８１０から、全方位について自パターン１８０１のエッジまでの距離と、隣接パターン１８０２エッジまでの距離を求める）は、第１の実施の形態で図７Ｃを用いて説明したものと同様である。
【００６４】
本実施の形態によれば、より安定な初期輪郭線抽出を実現することができる。初期輪郭線は、後段の処理における着目点となるものであり、これが安定に検出されなければ、後の処理が破綻してしまう。そういう意味で、初期輪郭線が安定に検出されることは非常に重要である。ＯＰＣキャリブレーションにおいては、通常、設計データに対して、露光シミュレーションを行う箇所が設定されるので、設計データを用いた撮像レシピを用いるのが効率的であり、そして、部分設計データがあるならば、それをＳ２２１、Ｓ２２２にて有効に活用することができる。また、Ｓ２２２の二次元形状評価のステップは、ＳＥＭ画像を取得する箇所が設計データ上に指定されてさえいれば実行可能なので、ＳＥＭ画像の撮像に先んじて予め実施しておくことも可能である。このようなシーケンスとすれば、図１７Ｂに示した一連の処理に要する時間を短縮することができ、計測のスループットが向上する。
【実施例３】
【００６５】
本実施の形態は、二次元形状を評価するステップ（図１ＢのＳ２０３）における処理内容の別の例である。第１の実施の形態では、図７Ｃに示したように着目点にて微細度と近接度を算出したが、本実施の形態では、図１９Ａに示すようなＳＥＭ画像から抽出した初期輪郭線のうち点線４８０で囲んだ領域について図１９Ｂに示すように、着目点４８１だけでなく、輪郭線の法線に沿った数箇所で微細度と近接度を算出する。４８２（三角マーク）は微細度を算出する箇所、４８３（四角マーク）は近接度を算出する箇所である。第１の実施の形態では、微細度と近接度はそれぞれ１個の数値であったが、本実施の形態ではそれぞれが配列となり、それぞれ図１９Ｃのグラフのように表わされる。この場合は、ＳＥＭ波形ライブラリ（図１Ｂの２０４）のメンバが有す二次元形状の特徴を表す指標値の持ち方も、同じように変更する。
【００６６】
本実施の形態によれば、二次元形状の特徴がより厳密に表現されるので、本発明が問題としている、パターンの二次元的な形状や配置によるＳＥＭ信号波形の変化の影響をより完全に排除することが可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
１００…電子光学系    １０８…検出器    １０９…Ａ/Ｄ変換器    １１０…画像入力部    １２０…バス    １２１…記憶装置    １２２…演算部    １２３…ディスプレイ    １３０…撮像レシピ作成のための演算部    １３１…専用のＧＵＩ機能を備えたディスプレイ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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