(57)【要約】【課題】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた回路パターンの寸法計測において、測長カーソルの測定領域を高精度で自動設定する。【解決手段】ＯＰＣパターン又はシミュレーションパターンの設計データが、実際に作成されるパターンにおいて直線（ライン）として形成されるか、又は、角部（コーナー）として形成されるかを推測する第１の機能と、直線として形成される領域に測長カーソルの計測領域を自動的に設定する第２の機能を有するパターン計測装置を提供する。【選択図】図９
2014025700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された回路パターンのうち寸法を計測する回路パターンを含む撮像領域の中心座標と、前記寸法を計測する回路パターンを含む前記基板上に形成された回路パターンの設計情報を入力する入力部と、
入力した前記撮像領域の中心座標と前記設計情報を用いて前記寸法を計測する回路パターンのエッジを含む計測対象領域を決定する計測対象領域決定部と、前記計測対象領域決定部で決定した計測対象領域を含む領域を撮像するための撮像領域と撮像条件を決定する領域・条件決定部を有する撮像条件決定部と、
前記撮像条件決定部で決定された前記回路パターンの寸法を計測するために撮像領域を撮像するための撮像シーケンスを設定する撮像シーケンス決定部と、
前記撮像条件決定部で決定した撮像条件と前記撮像シーケンス決定部で決定した撮像シーケンスに基づいて撮像した前記基板上に形成した回路パターンの画像を処理して前記寸法を計測する画像処理部とを有し、
前記計測対象領域決定部は、ＯＰＣパターン又はシミュレーションパターンの設計データが、実際に作成されるパターンにおいて直線として形成されるか、又は、角部として形成されるかを推測し、直線として形成される領域に測長カーソルの計測領域を自動的に設定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記回路パターンとしてＯＰＣパターンを用い、ＯＰＣパターンの設計データを直線と角部に分類し、直線に分類されたパターンの情報に基づいてＯＰＣパターンを矩形状の変形パターンに変形し、変形パターンについて測長カーソルの計測領域を自動的に決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記ＯＰＣパターンのうち隣り合う角部の間で最長の直線パターンを求めて延長し、当該直線パターンを接続して前記変形パターンを生成する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項４】
請求項２に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記変形パターンの角部を除き、測長カーソルの計測領域を決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項５】
請求項２に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記変形パターンを構成する線分のうち、寸法を測定する方向の２辺のうち同じ長さ及び同じ高さを有する部分線分を、測長カーソルの計測領域として決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項６】
請求項１に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記回路パターンとしてＯＰＣパターンを用い、ＯＰＣパターンの設計データを直線と角部に分類し、直線に分類されたパターンの情報に基づいてＯＰＣパターンを矩形状の変形パターンに変形し、その後、変形パターンとシミュレーションパターンの設計データを比較し、シミュレーションパターンのうち直線に対応する領域に測長カーソルの計測領域を自動的に決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記ＯＰＣパターンのうち隣り合う角部の間で最長の直線パターンを求めて延長し、当該直線パターンを接続して前記変形パターンを生成する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項８】
請求項６に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記変形パターンの角部を除き、測長カーソルの計測領域を決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項９】
請求項６に記載の回路パターン計測装置において、
前記計測対象領域決定部は、前記変形パターンを構成する線分のうち、寸法を測定する方向の２辺のうち同じ長さ及び同じ高さを有する部分線分を、測長カーソルの計測領域として決定する
ことを特徴とする回路パターン計測装置。
【請求項１０】
基板上に形成された回路パターンのうち寸法を計測する回路パターンを含む撮像領域の中心座標と、前記寸法を計測する回路パターンを含む前記基板上に形成された回路パターンの設計情報を入力する工程と、
入力した前記撮像領域の中心座標と前記設計情報を用いて前記寸法を計測する回路パターンのエッジを含む計測対象領域を決定するとともに、決定された計測対象領域を含む領域を撮像するための撮像領域と撮像条件を決定する工程と、
前記回路パターンの寸法を計測するために撮像領域を撮像するための撮像シーケンスを設定する工程と、
決定された撮像条件と撮像シーケンスに基づいて撮像した前記基板上に形成した回路パターンの画像を処理して前記寸法を計測する工程とを有し、
前記計測対象領域を決定する工程として、ＯＰＣパターン又はシミュレーションパターンの設計データが、実際に作成されるパターンにおいて直線として形成されるか、又は、角部として形成されるかを推測し、直線として形成される領域に測長カーソルの計測領域を自動的に設定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記回路パターンとしてＯＰＣパターンを用い、ＯＰＣパターンの設計データを直線と角部に分類し、直線に分類されたパターンの情報に基づいてＯＰＣパターンを矩形状の変形パターンに変形し、変形パターンについて測長カーソルの計測領域を自動的に決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記ＯＰＣパターンのうち隣り合う角部の間で最長の直線パターンを求めて延長し、当該直線パターンを接続して前記変形パターンを生成する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記変形パターンの角部を除き、測長カーソルの計測領域を決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記変形パターンを構成する線分のうち、寸法を測定する方向の２辺のうち同じ長さ及び同じ高さを有する部分線分を、測長カーソルの計測領域として決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記回路パターンとしてＯＰＣパターンを用い、ＯＰＣパターンの設計データを直線と角部に分類し、直線に分類されたパターンの情報に基づいてＯＰＣパターンを矩形状の変形パターンに変形し、その後、変形パターンとシミュレーションパターンの設計データを比較し、シミュレーションパターンのうち直線に対応する領域に測長カーソルの計測領域を自動的に決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記ＯＰＣパターンのうち隣り合う角部の間で最長の直線パターンを求めて延長し、当該直線パターンを接続して前記変形パターンを生成する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記変形パターンの角部を除き、測長カーソルの計測領域を決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の回路パターン計測方法において、
前記計測対象領域を決定する工程は、前記変形パターンを構成する線分のうち、寸法を測定する方向の２辺のうち同じ長さ及び同じ高さを有する部分線分を、測長カーソルの計測領域として決定する
ことを特徴とする回路パターン計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上の任意の評価ポイントを撮像して、回路パターンの任意の寸法を自動的に計測する機能を備えるパターン計測装置及び方法に関する。より具体的には、実ウェハを用いることなく、回路パターンの設計データだけを用いて計測レシピを自動生成する機能を備える走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）及び方法に関する。ここでの計測は、例えばラインパターン幅の計測、ラインパターン間のギャップの計測をいう。また、計測レシピは、評価ポイントの撮像方法、所望のパターン寸法を計測するための測長カーソルの位置や形状、測長方法も指定する。
【背景技術】
【０００２】
まず、配線パターンの一般的な形成手順を説明する。配線パターンの形成は、半導体ウェハの表面に、レジストと呼ばれる塗布材を塗布することから開始される。次に、レジストの上方に配線パターンの露光用マスク（レチクル）を重ね、その上から可視光線、紫外線又は電子ビームを照射してレジストを感光（露光）する。この後、レジストを現像し、半導体ウェハの表面に、レジストを材料とする配線パターンを形成する。続いて、このレジストの配線パターンをマスクに用いて半導体ウェハをエッチング加工し、最終的な配線パターンを形成する。
【０００３】
この際、レジストで形成される配線パターンの形状は、照射する可視光線、紫外線又は電子ビームの強度や絞りに応じ変化する。このため、高精度で配線パターンを形成するためには、パターンの出来栄えを検査する必要がある。この検査には、従来から測長走査型電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）が広く用いられている。
【０００４】
パターン形状の評価のために撮像されるＳＥＭ画像の座標は、一般に、評価ポイントと呼ばれる。本明細書では、以下「ＥＰ」という。ＥＰの与え方には、ユーザが指定する方法、検査を要する半導体パターンのホットスポット（危険ポイント）の座標を与える方法等がある。ホットスポットの座標は、露光シミュレーション等により推定することができる。ＥＰの決定後、ＥＰのＳＥＭ画像を取得してパターンの配線幅などの各種寸法値を計測し、これらの寸法値からパターンの出来栄えを評価する。評価結果はマスクパターンの形状補正や半導体製造プロセス条件にフィードバックされ、高い歩留まりを実現するために使用される。
【０００５】
通常、ＥＰのＳＥＭ画像の撮像には、当該ＳＥＭ画像を少ない撮像位置ずれ量、かつ、高画質で撮像するために、後述する様々な調整ポイントが設定される。なお、後述する調整ポイントの全てを必ずしも使用するわけではない。調整ポイントには、アドレッシングポイント（以下「ＡＰ」という）、オートフォーカスポイント（以下「ＡＦ」という）、オートスティグマポイント（以下「ＡＳＴ」という）、及びオートブライトネス・コントラストポイント（以下「ＡＢＣＣ」という）がある。それぞれの調整ポイントでは、アドレッシング、オートフォーカス調整、オートスティグマ調整、オートブライトネス・コントラスト調整が行われ、これらの調整の後、ＥＰのＳＥＭ画像が撮像される。
【０００６】
アドレッシングでは、事前に登録テンプレートとして登録された座標既知のＡＰにおけるＳＥＭ画像と、実際の撮像シーケンスで観察されたＳＥＭ画像（実撮像テンプレート）とをマッチングし、そのずれ量を、撮像による位置ずれ量として補正する。
【０００７】
本明細書では、前述の評価ポイント（ＥＰ）、調整ポイント（ＡＰ、ＡＦ、ＡＳＴ、ＡＢＣＣ）をまとめて撮像ポイントという。ＥＰの位置、撮像条件、ＥＰを撮像するための撮像シーケンスと各調整ポイントの撮像条件、調整方法、及び登録テンプレートは、撮像レシピとして管理される。ＳＥＭは、撮像レシピに基づいてＥＰを撮像する。
【０００８】
ＥＰに対応するＳＥＭ画像が取得されると、ＳＥＭは、当該画像内の計測すべき撮像ポイント（以下「ＭＰ」という）について、半導体パターンの所望の寸法を計測する。
【０００９】
従来、レシピの生成は、オペレータがマニュアルで行っており、労力と多くの時間を必要とする。また、各種の調整ポイントの決定や登録テンプレートの登録には、半導体ウェハを低倍率で実際に撮像する必要がある。このため、レシピの生成が、ＳＥＭ装置の稼働率低下の一因となっている。更に、パターンの微細化・複雑化に伴い、今日、評価を要するＥＰの点数は爆発的に増加する傾向にある。これに伴い、レシピのマニュアルによる生成は、労力、生成時間の観点から非現実的であり、最近では設計データによりレシピを自動生成する手法が主流となりつつある。この種の手法を記述する文献には、例えば特許文献１及び２がある。
【００１０】
特許文献１には、設計データを用いてＥＰ内に存在するパターンを計測するための測長カーソルの生成及び測長方法の選択又は設定を自動的に実行してレシピを生成し、生成されたレシピを用いて撮像及び計測を行うことが記載されている。
【００１１】
特許文献２には、設計データを用いてＥＰ内に存在するパターンを計測するための測長カーソルについて、２本の線分に接続される角部の近傍を含まないように測定領域を設定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−２４３９９３号公報
【特許文献２】特開２００９−３６５７２号公報
【特許文献３】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】
【００１３】
近年、半導体集積回路のパターンの微細化が著しく、これに伴い、フォトリソグラフィ技術における光の近接効果が問題となっている。光の近接効果とは、マスクパターンを露光して転写する場合に、マスクパターンの形状とは異なるパターンが形成される現象をいう。この現象が生じる理由は、パターン幅が微小化すると、光の回折効果の影響が現れるからである。
【００１４】
このため、昨今では、光の近接効果を排除して所望のパターンを得るための補正が、マスクパターンに施されている。この補正は、光の近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）と称される。ＯＰＣ技術は、マスクパターンを透過して半導体ウェハ上に縮小投影される像の光強度分布を計算し、又は、ルール化し、マスクパターンのデータを変更することをいう。ＯＰＣにより、半導体ウェハ上に、設計データ通りの所望のパターンを作成することができる。一般には、ＯＰＣ技術により変更されたマスクパターンをＯＰＣパターンと呼ぶ。
従来技術は、ＯＰＣパターンに対して、２本の線分に接続される角部の近傍を含まないように測定領域を設定する。
【００１５】
しかし、半導体集積回路のパターンの微細化に伴い、ＯＰＣパターンが複雑化しており、ＯＰＣパターンの直線部分と角部が、実際に形成された半導体ウェハの配線パターンの直線部分と角部に対応しない場合がある。例えばＯＰＣパターンの２本の線分に接続される角部が微小であれば、その角部は半導体ウェハの配線パターン上では直線部分となる。このため、ＯＰＣパターンの角部の近傍を含むように、計測領域を設定すべき場合がある。よって、従来技術では、レシピ自動生成後にオペレータによるレシピの修正が必要である。
【００１６】
また、測長カーソルの生成は、なるべく半導体ウェハ上に形成される実際のパターン形状に近いパターンに基づいて行うのが有効である。このため、リソシミュレータ(リソグラフィシミュレータ)やリソシミュレータを簡易的に模した形状変形等により生成した、シミュレーションパターンを用いて測長カーソルを生成する方法が有効である。しかし、シミュレーションパターンから測定領域を設定する具体的な方法は、現在、提案されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、ＯＰＣパターン又はシミュレーションパターンの設計データを用いてウェハレス・オフライン（ＳＥＭ装置を使わずに）かつ自動的に計測レシピを作成する機能を有するパターン計測装置及び方法を提供する。
【００１８】
本発明は、ＯＰＣパターン又はシミュレーションパターンの設計データが、実際に作成されるパターンにおいて直線（ライン）として形成されるか、又は、角部（コーナー）として形成されるかを推測する第１の機能と、直線として形成される領域に測長カーソルの計測領域を自動的に設定する第２の機能を有するパターン計測装置を提供する。
【００１９】
より具体的には、一つの発明は、ＯＰＣパターンの設計データを直線（ライン）と角部（コーナー）に分類する第１の機能と、直線に分類されたパターンの情報に基づいてＯＰＣパターンを矩形状の変形パターンに変形する第２の機能と、変形パターンについて測長カーソルの計測領域を自動的に決定する第３の機能を有する。
【００２０】
別の一つの発明は、ＯＰＣパターンの設計データを直線（ライン）と角部（コーナー）に分類する第１の機能と、直線に分類されたパターンの情報に基づいてＯＰＣパターンを矩形状の変形パターンに変形する第２の機能と、変形パターンとシミュレーションパターンの設計データを比較し、シミュレーションパターンのうち直線に対応する領域に測長カーソルの計測領域を自動的に決定する第３の機能を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＯＰＣパターンが複雑な場合でも、高精度でパターンを計測可能なレシピを自動的に作成することが可能となる。前述以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の概要を示す図。
【図２】（ａ）は半導体ウェハに電子線を照射している状態を説明する図。（ｂ）は電子線の照射により半導体ウェハから放出された電子と画像を構成する各画素との関係を示す図。
【図３】（ａ）はＳＥＭによる撮像シーケンスを示すフローチャート。（ｂ）は低倍画像上に設定される各種の視野位置の一例を示す図。
【図４】レシピ自動生成処理の全体を示すフローチャート。
【図５】計測パターンに測長カーソルを用いる例を示す図。
【図６】ＯＰＣパターンに対する測長カーソルの計測領域の最適化手順を示すフローチャート。
【図７】計測対象の探索例を示す図。
【図８】計測対象パターンの分類例を示す図。
【図９】ＯＰＣパターンに対する変形パターンの生成工程を説明する図。
【図１０】変形パターンに対する測長カーソルの計測領域の最適化例を示す図。
【図１１】測長カーソルの計測領域をＹ方向に最適化する例を示す図。
【図１２】測長カーソルの計測領域をＸ方向に最適化する例を示す図。
【図１３】シミュレーションパターンに対する測長カーソルの計測領域の最適化手順を示すフローチャート。
【図１４】シミュレーションパターンに対する測長カーソルの計測領域の最適化例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００２４】
［概要］
前述したように、近年では、半導体集積回路のパターンの微細化に伴い、光の近接効果の影響が顕著になっており、この影響を排除するためにＯＰＣ技術等が導入されている。ところが、ＥＰの点数は爆発的に増加しており、測定レシピのマニュアルでの生成が非現実的になっている。
【００２５】
そこで、半導体ウェハ上に形成するパターンの設計情報である回路設計データ（以下「ＣＡＤデータ（Computer Aided Design）」ともいう）に基づいて、ＥＰ内に存在するパターンを計測するための測長カーソルの生成及び測長方法の選択又は設定を自動化できる半導体検査システムが望まれている。ここで、測長長方法の選択又は設定とは、具体的には、測長アルゴリズムや測長パラメータの選択又は設定をいう。
【００２６】
回路設計データに基づいてＥＰ内に存在するパターンを計測するための測長カーソルを生成するためには、ＥＰ内に存在するパターンに対し、計測対象領域を設定する必要がある。ライン幅を計測する場合、リソグラフィの改造限界によりパターンの角部はマスクパターンに対して丸まってしまう場合がある。計測対象領域に角部が含まれると、正確な測定が得られないため、角部分を除いて計測領域を設定する必要がある。
【００２７】
しかし、複雑なＯＰＣパターンやシミュレーションパターンの場合、半導体ウェハ上に形成される実際のパターン形状において角となる部分と直線となる部分を推定することは困難であり、計測対象領域を設定することが難しい。特に、ＯＰＣパターンについては、ＯＰＣパターンの角部が実際のパターンでは直線部になる場合やその逆にＯＰＣパターンの直線部が実際のパターンでは角部になる場合がある。
【００２８】
そこで、実施例に係るパターン計測装置では、以下の手法により、測長カーソルの計測対象領域を自動的に算出し、生成された計測レシピに基づいてパターン寸法を計測する機能を備えるＳＥＭ装置及びその方法について説明する。
【００２９】
（１）HotSpot抽出等で予め選択された測長ポイントに基づいて、ＥＰ内のパターンを計測するための計測レシピを生成する。計測レシピの生成処理では、（a1）ＥＰ内で計測すべきポイント（ＭＰ）の測長種、(a2)測長カーソルの座標（位置）、（a3）測長カーソルの形状、(a4)測長カーソルの測長方法の自動算出と、算出結果の登録処理が行われる。
【００３０】
（２）因みに、入力情報としては、(b1)ＥＰ座標、(b2)ＥＰを含む回路パターンの設計データ、(b3)ＥＰ属性、(b4)測長種／ＭＰを推定するため推定ルールや推定のための処理パラメータに関するデフォルト値、(b5)測長種／ＭＰに関するユーザ要求が与えられる。また、出力情報としては、(a1)〜(a4)の任意のパラメータの組合せが与えられる。
【００３１】
以下、図面を用い、ＯＰＣパターン又はシミュレーションパターンの設計データを用いて、測長カーソルの計測対象領域を自動で設定する手法、装置、及びプログラムの具体的な内容について説明する。
【００３２】
［ＳＥＭの構成］
図１に、試料の二次電子像（ＳＥ（Secondary Electron）像）又は反射電子像（ＢＳＥ（Backscattered Electron）像）を取得するＳＥＭの構成を示す。本明細書では、ＳＥ像とＢＳＥ像を総称してＳＥＭ画像と呼ぶ。本明細書のＳＥＭ画像は、測定対象を垂直方向から電子ビームを照射することにより得られるトップダウン画像、又は、任意の傾斜角方向から電子ビームを照射することにより得られるチルト画像の一部又は全てを含む。
【００３３】
電子光学系１０２は、その内部に、一次電子１０４を発射する電子銃１０３を備える。電子銃１０３から発射された一次電子１０４は、コンデンサレンズ１０５で細く絞られた後、ステージ１１７上に置かれた半導体ウェハ１０１上の任意の位置で焦点を結ぶように、偏向器１０６及び対物レンズ１０８を通過する。
【００３４】
半導体ウェハ１０１上の一次電子１０４の照射位置からは、２次電子と反射電子が放出される。半導体ウェハ１０１から放出された２次電子は、ＥｘＢ偏向器１０７によって一次電子１０４の軌道から分離され、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及び１１１により検出される。反射電子検出器１１０及び１１１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で検出された２次電子及び反射電子検出器１１０、１１１で検出された反射電子は、Ａ／Ｄ変換機１１２、１１３及び１１４でデジタル信号に変換され、処理・制御部１１５に入力され。この後、半導体ウェハ１０１の表面情報を含むデジタル信号は、画像メモリ１２２に格納され、ＣＰＵ１２１で目的に応じて画像処理される。
【００３５】
なお、処理・制御部１１５には、データベース１２３が接続される。また、処理・制御部１１５には、処理端末１１６（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）が接続されており、ユーザに対して画像等を表示する、又はユーザからの入力を受け付けるＧＵＩ（Graphic User Interface）を表示する。
【００３６】
また、処理・制御部１１５には、偏向制御部１２０と、ＸＹステージ１１７のステージチルト角１１８を制御するステージコントローラ１１９が接続される。ＸＹステージ１１７は、一次電子１０４の照射位置に対して半導体ウェハ１０１を移動させ、半導体ウェハ１０１の任意の位置の画像撮像を可能にする。ＸＹステージ１１７により撮像位置を変更することをステージシフトと呼び、偏向器１０６による一次電子１０４の偏向により観察位置を変更することをビームシフトと呼ぶ。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い。逆に、ビームシフトは、可動範囲は狭いが撮像位置の位置決め精度が高い。
【００３７】
因みに、図１では、反射電子像の検出器を２つ備える例を示しているが、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。
【００３８】
［電子線像の画像化方法］
図２に、半導体ウェハ２０７の表面を一次電子１０４で走査することで放出される電子の信号量を画像化する方法を示す。（ａ）では、ｘ方向に走査される電子線を２０１〜２０３で示し、ｙ方向に走査される電子線を２０４〜２０６で示す。一次電子１０４の偏向方向を変更することにより、電子線の走査方向を変化させることができる。ｘ方向に走査された電子線２０１〜２０３により照射された半導体ウェ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により照射された半導体ウェハ上の場所をそれぞれＧ４〜Ｇ６で示す。Ｇ１〜Ｇ６から放出された電子の信号量は、それぞれ（ｂ）に示す画像フレーム２０９の画素Ｈ１〜Ｈ６の明度値に対応する。場所Ｇと画素Ｈに対する添字１〜６は互いに対応する。画像フレーム２０９の座標系２０８は、画像フレームのｘ、ｙ方向を示している。このように、視野内を一次電子１０４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、同じ要領で同じ視野内を何回か走査することにより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。
【００３９】
［調整ポイント］
処理・制御部１１５（図１）は、ＣＰＵ１２１と画像メモリ１２２を備えるコンピュータシステムであり、レシピに基づいて撮像ポイント（ＭＰ）を撮像するため、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、又は半導体ウェハ１０１上の任意の撮像ポイントにおける撮像画像に対して各種の画像処理等を実行する。
【００４０】
ここでの撮像ポイント（ＭＰ）は、アドレッシングポイント（ＡＰ）、オートフォーカスポイント（ＡＦ）、オートスティグマポイント（ＡＳＴ）、オートブライトネス・コントラストポイント（ＡＢＣＣ）、評価ポイント（ＥＰ）の一部又は全てを含む。
【００４１】
処理・制御部１１５は、後述する方法によりレシピを生成し、生成されたレシピに基づいてＳＥＭ装置を制御することにより、ＥＰを撮像し、所望のパターン寸法を計測する。これらの処理・制御の一部又は全ては異なる複数台の処理端末に割り振って処理・制御することも可能である。処理・制御の詳細は、図３を用いて説明する。また、データベース１２３は、処理・制御部１１５における撮像・計測レシピ生成の入力となるＥＰの座標や半導体ウェハ１０１上に形成される半導体回路パターンの設計レイアウト情報（以下「設計データ」という）を格納するデータベースである。また、データベース１２３には、計測結果や処理・制御部１１５において生成したレシピを保存・共有することも可能である。
【００４２】
図１に示すＳＥＭ装置を用い、測定対象を任意の傾斜角方向から観察したチルト画像を得る方法には、（１）電子光学系より照射する一次電子１０４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（例えば特許文献３）、（２）半導体ウェハ１０１を移動させるステージ１１７自体を傾斜させる方式（図１においてはステージチルト角１１８でステージ１１７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等がある。
【００４３】
以下、図３の（ａ）に基づいて、ＡＰ、ＡＦ、ＡＳＴ、ＡＢＣＣ、ＥＰの撮像を含む撮像シーケンスの代表例を説明する。
【００４４】
まず、ステップ３０１において、試料である半導体ウェハ１０１をＳＥＭ装置のステージ１１７上に取り付ける。次のステップ３０２において、光学顕微鏡等で半導体ウェハ１０１上のグローバルアライメントマークを観察し、半導体ウェハ１０１の原点ずれやウェハの回転を補正する。この補正動作をグローバルアライメントという。
【００４５】
ステップ３０３では、処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいてステージ１１７を移動し、撮像位置をＡＰに移動して撮像し、アドレッシングのパラメータを求め、求められたパラメータに基づいてアドレッシングを行う。ここで、アドレッシングについて説明を加える。ＥＰを観察する場合、ステージシフトにより直接ＥＰを観察しようとすると、ステージの位置決め精度により、大きく撮像位置がずれてしまう危険性がある。そこで、位置決め用として、予め撮像ポイントの座標値とテンプレート（撮像ポイントのパターン。データ形式はＳＥＭ画像でも設計データでもよい）とが与えられたＡＰをステージシフトにより観察する。テンプレートはレシピに登録されるので、以下、登録テンプレートと呼ぶ。
【００４６】
ＡＰは、ＥＰの周辺領域（ビームシフトにより移動可能な範囲）から選択する。また、ＡＰは、ＥＰに対して一般に低倍視野内にある。このため、多少の撮像位置ずれに対しても、登録テンプレート内のパターンの全てが視野外となる危険性は低い。そこで、ＡＰの登録テンプレートと、実際に撮像されたＡＰのＳＥＭ像（実撮像テンプレート）とをマッチングすることにより、ＡＰにおける撮像ポイントの位置ずれ量を推定することができる。ＡＰ及びＥＰの座標値は既知なので、ＡＰ−ＥＰ間の相対変位ベクトルを求めることができ、かつ、ＡＰにおける撮像ポイントの位置ずれ量も前述のマッチングにより推定することができる。このため、相対変位量から位置ずれ量を差し引くと、実際に移動すべきＡＰ撮像位置からＥＰまでの相対変位ベクトルが分かる。相対変位ベクトル分だけ、位置決め精度の高いビームシフトによって移動することにより、高い座標精度でＥＰを撮像することが可能となる。
【００４７】
次のステップ３０４では、処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいて、ビームシフトにより撮像位置をＡＦに移動して撮像し、オートフォーカス調整のパラメータを求め、求められたパラメータに基づいてオートフォーカス調整を行う。本実施例では、ＥＰを鮮明に撮像するためのオートフォーカス処理がステップ３０４において行われているが、同様にＡＰを鮮明に撮像するためのＡＦをステップ３０３の前に配置し、ＡＦを用いたオートフォーカス処理をＡＰ撮像前に行う等のバリエーションがあり得る（後述するＡＳＴ、ＡＢＣＣに関しても同様）。
【００４８】
次のステップ３０５では、処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいて、ビームシフトにより撮像位置をＡＳＴに移動して撮像し、オートスティグマ調整（非点収差補正）のパラメータを求め、求められたパラメータに基づいてオートスティグマ調整を行う。
【００４９】
次のステップ３０６では、処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいて、ビームシフトにより撮像位置をＡＢＣＣに移動して撮像し、ブライトネス・コントラスト調整のパラメータを求め、求めたパラメータに基づいてオートブライトネス・コントラスト調整を行う。例えば二次電子検出器１０９における（光電子増倍管）の電圧値等のパラメータを調整し、例えば画像信号の最も高い部分と最も低い部分がフルコントラスト又はそれに近いコントラストになるように調整する。これにより、ＥＰ撮像時に適切な明度値及びコントラストをもつ鮮明な画像の取得が可能になる。
【００５０】
最後のステップ３０７では、ビームシフトにより撮像ポイントをＥＰに移動して撮像し、設定された計測条件でパターンの測長を行う。
【００５１】
図３の（ｂ）に、ＥＰを中心座標とする低倍率像３０８（ＥＰからビームシフト可能領域）内に配置されるＥＰ３０９、ＡＰ３１０、ＡＦ３１１、ＡＳＴ３１２、ＡＢＣＣ３１３のテンプレート位置の一例を点線枠で図示する。なお、前述したステップ３０３、３０４、３０５、３０６は、場合によっては、一部又は全てが省略される、又はステップ３０３、３０４、３０５、３０６の順番が任意に入れ替わる、又はＡＰ、ＡＦ、ＡＳＴ、ＡＢＣＣの座標で重複するものがある（例えばオートフォーカス、オートスティグマを同一箇所で行う）等のバリエーションがあり得る。
【００５２】
［レシピ自動生成処理フロー］
続いて、ＳＥＭ装置によるレシピの自動生成方法の概略を説明する。レシピ生成時間の短縮及びオペレータの負担軽減を図るには、自動化率の向上が不可欠であり、そのためには、オペレータがマニュアル生成したレシピと同等又はそれ以上の性能をもつレシピをいかに自動かつ高速に生成できるかが課題である。図４に処理フローを示す。
【００５３】
（データ入力）
まず、処理・制御部１１５は、ＥＰの座標と半導体回路パターンの設計データを入力する（ステップ４０１、４０２）。
【００５４】
ＥＰの座標には、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に基づいて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。ＥＰの座標は、ユーザ自身の判断により（必要に応じて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。更に、ＥＰの属性情報が得られる場合もあり、必要に応じて属性情報を入力することもできる（ステップ４０３）。属性情報には、ＥＰにおいて発生し得る不良の候補（以下「不良候補」という）等が挙げられる。不良候補とは、ＥＰにおいて、例えばパターン同士が連結する可能性がある（bridging）、又はパターンが細る若しくは断線する可能性がある（necking）等の不良モードである。ここでは、ＥＤＡツール等の解析結果を参照しながら発生する可能性が最も高い不良候補を入力する。もっとも、ユーザが特に回避したいと考える不良候補を入力することもできる。不良候補は一つのＥＰについて複数入力することもできる。
【００５５】
（測長種推定／ＭＰ推定ステップ）
ステップ４０７において、計測レシピ生成部４０６は、各ＥＰ毎に測長種又はＭＰの座標を推定する。後述するステップ４０８において、測長カーソルを生成するためには、ＥＰ内のどこに計測すべきパターンがあり、かつ、計測したいパターンにおいてどのような計測がしたいかが分からなければならない。ＭＰ座標の推定に関して、ＥＰ座標（ＥＰ領域の中心座標）がＭＰ座標と一致する場合もあるが、一致しない場合やＥＰ内に複数のＭＰが存在する場合もある。また、ＭＰ座標がユーザからの入力等によって与えられたとしても、座標値に誤差が含まれる可能性がある。そこで、計測レシピ生成部４０６は、ＥＰの座標データとＥＰを含む回路パターンの設計データに基づいてＭＰ座標を計算機内で推定する。また、測長種とは、ＭＰにおける計測のバリエーションであり、具体的には、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形状の計測等が挙げられる。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。
【００５６】
測長種／ＭＰの決定において、計測レシピ生成部４０６は、ステップ４０３において入力した不良候補等のＥＰ属性情報を考慮しながら、ユーザのＥＰにおけるパターン形状の管理意図を反映するように、計測ツールであるＳＥＭがどのようにＭＰを計測するか（すなわち測長種）を決定する。測長種／ＭＰを計算機内で推定するための推定ルールは、システム内部に用意された推定ルールや推定のための処理パラメータに関するデフォルト値を必要に応じて入力される（ステップ４０４）。また、測長種／ＭＰに関するユーザの要求仕様（例えば、「なるべく設計上の寸法値が小さい部位を計測して欲しい」又は「こういうパターンに対しては、この部位を計測して欲しい」という具体的な要求等）も必要に応じて入力される（ステップ４０５）。
【００５７】
（測長カーソル生成／測長方法決定ステップ）
ステップ４０８において、計測レシピ生成部４０６は、測長カーソルの生成や測長方法の選択や決定を行う。測長カーソルの生成において、計測レシピ生成部４０６は、設計データ上で測長カーソルの位置と形状を決定する（測長カーソルは設計データと座標がリンクしている）。測長方法の決定とは、具体的には、測長アルゴリズムや測長パラメータの決定である。測長方法の選択又は設定は、必要に応じ、測長種や計測対象のパターンの形状やパターン輪郭線の向き等の情報も考慮しながら行われる。
【００５８】
（ＳＥＭ撮像条件決定ステップ）
ステップ４０９において、計測レシピ生成部４０６は、ＥＰにおけるＳＥＭの撮像条件を決定する。ＳＥＭ撮像条件には少なくとも電子ビームの走査方向を含む。ＳＥＭ画像の生成するための電子ビームの二次元走査では、ラスタスキャンが一般的である。しかし、例えばＸ方向に連続的な電子ビームスキャンをＹ方向に離散的にずらしながら複数回行うことで二次元領域のスキャンを行う場合と、Ｙ方向に連続的な電子ビームスキャンをＸ方向に離散的にずらしながら複数回行うことで二次元領域のスキャンを行う場合とでは、得られるＳＥＭ画像が異なる。そのため、ＥＰ内における計測部位や計測方向を考慮して、計測に有利なＳＥＭ画像が得られるスキャン方式を自動設定することが有効である。スキャン方式はＸ又はＹ方向に平行なスキャンに限らず、斜め方向のスキャンやＥＰ内の場所によってスキャン方向が異なる等のバリエーションがあり得る。
【００５９】
（ＥＰ撮像範囲／座標最適化ステップ）
ステップ４１０において、計測レシピ生成部４０６は、ＥＰの撮像範囲や座標の最適化を行う。撮像範囲は、ユーザが見たい範囲という観点の他に、ＭＰにおいて所望の部位の計測が良好な計測精度で実現されるという観点からも決定されなければならない。そのため、撮像範囲は計測精度の観点から少なくとも必要とされる測長カーソルの範囲を含むように設定される必要がある。ユーザが与えたＥＰの座標は、必要に応じて変更することが可能である。ＥＰ座標の最適化は、（a）ＥＰの座標や撮像範囲の変更、（b）複数ＥＰの視野をマージした一つのＥＰの新たな設定、（c）一つのＥＰの視野の分割による複数のＥＰの設定の全て又はそれらの任意の組み合わせを含む。それぞれの処理内容や効果について次に具体例を示す。
【００６０】
（a）について
ＭＰ（あるいは計測に要する測長カーソル等を含む撮像領域）の位置が分かると、ＭＰに対してＥＰの中心がずれているか否かを判別することができる。中心がずれている場合、ＥＰの視野をＭＰの中心と合わせることにより、ＭＰをＥＰ視野の中央付近で撮像することができる。また、例えば撮像ずれに対しても十分に測長カーソルの範囲がＥＰの視野内におさまるように撮像範囲を調整することができる。
【００６１】
（b）について
例えば密集した連続パターンを順に撮像・計測する場合、パターン毎に設定された撮像範囲同士が重複する場合がある。この場合、あるＥＰの撮像時に他のＥＰ内に含まれる計測領域にコンタミネーションを発生させてしまい、計測精度を低下させる危険性がある。そこで、各ＥＰに含まれるパターンをまとめて一つの視野に収まるようにＥＰ領域を再設定すれば、計測領域でのコンタミネーションの発生を抑制することができる。ＥＰをマージする際には、マージ後の視野又は撮像倍率が所定の大きさ以内であるか（低倍率になると一般に計測精度が低下するため）、マージ前のＥＰのＳＥＭ撮像条件（電子ビームの走査方向等）等が一致しているか等を加味して決定することができる。
【００６２】
（c）について
例えばＥＰ内に複数のＭＰが含まれており、更に前記複数のＭＰで計測するパターンの方向がそれぞれ異なるため、ＭＰ毎にＳＥＭ撮像条件（電子ビームの走査方向）を変えたい場合は、それぞれのＭＰをＥＰとして分割し、異なるＳＥＭ撮像条件で撮像するのが有効である。また、ＥＰ内に多くのＭＰが含まれ、かつ、ＥＰの視野ぎりぎりにＭＰが配置されている場合は、ＥＰ撮像時の視野ずれによりＭＰの計測領域の一部が視野外となってしまう危険性がある。このような場合もＥＰの分割が有効である。
【００６３】
（撮像シーケンス決定ステップ）
撮像レシピ生成部４１１は、各ＥＰを撮像するための撮像レシピを生成する。具体的には、撮像レシピ生成部４１１は、図３を用いて説明したＡＰ、ＡＦ、ＡＳＴ、ＡＢＣＣの一部又は全ての調整ポイントの設定を含む撮像シーケンスの決定を行い（ステップ４１２）、必要に応じて調整ポイントあるいはＥＰの各テンプレートを登録テンプレートとしてレシピに登録する（ステップ４１３）。さらに、計測レシピの生成４０６において決定したＥＰ座標、又は測長種、又はＳＥＭ撮像条件に基づいてＥＰの撮像順序を決定する。
【００６４】
（撮像・計測レシピ生成ステップ）
ステップ４１４では、計測レシピ生成部４０６と撮像レシピ生成部４１１において決定された各種パラメータ（測長カーソル、測長方法、撮像シーケンス、登録テンプレート等）が、レシピ（又は撮像・計測レシピ）として保存される。実施例では、撮像レシピ、計測レシピに設定すべき項目や推定手順を切り分けて説明したが、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。設計データに基づいて処理を行うことにより、ステップ４１４まで、実際の半導体ウェハやＳＥＭ撮像する必要がなく、作業のオフライン化が図れると共に、装置稼働率を向上できる。
【００６５】
（ＥＰ撮像ステップ）
次の撮像・計測部４１６においては、実際の半導体ウェハを用いた撮像・計測を行う。まず、ＳＥＭ装置に半導体ウェハが投入され（ステップ４１５）、撮像・計測部４１６は、レシピに基づきＥＰを撮像する（ステップ４１７）。
【００６６】
（測長カーソル配置／修正ステップ）
ＥＰの撮像後、撮像・計測部４１６は、ＥＰのＳＥＭ画像と対応する設計データとをマッチングして両者の位置関係を求める。このとき、同時に測長カーソルとＳＥＭ画像との位置関係も求まる。このため、撮像・計測部４１６は、ＳＥＭ画像上に測長カーソルを自動配置することができる（ステップ４１８）。ただし、設計データに基づいてウェハレスで作成したレシピを用いて実際にＥＰを撮像・計測する際には、実際に半導体ウェハ上に形成されたパターンと設計データにおけるパターンとの形状乖離が問題になり得る。そこで、ＥＰのＳＥＭ画像上に測長カーソルを自動配置した後、撮像・計測部４１６は、ＳＥＭ画像におけるパターンと設計データにおけるパターンとの形状乖離を算出し、形状乖離の情報に基づき測長カーソルの位置又は形状を修正する（ステップ４１９）。本処理により、実際のパターンの形状や位置が多少設計データと異なっていても正しく測長することができる。
【００６７】
（測長方法変更ステップ）
前述の測長カーソルの位置や形状と同様、レシピで指定する項目の中には、設計データのみでは正確に決定できない項目がある。例えばライン端部の後退量を計測する場合、端部の位置を正確に検出しなければならないが、リソグラフィの解像限界によりパターンのコーナ部はマスクパターンに対し丸まってしまう場合がある。直線部分が多ければ直線の当て嵌めにより端部を検出するアルゴリズムが考えられるが、丸まり部分が支配的であれば、曲線の当て嵌めにより端部を検出するアルゴリズムが考えられる。
【００６８】
しかし、設計データのみから端部の丸まり度合いを推測するのは限界がある。また、製造プロセスの変動により丸まり度合いも変化し得る。このような問題を解決するため、撮像・計測部４１６は、ＳＥＭ画像に基づいて測長方法の一部又は全ての情報を実際のＳＥＭ画像を取得した後に必要に応じて変更する（ステップ４２０）。ステップ４１９、４２０は、ウェハレスで設計データに基づいて生成したレシピが、実際のパターンに対して良好に適用できるようにするための仕組みである。これらの処理はＳＥＭ撮像後に行われるものの、オフラインで決定した設定項目の修正であって、多くの処理時間を要するものでない。大部分の処理はオフラインで実行されており、ＳＥＭ撮像のスループットに大きな影響はない。
【００６９】
（測長ステップ）
撮像・計測部４１６は、最終的に決定した測長カーソルや測長方法により、ＥＰにおけるＳＥＭ画像を用いて測長を行う（ステップ４２１）。また、撮像・計測部４１６は、必要に応じて計測の成否判定を行う（ステップ４２２）。その判定結果に基づいて、後述するステップ４２７では、必要に応じてレシピ生成ルールの変更を行う。計測の成否の判定は、（ａ）撮像の失敗、（ｂ）計測の失敗のように失敗原因を分類して解析・管理することができる。なお、（ａ）は、（ａ１）アドレッシングの失敗による撮像ずれ、（ａ２）フォーカスずれによる画像のボケ等に更に詳細に分類するこができる。また、（ｂ）は、（ｂ１）測長種／ＭＰ推定の失敗、（ｂ２）測長カーソルの位置合わせずれ、（ｂ３）測長カーソルの形状が不適切、（ｂ４）測長方法が不適切等のように更に詳細に分類することができる。
【００７０】
（計測結果解析・レシピ生成ルール最適化ステップ）
次に、計測結果解析・レシピ生成ルール最適化部４２３は、ステップ４２１で得られた計測結果に基づいてパターンの出来栄えを解析し（ステップ４２４）、必要に応じてマスクパターンの形状補正や半導体製造プロセス条件の変更を実施することにより高い歩留まりを実現する（ステップ４２５）。
【００７１】
また、作成されたレシピやレシピ生成ルール、更にステップ４２２で得られた撮像・計測成否の判定結果や撮像・計測に失敗した場合、撮像・計測部４１６は、失敗原因等の情報に基づいて、レシピ及び撮像・計測結果の解析を行い（ステップ４２６）、必要に応じてレシピ生成ルールの変更を行う（ステップ４２７）。
【００７２】
ＥＰの座標、設計データ、測長種／ＭＰ、レシピの生成ルール、生成されたレシピ、実際の撮像シーケンスによって撮像した画像、計測結果、撮像又は計測の成否、撮像又は計測の失敗原因の少なくとも一つ以上の組み合わせを関連付けてデータベースで管理し、一つ又は複数台のＳＥＭ装置でレシピをネットワーク等で共有可能である。装置毎にレシピ生成を行う必要がなくなるという利点の他に、複数台の装置から取得された撮像・計測時の成功、失敗事例を含む結果データを共有するため、早期に多くの結果データを収集することができ、例えばレシピの生成ルールに不具合があった場合、不具合を早期に対策することができる。
【００７３】
［測長カーソルの計測領域の最適化］
以下、計測レシピの自動生成における測長カーソルの計測領域の決定方法を説明する。例えばライン幅を計測したい場合、ラインの左右のエッジ位置を正確かつ安定に計測する必要がある。このため、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（測長カーソル領域）を設定する。図５を用いて説明する。図５は、ライン５０２を含むＳＥＭ像５０１を示している。ライン５０２の左右のエッジに設けられている矩形の領域が、測長カーソル領域５０３Ａ、５０３Ｂである。測長カーソル領域５０３Ａ、５０３Ｂの内側で、ＳＥＭ信号をラインの延長方向に積算し、画像のノイズやラインエッジラフネスの影響を受け難い積算プロファイルを算出する。この後、積算プロファイルを用いてエッジ位置を検出する。なお、ＳＥＭ信号のプリファイルのＳ／Ｎを高めるため、測長カーソル領域の範囲分５０４だけｙ方向にＳＥＭ信号を加算平均したプロファイルを用いることも可能である。しかし、この際、測長カーソル領域（計測対象領域）に角部が含まれると、エッジの位置を正確に検出することができない。
【００７４】
（実施例１）
図６に、本実施例に係るパターン計測方法の第１の実施例を示す。まず、処理・制御部１１５は、ＯＰＣが施されたパターンの設計データ、ＭＰ座標及び計測方向をデータベース１２３から読み出し、計測対象とするパターンを決定する（ステップＳ１０１）。
【００７５】
この際、処理・制御部１１５は、ＭＰ座標７０１(図７)から計測方向に延ばした直線に交差する線分７０２、７０３を含むパターンを計測対象とする。図７の場合、ライン幅はｘ方向である。このため、ＭＰ座標７０１を通るｘ方向に平行の直線と交差する、ＭＰ座標７０１を挟んで左右に位置する２つの線分７０２、７０３を含むパターンを求める。因みに、図７では、線分７０２、７０３を太線で表している。ここで、計測対象とするパターンは、線分７０２、７０３を含むパターンの全体であり、線分７０２、７０３だけを意味するのではない。もっとも、本ステップを省略し、ＥＰ内に存在する全てのパターンに対して、ステップＳ１０２以降の処理を行ってもよい。
【００７６】
次に、処理・制御部１１５は、計測対象とするパターン（以下「計測対象パターン」という）をラインとコーナーに分類する（ステップＳ１０２）。以下、図８を例に分類方法を説明する。ＯＰＣが施された計測対象パターンは、図８に示すように、一般に凹凸を有している。処理・制御部１１５は、計測対象パターンに対し、頂点から一定値Ｌまでの範囲（頂点を一端とする２つの線分がそれぞれＬ／２）のパターンをコーナー８０１とする。ただし、線分の長さが短い(Ｌ以下)ために角部同士が接続する場合は、接続された角部を仮ライン８０２に分類する。それ以外の部分をライン８０３に分類する。ここで、仮ラインの中で、仮ラインの両端に接続するラインを延長した線８０４、８０５が直交する場合、仮ライン８０６をコーナーとする。図９に、計測対象パターンの分類例を示す。図９のうち（ａ）は、ＯＰＣパターンの全体を示し、（ｂ）は分類結果である。ここで、９０１はコーナー、９０２はライン、９０３は仮ラインである。
【００７７】
次に、処理・制御部１１５は、分類情報を参考に、計測対象パターンの形状を変形する（ステップＳ１０３）。この変形の様子を図９の（ｃ）に示す。まず、処理・制御部１１５は、隣り合うコーナー９０１同士の間で最長ラインを抽出する。図９の例では、４つのライン９０３、９０４、９０５、９０６を抽出する。次に、処理・制御部１１５は、抽出したラインをそれぞれ延長して仮想直線９０７とする。図では、仮想直線を破線で示す。この後、４つの仮想直線９０７を接続し、図９の（ｄ）に示す変形パターン９０８を得る。この変形パターン９０８は、半導体ウエハ上に実際に形成されるパターンに相当する。
【００７８】
本実施例では、最長ラインを延長した仮想直線９０７を接続して変形パターンを得ているが、計測対象パターンの同一辺を構成するラインの集合に最小二乗法を適用して仮想直線を近似し、得られた仮想直線を接続して変形パターンとする方法を用いても良い。また、計測対象パターンの同一辺を構成するラインの集合の座標値の平均値、最大値、最小値を求める等の方法により仮想直線を求め、それらを接続して変形パターンとする方法を用いても良い。
【００７９】
最後に、処理・制御部１１５は、変形パターンを使用して、測長カーソルの計測領域を設定する（ステップＳ１０４）。ここでは、図１０を参照する。（ａ）は、変形パターンを表している。変形パターンはＭＰ座標１００１を内側に含む矩形形状のパターンである。処理・制御部１１５は、ＭＰ座標１００１から、線分の計測方向に延ばした直線に交差する変形パターンの２つの線分１００２、１００３を計測対象の線分とする。ただし、変形パターンの角部は、リソグラフィの改造限界により丸まることが想定される。従って、処理・制御部１１５は、（ｂ）に示すように、線分１００２、１００３の両端から一定の長さＭを削除した部分線分１００４、１００５を抽出する。この後、処理・制御部１１５は、この２つの部分線分に対し、同一寸法で与えられる測長カーソルの測定領域１００６、１００７を設定する。図１０の例では、２つの部分線分１００４、１００５が同一寸法であるため、部分線分１００４と１００５が、パターン幅を計測する際に使用するエッジ領域となる。
【００８０】
しかし、図１１の（ａ）に示すように、測定点の左右で、高さ位置が異なる２つのパターンの部分線分１１０１、１１０２が計測に使用するエッジ領域として抽出される場合がある。このような場合、２つの部分線分の上側に位置する端点１１０３、１１０４同士を比較し、測定点（図中丸印で示す）に近い方の端点１１０４を取り出す。同様に、２つの線分の下側に位置する端点１１０５、１１０６同士を比較し、測定点に近い方の位置１１０５を取り出す。そして、（ｂ）に示すように、取り出した２つ端点を結ぶｙ方向のエッジ領域１１０７、１１０８を、測長対象とするｙ方向のエッジ領域に決定する。
【００８１】
次に、処理・制御部１１５は、決定された左右２つのエッジ領域に対して測長カーソルの計測領域を形成する。ここで、各測長カーソルの計測領域を与える左右の辺は、測長対象に決定されたエッジ領域（対象線分）以外の線分を含まず、かつ、エッジ領域（対象線分）以外の線分が測定領域より所定の距離だけ離れるように設定する。なお、左右の辺は、ステップＳ１０１において予め設定するか、後述する手法を用いて自動的に設定すればよい。
【００８２】
図１２の（ａ）と（ｂ）は、ＥＰの右側に配置する測長カーソルの計測領域を規定する左右の辺を求める例である。まず、処理・制御部１１５は、先に求めた計測領域のｙ方向のエッジ領域を、上下に一定の長さＮだけ延ばし、その後、ｘ方向（正負両方向）について他の線分を探索する。この際、探索に使用する直線と交差する他の線分のうち、測長対象に決定された右側のエッジ領域に最も近い線分１２０１、１２０２を選択する。ここで、測長カーソルの計測領域を規定するｘ方向の領域範囲は、対象とするエッジ領域に最も近い他の線分（近接パターン）と対象とするエッジ領域との間のｘ方向についての差分の１／２までの領域とする。すなわち、図中、近接パターンまでの距離１２０３、１２０４の半分までの範囲を、測長カーソルの計測領域を規定する左右の領域限界とする。これにより、マッチングのずれにより隣接パターンに測長カーソルがかかることや、パターン端部の丸まりにより測長カーソルが測定領域から外れることを軽減することができる。
【００８３】
次に、ＥＰの左側に配置する測長カーソルの計測領域を規定する左右の辺を同様に求める。図１２の（ｃ）と（ｄ）は、その処理の内容を示す。ＥＰの左側に配置する測長カーソルの計測領域と右側に配置する測長カーソルの計測領域は、同じ大きさである必要がある。このため、左側の計測領域と右側の計測領域のうち小さい方を、計測領域の左右の領域（図１２の（ｄ）)とする。
【００８４】
（実施例２）
図１３に、パターン測定方法の第２の実施例を説明する。第１の実施例（図６）では、ＯＰＣパターンから左右２つの測長カーソルの測定領域を決定する場合について説明した。これに対し、本実施例では、シミュレーションパターンとＯＰＣパターンを用い、より高精度に、左右２つの測長カーソルの測定領域を決定する方法を説明する。
図１３のステップＳ２０１〜Ｓ２０３では、ＯＰＣパターンに対して、第１の実施例と同じ処理が実行される。
【００８５】
ステップＳ２０４において、処理・制御部１１５は、リソグラフィの改造限界によりパターンの角部が丸まることを考慮し、変形パターンの形状を分類する。ここでは、図１４を用いて説明する。図１４のうち（ａ）は、ＯＰＣが施されたパターン１４０１の全体を示し、（ｂ）は変形パターンの分類結果である。変形パターンの各頂点から一定値Ｍまでのパターンがコーナー１４０３に、残るパターンがライン１４０４に分類されている。
【００８６】
ステップＳ２０５において、処理・制御部１１５は、測定点を含み、かつ、測定点付近の領域について、シミュレーションパターン１４０２とＯＰＣパターンの変形パターンを比較する。まず、シミュレーションパターン１４０２とＯＰＣパターンの線分を、線分に沿って一定幅単位で離散化し、離散化されたシミュレーションパターンの各点を、（ｃ）に示すように、差分の一番小さいＯＰＣパターン（具体的には、変形パターン）の点と関連付ける。または、シミュレーションパターン１４０２とＯＰＣパターンの外接長方形（あるいは内接長方形）の横幅・縦幅の比率を、シミュレーションパターンの点列情報（ｘ、ｙ）に掛けた座標が、最も差分の小さいＯＰＣパターンの点と関連付ける方法等でもよい。ここで、関連づけたＯＰＣパターンの点がラインに分類された部分に含まれている場合、対応するシミュレーションパターンの点をライン部分に含まれる点と判断する。同様に、関連づけたＯＰＣパターンの点がコーナーに分類された部分に含まれている場合、対応するシミュレーションパターンの点をコーナー部分に含まれる点と判断する。
【００８７】
ステップＳ２０６において、処理・制御部１１５は、ＭＰ座標に対して左右に位置する２つの測長カーソルの測定領域を決定する。ここで、処理・制御部１１５は、シミュレーションパターンから、計測方向（本実施例ではｘ方向）の正負両方向に直線を延ばし、ＯＰＣパターン（具体的には、変形パターン）との交点を求める。次に、処理・制御部１１５は、交点に最も近いラインに分類される点を選択し、その前後の点列情報を参照することにより、ｙ方向についてコーナーに分類される点が出現する直前の２点をラインの端部に決定する。そして、決定されたライン端部の２点を結ぶ領域を、測長カーソルの計測領域を規定するｙ方向の領域範囲とする。測長カーソルの計測領域を規定するｘ方向の領域範囲については、シミュレーションパターンに対し、パターン測定方法の第１の実施例と同様な方法を適用すればよい。なお、ここでのシミュレーションパターンは、設計情報に対してリソシミュレータを適用して生成したパターン、又は、リソシミュレータを簡易的に模した形状変形により生成したパターンを含む。
【００８８】
本実施例の場合、半導体ウェハ上に実際に形成されるパターンの形状に近いシミュレーションパターンについて、前述したパターン測定方法を適用して計測領域を求めるため、ＯＰＣパターンとシミュレーションパターンに乖離があった場合でも、安全に測長領域を設定することが可能である。本実施例は、特に後退量が大きい突きあて等の計測に対して有効である。
【００８９】
［まとめ］
実施例で説明したパターン計測方法の採用により、ＯＰＣパターンが複雑な場合でも、高精度の計測レシピを自動的に作成することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１０１  半導体ウェハ
１０２  電子光学系
１０３  電子銃
１０４  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
【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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