(57)【要約】【課題】本発明は、測定対象パターンに対するビーム照射量を抑制しつつ、高精度な凹凸判定（例えばラインとスペースの識別）を行うパターン測定装置の提供を目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するために本発明では、測定対象領域とは異なる領域に対する傾斜したビームの走査によって、測定対象領域のパターンの特定を行い、当該特定に基づいて、測定を実行するパターン測定装置を提案する。このような構成によれば、測定対象領域へのビーム照射量を抑制しつつ、パターンの取り違えのない測定を行うことが可能となる。【選択図】図３
2014020974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる信号を用いて、パターンの寸法を求める演算装置を備えたパターン測定装置において、
前記荷電粒子ビームの理想光軸に対し、前記荷電粒子ビームを傾斜して照射するためのビーム傾斜用偏向器を備え、前記演算装置は、前記パターンの寸法を求める領域とは異なる試料上の領域に、前記ビームを傾斜して走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの種類を特定することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ビーム傾斜用偏向器は、前記パターンの寸法を求める領域と同じ種類のパターンが形成されている領域に、前記傾斜したビームを照射したときに得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの種類を特定することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ビーム傾斜用偏向器は、対物レンズの光軸から前記荷電粒子ビームが離軸するように、当該荷電粒子ビームを偏向することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記ビーム傾斜用偏向器は、前記荷電粒子ビームを走査するための走査偏向器による１フレームの走査の中で、前記ビームの傾斜状態と非傾斜状態を切り換えることを特徴とするパターン測定装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記ビーム傾斜用偏向器は、視野移動用の偏向器であることを特徴とするパターン測定装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記演算装置は、前記視野移動用の偏向器によって前記パターンの寸法を求める領域から、所定距離分、視野を移動させた領域にて得られる信号に基づいて、前記パターンの種類の特定を行うことを特徴とするパターン測定装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記演算処理装置は、前記試料上に形成されているパターンがラインパターンかスペースであるかの特定を行うことを特徴とするパターン測定装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記演算処理装置は、前記試料上に形成されているパターンがコアギャップかスペーサーギャップであるかの特定を行うことを特徴とするパターン測定装置。
【請求項９】
荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの走査に基づいて得られる信号を用いて、パターンの寸法を求める演算装置を備えたパターン測定装置において、
前記荷電粒子ビームの理想光軸に対し、前記荷電粒子ビームを傾斜して照射するためのビーム傾斜用偏向器を備え、前記演算装置は、前記パターンの寸法を求める領域とは異なる試料上の領域に、前記ビームを傾斜して走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンを特定し、当該特定されたパターンの測定を行うことを特徴とするパターン測定装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記演算装置は、前記試料上に形成されたパターンがライン、或いはスペース、又はコアギャップ、或いはスペーサーギャップであるかの特定を行うことを特徴とするパターン測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの凹凸判定等に基づいて、パターンの測定を行うパターン測定装置に係り、特に半導体ウェーハ上に形成されたラインとスペースのパターンの識別を行うパターン測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置の一態様である走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ: ＳＥＭ）は、微細な対象物の観察が可能な装置であり、その用途の１つとして、半導体デバイスを構成する回路パターンの測定や検査がある。一方、昨今の半導体デバイスの微細化に伴い、回路パターンが密集化し、特にラインパターンが連続するラインアンドスペースパターンのラインとスペースの間隔の違いがないものが散見されるようになってきた。また、微細化に伴いラインとスペースの見え方に殆ど差がなくなりつつある。
【０００３】
ラインとスペースの見え方に差がなくなると、ラインとスペースの一方を他方と取り違えてしまう可能性がある。すなわち、ラインの幅を測定するために画像を取得しても、実際はスペースの幅を測ってしまう可能性もある。特許文献１には、取得された画像に対して投影処理を行うことで取得したプロファイルの微分波形に含まれる複数のピークの裾部分の拡がりから、ライン部とスペース部の識別を行う手法が示されている。しかしながら、近年の微細化により撮像される画像のコントラストがより小さくなる傾向にあり、ピークの裾部分の明るさの違いを抽出することが困難である場合がある。また、ピーク同士が重なってしまうと、判定に失敗する場合がある。
【０００４】
特許文献２には、ビームを傾斜して照射し、ラインの左右２つのエッジのピークの差を顕在化することによって、凹凸判定を高精度に行う手法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５１６７４号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２００４／０２２２３７５）
【特許文献２】特開２００６−３３２０６９号公報（対応米国特許ＵＳＰ  ６，８７２，９４３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に記載された手法は識別が困難なラインとスペースの識別を可能とするものであり、特に特許文献２に記載の手法によれば、ラインの左右のエッジの違いを顕在化できるため、凹凸判定の成功率を高めることができる。しかしながら、測定対象となるパターンに対してビームを傾斜して照射することになるため、その照射によって得られる画像は傾斜像であり、パターンの寸法を正確に測定するには不向きな画像である。また、凹凸判定を行った後で、測定用のビーム（傾斜なしのビーム）を走査して寸法測定を行っても良いが、測定対象パターンに対し、凹凸判定のためのビーム走査と寸法測定のためのビーム走査を行う必要がある。
【０００７】
ビーム照射による帯電の付着や、パターンのシュリンクを考慮すると、測定対象パターンに対するビーム照射は少ないことが望ましい。以下に測定対象パターンに対するビーム照射量を抑制しつつ、高精度な凹凸判定（例えばラインとスペースの識別）を行うことを目的とするパターン測定装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための一態様として、測定対象領域とは異なる領域に対する傾斜したビームの走査によって、測定対象領域のパターンの特定を行い、当該特定に基づいて、測定を実行するパターン測定装置を提案する。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、測定対象領域へのビーム照射量を抑制しつつ、パターンの取り違えのない測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】走査電子顕微鏡の一例を示す図。
【図２】凸部分を±θの方向から撮影した場合のプロファイル変化を示す図。
【図３】測長用画像を撮影しながら傾斜像を取得する場合の測長用画像領域と傾斜画像領域の位置関係を示す図。
【図４】１画面に傾斜画像と測長用画像が含まれる例を示す図。
【図５】凹凸判定工程を含む測定工程を示すフローチャート。
【図６】ＳＡＤＰ工程を経て形成されたパターンの断面図。
【図７】ＳＡＤＰ工程を経て形成されたパターンを撮像した時のプロファイルを示す図。
【図８】傾斜ビームを照射するときのビーム軌道を示す図。
【図９】理想光軸から視野を移動させたときのビーム軌道を示す図。
【図１０】ラインアンドスペースパターン形成領域に、凹凸判定領域と測長領域を設定した例を示す図。
【図１１】ラインアンドスペースパターンの凹凸判定を経て、パターンの測長を実行する工程を示すフローチャート。
【図１２】アドレッシングパターン、凹凸判定領域、及び測定対象領域間の位置関係を示す図。
【図１３】凹凸判定領域の画像と設計データとの間のずれを測定する例を説明する図。
【図１４】ＳＡＤＰによって形成されたパターンの判定工程を示すフローチャート。
【図１５】フォーカス位置補正テーブルの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、撮像装置によって得られる画像データ、或いは波形データを用いてパターンの寸法を測定する測定装置に関し、測定対象となるパターンを正確に特定することによって、所望の測定を実行するパターン測定装置について説明する。
以下に説明する実施例では、半導体の回路パターンに電子ビームを照射し、そこから発生する２次電子等を検出することで対象となる回路パターンの形状を評価する走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ: ＳＥＭ）を撮像装置の例として説明するが、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ: ＦＩＢ）装置等、他の荷電粒子線装置を撮像装置として採用するようにしても良い。
【実施例１】
【００１２】
以下に説明する実施例では、パターンの測定に供される測長画像を取得する過程において、測定対象とは異なる領域（測長に使用しない領域）で電子ビームをチルトし、そのチルトビームの照射に基づいて得られる情報を用いてパターンの凹凸判定を行う例について説明する。ビームをチルトすることで、回路パターンの一方の側壁に電子ビームが当たるため、トップダウン像と比較すると当該一方の側壁のホワイトバンドの太さが太くなる。ホワイトバンドは、電子ビームのチルト角に応じて、その太さが変化するため、ホワイトバンドが太くなる側のエッジの特定が容易になる。電子ビームが照射される側の側壁は、凸部の側壁であるため、このエッジが特定できればこのエッジに対する凹凸部の位置を特定することが可能となる。
より具体的には、対物レンズの振り戻し作用を利用して、ビーム傾斜を行う場合、当該側壁を基準とすると、ビームチルトのためのビームの振り戻し方向に凸部（ライン）が、振り戻し方向とは逆の方向に凹部（スペース）が位置していることが分かる。本実施例では、電子ビームのチルト角度とその時のホワイトバンドの広がりを評価することで凹凸判定を実現する。また、回路パターンの測長に使用する領域においては、チルト角度を垂直に戻した状態で撮像するので高精度な測長を行うことができる。
以下に説明する実施例によれば、測長に使用しない領域に対して電子ビームをチルトして照射し、ライン＆スペースの凹凸判定を行うことで、単に測長画像を撮像する場合の撮像時間と実質的に同じ時間で高精度なライン＆スペースの凹凸判定が可能となる。
また、チルト角度を変えた複数のスキャンを行わなくてもよいため電子ビームの照射量が抑えられ、試料のチャージアップやシュリンクの低減が期待でき、ひとつのスキャンで画像が得られるのでチルト画像と測長画像間の位置合わせも必要としないので簡易に凹凸判定が実施できる。
以下、具体的な実施形態について添付図面を参照して説明する。
（走査型電子顕微鏡の概要）
まず、本実施の形態による走査型電子顕微鏡の概要を説明する。本実施の形態による走査型電子顕微鏡は、例えば、１次電子ビーム１０８を試料ウェハ１０６に照射する電子源１０１、加速電極１０２、集束レンズ１０３、偏向器１０４、対物レンズ１０５等と、試料ウェハ１０６から発生する放出電子信号１０９をサンプリングしてデジタル画像を取得する検出器１１０、デジタル化手段１１１等と、取得した前記デジタル画像の記憶、表示もしくは処理を行なう画像メモリ１１６、入出力部１１８、画像生成部１１５、画像処理部１１４等と、全体制御部１１３、結果記憶部１２０、レシピ部１１７等から構成される。なお、以下の説明では凹凸判定や測長等を行う実行主体を演算装置と称する場合もある。
電子源１０１は１次電子ビーム１０８を発生させるものである。加速電極１０２は１次電子を加速するためのものである。集束レンズ１０３は１次電子を収束するためのものである。偏向器１０４は１次電子を２次元走査偏向するためのものである。対物レンズ１０５は１次電子を資料ウェハ１０６上に収束させるためのものである。ステージ１０７は試料を搭載するものである。検出器１１０は試料より発生した２次電子等の放出電子信号１０９を検出するものである。デジタル化手段１１１は検出された信号をデジタル化するためのものである。偏向制御部１１２は偏向器における偏向量等を制御するためのものである。これらの各部位は、バス１１９を通じて全体制御部１１３に接続されている。
本システムには、その他、画像データを格納する画像メモリ１１６、画像生成処理を行う画像生成部１１５、取得画像の処理を行う画像処理部１１４、検査条件などを格納したレシピを記憶するレシピ部１１７、装置に対し指示をあたえるためのキーボードやマウスなどのデバイス，及び装置からのデータを出力するモニタやプリンタなどからなる入出力部１１８、結果を格納するための結果記憶部１２０がバス１１９により互いに接続されている。
また、本実施例装置は、検出された２次電子あるいは反射電子等に基づいて、プロファイルを形成する機能を備えている。プロファイルは１次電子を１次元、あるいは２次元走査したときの電子検出量、あるいは取得画像の輝度情報等に基づいて投影処理を行うことで形成されるものであり、得られたプロファイルは、例えば半導体ウェーハ上に形成されたパターンの寸法計測等に用いられる。
更に、図８に例示するように、本実施例にて説明する走査電子顕微鏡には、電子ビームの理想光軸８０２（ビームを偏向しないときのビーム軌道）に対し、ビームを傾斜して照射するためのビーム傾斜用偏向器８０５が設けられている。ビーム傾斜用偏向器８０５は、対物レンズ８０６の物点８０３にて電子ビーム８０１を偏向することによって、電子ビーム８０１の試料８０７への到達角度を変化させるためのものである。ビーム傾斜用偏向器８０５によって紙面右側に偏向された電子ビーム８０１は、対物レンズ８０６の振り戻し作用によって、再度理想光軸８０２に向かって偏向される。物点８０３を偏向支点とすることによって、偏向角θの大きさによらず、試料８０７表面と理想光軸８０２の交点に電子ビーム８０１を照射することが可能となる。
（ＳＥＭ画像の取得）
次に、図１により本実施例装置におけるＳＥＭ画像取得の概要を説明する。画像の取得は、レシピ部１１７から呼び出されたレシピにしたがって条件が設定され、デジタル画像データが取得される。画像の取得処理は以下の通りである。
まず、電子源１０１より放出された１次電子ビーム１０８は、加速電極１０２により加速された後、集束レンズ１０３で収束され、偏向器１０４で偏向され、その後さらに対物レンズ１０５で収束され、試料ウェハ１０６の測定部位に照射される。１次電子ビーム１０８の照射によって、試料表面から発生する放出電子信号１０９の強度が検出器１１０により検出され、デジタル化手段１１１によってデジタルの画像信号に変換される。
デジタル化手段１１１から入力された信号は、画像生成部１１５にて画素積算やデジタルフィルタ等の処理が行われデジタル画像データとして画像メモリ１１６に記憶される。
そして、画像処理部１１４において、画像メモリ１１６から読みだしたデジタル画像データに対してフレームの加算平均処理を入力されたライン毎に行う。
また、図８に例示するようなビーム傾斜用偏向器８０５により電子線を傾斜して照射することにより試料の傾斜像を取得することができる。本実施例装置では、測長用画像の撮像時において測長に使用しない画像の領域を傾斜して取得することでその傾斜領域をライン＆スペースの凹凸判定に使用する。
図２は、凸部分を＋θ、又は−θの方向から撮影した場合のプロファイル変化を表したものである。ここでは＋θ方向プロジェクションの半値幅をＨＰ１，ＨＰ２とし、−θ方向プロジェクションの半値幅をＨＭ１，ＨＭ２とする。−θ方向から撮影した場合、左側エッジ部分の信号の半値幅（ＨＭ１）が大きくなり、＋θ方向から撮影した場合、右側エッジ部分の信号の半値幅（ＨＰ２）が大きくなる。なお、本実施例ではピークの半値幅を基準にしているが、これに限られることはなく、ピークのどの位置であっても、電子線の傾斜によって長さが増減する個所であれば良い。
このように、撮影方向のエッジ信号の半値幅が大きくなるため、この現象を利用すれば半値幅の増減に基づいて、ライン＆スペースの凹凸判定が可能になる。
即ち、電子線の走査方向において、電子線の光軸に対して電子線を傾斜したときに得られるプロファイルの幅が大きくなったときは、そのプロファイルに相当する個所には電子線の傾斜方向に側面（エッジ）が形成されている部分が存在するものと判断することができる。言い換えれば、検出信号の線走査方向（二次元走査の場合、Ｘ方向）への広がりを計測し、光軸に沿って電子線を照射したときに比べて、前期広がりが大きくなったとき、電子線の傾斜方向側にエッジ面があると判断することができる。反対に、プロファイルの幅が小さくなったときには、電子線の傾斜方向から見て裏面（反対側）に相当する部分と判断することができる。換言すれば、電子線を傾斜して走査したときに現れる２つのピーク幅の一方が大きくなり、他方が小さくなったときには、その間には凹部、或いは凸部が存在することが判る。またこの状態において、電子線が傾斜される側に、幅が増大するピークが存在する場合には凸部が存在し、電子線が傾斜される側に、幅が減少するピークが存在するときは凹部が存在すると判断することができる。
更に、本実施例では図３のように試料の測長に使用しない画像の領域に対して傾斜方向を±θ動かしながら撮影することで傾斜像と測長画像を同時に取得し、前記傾斜像をライン＆スペースの凹凸判定に使用することを特徴としている。
本実施例によれば、凹凸判定用のスキャンと測長用のスキャンを繰り返す必要がないため、電子線の照射量が抑えられ試料へのダメージを低減することができる。
図５は、自動化された測定工程でのフローの一例である。まず、ＳＥＭ条件の設定を行う（ステップ５０１）。ここでのＳＥＭ条件とは例えば電子ビームの加速電圧やビーム電流等の光学条件や、測定対象部位（座標）情報等である。次に、測長範囲及び傾斜条件の設定を行う（ステップ５０２）。フレーム内に測長対象領域と凹凸判定領域（非測長対象領域）を混在させる場合には、測長に要する信号量が確保でき、且つ凹凸判定が可能な信号量を確保できるよう、両範囲を設定する。次に、設定された測定対象部位を含む範囲に、ビーム走査を行い（ステップ５０３）、凹凸判定領域に対しては傾斜走査を行い（ステップ５０４）、測長対象領域として設定されている領域には、トップダウン像を形成すべく、傾斜なしの走査を行う（ステップ５０５）。
以上のような走査が終了した後、演算装置は、傾斜照射領域から抽出される情報と上述のような判断基準に基づいて、凹凸判定を実行する（ステップ５０６、５０７）。凹凸判断が成功したか否かの判定は、例えばビームの傾斜方向（対物レンズによる振り戻し方向）からのビームに対向する側壁部のホワイトバンド（ピーク）幅と所定値を比較し、所定値以上であった場合に、成功と判断する。また、反対側の側壁部とのピーク幅の差が所定値以上の場合に、凹凸判定が成功したと判断しても良い。また、図３に例示するように、測長対象領域の上側領域と下側領域とで異なる方向にビームを傾斜させる場合、両者の成功判定のアンドが取れたときに、凹凸判定が成功したと判定するようにしても良い。また、パターンが傾斜して形成されているような場合は、例えば傾斜方向によらず、一方のエッジのピーク幅が太くなる場合があるため、その際には測長対象領域のエッジの太さも参照し、凹凸を判定するようにしても良い。この場合、測長対象領域の左右のエッジの太さの差異が所定値以上の場合に、測長対象領域のエッジ情報を参照して凹凸判定、或いはパターンの傾き判定を行うようにしても良い。
凹凸判定が成功したと判断できる場合には、予め設定された測定条件に基づいて測長値を算出する（ステップ５０８）。例えば測定条件がラインパターン幅を測定することであるならば、パターンの特定に基づいて、当該パターンのエッジ間の寸法を測定する。この場合、測定対象となるパターンの両エッジに測長ボックスを設定し、ボックス内部の輝度プロファイルのピーク間の寸法を測定する。
また、凹凸判定が失敗したと判断される場合には、エラーメッセージを発生して、操作者にその後の処理の判断を促すようにしても良い（ステップ５０９）。
図４に凹凸判定プロファイルと取得画像を重ね合わせた結果を示す。図４に例示するように、１フレームにて傾斜走査と非傾斜走査を切り換えて画像を取得することによって、１つの画像（１フレームに含まれる信号）内に凹凸判定に要する情報と、測定に要する輝度情報が含まれることになるため、測定対象の取り違えのリスクの抑制が可能となる。また、後の検証において、１画面を見るだけで測定対象が適正に選択されたか否かの確認が可能となる。
また、ロッキング位置でのビーム偏向に基づく、傾斜ビーム照射状態と、通常ビームの照射状態の切り換えは、ビームチルト用偏向器のオンオフ制御によって行うことができ、理論上、照射位置の移動がないので、パターンの取り違えのリスクを最小限にすることが可能となる。
また、1フレームの情報にて凹凸判定が可能なことから、複数回のスキャンを行う必要が無いので、スループット低下の防止や過度なビーム照射によるパターンのシュリンクを抑制することによる測長再現性の向上が期待できる。
【実施例２】
【００１３】
次に、対物レンズの振り戻し作用を利用したビーム傾斜法以外の手法を用いて、試料の凹凸判定を行う例について説明する。図９は、視野移動用偏向器９０１、９０２を含む走査電子顕微鏡の光学系の一部を示す図である。なお、視野移動用偏向器９０１、９０２は、対物レンズ８０６の主面と理想光軸８０２の交点を偏向支点としてビームを偏向するための偏向器であるが、ビームを二次元的に走査する走査信号を重畳して当該偏向器に供給することによって、視野移動とビーム走査のための偏向を行うようにしても良い。また、走査用の偏向器１０４と視野移動用偏向器９０１、９０２を別に設けるようにしても良い。
【００１４】
図１０は、ラインパターン形成領域１００１に測長対象領域１００２と、凹凸判定領域１００３を設定した例を示す図である。試料ステージによって、電子ビーム光軸と測定対象領域１００２の中心座標が一致するように位置合わせを行い、その状態から例えば視野をΔｘ移動させる。視野移動の場合、図９に例示したように、対物レンズ主面と理想光軸の交点を偏向支点とした偏向を行うため、図９に図示するように、試料に対しビームが傾斜して照射されることになる。本実施例ではこの傾斜状態を利用して、凹凸判定を実行する。
図１０の例では、凹凸判定領域１００３内には、拡大像１００５に示すように３本のラインパターン１００７が含まれている。３本のラインパターン間にはスペース部１００９があり、更に画像内には、ビームを傾斜して照射しているため、ラインパターンの側壁１００８が見えた状態にある。このような画像に基づいて輝度プロファイル１００６を作成すると、視野移動方向とは逆方向の側壁のエッジ（側壁１００８）が太く見えるようになるため、輝度プロファイルの作成に基づいて凹凸判定領域１００３内に含まれるパターンの凹凸判定を行うことが可能となる。更に、電磁偏向や静電偏向による視野移動の位置精度は非常に高く、正確にΔｘの偏向を行うことができるため、凹凸判定領域１００３にて凹凸判定を行うことができれば、所定距離先にある測長対象領域１００２内に含まれるパターンの凹凸の特定を行うことが可能となる。
【００１５】
設計データ上、ライン幅、スペース幅の寸法は既知であるため、凹凸判定によって特定されたパターンから所定距離移動した位置のパターンの特定も容易に実現できる。
【００１６】
図１１は、凹凸判定に基づいて測定を行う工程を示すフローチャートである。まず、真空試料室にウェハを導入（ステップ１１０１）した後、測定領域が電子ビーム光軸下に位置付けられるように、試料ステージによってウェハを移動する（ステップ１１０２）。図１２は測定領域１２０１と、凹凸判定領域１２０５との位置関係を示す図であり、ステップ１１０２では、電子ビーム光軸下に測定領域１２０１が位置付けられるように試料ステージを移動する。次に、アドレッシング領域１２０２の画像を取得（ステップ１１０３）し、アドレッシングを実行する（ステップ１１０４）。アドレッシングでは予め登録されているテンプレートを用いたテンプレートマッチングによって、アドレッシングパターン１２０４の位置を特定する。アドレッシングパターン１２０４は、ラインアンドスペースパターン形成領域１２０３の外側にあり、形状的にユニークなパターンが選択されている。
アドレッシングパターン１２０４と測定対象領域１２０１は既知の位置関係にあり、アドレッシングパターン１２０４の位置を特定することによって、正確に測定領域１２０１への視野移動を行うことができるが、本実施例では、測定領域に視野を移動する前に凹凸判定領域１２０５へ視野をシフトさせることで、凹凸判定を実行する（ステップ１１０６）。測定領域１２０１と凹凸判定領域１２０５との間の位置関係も既知であるため、アドレッシングパターン１２０４から凹凸判定領域１２０５への視野移動も既知の情報に基づいて行うことができる。凹凸判定が成功したと判断できる場合には、測定領域１２０１に視野をシフトさせ（ステップ１１０７）、測長を実行する（ステップ１１０８）。凹凸判定がうまくいかなかったときには、再測定、或いは測定をスキップしたり、エラーメッセージを発生したりすることによって、測定が中断するような事態を回避する処置を施すようにする（ステップ１１０９）。
上述のような構成によれば、測定対象領域１２０１への過度なビーム照射を行うことなく、凹凸判定による正確なパターン特定に基づく測定を行うことが可能となり、測定対象へのビーム照射ダメージが低減できることから、試料のシュリンク等の影響を抑えられ、測長再現性向上の効果も得られる。
なお、上述したように、偏向器による視野移動精度は高く、パターンの位置関係が設計データに近いものであれば、正確な凹凸判定を行うことが可能であるが、半ピッチずれた判定を行ってしまうと、ラインとスペースを取り違えてしまうことになるため、より正確な特定を行うべく、凹凸判定用画面で視野ずれを特定し、そのずれ分を正確に補正して測定領域に視野を位置付ける例を説明する。
本例では、演算装置にて、凹凸判定領域の画像と当該領域の相当する設計データとの間のずれを評価し、測長領域に視野を位置付ける際に、そのずれ分、視野をシフトさせるようにする。図１３は、凹凸判定領域の画像１３０１が、本来の視野位置よりずれている場合を示す図である。予め取得されている凹凸判定領域の設計データ１３０２と比較すると、Δｘ1分ずれて視野が位置付けられている。この状態で測定領域に向かって規定値分、視野を移動させるとΔｘ1分、測長領域の視野がずれてしまう可能性があるため、Δｘ1を補正する偏向信号を視野移動用の偏向器に供給することで、そのずれ分を補正する。具体的には設計データと実画像のそれぞれでパターンの重心位置を求め、両者を重ね合わせることによって、両者間のずれを求め、そのずれを補正するような偏向信号を偏向器に供給する。
以上のように凹凸判定領域の画面を用いたずれ補正を行うことによって、正確な位置に測長用の視野を位置付けることが可能となる。なお、視野位置を補正するかわりに、測長ボックスの位置を上記ずれ分、調整するようにしても良い。
なお、本実施例では凹凸判定領域１００３から得られる情報に基づいて凹凸判定を行ったが、例えばもう１つの凹凸判定領域１００４を設けて、両者の凹凸判定結果のアンドがとれたときに凹凸判定が成功したと判定するようにしても良い。また、凹凸判定や凹凸判定領域の画像取得は、測長対象領域の画像取得後であって、測長前に行うようにしても良い。
上述の内容はパターンの凹凸判定に関するものであるが、凹凸判定領域のスキャン（ステップ１１０５）においてオートフォーカスを同時に実施することも可能である。
しかし、Δｘ1が大きい場合、図１５のように凹凸判定領域のフォーカス位置１５０１と測長対象領域のフォーカス位置１５０２の間にずれΔｆ１５０３が生じる。
この場合は、Δｘ1は既知であることから、Δｘ1でのフォーカス位置と測長対象領域のフォーカスのΔｆを求めた、フォーカス位置補正テーブル１５０４を予め作成しておき、凹凸判定領域で行ったオートフォーカスの結果に補正を行うことで測長対象領域で適切なフォーカスのかかった画像を取得することができる。
上述の方法をとることで別途オートフォーカス用のスキャンを行う必要がないので凹凸判定の精度向上に加えてスループットの向上の効果が得られる。
【実施例３】
【００１７】
これまで説明してきた傾斜ビームを用いたパターン判定法は、ラインアンドスペースパターンのような凹凸パターンだけではなく、ＳＡＤＰ（Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｄｏｕｂｌｅ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）工程によって形成された回路パターンの特定に用いることもできる。
図６にＳＡＤＰ工程におけるパターンの断面図を示す。ＳＡＤＰ工程で作成した回路パターンは、製造プロセス上、２本のパターンで１セットであり、同じ断面形状の回路パターンは１本おきに現れることになる。そのため適切にパターンの寸法を計測するためには回路パターンの周期λを正確に識別する必要がある。図７にＳＡＤＰ工程のパターンを電子線の傾斜角度を±θで撮像した時におけるY方向の投影波形を示す。パターンのトップ部の丸まり方に応じて傾斜角度を±θ変えた時に画像の見え方が変わる。パターンの繰り返し周期をみると２×λ１＝λ２＝λ３の関係が成り立つ。
そこで、上述した実施例にて説明した傾斜像取得と、位置特定に基づいてパターンを測定することによって、測長対象となる回路パターンの１セットの寸法測定を、測定位置を間違えることなく正確に行うことができる。
図１４は、ＳＡＤＰ工程における周期判定のフローチャートである。上述した実施例の方法で傾斜画像と測長対象となる傾斜なし画像(以下、測長画像)を取得する(ステップ１４０１〜１４０４)。そして、各々の画像に対して投影処理を施して図７の輝度プロファイルを取得する(ステップ１４０５)。
実施例１，２では輝度プロファイルの半値幅を使って凹凸判定を行っていたが、ＳＡＤＰ工程では図６の通り見える明るさ(輝度値)が変化するので、輝度プロファイルのピーク値及びその位置によって周期判定を行う。
傾斜画像のピーク位置は、測長画像のピーク値を基準に求めるが、傾斜画像と測長画像の画素数が異なる場合は、そのままの値では比較できないため、輝度プロファイルの正規化を行ってから比較してピーク位置の検出を行う（ステップ１４０６）。
なお、ピーク位置検出としては、上述の方法の他に１つの傾斜像を用いての自己相関や２つの傾斜像の相互相関によってピーク検出を行ってもよい。
図６に例示するＳＡＤＰによって形成されるパターンのギャップには、コアギャップ（直立した壁面間に形成されているギャップ）と、スペーサーギャップ（傾斜した壁面間に形成されているギャップ）がある。この２種のギャップは、形成される工程が異なるため、取り違えて測定をしてしまうと、適正なプロセス評価を行うことができない。例えば、−θの傾斜像によって明るく見えるピークはコアギャップの左端であり、相対的に暗く見えるピークはコアギャップの右端であるため、傾斜方向とピークの明暗の関係を予め記憶しておき、その関係からギャップの種類、或いはピッチの種類を特定することによって、適正な測定対象の測定を行うことが可能となる。
また、各々の輝度プロファイルにおいて検出したピーク位置の間隔が図７のように周期λ１, λ２, λ３となるはずなので、２×λ１＝λ２＝λ３の関係が成り立たない場合は周期判定に失敗したと判定し、再測定、或いは測定をスキップしたり、エラーメッセージを表示したりすることによって、測定が中断する事態を回避する処置を施すようにする（ステップ１４０９）。
最後に、ステップ１４０６で検出した傾斜像のピーク位置に一番近い測長画像のピーク位置が測長対象の測定位置となり(ステップ１４０７)、測長を実施する(ステップ１４０８)。
上述のような構成によれば、測定対象領域に過度なビーム照射を行うことなく、測長画像のみでは困難であった周期判定による正確なパターン特定に基づく測定を行うことが可能となる。
また、本実施例においても前述の実施例による効果が期待できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００１８】
１０１…電子源、１０２…加速電極、１０３…集束レンズ、１０４…偏向器、１０５…対物レンズ、１０６…試料ウェハ、１０７…ステージ、１０８…１次電子ビーム、１０９…放出電子信号、１１０…検出器、１１１…デジタル化手段、１１２…偏向制御部、１１３…全体制御部、１１４…画像処理部、１１５…画像生成部、１１６…画像メモリ、１１７…レシピ部、１１８…入出力部、１１９…バス、１２０…結果記憶部
【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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