(57)【要約】【課題】本発明は、湾曲した閉図形パターンのような測定始点や測定終点の特定が困難なパターンの測定を高精度に行うパターン測定装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、上記目的を達成するために、パターンの一のエッジと他のエッジとの間の複数の中心位置を特定し、当該複数の中心位置に沿ったパターンの第1の長さを測定する場合に、前記エッジを始点とした前記複数の中心位置に沿った線分の長さから、前記複数の中心位置に沿った線分に交差する方向のエッジ間の寸法の半分に相当する第２の長さを除いた第３の長さを求め、当該第３の長さの線分の端部と前記パターンのエッジ間の長さを、複数の方向について求め、当該複数の方向の長さの統計値に基づいて求められる第４の長さと前記第３の長さとの合計に基づいて、前記第１の長さを求めるパターン測定装置を提案する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置によって得られた信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの測定を行う演算処理装置を備えたパターン測定装置において、
前記演算処理装置は、パターンの一のエッジと他のエッジとの間の複数の中心位置を特定し、当該複数の中心位置に沿ったパターンの第1の長さを測定するものであって、前記エッジを始点とした前記複数の中心位置に沿った線分の長さから、前記複数の中心位置に沿った線分に交差する方向のエッジ間の寸法の半分に相当する第２の長さを除いた第３の長さを求め、当該第３の長さの線分の端部と前記パターンのエッジ間の長さを、複数の方向について求め、当該複数の方向の長さの統計値に基づいて求められる第４の長さと前記第３の長さとの合計に基づいて、前記第１の長さを求め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、
前記演算処理装置は、前記第３の長さの線分の端部から、前記パターンの端部に向かって複数の方向の長さを求めることを特徴とするパターン測定装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記演算処理装置は、前記複数の中心位置に沿った線分を０度としたときに、−９０度乃至＋９０度の範囲の前記第３の長さの線分の端部とエッジ間の長さを求めることを特徴とするパターン測定装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記演算処理装置は、前記パターンの端部について極座標展開を行う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、
前記演算処理装置は、前記パターンの一のエッジと他のエッジに交差する方向に輝度プロファイルを形成し、パターン内部の基準位置から前記一のエッジと、前記他のエッジに向かって微分を行うことによって、微分波形を形成す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、
前記演算処理装置は、前記微分波形のポジティブピークがなくなった位置をパターンの端部として特定することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項７】
試料に電子線を走査して得られる電子画像から特徴となるエッジを抽出してパターンの寸法を計測するパターンの測定出方法において、
複数位置で横幅を算出し、複数の中心位置を算出し、中心位置を通る線分とパターン上端との交点との交点から前記横幅の測定に基づいて求められる第１の寸法値分、下方に戻った位置を第一の中心位置と設定し、前記第一の中心位置から複数方向に、当該第一の中心位置とエッジとの距離を測定し、当該複数の測定結果の統計値に基づいて、前記パターン上端の半径を求め、中心位置を通る線分とパターン下端との交点から前記横幅の測定に基づいて求められる第二の寸法値分、上方に戻った位置を第二の中心位置と設定し、前記第二の中心位置から複数方向に、当該第二の中心位置とエッジとの距離を測定し、当該複数の測定結果の統計値に基づいて、前記パターン下端の半径を求め、当該求められた上端の半径と下端の半径と前記第一、二の中心位置を通る線分の寸法を加算して縦幅の寸法を算出することを特徴とするパターン測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に対する荷電粒子線の照射によって得られる信号に基づいて、パターン寸法を測定するパターン測定装置に係り、特にホールパターンの測定に適したパターン測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程において、走査電子顕微鏡で形成されたパターンを測定、及び検査し、評価する手法が広く使われている。近年、パターンの高集積化に伴い、検査するパターンの微細化が進んでいる。このような状況において、実際に形成されるパターン形状が設計図と異なる形状になる場合がある。例えば、真円になるべきパターンが変形して形成される場合がある。
そのように形成されたパターンの半径を極座標展開を用いてプロファイルを取得し、エッジ検出し、計測しても、プロファイルの取得方向によっては、エッジと垂直にならず、プロファイルが鈍る事により、正しくエッジ検出できない問題があった。特許文献１には、パターンの画像からパターン形状を反映する図形を作成し、その図形の重心と輪郭の交点において、輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得し、前記濃度分布データからパターンエッジ座標を検出することが説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１‐９１２３１号公報（対応米国特許公報USP 6,480,807）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたパターン測定方法では、円、楕円、オーバル形のパターンの測定は行えるが、プロファイルの取得位置をパターンの重心位置から直線上に探索するので、
円や楕円形状等が湾曲したり伸長したような形状を持つパターンの場合、重心位置とエッジとの間に、測定対象ではない他のエッジが位置するような場合があり、測定目的に応じた適正な測定結果が得られない場合がある。
以下に、湾曲した閉図形パターンのような測定始点や測定終点の特定が困難なパターンであっても、適正な測定を可能とすることを目的とするパターンの測定方法、及びパターン測定装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための一態様として以下に、荷電粒子線装置によって得られた信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの測定を行う演算処理装置を備えたパターン測定装置であって、前記演算処理装置は、パターンの一のエッジと他のエッジとの間の複数の中心位置を特定し、当該複数の中心位置に沿ったパターンの第1の長さを測定するものであって、前記エッジを始点とした前記複数の中心位置に沿った線分の長さから、前記複数の中心位置に沿った線分に交差する方向のエッジ間の寸法の半分に相当する第２の長さを除いた第３の長さを求め、当該第３の長さの線分の端部と前記パターンのエッジ間の長さを、複数の方向について求め、当該複数の方向の長さの統計値に基づいて求められる第４の長さと前記第３の長さとの合計に基づいて、前記第１の長さを求めるパターン測定装置を提案する。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成によれば、測定始点や測定終点の特定が困難なパターンであっても、適正な測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】走査型電子顕微鏡システムの一構成例を示す図。
【図２】重心位置を基準とした測定基準（測定始点、測定終点）の設定が失敗する例を示す図。
【図３】パターン測定工程を示すフローチャート。
【図４】湾曲した縦長パターンの中心位置を特定する工程を示すフローチャート。
【図５】湾曲した縦長パターンの一例を示す図。
【図６】輝度プロファイル取得位置の一例を示す図。
【図７】輝度プロファイルと、その微分波形の一例を示す図。
【図８】中心位置が特定された縦長パターンの一例を示す図。
【図９】中心位置の特定に基づいて、エッジの検出方向を設定する例を示す図。
【図１０】中心点が特定された縦長パターンの端部を示す図。
【図１１】縦長パターンの端部に設定された中心点を基準として複数の方向に輝度プロファイルを抽出する例を示す図。
【図１２】湾曲した縦長パターンの中心位置の特定に基づいて、パターンの横幅を測定する工程を示すフローチャート。
【図１３】湾曲した縦長パターンの端部の長さとパターン中央部分の長さを加算して、パターン長さを求める工程を示すフローチャート。
【図１４】パターン端部を極座標展開したときの角度とｒ−θの関係を示す図。
【図１５】走査電子顕微鏡を含むパターン測定装置の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、主に湾曲した縦長パターンについて、当該パターンの長手方向に対して交差する方向に微分プロファイルを作成すると共に、当該微分プロファイルのピークが存在しなくなるまで鉛直方向に移動しながら水平方向にプロファイルを取得し、２つの微分プロファイルのピーク間の中央座標を求め、その中央座標を結んだ線の垂直方向にプロファイルを取得し、エッジ検出を行って横方向の測長値を算出し、ボトム領域が存在しなくなった位置から中央座標を結んだ線の方向に横方法の測長値の半分の長さ分移動した位置を中心点とし、中心点から極座標展開してエッジ検出を行い、中心点からエッジまでの距離を求め、中央点間の距離の合計との和を縦方向の測長値とする方法、及び装置の実施例を説明する。
走査型電子顕微鏡システムの一構成例を図１に示す。なお、以下の説明では、走査型電子顕微鏡を例にとって説明するが、これに限られることなく、集束イオンビーム装置などのほかの荷電粒子線装置にも適用が可能である。１０１は電子顕微鏡の筺体部であり、電子銃１０２から発せられた電子線１０３が電子レンズによって収束、試料１０５に照射される。電子線照射によって、試料表面から発生する二次電子、或いは反射電子の強度が検出器１０６によって検出され、増幅器１０７で増幅される。１０４は電子線の位置を移動させる偏向器であり、制御計算機１１０の制御信号１０８によって電子線１０３を試料表面上でラスタ走査させる。
増幅器１０７から出力される信号を画像処理プロセッサ１０９内でＡＤ変換し、デジタル画像データを作る。１１１は、その画像データを表示する表示装置である。また、画像処理プロセッサ１０９は、デジタル画像データを格納する画像メモリと各種の画像処理を行う画像処理回路、表示制御を行う表示制御回路を持つ。制御計算機１１０には、キーボードやマウス等の入力手段１１２が接続される。上述の画像処理プロセッサ１０９や制御計算機１１０において、後述するパターン測定の処理を行う。なお、本実施例では画像処理プロセッサ１０９と制御計算機１１０が１つの演算処理装置１１３に含まれている例を説明するが、それぞれの処理を別の演算処理装置で行うようにしても良い。
電子顕微鏡から撮像した電子顕微鏡画像のホールパターンに対して、以下の方法で、測長値を求める。図２に示すような変形したホールパターンにおいて、重心位置から放射状にプロファイルを取得する方式では正しくプロファイルが取得できない場合がある。例えば、図２に示すように、パターンのエッジとプロファイル取得方向が平行になる場合や、検出したいエッジ位置の手前のエッジに重なってしまう場合などがある。このような場合、従来方式ではエッジが正しく検出できないが、本実施例の方式を用いれば、パターンのエッジ位置で検出することが可能である。図１５は、電子顕微鏡筐体部１０１を含むパターン測定システムの一例を示す図である。当該測定システムには、電子顕微鏡の制御、及び電子顕微鏡にて得られる信号を処理する制御装置１５０１、制御装置１５０１にて得られた電子信号に基づいて演算処理を実行する演算処理装置１１３、及び表示装置１１１を備えた入力手段（入力装置）１１２が含まれている。演算処理装置１１３には、後述する演算処理を実行するための演算処理部１５０２と、演算処理条件や電子顕微鏡にて得られた信号情報を記憶するメモリ１５０３が内蔵されている。
図３は、パターンの測定工程を示すフローチャートである。本実施例では、縦長の湾曲パターンの横幅を測定した後、その横幅情報に基づいて縦の長さ（縦幅）を測定しているため、電子顕微鏡によって信号波形（プロファイル）を取得し（ステップ３０１）、当該プロファイルを用いて横幅測定（ステップ３０２）を行った後、縦幅測定（ステップ３０３）を行う処理を実行する。
図５は、測長対象となるホールパターンの一例を示す図である。図示するように、真円が縦方向に伸長、湾曲した形状をしている。図５の十字マークは検出位置（測定基準位置）であり、後述した処理を実行すべくパターンの輪郭内部に設定する。図５全体の輪郭（矩形部分）は、測長カーソルを表し、この内部で測定処理を実行する。
まず、図６に示すように、輝度プロファイル作成部１５０４は、メモリ１５０３に記憶された検出信号に基づいて、測定基準位置について、図７の上段に例示するような信号波形を形成する（図４のステップ４０１、４０２）。この輝度プロファイルには２つのピークが現れ、パターンの右側に位置する一のエッジと、パターンの左側に位置する他のエッジの位置を示したものとなる。
本例では測長を行う領域を示す測長カーソルのカーソル中心位置で、水平方向に輝度プロファイルを取得し、得られた輝度プロファイルから、カーソルの中心位置を始点としてカーソルの端側に向かう方向に微分プロファイルを算出する（ステップ４０３）。プロファイルの形状は図７下段のようになる。微分処理部１５０５は、カーソル中心位置を始点として、左方向と左方向のそれぞれに向かって微分処理を行っているので、図７に例示するように、左右対称の微分波形を形成することができる。次に、パターン測定部１５０９は、微分プロファイルにおける２つのポジティブピーク間の距離を、閾値法等を用いて測定し、当該測定結果に基づいて中心特定部１５０６は２つのポジティブピークの中点を算出する（ステップ４０４）。
上記処理をカーソルの中心位置を始点とし、プロファイル取得位置を上方向及び下方向に移動（ステップ４０５）させながら、それぞれの方向においてポジティブピークが存在しなくなるまで行う。ポジティブピークの有無は例えば所定の閾値を設定しておき、ピークがその閾値を下回ったときに存在しないと判断するようにすると良い。なお、ポジティブピークが発生しなくなるということは、プロファイル取得位置が、パターン内部（輝度が低い部分）からパターンエッジ（輝度が高い部分）への信号変化がなくなった部分に位置していることになる。即ち、プロファイル取得位置がパターン上端、或いは下端のエッジ上に配置されていることになる。パターン上端、下端では輝度が高い部分（エッジ）から輝度が低い部分（パターンエッジの外側）の変化しかないため、ネガティブピークのみが現れることになる。本例ではこのような原理に基づいて、パターンの上端位置と下端位置を特定する。このポジティブピークが存在しなくなった位置における２つのネガティブピークの中点を記録する。
次に、図８に示すように２つのポジティブピークの複数の中点（パターン内部の中点）、及び２つのネガティブピークの中点（パターン上端、下端の中点）をＹ座標の順に結んだ線（以下、中央線）を作成する（ステップ４０６）。
以上のような処理によって、湾曲パターンのおおよその中心線を求めることができる。次に、エッジ検出部１５０７は、中央線を基準として、当該中央線に対して所定の相対角（本例の場合、９０度）の方向に向かってエッジ検出を行う（図１２のステップ１２０１）。図９に例示するようにこの処理を、中心線によって区切られる２つの空間に対して実行する（上記、２つのポジティブピークの中点において、図９に示すように、中点と中央線によって構成される角の、角度の２等分線の方向にエッジ検出を行う。）。エッジ検出部１５０７によって検出された２つのエッジ点の中点を新たな中央点とする（ステップ１２０２）。パターン測定部１５０９は、検出したエッジ間の複数の距離の平均値を横方向の測長値を算出する（ステップ１２０３）。この平均値をパターンの横幅として定義する。なお、単なる加算平均ではなく、パターンのエッジが部分的に欠けており、ポジティブピークのピーク高さが十分でないような場合は、ピーク高さを重み付け係数とする重み付け平均演算のような他の統計処理を行うようにしても良い。
次に、中心特定部１５０６は、おおよそのパターン端部に位置するネガティブピークの中点から、ひとつ下のポジティブピークの中点の方向（パターン内部方向、或いはカーソル中心位置方向）に、その中点でのパターンの横幅（図１０のＬ）の半分の長さ分（図１０のＬ／２（第２の長さ））、即ち図１０の中心点の位置まで移動する。この処理を両端部分それぞれで行う（ステップ１３０１）。この２つの中心点間の中心線の長さは、パターン端部を除くパターン長さと定義することができる。後に全体長さを求めるため、パターン寸法測定部１５０９は、２つの中心点間の中央線の長さ（第３の長さ）をメモリ１５０３に記憶させる。
次に、極座標展開部１５０８は、図１１で示すように、図１０で示す中心点から、ひとつ下のポジティブピークの中点の方向と逆の方向を基準とし、左右９０度分極座標展開を行う（ステップ１３０３）。極座標展開を行い、得た画像においてエッジ検出を行い、極座標展開の際の始点とエッジ点との距離を算出し、その距離の平均値を求める（ステップ１３０４）。より具体的には、中央線を０度としたときにパターンの端部側のエッジと中心点間の画像をｒ−θ座標系に展開する。図１４は極座標展開した画像の一例を示す図である。エッジ１４０１はノイズやエッジ形状のばらつきにより中心点からの距離にばらつきがあるため、平均値１４０２を算出することによって、ノイズ等の影響を抑制した距離（先端部の測長値（第４の長さ））を算出する。なお、パターン端部についても重み付け平均演算のような他の統計処理を行うようにしても良い。
以上のようにして求めた平均値（先端部の測長値（上端と下端の両方が存在する場合は、２つの先端部の測長値））と中央線の長さ（２つの中心点間の中央線の長さ）の合計値を縦方向の測長値（第１の長さ）、即ち、パターンの縦幅とする。以上の処理により、パターンの横幅と縦幅を算出する。
本実施例によれば、重心位置を始点とする半直線と平行なエッジが存在するようなパターンや、重心位置を始点とする半直線と平行なエッジが存在するようなパターンや、重心位置を始点とする半直線と検出したいエッジ位置の間に他のエッジが存在するような形状のパターンであっても、パターン寸法の測定が可能な方法、及び装置の提供が可能となる。
【符号の説明】
【０００９】
１０１  電子顕微鏡の筺体部
１０２  電子銃
１０３  電子線
１０４  偏向器
１０５  試料
１０６  電子検出器
１０７  増幅器
１０８  制御信号
１０９  画像処理プロセッサ
１１０  制御計算機
１１１  表示装置
１１２  入力手段
【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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