(57)【要約】  パターンのエッジ部分の幅がビーム径よりも狭い場合であっても正確にパターンの測長をすることのできる、パターン測定装置及びパターン測定方法を提供する。パターン測定装置は、エッジ部分が直角に形成された基準パターンに荷電粒子ビームを走査してラインプロファイルを作成し基準ビーム強度分布を作成するビーム強度分布作成部と、各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対して基準ビームの強度分布を用いてラインプロファイルを求めて基準ビームの幅の影響を含んだエッジ幅を算出するエッジ幅検出部と、算出したエッジ幅とパターンのモデルからエッジ位置に対する補正値を算出し、エッジ幅と補正値とを関連付けた対応テーブルを作成する対応テーブル作成部とを備える。基準ビーム強度分布は基準パターンの立ち上がり点又は立下り点における強度分布の、パターンが形成されていない側の分布を合成して作成する。
2010073360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上にエッジ部分が水平面と直角に形成された基準パターンに荷電粒子ビームを走査して基準パターンのラインプロファイルを作成し、当該荷電粒子ビームを基準ビームとした基準ビーム強度分布を作成するビーム強度分布作成部と、
各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対して前記基準ビームの強度分布を用いてラインプロファイルを求めて前記基準ビームの幅の影響を含んだエッジ幅を算出するエッジ幅検出部と、
当該算出したエッジ幅と当該パターンのモデルからエッジ位置に対する補正値を算出し、当該エッジ幅と補正値とを関連付けた対応テーブルを作成する対応テーブル作成部と、
を備えることを特徴とするパターン測定装置。
【請求項２】
前記基準ビーム強度分布は、前記基準パターンの立ち上がり点における強度分布のうちの前記基準パターンが形成されていない側の分布と、立下り点における強度分布のうちの前記基準パターンが形成されていない側の分布とを合成して作成することを特徴とする請求項１に記載のパターン測定装置。
【請求項３】
前記各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対するラインプロファイルは、前記基準ビーム強度分布の電子ビームを照射しながら走査したと仮定したときの前記基準ビームとエッジ部分との重なりに応じた量を算出して作成したエッジ部分のラインプロファイルと、前記基準パターンのラインプロファイルとを合成して作成することを特徴とする請求項２に記載のパターン測定装置。
【請求項４】
さらに、パターンの線幅を測定する線幅測定部を備え、
前記線幅測定部は、試料上に形成されたパターンのエッジ幅及びエッジ位置を測定し仮エッジ幅及び仮エッジ位置とし、前記対応テーブルを参照して前記仮エッジ位置に対する補正値を検出して当該補正値を用いて前記仮エッジ位置を補正し、前記パターンの線幅を算出することを特徴とする請求項３に記載のパターン測定装置。
【請求項５】
さらに、前記対応テーブル作成部は、前記パターンのモデルのエッジ幅と、前記エッジ幅検出部で算出したエッジ幅とを対応付けたエッジ幅対応テーブルを作成し、
前記線幅測定部は、前記仮エッジ幅に対して前記エッジ幅対応テーブルから求めた真のエッジ幅と、前記パターンの高さとから、前記パターンのエッジの傾斜角度を算出することを特徴とする請求項４に記載のパターン測定装置。
【請求項６】
試料上にエッジ部分が水平面と直角に形成された基準パターンに荷電粒子ビームを走査して基準パターンのラインプロファイルを作成するステップと、
前記ラインプロファイルを基に、当該荷電粒子ビームを基準ビームとした基準ビーム強度分布を作成するステップと、
前記基準ビーム強度分布を基に、各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対してラインプロファイルを作成するステップと、
当該ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成するステップと、
当該微分プロファイルから前記基準ビームの幅の影響を含んだエッジ幅を算出するステップと、
当該算出したエッジ幅と当該パターンのモデルからエッジ位置に対する補正値を算出し、当該エッジ幅と補正値とを関連付けた対応テーブルを作成するステップと、
を有することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項７】
前記基準ビーム強度分布を作成するステップは、
前記基準パターンの立ち上がり点における強度分布のうちの前記基準パターンが形成されていない側の分布と、立下り点における強度分布のうちの前記基準パターンが形成されていない側の分布とを合成して作成するステップであることを特徴とする請求項６に記載のパターン測定方法。
【請求項８】
前記各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対するラインプロファイルは、前記基準ビーム強度分布の電子ビームを照射しながら走査したと仮定したときの前記基準ビームとエッジ部分との重なりに応じた量を算出して作成したエッジ部分のラインプロファイルと、前記基準パターンのラインプロファイルとを合成して作成することを特徴とする請求項７に記載のパターン測定方法。
【請求項９】
さらに、試料上に形成されたパターンのエッジ幅及びエッジ位置を測定し仮エッジ幅及び仮エッジ位置とするステップと、
前記対応テーブルを参照して前記仮エッジ位置に対する補正値を検出するステップと、
前記補正値を用いて前記仮エッジ位置を補正し、前記パターンの線幅を算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項８に記載のパターン測定方法。
【請求項１０】
さらに、前記パターンのモデルのエッジ幅と、前記エッジ幅検出部で算出したエッジ幅とを対応付けたエッジ幅対応テーブルを作成するステップと、
前記エッジ幅対応テーブルを参照して前記仮エッジ幅に対する真のエッジ幅を検出するステップと、
前記パターンの高さと前記真のエッジ幅から、前記パターンのエッジの傾斜角度を算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項８に記載のパターン測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームによるパターンの測定装置及び測定方法に関し、特に、パターンのエッジ幅に依存しないで正確な測長をすることのできるパターン測定装置及びパターン測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パターンの線幅測定方法として、走査型電子顕微鏡による測定が行われている。走査型電子顕微鏡では、電子線走査範囲内に入射電子を走査させながら照射し、シンチレータを介して試料から放出される２次電子を取得し、取得した電子の電子量を輝度に変換して表示装置に表示している。【０００３】
このような走査型電子顕微鏡を用いて半導体装置の特性を管理する場合に、パターンの線幅が設計基準値内に形成されているか否かの作業を行うことが一般に採用されている。パターンの線幅の管理は、次のような手順によって行われている。フォトマスク上に形成されたパターンの所定範囲をディスプレイに表示した後、その表示範囲内の測定ポイントに照準を当てて電子ビームを照射し、測定ポイントから反射された二次電子に基づいて輝度分布の波形を取得する。そして、輝度分布の波形の高レベル部分をパターンエッジとした幅を線幅と判断する。この線幅が許容誤差の範囲内にあるか否かを判断し、許容誤差の範囲内であれば、次の工程に移り、許容誤差の範囲内でなければパターン形成の処理工程に戻される。【０００４】
このように、パターンの線幅の測定は、半導体装置の製造工程において重要であり、線幅を正確に測定するための種々の手法が提案されている。【０００５】
一般的に、２次電子量に対応する輝度の傾きが最大となる位置をパターンのエッジ位置としているが、特許文献１では、２次電子信号が極小値をとる位置をエッジ位置とみなすエッジ検出方法が開示されている。【０００６】
上述したように、走査型電子顕微鏡を使用してパターンの線幅測定をする場合には、輝度の傾きが最大となる位置をエッジ位置としたり、２次電子信号が極小値をとる位置をエッジ位置とする方法が採用されている。【０００７】
しかし、このようなエッジ位置の検出を行う場合、次のような不都合が生じることがわかった。【０００８】
パターンのエッジ部分の傾斜角度が急になりエッジ部分の幅が狭くなるに従って、正確なパターンの測長が行われなくなる。上記したようにパターンの測長は電子ビームを照射しながら走査してラインプロファイルを作成し、ラインプロファイルを微分して線幅を算出している。従って、電子ビームのビーム径によってはパターンに応じた強度だけではなくビーム自体の強度も含まれた情報が２次電子として検出されてしまう。これにより、正確な線幅を測定できないという現象が発生していた。【０００９】
このようなパターンのエッジ幅が狭い場合の測長値に対して正確に線幅を測定する技術についての報告はされていない。
【特許文献１】特開平５−２９６７５４号公報
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、目的は、パターンのエッジ部分の幅がビーム径よりも狭い場合であっても正確にパターンの測長をすることのできるパターン測定装置及びパターン測定方法を提供することである。
【００１１】
上記した課題は、試料上にエッジ部分が水平面と直角に形成された基準パターンに荷電粒子ビームを走査して基準パターンのラインプロファイルを作成し、当該荷電粒子ビームを基準ビームとした基準ビーム強度分布を作成するビーム強度分布作成部と、各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対して前記基準ビームの強度分布を用いてラインプロファイルを求めて前記基準ビームの幅の影響を含んだエッジ幅を算出するエッジ幅検出部と、当該算出したエッジ幅と当該パターンのモデルからエッジ位置に対する補正値を算出し、当該エッジ幅と補正値とを関連付けた対応テーブルを作成する対応テーブル作成部と、を備えることを特徴とするパターン測定装置により解決する。
【００１２】
この形態に係るパターン測定装置において、前記基準ビーム強度分布は、前記基準パターンの立ち上がり点における強度分布のうちの前記基準パターンが形成されていない側の分布と、立下り点における強度分布のうちの前記基準パターンが形成されていない側の分布とを合成して作成するようにしてもよく、前記各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対するラインプロファイルは、前記基準ビーム強度分布の電子ビームを照射しながら走査したと仮定したときの前記基準ビームとエッジ部分との重なりに応じた量を算出して作成したエッジ部分のラインプロファイルと、前記基準パターンのラインプロファイルとを合成して作成するようにしてもよい。
【００１３】
また、この形態に係るパターン測定装置において、さらに、パターンの線幅を測定する線幅測定部を備え、前記線幅測定部は、試料上に形成されたパターンのエッジ幅及びエッジ位置を測定し仮エッジ幅及び仮エッジ位置とし、前記対応テーブルを参照して前記仮エッジ位置に対する補正値を検出して当該補正値を用いて前記仮エッジ位置を補正し、前記パターンの線幅を算出するようにしてもよく、さらに、前記対応テーブル作成部は、前記パターンのモデルのエッジ幅と、前記エッジ幅検出部で算出したエッジ幅とを対応付けたエッジ幅対応テーブルを作成し、前記線幅測定部は、前記仮エッジ幅に対して前記エッジ幅対応テーブルから求めた真のエッジ幅と、前記パターンの高さとから、前記パターンのエッジの傾斜角度を算出するようにしてもよい。
【００１４】
本発明では、試料上にエッジ部分が直角に形成されたパターンに荷電粒子ビームを走査してパターンのラインプロファイルを作成し、このラインプロファイルから基準ビームの強度分布を作成している。この基準ビームの強度分布を用いて各種の傾斜角度のエッジを含むパターンモデルに対してシミュレーションを行い作成したラインプロファイルからエッジ幅を算出することで、基準ビーム幅の影響を含んだエッジ幅を算出している。
【００１５】
シミュレーションしたエッジ幅とパターンモデルからエッジ位置に対する補正値を算出して、エッジ幅と算出された補正値とを対応付けた対応テーブルを作成し、この対応テーブルを利用して測定値を補正することにより、実際に測定された線幅においてエッジ部分の幅が狭く誤差を含む場合であっても正確に測長することが可能となる。
【００１６】
また、上記した課題は、試料上にエッジ部分が水平面と直角に形成された基準パターンに荷電粒子ビームを走査して基準パターンのラインプロファイルを作成するステップと、前記ラインプロファイルを基に、当該荷電粒子ビームを基準ビームとした基準ビーム強度分布を作成するステップと、前記基準ビーム強度分布を基に、各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対してラインプロファイルを作成するステップと、当該ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成するステップと、当該微分プロファイルから前記基準ビームの幅の影響を含んだエッジ幅を算出するステップと、当該算出したエッジ幅と当該パターンのモデルからエッジ位置に対する補正値を算出し、当該エッジ幅と補正値とを関連付けた対応テーブルを作成するステップと、を有することを特徴とするパターン測定方法により解決する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態で使用される走査型電子顕微鏡の構成図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、信号処理部が取得する電子像およびプロファイルの説明図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、エッジの角度に応じたプロファイルを説明する図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、エッジ部分の傾斜角度に応じたパターンのコントラストプロファイルをシミュレーションにより求める方法の概略を説明する図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、各種エッジ角度のパターンと電子ビームを照射した場合の２次電子強度分布を示した図である。
【図６】図６は、基準ビームを用いてエッジ傾斜角度に応じたラインプロファイル算出を説明する図である。
【図７】図７は、基準ビームの強度分布の一例を示す図である。
【図８】図８は、傾斜角度を有するエッジを含むパターンに対するラインプロファイルをシミュレーションにより算出した一例を示す図（その１）である。
【図９】図９は、傾斜角度を有するエッジを含むパターンに対するラインプロファイルをシミュレーションにより算出した一例を示す図（その２）である。
【図１０】図１０は、基準ビームを用いてシミュレーションしたエッジ幅と算出したエッジ位置の補正値との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、真のエッジ幅とシミュレーションしたエッジ幅（測定エッジ幅）との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、真のエッジ幅に対してシミュレーションしたエッジ幅とエッジ位置の補正値の対応関係を作成する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、電子ビームによるパターン測定処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。【００１９】
はじめに、パターン測定装置として使用される走査型電子顕微鏡の構成について説明する。次に、一般的なパターンの線幅の測定方法について説明する。次に、エッジ部分の幅とビーム幅との関係について説明し、エッジ幅が狭い場合であっても正確に線幅を測長することができる手法について説明する。最後に、本発明のパターン検出方法を適用したパターン測定方法について説明する。【００２０】
（走査型電子顕微鏡の構成）
図１は、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。【００２１】
この走査型電子顕微鏡１００は、電子走査部１０と、信号処理部３０と、画像表示部４０と、記憶部５５と、電子走査部１０、信号処理部３０、画像表示部４０及び記憶部５５の各部を制御する制御部２０とに大別される。制御部２０は、ビーム強度分布作成部２１、対応テーブル作成部２２、エッジ幅検出部２３、及び線幅測定部２４を有している。【００２２】
電子走査部１０は、電子銃１とコンデンサレンズ２と偏向コイル３と対物レンズ４と移動ステージ５と試料ホルダ６とを有している。【００２３】
電子銃１から照射された荷電粒子９をコンデンサレンズ２、偏向コイル３、対物レンズ４を通して移動ステージ５上の試料７に照射するようになっている。【００２４】
荷電粒子９が照射されて試料７から放出される２次電子は、シンチレータ等で構成される電子検出器８によって検出される。検出された２次電子の電子量は、信号処理部３０のＡＤ変換器によってデジタル量に変換され、画像データとして記憶部５５に格納される。画像データは輝度信号に変換されて画像表示部４０で表示される。なお、画像データには、取得された画像の範囲や、ＳＥＭの倍率等の情報も含まれている。偏向コイル３の電子偏向量と画像表示部４０の画像スキャン量は制御部２０によって制御される。また、制御部２０には、線幅測定を実行するためのプログラムが格納されている。【００２５】
ビーム強度分布作成部２１では、装置に使用される荷電粒子ビーム自体の強度分布を作成する。荷電粒子ビームのビーム強度分布は、試料にビームを照射したときのビーム量の分布を表している。【００２６】
対応テーブル作成部２２では、真のエッジ幅に対してエッジ位置の荷電粒子ビーム幅による影響を補正する補正値とシミュレーションしたエッジ幅との対応テーブルを作成する。【００２７】
エッジ幅検出部２３は、各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対して荷電粒子ビームの強度分布を用いてエッジ幅を検出する。【００２８】
線幅測定部２４は、指定された範囲のラインプロファイルを作成し、微分処理を施して線幅の測定を行う。【００２９】
（一般的なパターンの線幅の測定方法）
次に、図１に示した走査型電子顕微鏡１００を用いて、図２（ａ）に示す試料のパターンの線幅を測定する一般的な方法について説明する。【００３０】
試料７として、図２（ａ）に示すように、半導体ウエハまたはフォトマスク基板の下地層５０の上に配線パターン５１が形成されたものを使用する。試料７の一部は図２（ａ）に示すような平面形状となっている。ここで、破線５２で囲んだ部分は、走査型電子顕微鏡１００の観察領域を示している。【００３１】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す試料上に電子ビームを走査して得られる２次電子等の電子量を電子検出器８によって検出し、検出した電子量を輝度信号に変換し、電子ビームの走査位置に対応させて２次元化して表示したＳＥＭ画像の例を示している。【００３２】
図２（ｂ）に示すＳＥＭ画像から、測長エリアを指定してＳＥＭ画像を抽出する。測長エリアは例えばＬ×Ｈが４００ピクセルの領域とする。この領域は、上側ラインマーカーＬＭ１、下側ラインマーカーＬＭ２、左側ラインマーカーＬＭ３及び右側ラインマーカーＬＭ４によってオペレータによって選択される。【００３３】
抽出したＳＥＭ画像データから、測長エリアのＨ方向を分割し、分割した領域について輝度分布に対応するラインプロファイルを求める。なお、ラインプロファイルを求めるときに、長さＬ方向に例えば３ピクセル幅でスムージング処理を行うことによりノイズ成分を小さくすることができる。【００３４】
図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿って電子ビームを照射したときに得られる試料から放出される２次電子の電子量に対応するラインプロファイルを示した図である。図２（ｃ）に示すように、ラインプロファイルは、パターンのエッジ部分で急激に変化する。急激に変化する位置を求めるために、ラインプロファイルを微分して、微分信号量の最大ピークと最小ピークを求める。ラインパターンの幅は、この最大ピークの位置と最小ピークの位置との間の距離として求められる。【００３５】
以上の処理を分割したそれぞれの領域で行い、各領域で算出したパターンの幅の平均値を測長値としている。【００３６】
（エッジ幅とビーム幅との関係）
図３は、試料６１上に形成したパターンと、パターンのＳＥＭ画像から得られる輝度信号を表すラインプロファイルと、ラインプロファイルを１次微分した微分プロファイルを示している。図３（ａ）〜（ｃ）はラインパターンのエッジ部分の傾斜角度（エッジ部分の幅）が異なる３つのケースについて示している。【００３７】
図３（ａ）は、試料６１上に形成されたパターン６２のエッジ部分が試料６１面と直角に形成されている場合を示しており、図３（ｂ）及び（ｃ）はエッジ部分が傾斜している場合を示している。又、図３（ｂ）は図３（ｃ）に比べてエッジ部分の傾斜が急な場合を示している。【００３８】
図３（ａ）のようにエッジ部分が試料６１と直角なパターンの場合、図３（ａ）のラインプロファイル６３ａ、６３ｂが得られ、ラインプロファイル６３ａ、６３ｂを微分して微分プロファイル６４ａ、６４ｂが得られる。【００３９】
図３（ａ）のラインプロファイル６３ａ、６３ｂに示すように、パターン６２が形成されていない領域（以後、スペースと呼ぶ）とパターン６２との境界で、ラインプロファイルの信号量が大きくなっている。【００４０】
２次電子の強度分布は試料６１とパターンとがなす試料面角度θに対し1/cosθに比例すると言われているが、最近のＣＤ−ＳＥＭ装置では試料のチャージアップを抑制する技術がとられているため、装置側から見るとエッジ部の傾斜角度に依らず一定の強度分布に見える事を、本実施形態では前提にしている。図３（ａ）の場合はパターン６１に傾斜部分が存在しないため、ラインプロファイル６３ａ、６３ｂには傾斜部分からの２次電子の強度は含まれていない。すなわち、このラインプロファイル６３ａ、６３ｂは、側壁部から2次電子が散乱するdiffusion contrastの特性だけが見えている。【００４１】
一般に、パターンのエッジ位置は、ラインプロファイルにおいて、傾斜が最も急な位置が採用されている。この最も急な位置を算出するために、ラインプロファイルを１次微分し、１次微分プロファイルの最大値、最小値を求めている。【００４２】
図３（ａ）の１次微分プロファイル６４ａ，６４ｂによると、スペース６１ａに対応する位置で最大値をとり、スペース６１ｂに対応する位置で最小値をとっている。これらの最大値及び最小値の位置が、スペース６１ａ、６１ｂとパターン６２との境界、つまりエッジ位置を示すものとして算出されてしまう。【００４３】
しかしながら、図３（ａ）は、エッジ部分が直角なパターンであり、実際のパターンの線幅はＷ１である。つまり、上記プロファイルからパターンの線幅を算出すると、Ｗ１＋ｄ１＋ｄ２となり、実際の線幅Ｗ１よりもｄ１＋ｄ２だけ長く算出されてしまう。【００４４】
図３（ｂ）は、試料６１上に形成されたパターン６５のエッジの傾斜角度が急峻であって、エッジ部分の幅がビームの幅よりも小さい場合の例を示している。図３（ｂ）のラインプロファイル６６ａ，６６ｂに示すように、スペース６１ａ、６１ｂとパターン６５との境界で、ラインプロファイル６６ａ、６６ｂの信号量が大きくなっている。この場合のラインプロファイル６６ａ，６６ｂは、エッジの傾斜部分から発生する２次電子６７ａ、６７ｂとトップ部６５ａの diffusion contrast およびビームの強度分布に依存している。【００４５】
図３（ｂ）の１次微分プロファイル６８ａ，６８ｂによると、スペース６１ａに対応する位置で最大値をとり、スペース６１ｂに対応する位置で最小値をとっている。これらの最大値及び最小値の位置が、スペース６１ａ，６１ｂとパターン６５との境界、つまりエッジ位置を示すものとして算出されてしまう。【００４６】
しかしながら、図３（ｂ）に示すように、実際のパターンの線幅はＷ２であり、ｄ３＋ｄ４の誤差が発生している。【００４７】
図３（ｃ）は、試料６１上に形成されたパターン６９のエッジの傾斜角度が緩やかであって、エッジ部分の幅がビームの幅よりも大きい場合の例である。【００４８】
図３（ｃ）のラインプロファイル７０ａ，７０ｂに示すように、スペース６１ａ、６１ｂとパターン６９との境界で、ラインプロファイル７０ａ、７０ｂの信号量が大きくなっている。この場合のラインプロファイル７０ａ，７０ｂは、エッジの傾斜部分から発生する２次電子７１ａ，７１ｂとトップ部６９ａの diffusion contrast およびビームの強度分布に依存している。【００４９】
図３（ｃ）の１次微分プロファイル７２ａ，７２ｂによると、スペース６１ａとパターン６９との境界に対応する位置で最大値をとり、パターン６９とスペース６１ｂとの境界に対応する位置で最小値をとる。これらの最大値及び最小値の位置は、スペース６１ａ，６１ｂとパターン６９との境界、つまりエッジ位置を示している。このように、１次微分プロファイル７２ａ、７２ｂの最大値及び最小値の位置を算出することによりエッジ位置を求め、パターンの線幅Ｗ３が正確に算出されている。【００５０】
このように、エッジの幅が荷電粒子ビームの幅よりも広い場合にはエッジの幅を正確に測定できるが、エッジの幅が荷電粒子ビームの幅よりも狭い場合には、ラインプロファイルを微分してエッジ位置を検出する通常の方法ではエッジの幅を正確に測定することができず、パターンの線幅も正確に測定することができない。【００５１】
そこで、パターンのエッジの幅について着目する。図３（ｂ）において、パターン６５のエッジ部分の幅もラインプロファイルを１次微分した微分プロファイルより求めることができる。【００５２】
スペース６１ａとパターン６５の境界で１次微分プロファイル６８ａは極大値及び極小値を取っている。極大値をとる位置がスペース６１ａとパターン６５のエッジの下部の位置であり、極小値をとる位置がパターン６５のエッジの上部の位置に対応するものとして算出される。【００５３】
しかしながら、図３（ｂ）に示すように、実際のパターン６５のエッジ幅はＥ１であり、ｄ３＋ｄ５の誤差が発生している。このような誤差の発生は、ラインプロファイル６６ａがエッジの傾斜部分からの２次電子の強度だけではなく、荷電粒子ビーム自体の大きさ（幅）による強度も含まれており、全体の強度に対する荷電粒子ビームの強度の割合が高いことによると考えられる。【００５４】
なお、図３（ｃ）のパターン６９では、スペース６１ａとパターン６９の境界で１次微分プロファイル７２ａは極大値及び極小値をとり、極大値をとる位置がスペース６１ａとパターン６９のエッジの下部の位置に対応している。【００５５】
以下に、エッジの幅がビームの幅よりも狭い場合であっても正確に線幅を測定する方法について説明する。【００５６】
上記したように、エッジの傾斜角度が直角の場合、エッジ部のdiffusion contrastの強度分布の形状のスペース部分は荷電粒子ビームの強度分布を近似していると考えられる。したがって、図３（ａ）の強度分布６３ａと６３ｂのスペース部分とを合成して、ビームの強度分布とする。すなわち、図３（ａ）において、パターン６２の立ち上がり点における強度分布６３ａのうちのスペース６１ａ側の分布と、立下り点における強度分布６３ｂのうちのスペース６１ｂ側の分布とを合成し、基準ビームの強度分布とする。【００５７】
この基準ビームの強度分布を用いて、種々の傾斜角度のエッジを有するパターン上を照射したときのラインプロファイル（コントラストプロファイル）をシミュレーションにより算出する。【００５８】
図４は、エッジ部分の傾斜角度に応じたパターンのコントラストプロファイルをシミュレーションにより求める方法の概略を説明した図である。図４（ａ）と図４（ｂ）は、エッジ部の傾斜角度が異なるパターンを示しており、コントラストプロファイルのシミュレーションによる算出方法は同様である。【００５９】
図４（ａ）において、パターン９１ａに対するコントラストプロファイル９６ａは、パターンの側壁部（エッジ部）のプロファイルと、トップ部のプロファイルとを足し合わせることにより生成する。【００６０】
図５は、各種エッジ角度のパターンと電子ビームを照射した場合の２次電子強度分布を示した図である。この図５に示すように、２次電子強度分布は、側壁部（９２ａ、９２ｃ）ではエッジの幅に応じて強度値が変わり、エッジの角度が急峻になるほど強度値が高くなっている。これに対して、トップ部ではエッジ部分に依存せず、すべて同様な２次電子強度分布（９２ｂ、９２ｄ）を示している。【００６１】
そこで、シミュレーションによるコントラストプロファイルの生成では、側壁部とトップ部とを分けて考える。【００６２】
図４（ａ）のパターン９１ａのトップ部の２次電子強度分布９２ｂは、エッジ角度が９０度の場合の分布（図５（ａ）の２次電子強度分布９２ｅ）と同一と考え、トップ部のコントラストプロファイル９３は、エッジ角度が９０度の場合のコントラストプロファイル（図３（ａ）を参照）を使用する。【００６３】
側壁部については、側壁部の角度とエッジ高さに応じた２次電子強度分布９２ａと基準ビーム強度分布９４を用いてシミュレーションを行い、コントラストプロファイル９５ａを生成する。生成した側壁部のコントラストプロファイル９５ａとトップ部のプロファイル９３とを足して、エッジの角度に応じたコントラストプロファイル９６ａを生成する。【００６４】
図６は、基準ビームの強度分布を用いてエッジ傾斜角度に応じた側壁部のコントラストプロファイルをシミュレーションにより算出する方法を概念的に説明する図である。【００６５】
図６に示すように基板７２上にエッジの傾斜角度がθのパターン７３が形成されたものと仮定する。また、説明を簡単にするため、基準ビームは図６の基準ビームの強度分布７５ａのように三角形の強度分布を有するものとする。【００６６】
図６のパターン７３のエッジ部分に対して、２次電子の発生量に対応する傾斜部の幅７４ａ、７４ｂを求める。この傾斜幅と基準ビームを走査したときの重なりに応じたコントラストプロファイル７６を形成する。【００６７】
図６の７５ａに示すように基準ビームがエッジ部分にかかっていないときは、ｖ１に示すようにコントラストプロファイルの値は０である。基準ビームをＸ方向（図６の右方向）に走査してパターンを照射し、７５ｂに示すようにエッジ部分に基準ビームの半分が重なったときは、ｖ２に示すようになる。また、７５ａから７５ｂまでは基準ビームの移動に伴ってリニアにコントラストプロファイルの値もｖ１からｖ２のように増加していく。【００６８】
さらに基準ビームをＸ方向に走査して、７５ｄに示すように基準ビームが７５ｂと対称的になったときは、ｖ３に示す値になる。【００６９】
このように基準ビームとエッジ部分の２次電子強度との重なりの程度に応じた２次電子強度を求めてコントラストプロファイルを作成する。【００７０】
図７から図９は、シミュレーションによるコントラストプロファイルの作成を説明する図である。基準ビームの強度分布を図７に示す形状８１としたときに、図８に示すようにエッジの傾斜角度がαのパターンモデル８２、及び図９に示すようにエッジの傾斜角度がβ（＜α）のパターンモデル８３に対してコントラストプロファイルをシミュレーションにより算出した。【００７１】
図７は、試料にエッジ部分が直角に形成されたパターンに対して荷電粒子ビームを走査して取得した基準ビームの強度分布８１を示している。横軸は距離を表し、縦軸はビーム強度を表している。【００７２】
図８は、エッジの傾斜角度がαのパターンに対するコントラストプロファイルを作成した例である。図８の符号８２で示したラインは、エッジの傾斜角度をαとしたパターンモデルを示している。図８の符号８４で示したラインは、パターンモデル８２に対して図７の強度分布を持つ基準ビームを用いてシミュレーションにより作成したエッジ部のコントラストプロファイルを示している。また、図８の符号８６で示したラインは、エッジの傾斜角度が９０度のときのトップ部のコントラストプロファイルを示している。シミュレーションにより作成したエッジ部のプロファイル８４にエッジの傾斜角度９０度のときのトップ部のコントラストプロファイル８６を加算したプロファイルが図８の符号８８で示したラインである。【００７３】
図８の符号９０で示したラインは、コントラストプロファイル８８を微分した微分プロファイルであり、この微分プロファイル９０により測定結果をシミュレートしたエッジ位置およびエッジ幅を求め、実際のエッジ位置の補正値およびエッジ幅との関係を算出する。【００７４】
例えば、図８では、実際のエッジ幅が３のとき、基準ビームを用いて得られたコントラストプロファイル８８を基にエッジ幅を算出すると９．０となる。よって、測定エッジ幅が９．０の場合は実際のエッジ幅は３．０に変換でき、エッジ位置（パターンモデル８２の立ち上がり位置）の補正値は２．０となる。【００７５】
図９は、エッジの傾斜角度がβのパターンに対するコントラストプロファイルを作成した例である。図９の符号８３で示したラインは、エッジの傾斜角度をβとしたパターンモデルを示している。図９の符号８５で示したラインは、パターンモデル８３に対して図７の強度分布を持つ基準ビームを用いてシミュレーションにより作成したエッジ部のコントラストプロファイルを示している。また、図９の符号８７で示したラインは、エッジの傾斜角度が９０度のときのトップ部のコントラストプロファイルを示している。シミュレーションにより作成したエッジ部のプロファイル８５にエッジの傾斜角度９０度のときのトップ部のコントラストプロファイル８７を加算したプロファイルが図９の符号８９で示したラインである。【００７６】
図９の符号９１で示したラインは、コントラストプロファイル８９を微分した微分プロファイルであり、この微分プロファイル９１により測定結果をシミュレートしたエッジ位置およびエッジ幅を求め、実際のエッジ位置の補正値およびエッジ幅との関係を算出する。【００７７】
例えば、図９では、実際のエッジ幅が７のとき、基準ビームを用いて得られたコントラストプロファイル８５を基にエッジ幅を算出すると１１．４となる。よって、測定エッジ幅が１１．４の場合はエッジ幅は７．０に変換でき、エッジ位置（パターンモデル８３の立ち上がり位置）の補正値は０．２となる。【００７８】
同様に、種々のエッジ幅に対してエッジ幅とエッジ位置の補正値を算出して、図１０、図１１に示すような基準ビームを用いて算出したエッジ幅とエッジ位置の補正値との対応関係を作成する。図１０の横軸はシミュレーション結果のエッジ幅を示し、縦軸はエッジ位置の補正値を示している。エッジ幅の最小値はほぼビーム径と一致し補正値もビーム径の約１／２となり（図の点Ａ）図３（ａ）に対応する。【００７９】
エッジ幅が広くなるに従って、補正値は小さくなる。つまり、強度分布にはエッジの傾斜部分からの２次電子の強度が含まれ、強度全体に対するビーム幅による影響の割合が減少してくるためである。図１０の点Ｂでは、エッジ幅がＥｘのときにエッジ位置の補正値が０になることを示している。つまり、エッジ幅がＥｘよりも大きければ、ビームによって照射しながら走査してラインプロファイルを作成し、それを微分することによって算出した線幅やエッジ幅の値がビーム幅による強度分布の影響を受けることなく、正確に測長できるということが保証される。【００８０】
図１１は、真のエッジ幅と測定エッジ幅との対応関係を示すグラフである。図１１の横軸は真のエッジ幅であり、縦軸は、測定エッジ幅である。【００８１】
図１０や図１１に示した真のエッジ幅と測定エッジ幅との対応関係を示す対応テーブルはビームの対称性、Ｘ／Ｙ方向のビーム径の差を考慮し、必要に応じてＸ／Ｙ各方向に立ち上がりエッジと下がりエッジの４通りのテーブルを装置毎に予め作成して記憶部に格納しておき、パターンの測長を行う際には、エッジ幅の補正が必要か否かを対応テーブルを参照して判断する。補正が必要なときは、測定結果のエッジ幅を基に測長値を補正する。【００８２】
上記対応テーブルを用いることにより線幅の測定だけではなく、基板上に形成されたパターンのエッジの傾斜角度を算出することも可能である。【００８３】
例えば、図３（ｂ）に示すパターンが形成されたとき、そのパターンのエッジ幅及びエッジ部分の幅を測定し、エッジ部分の幅が補正の必要な範囲にあるか否かを、対応テーブルを参照して判断する。【００８４】
エッジ幅が補正の必要な範囲になければ、測定されたエッジ部分の幅とパターンの高さＨとを用いてエッジの傾斜角度を求める。また、測定されたエッジ部分の幅が補正の必要な範囲であれば、対応テーブルから測定エッジ幅に対応する補正エッジ幅を算出する。この補正エッジ幅Ｗと高さＨとを用いて、エッジの傾斜角度を正確に求めることができる。【００８５】
（パターン測定方法）
次に、図１２及び図１３を参照して、荷電粒子ビームによるパターン測定方法について説明する。図１２は、シミュレーションしたエッジ幅とエッジ位置の補正値との対応関係を作成する処理の一例を示すフローチャートである。【００８６】
まず、最初のステップＳ１１において、試料上にエッジ部分が直角に形成されたパターンのラインプロファイルを作成する。パターンのエッジ部分を通過するように荷電粒子ビームを走査して、パターンのＳＥＭ画像から得られる輝度信号を表すラインプロファイルを作成する。【００８７】
次に、ステップＳ１２において、基準ビームの強度分布を作成する。ステップＳ１１で得られたラインプロファイルは、エッジの傾斜部分からの２次電子の強度は含まれていない。従って、このラインプロファイルは荷電粒子ビーム自体の強度分布とみなすことができる。パターンの立ち上がり点における強度分布のスペース側の分布と、パターンの立下り点における強度分布のスペース側の分布とを合成して基準ビームの強度分布とする。【００８８】
次に、ステップＳ１３において、各種傾斜角度に形成されたエッジを含むパターンのモデルに対して、ラインプロファイルを作成する。各パターンモデルに対してステップＳ１２で作成した基準ビームの強度分布を用い、エッジ部分と基準ビームとの重なりに応じた値をシミュレーションにより算出してエッジ部のラインプロファイルを作成する。このエッジ部のラインプロファイルとエッジが９０度の場合のトップ部のラインプロファイルとを足して、各モデルのパターンに対するラインプロファイルを作成する。【００８９】
次に、ステップＳ１４において、ラインプロファイルを微分して、エッジ幅を算出し、ステップＳ１５において、算出したエッジ幅とパターンモデルからエッジ幅に対する補正値を算出する。【００９０】
次に、ステップＳ１６において、算出したエッジ幅と補正値とを関連付けた対応テーブルを作成する。【００９１】
以下に、シミュレーションにより算出したエッジ幅とそのエッジ幅に対する補正値との対応テーブルを用いて正確な測長を行う処理を示す。【００９２】
図１３は、パターンのエッジ角度が９０度に近くエッジ幅が狭く形成されていても、正確にパターンの線幅を測定する処理の一例を示すフローチャートである。【００９３】
図１３の線幅測定処理では、予めパターンが形成された試料のＳＥＭ画像が取得され、記憶部５５にＳＥＭ画像データが格納されているものとする。【００９４】
まず、はじめに、ステップＳ２１において、所望の測長エリアを指定して、ＳＥＭ画像を取得する。このＳＥＭ画像データは、記憶部５５から抽出する。【００９５】
次に、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で取得したＳＥＭ画像データを所定の数の領域に分割する。【００９６】
次に、ステップＳ２３において、ステップＳ２２で分割した領域におけるラインプロファイルを算出する。ラインプロファイルの算出は、制御部２０のプロファイル作成部２１がＳＥＭ画像データのうちの輝度情報を抽出して行う。【００９７】
次に、ステップＳ２４において、ステップＳ２３で算出したラインプロファイルを１次微分してエッジ幅及びエッジ位置を算出する。このエッジ幅及びエッジ位置を仮エッジ幅及び仮エッジ位置とする。１次微分処理は線幅測定部２４で行い、例えば、一般的な画像処理で使用されるソーベルフィルタなどの微分フィルタを用いて行う。１次微分した結果、信号量の最大値及び最小値をとる位置を仮線幅として記録する。また、エッジ部分に対応して信号量の極大値及び極小値をとる位置を仮エッジ位置として記録する。【００９８】
次のステップＳ２５では、パターンのエッジ部分の幅が補正の必要な補正対象範囲か否かを判定する。エッジ部分の幅はラインプロファイルを微分した微分プロファイルの最大値と最小値とからその間隔を算出する。対応テーブルを参照して算出されたエッジ幅に対するビーム幅の値が存在すれば、補正対象範囲であると判定する。補正対象範囲であると判定されたときは、ステップＳ２６に移行し、補正対象範囲でないと判定されたときは、ステップＳ２８に移行する。【００９９】
次のステップＳ２６では、エッジ位置を補正する。エッジ位置の補正は、対応テーブルを参照して、算出された仮エッジ幅に対する補正値を求める。この補正値を測長値のエッジ位置に加算することによって、ビーム幅の影響のない正確なエッジ位置に補正する。【０１００】
次のステップＳ２７では、補正した一対のエッジ位置を用いて線幅を算出する。【０１０１】
一方、ステップＳ２８では、測長した仮エッジ幅及び仮エッジ位置を補正する必要がないため、これらの値を使って測長値を算出するとする。【０１０２】
次に、ステップＳ２９では、測長エリアの全領域について、仮エッジ幅、仮エッジ位置を算出して測長値を補正する。すなわち、全領域についてこれらの値を算出するまで、ステップＳ２３からステップＳ２８までを繰り返し実行する。【０１０３】
以上説明したように、本実施形態のパターン測定装置及びパターン測定方法では、試料上にエッジ部分が直角に形成されたパターンに荷電粒子ビームを走査してパターンのラインプロファイルを作成し、このラインプロファイルから基準ビームの強度分布を作成している。この基準ビームの強度分布を用いて各種の傾斜角度のエッジを含むパターンモデルに対してシミュレーションを行い作成したラインプロファイルからエッジ幅を算出することで、基準ビーム幅の影響を含んだエッジ幅を算出している。【０１０４】
シミュレーションしたエッジ幅とパターンモデルからエッジ位置に対する補正値を算出して、エッジ幅と算出された補正値とを対応付けた対応テーブルを作成し、この対応テーブルを利用して測定値を補正することにより、実際に測定された線幅においてエッジ部分の幅が狭く誤差を含む場合であっても正確に測長することが可能となる。【０１０５】
また、パターンモデルのエッジ幅とシミュレーションしたエッジ幅を対応付けたテーブルを利用することにより、エッジ部分の傾斜角度を正確に算出することが可能となる。【０１０６】
なお、本実施形態では、試料を照射する荷電粒子ビームとして電子ビームを使用した場合について説明したが、これに限らず、例えばイオンビームを使用する装置にも適用可能である。
【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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【国際調査報告】
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