(57)【要約】【課題】計測対象領域に曲線部分を持つパターンの寸法値を高精度に計測するためには、画像の垂直方向或いは水平方向とパターンの曲線部分における局所的な軌道とがなす角度を算出する必要がある。しかし、パターンエッジを基に該角度を算出した場合、エッジラフネスによりエッジ線の該角度がパターン軌道と異なるケースにおいて、測長精度低下を招く危険があるという課題があった。【解決手段】パターンの軌道を示す補助点列から前記角度を算出し、パターン計測を行なう手法を提供することにより、パターンエッジのラフネスの影響を抑制した高精度パターン計測を可能とする。【選択図】  図１０
2011242352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象パターン画像に対して傾斜のあるパターンの寸法を計測するパターン寸法計測方法であって、
前記検査対象パターン画像から得られる信号波形を用いて、前記傾斜のあるパターンの軌道を示す補助点列を検出するステップと、
前記検出された補助点列に基づいて、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出するステップと、
前記算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出するステップと、
前記検出された前記近似曲線又は前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップと、
を有することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項２】
請求項１記載のパターン寸法計測方法であって、
前記垂直方向の信号波形を検出するステップでは、
前記近似曲線又は前記接線と前記検査対象パターン画像の垂直方向又は水平方向との傾斜角を算出し、前記算出された傾斜角に基づいて、前記垂直方向の信号波形を算出することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項３】
請求項２記載のパターン寸法計測方法であって、
前記垂直方向の信号波形を検出するステップでは、
前記算出された傾斜角分だけ回転させた方向で検出することで、前記垂直方向の信号波形を検出することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項４】
請求項２記載のパターン寸法計測方法であって、
前記垂直方向の信号波形を検出するステップでは、
前記算出された傾斜角分だけ前記検査対象パターン画像を回転させて検出することで、前記垂直方向の信号波形を検出することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のパターン寸法計測方法であって、
前記補助点列を検出するステップでは、
前記検査対象パターン画像から得られる信号波形の対称性を利用して検出することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載のパターン寸法計測方法であって、
前記補助点列を検出するステップでは、
前記検査対象パターン画像から得られる信号波形と予め作成した基準信号波形とのマッチングにより検出することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項７】
請求項１記載のパターン寸法計測方法であって、
前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップでは、
前記垂直方向の信号波形の中心位置を基準にして左右のパターンエッジ位置をそれぞれ独立に探索し、得られたパターンエッジ位置に基づいて前記傾斜のあるパターンの寸法を計測することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項８】
請求項１記載のパターン寸法計測方法であって、
前記傾斜のあるパターンは、前記検査対象パターン画像に対して傾斜のある直線パターンであり、
前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出するステップでは、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線を算出し、
前記垂直方向の信号波形を検出するステップでは、前記算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線に対して垂直方向の信号波形を検出し、
前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップでは、前記検出された前記近似曲線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測する、
ことを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項９】
請求項８記載のパターン寸法計測方法であって、
さらに、前記補助点列又は前記近似直線が表示された前記検査対象パターン画像と、前記計測された前記傾斜のあるパターンの計測結果と、を画面に表示するステップと、
を有することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１０】
請求項９記載のパターン寸法計測方法であって、
前記計測結果は、前記検査対象パターン画像の計測範囲内におけるパターン寸法値の平均値、パターン寸法値の分散値、パターン寸法値の最大値、パターン寸法値の最小値、前記近似曲線と前記検査対象パターン画像の垂直方向又は水平方向との傾斜角、及び、前記近似曲線の前記補助点列に対する当てはまり度を示す重相関係数、のうち、いずれか一つ若しくは複数であることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１１】
請求項１記載のパターン寸法計測方法であって、
前記傾斜のあるパターンは、曲線パターンであり、
前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出するステップでは、前記補助点列の所定区間における接線を算出し、
前記垂直方向の信号波形を検出するステップでは、前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出し、
前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップでは、前記検出された前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測する、
ことを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のパターン寸法計測方法であって、
前記補助点列の所定区間における接線の算出は、前記補助点列の所定区間に対して関数近似を適用することにより実行されることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載のパターン寸法計測方法であって、
さらに、前記補助点列又は前記接線が表示された前記検査対象パターン画像と、前記計測された前記傾斜のあるパターンの計測結果と、を画面に表示するステップと、
を有することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のパターン寸法計測方法であって、
前記計測結果は、前記検査対象パターン画像の計測範囲内におけるパターン寸法値の平均値、パターン寸法値の分散値、パターン寸法値の最大値、パターン寸法値の最小値、前記接線と前記検査対象パターン画像の垂直方向又は水平方向との最大傾斜角、前記接線と前記検査対象パターン画像の垂直方向又は水平方向との最小傾斜角、前記接線の前記補助点列に対する当てはまり度を示す重相関係数、のうち、いずれか一つ若しくは複数であることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１５】
検査対象パターン画像に対して傾斜のあるパターンの寸法を計測するパターン寸法計測装置であって、
検査対象に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、
前記電子ビーム照射手段による照射により前記検査対象から放出される反射電子及び２次電子を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された反射電子及び２次電子の信号に基づいて検査対象パターン画像を作成し、前記検査対象パターン画像から得られる信号波形を用いて、前記傾斜のあるパターンの軌道を示す補助点列を検出し、前記検出された補助点列に基づいて、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出し、前記算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出し、前記検出された前記近似曲線又は前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測する画像処理手段と、
を有することを特徴とするパターン寸法計測装置。
【請求項１６】
請求項１５記載のパターン寸法計測装置であって、
前記画像処理手段は、
前記検査対象パターン画像の信号波形を用いて、前記傾斜のあるパターンの軌道を示す補助点列を検出する補助点列検出手段と、
前記補助点列検出手段により検出された補助点列に基づいて、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出する近似曲線・接線算出手段と、
前記近似曲線・接線算出手段により算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出する信号波形取得手段と、
前記信号波形取得手段により検出された前記近似曲線又は前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定するエッジ検出手段と、
前記エッジ検出手段により特定されたパターンエッジ位置のデータに基づいて、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測する寸法計測手段と、
を有することを特徴とするパターン寸法計測装置。
【請求項１７】
請求項１５又は１６記載のパターン寸法計測装置であって、
さらに、前記画像処理手段により得られた前記検査対象パターン画像と前記検査対象に対して傾斜のあるパターンの寸法計測結果とを表示する表示手段と、
を有するｋとおを特徴とするパターン寸法計測装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のパターン寸法計測装置であって、
前記表示手段は、前記検査対象に対して傾斜のあるパターンの寸法計測結果として、前記検査対象パターン画像の計測範囲内におけるパターン寸法値の平均値、パターン寸法値の分散値、パターン寸法値の最大値、パターン寸法値の最小値、前記近似曲線と前記検査対象パターン画像の垂直方向又は水平方向との傾斜角、及び、前記近似曲線の前記補助点列に対する当てはまり度を示す重相関係数、のうち、いずれか一つ若しくは複数を表示することを特徴とするパターン寸法計測装置。
【請求項１９】
請求故１７記載のパターン寸法計測装置であって、
前記表示手段は、前記検査対象パターン画像の計測範囲内におけるパターン寸法値の平均値、パターン寸法値の分散値、パターン寸法値の最大値、パターン寸法値の最小値、前記接線と前記検査対象パターン画像の垂直方向又は水平方向との最大傾斜角、前記接線と前記検査対象パターン画像の垂直方向又は水平方向との最小傾斜角、前記接線の前記補助点列に対する当てはまり度を示す重相関係数、のうち、いずれか一つ若しくは複数を表示することを特徴とするパターン寸法計測装置。
【請求項２０】
検査対象パターン画像に対して傾斜のあるパターンの寸法を計測するパターン寸法計測方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
画像取得部により得られた前記検査対象パターン画像から得られる信号波形を用いて、補助点列検出部に前記傾斜のあるパターンの軌道を示す補助点列を検出させるステップと、
前記検出された補助点列に基づいて、近似直線・接線算出部に前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出させるステップと、
寸法計測部に前記算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出させるステップと、
エッジ検出部に前記検出された前記近似曲線又は前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定させ、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項２１】
請求項２０記載のプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ上のパターン寸法を計測する分野において、特に、画像に対し傾斜のあるパターン寸法の計測方法及び計測装置、並びに、計測方法を記録した記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体パターンの寸法計測では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮像された高解像度画像を用いて、画像上のパターンエッジの座標を求め、その両端のエッジ座標から寸法を算出する。パターンが直線であり、かつ表示画像の垂直方向または水平方向と平行であれば、両エッジの水平方向または垂直方向の座標値の差分から容易にパターン寸法を求めることができる。しかし、半導体回路の高密度化を目的に、曲線部分のある特殊形状パターンを採用する事例があり、これらのパターンでは、寸法値とすべきエッジ間の最短距離を示す方向が連続的に変化するため、上記従来方法では正確な寸法計測を行うことができない。また、パターンが直線であっても、表示画像に対して斜め方向に伸びるパターンの場合には、同様に、正確な寸法計測が困難である。
【０００３】
ここで、特許文献１には、表示画像に対し傾斜のあるパターンの測定を行なう手法として、微細パターンの形状を反映する図形を基に、図形の輪郭の接線に対して垂直方向の信号波形を取得し、パターンエッジの座標を検出してパターン形状を測定する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０４０８０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
計測対象領域に曲線部分をもつパターンや直線であっても画像に対して傾斜のあるパターンの寸法値を高精度に計測するためには、エッジラフネスの影響を抑制しつつ、パターンの傾斜や曲線部分における局所的な軌道と画像の垂直方向或いは水平方向とがなす角度を踏まえて計測する必要がある。
【０００６】
特許文献１では、パターンの面積や周囲長を測定対象とし、パターンの形状を反映する図形を作成し、その図形のエッジ線の傾斜に対して垂直方向の信号波形を取得・解析することが提案されているものの、パターンの寸法を計測する点については何ら開示されておらず、上記したパターン寸法の高精度計測に必要な事項について何ら考慮されていない。従って、仮に、特許文献１に開示された手法によりパターン寸法の計測を行うとしても、図形の輪郭の接線を用いているため、エッジラフネスによりエッジ線の傾斜角がパターン軌道と異なる場合には、側長精度低下を招き、高精度な寸法計測は困難である。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、検査対象パターン画像に対して傾斜のあるパターンであっても、パターンの軌道や傾斜角を考慮した手法により、パターンエッジのラフネスの影響を抑制した高精度なパターン寸法計測を実現するパターン寸法計測方法及び寸法計測装置、並びに、パターン寸法計測方法をコンピュータに実行させるプログラム及びこれを記録した記録媒体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次の通りである。
（１）検査対象パターン画像に対して傾斜のあるパターンの寸法を計測するパターン寸法計測方法であって、前記検査対象パターン画像から得られる信号波形を用いて、前記傾斜のあるパターンの軌道を示す補助点列を検出するステップと、前記検出された補助点列に基づいて、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出するステップと、前記算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出するステップと、前記検出された前記近似曲線又は前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップと、を有することを特徴とするパターン寸法計測方法である。
（２）（１）記載のパターン寸法計測方法であって、前記傾斜のあるパターンが前記検査対象パターン画像に対して傾斜のある直線パターンである場合には、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出するステップでは、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線を算出し、前記垂直方向の信号波形を検出するステップでは、前記算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線に対して垂直方向の信号波形を検出し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップでは、前記検出された前記近似曲線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測することを特徴とするパターン寸法計測方法である。
（３）（１）記載のパターン寸法計測方法であって、前記傾斜のあるパターンが曲線パターンである場合には、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出するステップでは、前記補助点列の所定区間における接線を算出し、前記垂直方向の信号波形を検出するステップでは、前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップでは、前記検出された前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測することを特徴とするパターン寸法計測方法である。
（４）検査対象パターン画像に対して傾斜のあるパターンの寸法を計測するパターン寸法計測装置であって、検査対象に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記電子ビーム照射手段による照射により前記検査対象から放出される反射電子及び２次電子を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された反射電子及び２次電子の信号に基づいて検査対象パターン画像を作成し、前記検査対象パターン画像から得られる信号波形を用いて、前記傾斜のあるパターンの軌道を示す補助点列を検出し、前記検出された補助点列に基づいて、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出し、前記算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出し、前記検出された前記近似曲線又は前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定し、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測する画像処理手段と、を有することを特徴とするパターン寸法計測装置である。
（５）（４）記載のパターン寸法計測装置であって、前記画像処理手段は、前記検査対象パターン画像の信号波形を用いて、前記傾斜のあるパターンの軌道を示す補助点列を検出する補助点列検出手段と、前記補助点列検出手段により検出された補助点列に基づいて、前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出する近似曲線・接線算出手段と、前記近似曲線・接線算出手段により算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出する信号波形取得手段と、前記信号波形取得手段により検出された前記近似曲線又は前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定するエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段により特定されたパターンエッジ位置のデータに基づいて、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測する寸法計測手段と、を有することを特徴とするパターン寸法計測装置である。
（６）（１）から（３）のいずれかに記載のパターン計測方法をコンピュータに実行させるプログラムである。また、このプログラムを記録した記録媒体である。
（７）検査対象パターン画像に対して傾斜のあるパターンの寸法を計測するパターン寸法計測方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、画像取得部により得られた前記検査対象パターン画像から得られる信号波形を用いて、補助点列検出部に前記傾斜のあるパターンの軌道を示す補助点列を検出させるステップと、前記検出された補助点列に基づいて、近似直線・接線算出部に前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記補助点列の所定区間における接線を算出させるステップと、寸法計測部に前記算出された前記傾斜のあるパターンの軌道の近似曲線又は前記算出された補助点列の所定区間における接線に対して垂直方向の信号波形を検出させるステップと、エッジ検出部に前記検出された前記近似曲線又は前記接線に対して垂直方向の信号波形に基づいて、前記傾斜のあるパターンのパターンエッジ位置を特定させ、前記傾斜のあるパターンの寸法を計測するステップと、をコンピュータに実行させるプログラムである。また、このプログラムを記録した記録媒体である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、検査対象パターン画像に対して傾斜のあるパターンであっても、パターンエッジのラフネスによる計測精度低下を抑制し高精度なパターン寸法計測を実現するパターン寸法計測方法及び寸法計測装置、並びに、パターン寸法計測方法をコンピュータに実行させるプログラム及びこれを記録した記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るパターン寸法計測装置の概念構成図である。
【図２】画像処理部の内部構成概念図である。
【図３】撮像画像の一例を示す図である。
【図４】直線パターン像を示す図である。
【図５】直線パターン像の補助点列を示す図である。
【図６】直線パターン像の補助点列の近似直線を示す図である。
【図７】直線パターン像の補助点列の近似直線の傾斜角を示す図である。
【図８】直線パターンの近似直線に対して垂直方向の信号波形を示す図である。
【図９】傾斜角を基に直線パターンを回転させた図である。
【図１０】直線パターンの寸法計測処理フローを示す図である。
【図１１】パターン像の対称性を利用した補助点列の検出フローを示す図である。
【図１２】パターン像の信号波形と基準信号波形との波形マッチングを利用した補助点列の検出フローを示す図である。
【図１３】パターンのエッジ位置を算出する信号波形を示す図である。
【図１４】パターンのエッジ位置の検出フローを示す図である。
【図１５】パターン寸法を算出する信号波形を示す図である。
【図１６】直線パターンの出力画像を示す図である。
【図１７】曲線パターン像を示す図である。
【図１８】曲線パターン像の補助点列を示す図である。
【図１９】曲線パターン像の補助点列の接線を示す図である。
【図２０】曲線パターン像の補助点列の接線の傾斜角を示す図である。
【図２１】曲線パターンの傾斜に対し垂直方向の信号波形を示す図である。
【図２２】曲線パターンの寸法計測処理フローを示す図である。
【図２３】曲線パターンの出力画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るパターン寸法計測装置の概略構成図について図１を用いて説明する。ＳＥＭ装置本体１０は、計測用ウェーハを設置するサンプルステージと、計測用ウェーハに電子ビーム１００を制御して照射する電子ビーム照射系と、電子ビーム１００の照射により計測用ウェーハ上から放出される反射電子および２次電子を検出する検出系と、を適宜用いて構成される。
【００１２】
サンプルステージは、計測用ウェーハを搬送するロードロック室１０１と搬送されたウェーハを固定するステージ台１０２を適宜用いて構成される。
【００１３】
電子ビーム照射系は、電子ビーム１００を射出する電子銃１０３と、電子ビーム１００の経路上にあるコンデンサレンズ１０４、対物可動絞り１０５、アライメントコイル１０６、スティグマコイル１０７、偏向コイル１０８、対物レンズ１０９を適宜用いて構成される。電子銃１０３から放出された電子ビーム１００は、コンデンサレンズ１０４を経てアライメントコイル１０６、スティグマコイル１０７により電子ビーム１００の照射位置ずれ、非点収差を補正され、偏向コイル１０８によりサンプル上の照射位置を制御され、対物レンズ１０９により集光されてステージ台１０２上の計測用ウェーハに照射される。
【００１４】
検出系は、E×B１１０と、検出器１１１とを適宜用いて構成される。E×B１１０により、電子ビーム１００の照射により計測用ウェーハ内から発生した反射電子および２次電子に電界および磁界をかけることで、反射電子および２次電子は検出器１１１の方向に曲げられる。検出器１１１は曲げられた反射電子および２次電子を検出する。
【００１５】
検出器１１１により検出された反射電子および２次電子はA/Dコンバータ１１２によりデジタル信号に変換され、メモリ１１３に格納される。画像処理部１１４では、メモリ１１３に格納されたデジタル信号を必要に応じて取り出し、画像構築、エッジ検出、パターン寸法計測等を行なう。ステージコントローラ１５ではステージ台１０２上のウェーハに電子ビーム１００を照射する位置を制御しており、制御端末１１６ではＳＥＭ装置本体１０全体を制御し、電子ビーム１００の照射条件の調整やウェーハ上への照射位置等を統括し、かつ画像処理部１１４より得られた画像を表示手段に出力することができる。なお、画像処理部１１４での処理は、予め設定されたコンピュータに実行させるための画像処理プログラムを記録した記録媒体１１７に従って制御される。
【００１６】
画像処理部１１４での処理手順について図２を用いて説明する。メモリ１１３より取り出したデジタル信号は、画像処理部１１４の画像取得部２０１に送られる。画像取得部２０１では、送られてきたデジタル信号を画像データに構築する。得られた画像データは補助点列検出部２０２に出力され、パターンの軌道を示す補助点列が作成される。次に、補助点列が作成された画像データは近似直線・接線算出部２０３に出力され、補助点列の傾斜を示す直線が算出される。ここで、得られた画像データ上のパターンに曲線部が存在しない場合、近似直線・接線検出部２０３では補助点列の近似直線が作成され、画像データ上のパターンに曲線部が存在する場合、補助点列の所定区間における接線が算出される。近似直線または接線が算出された画像データは信号波形取得部２０４に出力され、近似直線または接線に対して垂直方向の信号波形を取得する。取得した信号波形はエッジ検出部２０５に出力され、信号波形を基にパターンのエッジを検出する。検出されたエッジデータは寸法計測部２０６に出力され、エッジ間の距離に基づいてパターン寸法を計測する。画像処理部１１４内での処理は制御端末１１６により画像処理制御部２０７を通して制御され、またデジタル信号および画像データはバス２０８を介して伝達される。
（第一実施例）
次に、検査対象パターン画像の具体例を用いて、本発明に係るパターン寸法計測方法の詳細を説明する。検査対象パターン画像の第一の実施例として、図３に示すように、ここでは、画像の垂直方向又は水平方向に対して傾斜のある直線パターン３０２を含む撮像画像３０１を例にとって説明する。以下、特に指定のない限り、図３のようにｘ方向とは図示した画像の左から右への水平方向、ｙ方向とは図示した画像の上から下への垂直方向を指すこととし、また、以降説明する処理は、計測対象とするパターンをユーザが指定する計測範囲３０３内の上端から下端へ向けてｙ方向に実行することとする。
【００１７】
まず、画像の垂直方向又は水平方向に対して傾斜になるような直線パターン３０２が形成されたウェーハを図１に示すロードロック室１０１より装置内に搬送する。次に、電子ビーム１００によりウェーハ上の直線パターンをスキャンし、得られた信号を画像取得部２０１に送り、画像の垂直方向又は水平方向に対して傾斜した直線パターン像を取得する。
【００１８】
以下、得られた直線パターン像を処理してパターン寸法を計測する方法について、図４乃至図１０を用いて説明する。図４乃至図９は画像処理部１１４内での処理による直線パターン像の様子を示し、図１０は画像処理部１１４での処理フローを示す。
図４に示す取得したパターン像４０１に対し、補助点列検出部２０２で処理することで、図５に示すようなパターンの軌道を示す補助点列５０１を検出する（Ｓ１００１）。補助点列５０１の検出方法としては、パターン像の対称性を利用した手法や基準信号波形とのマッチングによる手法が挙げられる。これらの手法について以下に説明する。
【００１９】
まず、パターン像の対称性を利用した手法について図１１を用いて説明する。本手法では、まずｘ方向の信号波形１１０３を取得する（Ｓ１１０１）。次に、信号波形１１０３の左側領域１１０４と右側領域１１０５の形状が等しくなる位置、すなわち１１０３が線対称となるｘ方向での中心位置１１０６を検出する（Ｓ１１０２）。本処理を計測範囲３０３内で行い、得られた１１０６の点列を補助点列５０１とする。
【００２０】
次に、基準信号波形とのマッチングによる手法について図１２を用いて説明する。本手法では、まずパターンをｘ方向にスキャンしたときの基準信号波形１２０４を別途作成しておき、１２０４の領域内におけるｘ方向の基準中心位置１２０５を指定する（Ｓ１２０１）。次に、パターン像４０１の信号波形１１０３を検出する（Ｓ１２０２）。そして、信号波形１１０３と基準信号波形１２０４の重ね合わせを行い、2つの波形がマッチングしたときの１２０５の位置を信号波形１１０３の中心位置１１０６とする（Ｓ１２０３）。この手順を３０３内で行ったときの１１０６の点列を補助点列５０１とする。ここでは2つの補助点列検出の手法を説明したが、これらに限定する必要はなく、別の手法を適用しても構わない。また、補助点列は中心位置でとることに限られず、異物等により見にくい場合など必要に応じて、中心からずらした位置で補助点列を検出するようにしても構わない。例えば、後述する曲線部を有するパターンが測定対象の場合には、パターンの曲線部の凸側の曲率を得たいときには中心位置から凸側にずらした位置で補助点列をとり、凹側の曲率を得たいときには中心位置から凹側にずらした位置で補助点列をとるようにするなど、必要に応じて適宜設定可能である。
【００２１】
検出されたパターン像４０１の軌道を示す補助点列５０１は、近似直線・接線算出部２０３に出力される。近似直線・接線算出部２０３では、補助点列５０１を基に、補助点列５０１の近似直線６０１を計測範囲３０３内で一括して、或いは、図６に示すように所定区分内の補助点列６００を用いて近似直線６０１を算出する（Ｓ１００２）。パターン像４０１及び算出された近似直線６０１は信号波形取得部２０４に出力される。信号波形取得部２０４では、パターン像４０１から近似直線６０１に対し垂直方向の信号波形８０１を取得する（Ｓ１００３）。近似直線６０１に対して垂直方向の信号波形８０１の取得方法について、以下に２つ例にとって説明する。
【００２２】
まず、図７に示すように、近似直線６０１とｙ方向のなす傾斜角７０１を算出する。次に、図８に示すように、信号波形の検出方向をｘ方向から傾斜角７０１と同じ大きさだけ回転させる。さらに、回転させた方向８０２と直交するように測長領域８０３を投影させ、信号波形８０１を取得する。ここで、測長領域８０３は、信号波形を検出する画像領域を示す。
【００２３】
また、信号波形８０１を取得する別手法として、図９に示すように、信号波形の検出方向ではなく画像を回転する方法がある。この方法では、傾斜角７０１を基に、近似直線６０１がｙ方向と平行になるように画像を回転する。回転されたパターンの近似直線６０１’はｘ方向と直交しているので、６０１’と平行となるように測長領域８０３を投影させ、信号波形８０１を取得すればよい。
【００２４】
上記のようにして得られた８０１は、エッジ検出部２０５に出力される。図１３および図１４を用いて、エッジ検出部２０５でのエッジ位置の検出手順を説明する。図１３は、信号波形８０１の左半分を図示したものである。エッジ検出部２０５は、表示手段等によりユーザが任意に指定することにより、又は、予め設定されたエッジしきい値１３０１に基づいてエッジ位置を検出する（Ｓ１４０１）。ここで、エッジしきい値１３０１とはエッジの信号値を定義する値であり、信号波形８０１の最大信号値１３０２を１００％、最小信号値１３０３を０％としたときの信号強度比率で表す。このエッジしきい値１３０１を用いて、以下の数式１に従って、エッジ信号値１３０４が算出される（Ｓ１４０２）。
（数１）  エッジ信号値１３０４＝（最大信号値１３０２−最小信号値１３０３）×エッジしきい値１３０１＋最小信号値１３０３
また、パターン像４０１周辺の異物等によるエッジ検出精度低下を避けるため、信号波形８０１を信号波形８０１の中心位置１３０５から左方向にスキャンし、エッジ信号値１３０４と一致する信号値を示すエッジ位置１３０６を検出する（Ｓ１４０３）。同様にして、パターン像４０１の右エッジのエッジ位置を検出する。こうして得られた４０１の左右両エッジの位置情報は、寸法計測部２０６に出力される。寸法計測部２０６では、図１５に示すように検出された両端のエッジ位置からエッジ間の距離１５０１を算出する（Ｓ１００６）。得られたエッジ間の距離１５０１がそのパターンの寸法値となる。
【００２５】
最後に、検出した補助点列５０１および近似直線６０１のうち、少なくとも一つを表示手段に表示された撮像画像３０１上に出力する。図１６に出力された出力画像１６０１を示す。パターン像４０１上には、補助点列５０１および近似直線６０１のほか、計測範囲３０３内におけるパターン寸法値１５０１の平均値、パターン寸法値１５０１の分散値、パターン寸法値１５０１の最大値、パターン寸法値１５０１の最小値、本処理により得られた傾斜角７０１および近似直線６０１の補助点列５０１に対する当てはまり度を示す重相関係数のうち、少なくとも一つ以上を計測結果１６０２として出力してもよい。なお、表示手段への出力形態はこれに限られず、表示画面上でユーザが点・エリアを選択した場合には、選択された点・エリアの寸法値や計測結果が表示されるようにしてもよく、種々変更可能である。例えば、計測箇所が表示されたウェハマップと出力画像とが同時に表示され、ウェハマップに表示された計測箇所のうち一つをユーザが選択すると、この計測箇所に対応した計測結果を含む出力画像が表示されるようにしてもよい。さらに、計測箇所の出力画像と当該計測箇所の設計データとを一画面上で同時に表示し、設計データ値と実測の計測結果との比較が容易に行えるような表示としても構わない。
【００２６】
また、以上述べた撮像画像３０１を用いたパターンの寸法計測の処理手続をコンピュータに実行させるプログラムを記録媒体１１７に記録しておく。これにより、例えば、他の走査型電子顕微鏡を用いて同様の側長をしたい場合でも、当該記録媒体を走査型電子顕微鏡のコンピュータに読み取らせることで、簡単に同様のパターン寸法計測が可能となる。
（第二実施例）
次に、検査対象パターン画像の第二の実施例として、曲線部のあるパターンの場合を例にとり、パターン寸法の計測方法を図１７乃至図２２を用いて説明する。図１７乃至図２１は画像処理部内１１４内での処理による曲線パターン像の様子を示し、図２２は画像処理部１１４での処理フローを示す。以下、曲線部のあるパターンを単に曲線パターンという。
【００２７】
まず、ｙ方向に対して傾斜のある曲線パターンが形成されたウェーハを図１に示すロードロック室１０１より装置内に搬送する。次に、電子ビーム１００を用いて曲線パターンをスキャンし、得られた信号を画像取得部２０１に送り、図１７に示すような曲線パターン像１７０１を取得する。
【００２８】
取得した曲線パターン像１７０１は、補助点列検出部２０２に送られ、補助点列検出部２０２で処理されることにより、図１８に示すように、パターンの軌道を示す補助点列１８０１が検出される（Ｓ２２０１）。補助点列１８０１の検出方法は第一実施例と同様である。曲線パターン像１７０１より検出された補助点列１８０１は、近似直線・接線算出部２０３に出力される。近似直線・接線算出部２０３では、図１９に示すように、補助点列１８０１の接線１９０１を検出する（Ｓ２２０２）。接線１９０１は、補助点列１８０１の所定区間１９０２に対して関数近似を適用することにより検出される。所定区間１９０２はユーザが指定してもよいし、予め設定されたものを用いてもよい。接線１９０１が検出された曲線パターン像１７０１は、信号波形取得部２０４に出力される。信号波形取得部２０４では、図２０に示すように、ｙ方向に対する接線１９０１の傾斜角２００１を算出し、算出された傾斜角２００１に基づいて、図２１に示すように、接線１９０１に対して垂直方向の信号波形２１０１を取得する（Ｓ２２０３）。信号波形２１０１の取得方法は、第一実施例に記載した手法と同様である。信号波形２１０１は、エッジ検出部２０５に出力され、エッジ検出部２０５では、第一実施例で記載したように、表示手段等によりユーザが任意に定めた、若しくは、予め決められたエッジしきい値１３０１により、信号波形２１０１上のエッジ位置を決定する（Ｓ２２０４）。得られたエッジ位置は、寸法計測部２０６に出力され、寸法計測部２０６では、パターン上における左右両端のエッジの距離を両エッジの座標値から算出することで、パターンの寸法を計測する（Ｓ２２０５）。得られたエッジ間の距離がそのパターンの寸法値となる。曲線パターンでは、パターン上の計測する位置によって傾斜角２００１が異なるが、接線１９０１を所定区分ごとに検出することで直線パターンと同様にパターン寸法の計測が可能である。
【００２９】
最後に、第一実施例と同様に、検出した補助点列１８０１および接線１９０１のうち、少なくとも一つを表示手段に表示された撮像画像上に出力する。図２３に出力された出力画像２３０１を示す。曲線パターン像１７０１上には、補助点列１８０１および接線１９０１のほか、計測範囲３０３内におけるパターン寸法値１５０１の平均値、パターン寸法値１５０１の分散値、パターン寸法値１５０１の最大値、パターン寸法値１５０１の最小値、接線１９０１の最大傾斜角、接線１９０１の最小傾斜角、接線１９０１の補助点列１８０１に対する当てはまり度を示す重相関係数およびパターンの曲率のうち、少なくとも一つ以上を計測結果２３０２として出力してもよい。なお、表示手段への出力形態はこれに限られず、第一実施例でも記載した例のように、種々変更可能である。例えば、表示画面上でユーザが補助点列１８０１のうち所定の点・エリアを選択した場合、選択された点・エリアの接線や寸法値、計測結果が表示されるようにしても構わない。
【００３０】
ここで、本第二実施例では、曲線部が一箇所あるパターンを例にとって説明したが、これに限られず、曲線部が複数あるような波状のパターンであっても適用可能であることは言うまでもない。例えば、一の出力画像中に複数の曲線部がある場合には、曲線部ごとの複数の計測結果を同時に表示するようにしても、ユーザの選択により切り替えて表示するようにしてもよい。
【００３１】
また、以上述べたパターンの寸法計測の処理手続をコンピュータに実行させるプログラムを記録媒体１１７に記録しておくことにより、例えば、他の走査型電子顕微鏡を用いて同様の側長をしたい場合でも、当該記録媒体を走査型電子顕微鏡のコンピュータに読み取らせることで、簡単に同様のパターン寸法計測が可能となる。
【００３２】
このように、本発明では、画像に対して傾斜のある直線パターンや曲線部分のあるパターンの計測において、パターン内部と両エッジを併せたパターン全体の信号波形を基にパターンの軌道を示す補助点列および傾斜角を検出し、パターンの寸法計測を行なう。この手法により、仮に、片側エッジでラフネスが発生してもパターン内部や反対側のエッジでの信号値はそのラフネスに依存しないため、片側エッジのみを基にしたときと比べて正確に傾斜角を検出することができ、パターンエッジのラフネスの影響を抑制した高精度な計測が可能となる。
【００３３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１０…ＳＥＭ装置本体、１００…電子ビーム、１０１…ロードロック室、１０２…ステージ台、１０３…電子銃、１０４…コンデンサレンズ、１０５…対物可動絞り、１０６…アライメントコイル、１０７…スティグマコイル、１０８…偏向コイル、１０９…対物レンズ１０９、１１０…E×B、１１１…検出器、１１２…A/Dコンバータ、１１３…メモリ、１１４…画像処理部、１１５…ステージコントローラ、１１６…制御端末、１１７…記録媒体、２０１…画像取得部、２０２…補助点列検出部、２０３…近似直線・接線算出部、２０４…信号波形取得部、２０５…エッジ検出部、２０６…寸法計測部、２０７…画像処理制御部、２０８…バス、３０１…撮像画像、３０２…直線パターン、３０３…計測範囲、４０１…パターン像、５０１…補助点列、６０１…近似直線、７０１…傾斜角、８０１…信号波形、８０２…回転後の信号波形検出方向、８０３…測長領域、１１０３…ｘ方向の信号波形、１１０４…信号波形の左側領域、１１０５…信号波形の右側領域、１１０６…信号波形の中心位置、１２０４…基準信号波形、１２０５…基準中心位置、１３０１…エッジしきい値、１３０２…最大信号値、１３０３…最小信号値、１３０４…エッジ信号値、１３０５…信号波形の中心位置、１３０６…エッジ位置、１５０１…パターン寸法、１６０１…直線パターンの出力画像、１６０２…直線パターンの計測結果、１７０１…曲線パターン像、１８０１…曲線パターンの補助点列、１９０１…接線、２００１…接線の傾斜角、２１０１…接線に垂直方向の信号波形、２３０１…曲線パターンの出力画像、２３０２…曲線パターンの計測結果
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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