(57)【要約】【課題】ＳＥＭによる測長値の装置間におけるばらつきを防ぐこと。【解決手段】ＳＥＭ制御装置は、所定の対象物について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、第１の方向に直交する第２の方向の複数の位置において、ＳＥＭにより取得する画像取得部と、当該複数のピクセルのそれぞれの箇所において当該複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、当該複数のピクセルにおける最大値の変動幅と最小値の変動幅を算出する変動幅算出部と、当該最大値の変動幅と当該最小値の変動幅との差が最小となるように、ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整するブライトネス・コントラスト調整部と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の対象物について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、該第１の方向に直交する第２の方向の複数の位置において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）により取得する画像取得部と、
前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、前記複数のピクセルにおける該最大値の変動幅と該最小値の変動幅を算出する変動幅算出部と、
前記最大値の変動幅と前記最小値の変動幅との差が最小となるように、前記ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整するブライトネス・コントラスト調整部と、を備えているＳＥＭ制御装置。
【請求項２】
前記変動幅算出部は、前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の平均値を算出し、該平均値との差が所定の閾値よりも大きいグレースケール値を除外した後に、グレースケール値の最大値と最小値を求める、請求項１に記載のＳＥＭ制御装置。
【請求項３】
前記対象物は、前記第２の方向に平行なエッジを有する直線状のパターンを含む、請求項１又は２に記載のＳＥＭ制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＳＥＭ制御装置を備えている走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）。
【請求項５】
コンピュータが、所定の対象物について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、該第１の方向に直交する第２の方向の複数の位置において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）により取得する工程と、
前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、前記複数のピクセルにおける該最大値の変動幅と該最小値の変動幅を算出する工程と、
前記最大値の変動幅と前記最小値の変動幅との差が最小となるように、前記ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整する工程と、を含むＳＥＭ制御方法。
【請求項６】
コンピュータが、前記変動幅を算出する工程において、前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の平均値を算出し、該平均値との差が所定の閾値よりも大きいグレースケール値を除外した後に、グレースケール値の最大値と最小値を求める、請求項５に記載のＳＥＭ制御方法。
【請求項７】
所定の被写体について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、該第１の方向に直交する第２の方向の互いに異なる複数の位置において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）により取得する処理と、
前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、前記複数のピクセルにおける該最大値の変動幅と該最小値の変動幅を算出する処理と、
前記最大値の変動幅と前記最小値の変動幅との差が最小となるように、前記ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項８】
前記変動幅を算出する処理において、前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の平均値を算出し、該平均値との差が所定の閾値よりも大きいグレースケール値を除外した後に、グレースケール値の最大値と最小値を求める処理を、コンピュータに実行させる、請求項７に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＥＭ制御装置、制御方法及びプログラムに関し、特に、ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整するＳＥＭ制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化に伴って、数ｎｍスケールの測長誤差も許されなくなってきている。測長誤差を削減するために、光の干渉に基づく測長を行う方法が実用化されている。しかしながら、光の干渉によって測長を行うことができる対象物は、ライン＆スペースのような単純な繰り返しパターンに限られる。したがって、プロセスの立ち上げ時における複雑なパターンの測長を行う場合には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）を用いる必要がある。
【０００３】
ＳＥＭによる測長は、一例として、電子線で試料上を走査した際に得られる２次電子の情報を、１ピクセル（pixel）あたり０〜２５５のグレースケール値にＡ／Ｄ変換した５１２×５１２ピクセルのＳＥＭ画像に基づいて行われる。
【０００４】
特許文献１において、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを試料上で二次元的に走査して走査画像を形成する走査画像形成に関し、検出器のコントラスト及び画像のブライトネスを自動調整する自動コントラスト・ブライトネス調整装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下の分析は、本発明者によってなされたものである。
【０００７】
ＳＥＭの装置ごとに、２次電子を検出する検出器、２次電子の情報を増幅する光電子増倍管などにおいて固体差があることから、試料の同一箇所に対する測長を行った場合であっても、装置ごとに異なったＳＥＭ画像が得られ、測長値も異なる値となり得る。
【０００８】
特許文献１に記載された調整装置は、一台のＳＥＭの調整に関する発明であり、複数の台数のＳＥＭの間における測長値のばらつきを防ぐことができない。また、特許文献１に記載された調整装置は、１フレーム分のデータで処理を実施するため、測長値に対する装置間のばらつきが大きくなる。
【０００９】
そこで、ＳＥＭによる測長値の装置間におけるばらつきを防ぐことが課題となる。本発明の目的は、かかる課題を解決するＳＥＭ制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の視点に係るＳＥＭ制御装置は、
所定の対象物について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、該第１の方向に直交する第２の方向の複数の位置において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）により取得する画像取得部と、
前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、前記複数のピクセルにおける該最大値の変動幅と該最小値の変動幅を算出する変動幅算出部と、
前記最大値の変動幅と前記最小値の変動幅との差が最小となるように、前記ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整するブライトネス・コントラスト調整部と、を備えている。
【００１１】
本発明の第２の視点に係るＳＥＭ制御方法は、
コンピュータが、所定の対象物について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、該第１の方向に直交する第２の方向の複数の位置において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）により取得する工程と、
前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、前記複数のピクセルにおける該最大値の変動幅と該最小値の変動幅を算出する工程と、
前記最大値の変動幅と前記最小値の変動幅との差が最小となるように、前記ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整する工程と、を含む。
【００１２】
本発明の第３の視点に係るプログラムは、
所定の被写体について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、該第１の方向に直交する第２の方向の互いに異なる複数の位置において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）により取得する処理と、
前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、前記複数のピクセルにおける該最大値の変動幅と該最小値の変動幅を算出する処理と、
前記最大値の変動幅と前記最小値の変動幅との差が最小となるように、前記ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整する処理と、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＳＥＭ制御装置、制御方法及びプログラムによると、ＳＥＭによる測長値の装置間におけるばらつきを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＳＥＭ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＳＥＭ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】コンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図４】ＳＥＭによって得られた複数の（加算ライン数分の）ＳＥＭ画像の一例を示す図である。
【図５】図４に示した複数のＳＥＭ画像から抽出されたグレースケール値を示す図である。
【図６】図５に示したグレースケール値の最大値と最小値を示す図である。
【図７】図５に示したグレースケール値と、図５に示したグレースケール値の平均値との差を示す図である。
【図８】図６に示したグレースケール値の最大値と最小値から異常点を削除したときの図である。
【図９】様々なブライトネス及びコントラストに対する、グレースケール値の最大値の変動幅とその最小値の変動幅との差を示す図である。
【図１０】様々なブライトネス及びコントラストに対する、グレースケール値の最大値の変動幅とその最小値の変動幅との差を、複数のＳＥＭについて示す図である。
【図１１】各ＳＥＭにおいてブライトネス及びコントラストを好適化する前後における、測長値の差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の展開形態のＳＥＭ制御装置は、上記第１の視点に係るＳＥＭ制御装置であることが好ましい。
【００１６】
第２の展開形態のＳＥＭ制御装置は、変動幅算出部が、前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の平均値を算出し、該平均値との差が所定の閾値よりも大きいグレースケール値を除外した後に、グレースケール値の最大値と最小値を求めることが好ましい。
【００１７】
第３の展開形態のＳＥＭ制御装置は、対象物が、前記第２の方向に平行なエッジを有する直線状のパターンを含むことが好ましい。
【００１８】
第４の展開形態のＳＥＭは、上記のＳＥＭ制御装置を有していることが好ましい。
【００１９】
第５の展開形態のＳＥＭ制御方法は、上記第２の視点に係るＳＥＭ制御方法であることが好ましい。
【００２０】
第６の展開形態のＳＥＭ制御方法は、コンピュータが、前記変動幅を算出する工程において、前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の平均値を算出し、該平均値との差が所定の閾値よりも大きいグレースケール値を除外した後に、グレースケール値の最大値と最小値を求めることが好ましい。
【００２１】
第７の展開形態のプログラムは、上記第３の視点に係るプログラムであることが好ましい。
【００２２】
第８の展開形態のプログラムは、前記変動幅を算出する処理において、前記複数のピクセルのそれぞれの箇所において前記複数の画像の間でグレースケール値の平均値を算出し、該平均値との差が所定の閾値よりも大きいグレースケール値を除外した後に、グレースケール値の最大値と最小値を求める処理を、コンピュータに実行させることが好ましい。
【００２３】
（実施形態１）
本発明の第１の実施形態に係るＳＥＭ制御装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のＳＥＭ制御装置１０の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、ＳＥＭ制御装置１０は、画像取得部１２、変動幅算出部１５及びブライトネス・コントラスト調整部１６を有している。
【００２４】
画像取得部１２は、所定の対象物について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、第１の方向に直交する第２の方向の複数の位置において、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）２０により取得する。所定の対象物は、第２の方向に平行なエッジを有する直線状のパターン（校正用パターン、基準パターン）を含んでいることが好ましい。
【００２５】
変動幅算出部１５は、上記複数のピクセルのそれぞれの箇所において、上記の複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、上記複数のピクセルにおける最大値の変動幅と最小値の変動幅を算出する。
【００２６】
ブライトネス・コントラスト調整部１６は、上記最大値の変動幅と上記最小値の変動幅との差が最小となるように、ＳＥＭ２０のブライトネス及びコントラストを調整する。
【００２７】
本実施形態のＳＥＭ制御装置１０の動作について、図面を参照して説明する。図２は、ＳＥＭ制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００２８】
図２を参照すると、画像取得部１２は、所定の対象物について、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、第１の方向に直交する第２の方向の複数の位置において、ＳＥＭにより取得する（ステップＳ１）。
【００２９】
変動幅算出部１５は、上記複数のピクセルのそれぞれの箇所において上記複数の画像の間でグレースケール値の最大値と最小値を求め、上記複数のピクセルにおける最大値の変動幅と最小値の変動幅を算出する（ステップＳ２）。
【００３０】
ブライトネス・コントラスト調整部１６は、上記最大値の変動幅と上記最小値の変動幅との差が最小となるように、ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整する（ステップＳ３）。
【００３１】
図３は、ＳＥＭ制御装置１０を、コンピュータによって実現する場合におけるコンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。図３を参照すると、コンピュータ７０は、ＣＰＵ７１、メモリ７２、ハードディスク７３、入力装置７４、及び出力装置７５を有している。
【００３２】
これらの各部は、バスラインに接続されていてもよい。入力装置７４は、マウス及びキーボードを含んでいてもよい。出力装置７５は、ディスプレイを有していてもよい。ハードディスク７３は、プログラムを記憶するようにしてもよい。ＣＰＵ７１は、ＳＥＭ制御装置１０の各部（１２、１５、１６）における処理を実行する。
【実施例】
【００３３】
具体的な校正用パターンを用いた場合における、実施形態１のＳＥＭ制御装置１０の動作について、図面を参照して説明する。
【００３４】
画像取得部１２は、校正用のパターンに対して、第１の方向に並んだ複数のピクセルから成る画像を、第１の方向と直交する第２の方向の複数の位置において、ＳＥＭにより取得する（図２のステップＳ１）。このとき、測長誤差を考慮するために、実際の測長時と同一の測長アルゴリズムを用いるのが望ましい。
【００３５】
図４は、ＳＥＭによって得られた校正用ラインパターン画像の一例を示す図であり、ラインパターンのエッジが白く（明るく）光っている。一つの画像は、第１の方向に並んだｎ個（例えば５１２個）のピクセルから成る。図４に白枠で示した範囲は、図５を作成した元データとした領域であり、第１の方向に５１２ピクセルからなるラインが、第２の方向にｍ本（ｍピクセル、例えば２００）分が連続して並んでいる。
【００３６】
次に、変動幅算出部１５は、上記複数の画像の各ピクセルにおけるグレースケール値を抽出する。変動幅算出部１５は、実際に測長をする際の測長アルゴリズムを参考にして、加算ライン数を決定し、この加算ライン数分のグレースケール値を抽出する。抽出したグレースケール値は、Ｘ軸をピクセルのインデックス、Ｙ軸をグレースケール値とし、グラフ化してもよい。
【００３７】
図５は、図４に示した複数のＳＥＭ画像から抽出されたグレースケール値を示す。横軸は、図４に示した第１の方向にある５１２の各ピクセルに対応し、第２の方向にあるｍ本（ｍピクセル）分のグレースケール値を重ね描きしている。
【００３８】
変動幅算出部１５は、上記複数のピクセルの（図４の第１の方向の）それぞれの箇所において、上記複数の画像の間でグレースケール値の最大値及び最小値を求め、上記複数のピクセルにおける最大値の変動幅と最小値の変動幅を算出する（図２のステップＳ２）。
【００３９】
図６は、図５に示したグレースケール値の最大値と最小値を示す。
【００４０】
ここで、変動幅算出部１５は、上記複数のピクセルのそれぞれの箇所において、上記複数の画像の間でグレースケール値の平均値を算出し、当該平均値との差が所定の値よりも大きいグレースケール値を除外した後に、グレースケール値の最大値及び最小値を求めるようにしてもよい。例えば、ラインパターン端で凹凸が大きい場合や凹凸が大きい部分が対象領域に含まれていた場合、平均値との差が大きいピクセルが多くなるが、この除外処理を行うことによってサンプル起因のばらつきの影響（本発明の目的からするとノイズ）を抑え、ＳＥＭの状態に起因した情報のみを抽出することができる。
【００４１】
図７は、図５に示したグレースケール値と図５に示したグレースケール値の平均値との差を示す図である。この差の絶対値が、所定の閾値（例えば、図５においては２０）以上となった場合には、異常値とみなし、グレースケール値の最大値と最小値を抽出する際に、除外することが好ましい。これによって、測長におけるノイズ成分を抑制することができる。
【００４２】
図８は、図６に示したグレースケール値の最大値と最小値から異常値を削除した
ものを示す。
【００４３】
ブライトネス・コントラスト調整部１６は、上記最大値の変動幅と上記最小値の変動幅との差が最小となるように、ＳＥＭのブライトネス及びコントラストを調整する（図２のステップＳ３）。
【００４４】
図９は、ＳＥＭのブライトネス及びコントラストの様々な組み合わせに対する、上記最大値の変動幅と上記最小値の変動幅との差を示す。図９における「ＢｍＣｎ」は、（ブライトネス、コントラスト）＝（ｍ、ｎ）であることを表す。
【００４５】
測長値のばらつきを抑制したい複数のＳＥＭのそれぞれに対して、図２のステップＳ１〜Ｓ３を実施する。図１０は、様々なブライトネス及びコントラストに対する、グレースケール値の最大値の変動幅とその最小値の変動幅との差を、複数のＳＥＭについて示す。
【００４６】
図１０を参照すると、ＳＥＭ  Ａにおいては、好適なブライトネス及びコントラストの組み合わせはＢ２Ｃ２、すなわち、（ブライトネス、コントラスト）＝（２、２）である。一方、ＳＥＭ  Ｂにおいては、好適なブライトネス及びコントラストの組み合わせはＢ３Ｃ３、すなわち、（ブライトネス、コントラスト）＝（３、３）である。
【００４７】
図１１は、ＳＥＭ  Ａ及びＳＥＭ  Ｂにおいてブライトネス及びコントラストを好適化する前後における測長値の差（図中の「Ａ−Ｂ」）を示す。図１１（ａ）は、ＳＥＭ  Ａ及びＳＥＭ  Ｂの双方においてＢ３Ｃ３、すなわち、（ブライトネス、コントラスト）＝（３、３）としたときの、ＳＥＭ  ＡとＳＥＭ  Ｂとの間における測長値の差を示す。一方、図１１（ｂ）は、ＳＥＭ  Ａにおけるブライトネス及びコントラストのみをＢ２Ｃ２、すなわち、（ブライトネス、コントラスト）＝（２、２）に調整したときの、ＳＥＭ  ＡとＳＥＭ  Ｂとの間の測長値の差を示す。図１１（ｂ）を参照すると、ＳＥＭ  ＡとＳＥＭ  Ｂとの間で、測長値の差が小さくなっていることが分かる。
【００４８】
従来の方法を用いた量産においては、半導体素子の各要素（例。ゲート長、コンタクトサイズ）の寸法を複数のＳＥＭを用いて測長し、必要な規格範囲内に収める必要がある。しかし、ＳＥＭ装置毎によって大きく異なった測長値が得られる場合には、各要素の寸法を管理することができない。
【００４９】
一方、本実施形態のＳＥＭ制御装置１０によると、ＳＥＭによる測長値の装置間のばらつきを削減することができる。１フレームではなく、実際に測長する際に用いる複数のフレームを用いることにより、誤差を削減することができる。
【００５０】
以上の記載は実施例に基づいて行ったが、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。例えば、観察対象エリアの倍率（ピクセル寸法に影響する）、第２の方向に連続したピクセルの情報を抽出するか否か、標準サンプルではなく実際に使う材料を用いる、など必要に応じた変更が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ＳＥＭ制御装置
１２  画像取得部
１５  変動幅算出部
１６  ブライトネス・コントラスト調整部
２０  ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
７０  コンピュータ
７１  ＣＰＵ
７２  メモリ
７３  ハードディスク
７４  入力装置
７５  出力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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【図５】
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