(57)【要約】【課題】  本発明は、走査電子顕微鏡のような特定方向へのビーム走査を行う装置固有の測定誤差を効果的に抑制するパターン測定方法、及びパターン測定装置の提供を目的とする。【解決手段】  本発明では、パターンのエッジに交差する方向に荷電粒子ビームを走査したときに得られる信号に基づいて、当該パターンの一方のエッジについて第１のパワースペクトル密度の算出と、当該パターンの他方のエッジについて第２のパワースペクトル密度の算出を行うことによって、一方のエッジに関する第１の曲線と、他方のエッジに関する第２の曲線を求め、当該第１の曲線と第２の曲線との差分値（Ｒｄ）を算出し、当該差分値を用いて、第１の曲線及び第２の曲線の一方を補正するパターン測定方法、及びパターン測定装置を提案する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に形成されたパターンに対し荷電粒子ビームを二次元的に走査することによって得られる検出信号に基づいて信号波形を生成し、当該信号波形を用いて前記パターンを測定するパターン測定方法において、
前記パターンのエッジに交差する方向に前記荷電粒子ビームを走査したときに得られる信号に基づいて、当該パターンの一方のエッジについて第１のパワースペクトル密度の算出と、当該パターンの他方のエッジについて第２のパワースペクトル密度の算出を行うことによって、一方のエッジに関する第１の曲線と、他方のエッジに関する第２の曲線を求め、当該第１の曲線と第２の曲線との差分値を算出し、当該差分値を用いて、前記第１の曲線及び第２の曲線の一方を補正することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記荷電粒子ビームの走査線上、前記他方のエッジより前記一方のエッジの方が先に荷電粒子ビームが照射されるように、前記荷電粒子ビームを走査することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の曲線或いは前記第２の曲線から、前記所定の周波数に対応するスペクトル強度を求め、当該所定の周波数に対応するスペクトル強度を、前記第１の曲線、或いは第２の曲線から減算することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１の曲線と前記第２の曲線の差分値の周波数の変化に応じた傾きがゼロ或いは所定値以下であるかを判定することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項５】
試料に対するビーム走査によって走査領域から得られる信号を用いて試料上に形成されたパターンを測定するパターン測定装置において、
前記信号を取得し、前記パターンのエッジに交差する方向に前記ビーム走査することによって得られる信号に基づいて、当該パターンの一方のエッジについて第１のパワースペクトル密度の算出と、当該パターンの他方のエッジについて第２のパワースペクトル密度の算出を行うことによって、一方のエッジに関する第１の曲線と、他方のエッジに関する第２の曲線を求め、当該第１の曲線と第２の曲線の差分値を算出し、当該差分値を用いて、前記第１の曲線及び第２の曲線の一方を補正する演算処理装置を備えた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、１のパターンの内、前記荷電粒子ビームの走査線上、先に荷電粒子ビームが照射されるエッジから得られる信号に基づいて、前記第２のパワースペクトル密度を求め、前記荷電粒子ビームの走査線上、後に荷電粒子ビームが照射されるエッジから得られる信号に基づいて、前記第１のパワースペクトル密度を求めることを特徴とするパターン測定装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記演算処理装置は、前記第１の曲線或いは前記第２の曲線から、前記所定の周波数に対応するスペクトル強度を求め、当該所定の周波数に対応するスペクトル強度を、前記第１の曲線、或いは第２の曲線から減算することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記演算処理装置は、前記第１の曲線と前記第２の曲線の差分値の周波数の変化に応じた傾きがゼロ或いは所定値以下であるかを判定する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】
本開示は、パターン測定方法、及びパターン測定装置に係り、特に、測定対象となるパターンのエッジに現れるラフネスを正確に測定するためのパターン測定方法、及びパターン測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩプロセス、特に、ＡｒＦリソグラフィ以降の微細加工プロセスでは、パターン微細化に伴い、パターンのエッジラフネス（パターン端部の凹凸）がデバイスの歩留まりに大きく影響する。ラフネスは、半導体デバイスを構成する材料、露光装置、あるいは下地基板の性質、特徴等に応じて発生の程度が大きく変化する。特に、量産工程においては、ラフネスの大きさが製品の性能に大きく影響する。また、異常に大きいラフネスでなくとも、特徴的なラフネスの出現は、製造装置の性能低下を反映していることが多く、将来的な製品不良につながる可能性がある。パターンエッジのラフネス形状を観察しその特徴から発生原因を特定するシステムの開発は急務である。また、量産工程における使用を考えれば、その検査方法は非破壊検査でなくてはならない。
【０００３】
特許文献１には、ラインパターンの左右それぞれのエッジラフネスを、理想的な直線を基準にした凹凸ゆらぎの幅を示す３σ値として求める計測法が開示されている。また、ゆらぎデータの集合についてフーリエ解析を行い、空間周波数に対する強度を求めることによって、エッジ形状を解析する手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８７００４４号（対応米国特許ＵＳＰ７，０９５，８８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、発明者らの検討によって、ラフネスを高精度に評価するために用いられる計測装置の特徴に起因する測定誤差が生じる可能性のあることが明らかになった。具体的には、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）のような特定方向へのビーム走査を繰り返す荷電粒子線装置特有の測定誤差が発生する可能性のあることが明らかになった。特許文献１にはそのような誤差を効果的に抑制する手法等については何ら論じられていない。
【０００６】
以下、走査電子顕微鏡のような特定方向へのビーム走査を行う装置固有の測定誤差を効果的に抑制することを目的とするパターン測定方法、及び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】
【０００７】
上記目的を達成するための一態様として、パターンのエッジに交差する方向に荷電粒子ビームを走査したときに得られる信号に基づいて、当該パターンの一方のエッジについて第１のパワースペクトル密度の算出と、当該パターンの他方のエッジについて第２のパワースペクトル密度の算出を行うことによって、一方のエッジに関する第１の曲線と、他方のエッジに関する第２の曲線を求め、当該第１の曲線と第２の曲線との差分値を算出し、当該差分値を用いて、第１の曲線及び第２の曲線の一方を補正するパターン測定方法、及びパターン測定装置を提案する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、特定方向へビーム走査を行う装置固有の測定誤差を効果的に抑制し、高精度なパターン測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ラインパターンに電子ビームを走査することによって得られる信号波形の一例を示す図。
【図２】ラインパターンの右側エッジの信号波形検出に基づいて得られるＬＥＲのＰＳＤ曲線の一例を示す図。
【図３】ＰＳＤ曲線に含まれるランダムノイズ成分を示す図。
【図４】ＳＥＭ画像上にランダムノイズ成分を抽出するための計測領域を設定した例を示す図。
【図５】左右エッジのＬＥＲのＰＳＤ曲線の一例を示す図。
【図６】ラインパターンの左側エッジの信号波形検出に基づいて得られるＬＥＲのＰＳＤ曲線の一例を示す図。
【図７】荷電粒子線装置の一種である走査電子顕微鏡の一例を示す図。
【図８】走査電子顕微鏡と走査電子顕微鏡の出力に基づいてパターン計測を実行するパターン計測装置を含むパターン計測システムの一例を示す図。
【図９】ラフネス評価値の計測工程を示すフローチャート。
【図１０】ＳＥＭ画像上にラフネス評価値を算出するための計測領域を設定した例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
近年は、半導体デバイスのパターンを形成するためのフォトリソグラフィに用いられる露光装置の光源として、Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ（ＥＵＶ）光が用いられるようになり、より微細なパターンが製造できるようになった。ＥＵＶ光源を持つ露光装置によって形成されたパターンに対して電子ビームを走査し、当該走査によって得られた信号に基づいてパターンが有するエッジラフネスを計測し解析してみると、パターンの左側エッジ（一方のエッジ）のラフネスと、右側エッジ（他方のエッジ）のラフネスが異なり、大小関係が生じてしまうことがわかった。発明者らが鋭意検討した結果、このような大小関係は、パターンエッジに交差する方向に電子ビームを走査した場合であって、電子ビームが一方のエッジを通過した後、他方のエッジを通過するような走査線軌道を描くように電子ビーム走査したときに発生することが明らかになった。具体的には、電子ビームの走査領域（視野）内に、走査領域の上下方向に長いラインパターンが左右方向に複数配列されている場合であって、走査領域の左側から右側に向かってビームを走査したときに、各ラインの右エッジのラフネスが、左エッジのラフネスよりも大きくなる。同じ視野位置にて電子ビームの走査方向を１８０°回転（他方のエッジを電子ビームが通過した後、一方のエッジを通過するように電子ビームを走査）して撮影したＳＥＭ画像を用いた測定でも、やはり左エッジのラフネスが大きくなる。
【００１１】
つまり、この現象は撮影したラインパターンのラフネスに左右差があるわけではなく、電子線による計測に何らかの原因があることを示唆している。これは計測によって生じる誤差になるので、近年のサブナノメートル精度が要求される計測においては抑制すべき誤差要因である。また、ラインパターン自体のうねり（ラフネスに対して相対的に低周波のエッジの湾曲（ウィグリング））を計測する際にラフネス計測が必要になるが、やはりこの誤差が計測精度の低下要因となる。
【００１２】
発明者らは、上述のようにラフネスの左右差の発生要因を新たに見出すと共に、当該左右差によらず、高精度にラフネス測定を行うためのパターン測定方法、及び測定装置を新たに提案する。
【００１３】
上述のような現象は、計測対象となるラインパターンの左右間で、Ｓ／Ｎ比が異なっていることが原因で生じている。それを、図１に例示する信号波形を用いて説明する。図１は、上下に長いラインパターンが左右方向に複数配列された試料に、電子ビームを走査したときに得られる信号波形例を示す図である。図１に例示する信号波形は、左から右に向かってビームの照射位置が移動するように、電子ビームを走査したときに得られるものである。ビーム走査は、ラインパターンのエッジに直交する方向（ｘ方向）であってｘ方向負側（左側）からｘ方向正側（右側）に向かってビームの照射位置が移動するような走査線を形成すると共に、その走査線が順次ｙ方向に向かって移動するように地照射位置を偏向することによって行う。このような走査によって２次元走査を実行する。
【００１４】
ｘ方向の走査線を形成する場合、左側から右側に向かって走査を行うと、パターンの左側面への電子ビームの照射に起因して、試料から放出される二次電子は、右側面から発生するそれよりも大きくなる傾向がある。
【００１５】
パターンの線幅を測るために、しきい値法と呼ばれる方法が使われている。他にも、リニア法などの方法もあるが、結果的に同様になるため、ここではしきい値法を使って説明する。左側面の信号のうち最も高いレベルを１００％、もっとも低いレベルを０％とし、例えば５０％のレベルの点を、左側面のエッジとする。同様な操作を右側面の信号に対しても行って、右側面のエッジとする。
【００１６】
実際の信号には、パターンから出てくる二次電子の信号だけでなく、これに、二次電子の検出器や、その信号を増幅するアンプなどの電子回路から生じる時間的にランダムに発生するノイズが重なっている。ＳＥＭ画像上の位置も、ランダムに現れる。よって、ラインパターンの左側面と右側面のそれぞれにおいて、ほぼ等しくランダムに現れる。
【００１７】
側面のラフネスの計測では、ラインパターンの上下方向に沿って並んだ側面のエッジ点の位置が、左右方向へばらつく幅を計測している。このとき、ランダムな位置に現れるショットノイズの影響により、エッジ点のばらつく幅が実際の位置よりもより広くなる傾向がある。これは、ラフネス計測におけるバイアスと呼ばれ、計測値を見かけ上、大きくしてしまう誤差要因である。
【００１８】
このバイアス量は、右側面のラフネスにおけるものが、左側面のそれよりも大きくなる傾向がある。その理由は、右側面のエッジ点を検出する基準である５０％の信号強度レベルが、左側面のそれに比べて低いために、より多くのショットノイズを拾ってしまうからである。左右それぞれの側面の５０％レベルは、それぞれにおける１００％レベルに対する比率であるが、先に述べたように、もともと右側面の１００％は左側面のそれよりも低いからである。
【００１９】
バイアス量が多いと、ラフネスの計測値が見かけ上大きくなってしまい、誤差要因になることが知られている。また、このバイアス量は真のラフネスではなく、計測における誤差であるから、これを左右のエッジラフネスそれぞれにおいて個別に、効果的に低減すればよい。
【００２０】
以下に説明する実施例では、ビーム走査に起因する誤差要因をエッジの種類に応じて除去するパターン測定方法、及びパターン測定装置について説明する。このような方法、装置、上記測定法を演算処理装置に実行させるコンピュータープログラム、及び当該コンピュータープログラムを記憶する記憶媒体の提供によって、高精度な測定が可能となり、半導体デバイスパターンの製造プロセスを正確に制御することによって、生産の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００２１】
以下に説明する実施例では、高精度にラフネスを計測する演算処理装置を備えた荷電粒子線装置を説明する。また、以下に説明する荷電粒子線装置は、コンピュータプロセッサと、非一時的なコンピュータ可読媒体とを備えた制御装置によって制御される。非一時的なコンピュータ可読媒体は、コンピュータプロセッサによって実行されると、システムコントローラに所定の処理を実行させるコンピュータ命令で符号化され、後述するような処理工程に沿って、荷電粒子線装置を制御する。
【００２２】
図７は、ラフネス測定を実行する走査電子顕微鏡の一例を示す図である。電子源７０１から引出電極７０２によって電子ビーム７０３が引き出され、不図示の加速電極により加速される。加速された電子ビーム７０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ７０４により絞られた後、走査偏向器７０５により偏向される。これにより、電子ビーム７０３は、試料７０９上を一次元的又は二次元的に走査される。
【００２３】
試料７０９に入射する電子ビーム７０３は、試料台７０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ７０６のレンズ作用により集束されて試料７０９の表面を照射される。試料７０９上の照射箇所からは電子６１０（二次電子、後方散乱電子等）が放出される。放出された電子７１０は、試料台７０８に内蔵された前記電極に印加された負電圧に基づく加速作用により、電子源７０１の方向に加速される。加速された電子７１０は変換電極７１２に衝突し、二次電子７１１を発生させる。変換電極７１２から放出された二次電子７１１は、検出器７１３により捕捉され、捕捉された二次電子量により検出器７１３の出力Ｉが変化する。この出力Ｉの変化に応じ、表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器７０５への偏向信号と、検出器７１３の出力Ｉとを同期させ、走査領域の画像を形成する。
【００２４】
なお、図７に例示するＳＥＭは、試料７０９から放出された電子７１０を変換電極７１２において二次電子７１１に一端変換して検出する例を示しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置する構成を採用しても良い。制御装置７１４は、撮像レシピと呼ばれるＳＥＭを制御するための動作プログラムに従って、上記ＳＥＭの各光学要素に必要な制御信号を供給する。
【００２５】
検出器７１３で検出された信号はＡ／Ｄ変換器７１５によってデジタル信号に変換され、画像処理部７１６に送られる。画像処理部７１６は複数の走査によって得られた信号をフレーム単位で積算することによって積算画像を生成する。例えば、８フレームの画像を積算する場合、８回の２次元走査によって得られた信号を画素単位で加算平均処理を行うことによって、積算画像を生成する。
【００２６】
更に画像処理部７１６は、デジタル画像を一時記憶するための画像記憶媒体である画像メモリ７１８と、画像メモリ７１８に記憶された画像から特徴量（ラインやホールの幅の寸法値、ラフネス指標値、パターン形状を示す指標値、パターンの面積値、エッジ位置となる画素位置等）の算出を行うＣＰＵ７１７を有する。
【００２７】
さらにまた、各パターンの計測値や各画素の輝度値等を保存する記憶媒体７１９を有する。全体制御はワークステーション７２０によって行われる、必要な装置の操作、検出結果の確認等がグラフィカルユーザーインタフェース（以下、ＧＵＩと表記する）によって実現できるようになっている。また、画像メモリ７１８は、走査偏向器７０５に供給される走査信号に同期して、検出器の出力信号（試料から放出される電子量に比例する信号）を、対応するメモリ上のアドレス（ｘ,ｙ）に記憶するように構成されている。また、画像処理部７１６は、メモリに記憶された輝度値からラインプロファイルを生成し、閾値法等を用いてエッジ位置を特定し、エッジ間の寸法を測定する演算処理装置としても機能する。
このようなラインプロファイル取得に基づく寸法測定を行うＳＥＭは、ＣＤ−ＳＥＭと呼ばれ、半導体回路の線幅測定の他、様々な特徴量を計測するために用いられている。例えば、上記回路パターンのエッジにはラインエッジラフネスと呼ばれる凹凸が存在し、回路性能を変化させる要因となる。ＣＤ−ＳＥＭは上記ＬＥＲの計測に用いることができる。
【００２８】
図８は、ＳＥＭ８０１によって得られた測定結果に基づいて、パターンを計測するパターン計測装置８０２を含む計測システムの一例を示す図である。なお、図８の例では、撮像システムであるＳＥＭ８０１と、検出信号に基づいて、測定処理を実行する演算処理装置８０５（パターン計測装置８０２）がネットワークを経由して接続されている例を示しているが、これに限られることはなく、例えば図７に例示した走査電子顕微鏡に含まれる画像処理部７１６で、後述するような演算処理を行うようにしても良い。図８に例示するシステムには、ＳＥＭ８０１、得られた信号に基づいてパターンの計測等を実行するパターン計測装置８０２、及び表示部を備えた入力装置８０４が含まれている。
【００２９】
また、演算処理装置８０５は、得られた画像信号からエッジを検出するエッジ検出ユニット８０７、後述するようにエッジ点の座標をフーリエ解析することによって、パワースペクトル密度（Ｐｏｗｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｄｅｎｓｉｔｙ（ＰＳＤ））を求めるＦＦＴ処理ユニット８０８、ＦＦＴ処理ユニット８０８によって生成されたＰＳＤ曲線から後述するような手法によってランダムノイズやＰＳＤ曲線間の差分を演算する波形処理ユニット８０９、及び波形処理ユニット８０９によって得られたノイズ成分等を用いて測定結果を入力装置８０４の表示部やメモリ８０６に出力する測定処理ユニット８１０を備えている。
【００３０】
以下に図７、図８に例示するようなパターン測定装置を用いたラフネス計測法について図面を用いて説明する。上述のように走査線の開始点側（例えば左側）のエッジより、走査線の終了点側（例えば右側）のランダムノイズが多い状況で、左右のエッジ座標の周波数成分をフーリエ解析してＰＳＤ曲線を求めると、本来同等の形状であるべき、左側エッジのＰＳＤ曲線と、右側エッジのＰＳＤ曲線の形状が異なる。
【００３１】
図２は、右側エッジのＬＥＲ（Ｌｉｎｅ  Ｅｄｇｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）のＰＳＤ解析結果を示す図である。ラフネスのＰＳＤは、ラフネスに含まれる様々な周波数の成分のうち、ある特定の周波数の成分の強度を表している。一般に、周波数が高く波長の短い成分ほどＰＳＤにおける強度が少なくなる傾向があり、図中の横軸で右へ行くほどスペクトルが減衰する傾向がある。また、ランダムノイズは波長に依存せず一定の強度を持つので、ＰＳＤ曲線に含まれるランダムノイズ成分も周波数によらず一定の値を示す。
【００３２】
この性質を利用したＬＥＲ評価の際に現れるランダムノイズ成分の演算の手順について以下に説明する。まず、右エッジのラフネスのランダムノイズ成分を除去する。図２に例示するように、右エッジの座標のフーリエ解析により右エッジのＬＥＲのＰＳＤを求める。
【００３３】
上述のように右エッジ（走査線上、ビームが後に照射されるエッジ）は、Ｓ／Ｎ比が左エッジ（走査線上、ビームが先に照射されるエッジ）に対して低いため、一般的なランダムノイズに加え、走査電子顕微鏡の走査方式固有のランダムノイズが含まれている。即ち、右エッジのランダムノイズＲＲには、通常のランダムノイズＲＬ（走査方式固有のランダムノイズを含まない左エッジから求められるランダムノイズ）と走査方式固有のランダムノイズＲｄ（＝ＲＲ−ＲＬ）が含まれている。よって、ＲＲ、ＲＬを画像から抽出すると共に、所定の演算を行うことによって、左右エッジの真のラフネスを求めることができる。
【００３４】
また、上述のように、ランダムノイズは波長（周波数）によらず一定であり、且つ周波数が高い程、スペクトルは減少する傾向にあるため、スペクトルが下がりきった強度成分をランダムノイズ（強度ＲＲ）と定義することができる。図３は、図２のＰＳＤ波形の高周波部分の拡大図である。右エッジのＰＳＤのプロットから、線形近似法等によってｘ軸に平行な近似直線を求める。カットオフ周波数における近似直線の値をランダムノイズ強度とする。
【００３５】
カットオフ周波数は、計測精度に影響を及ぼさないほど充分に高い周波数とする。例えばＳＥＭ画像のピクセルに対応する試料上の大きさが５ｎｍである場合には、波長１０ｎｍに相当する周波数をカットオフ周波数とみなす。なぜならば、ラフネスのようなエッジ点の凹凸は、少なくとも２つの隣接するエッジ点によって識別されるから、２つのピクセル間の間隔より短いラフネスは原理的に計測できないからである。
【００３６】
ランダムノイズ強度を効率よく求めるために、例えば図４に示すように、ＳＥＭ像に写っている複数のラインパターンを、短い計測領域に分けて計測しても良い。計測領域の長さは、図２、図３の波数０．０５に相当する波長である２０ｎｍである。このようにすると、フーリエ解析は図２のように全体のＰＳＤを計算する必要が無く、図３のように少ないプロット点だけを計算すればよい。また、短い計測領域は１つのＳＥＭ像のなかで数多く設定できるので、得られたＰＳＤのすべてを図３にプロットして、より多くのプロット点から近似直線を決めることができる。そうすることによって、より精度の高い計測が可能になる。このようにランダムノイズ成分ＲＲを取り除いた、真のＬＥＲ成分の積分値を求めることができる。
【００３７】
次に、計測された左右エッジから求めたＰＳＤの差分を求める。図５に示すように、右エッジのＬＥＲのＰＳＤと左エッジのＬＥＲのＰＳＤをプロットし、その差をプロットしてＰＳＤの差分を求める。
【００３８】
この差分を示す曲線が、あらかじめ決めておいた範囲内で、ほぼ水平な直線状であることを確認する。これは、左右エッジ間のＬＥＲの違いは、ＰＳＤで波数によらず一定値になるランダムノイズ成分量の違いであることを示している。つまり、図６の左エッジのＬＥＲのＰＳＤにおける、左ＬＥＲのランダムノイズ強度をＲＬとすると、
ＲＲ−ＲＬ＝Ｒｄ  …（数式１）
が成り立つ。よって、
ＲＬ＝ＲＲ−Ｒｄ  …（数式２）
である。
【００３９】
この式（差分演算）によって、ＲＬが求まり、それによって図６における左エッジの真のＬＥＲ成分を求めることができる。ここで、もしＰＳＤの差分が水平な直線状でなかった場合は、上述のような計測は適さないとみなし、エラーメッセージを出力する。
【００４０】
以上が、左右エッジの計測から、それぞれの真のＬＥＲ値を計算する方法である。なお、上述の演算例は一例に過ぎず、例えば先に左エッジの一定強度成分（ＲＬ）の演算に基づいてＲｄを求めるようにしても良い。左エッジのランダムノイズＲＬを左右エッジのＰＳＤ曲線から減算し、その上で左右エッジのＰＳＤ曲線の差分を求めるようにしても良い。この場合、ＲＬを減算した右エッジのＰＳＤ曲線から更にＲｄを減算することによって、右エッジの正確なＬＥＲ評価値を求めることが可能となる。また、差分を演算することなく、左右エッジのそれぞれにおいてＰＳＤからランダムノイズを個別に求めるようにしても良い。
【００４１】
上述のような実施例によれば、右エッジ或いは左エッジのいずれかのＰＳＤ曲線を、走査方式固有のランダムノイズを特定した上で補正することができるので、右エッジと左エッジのＰＳＤの双方を求める際に正確な測定を行うことが可能となる。また、左右で異なる演算を行うことによって左右それぞれの真のラフネス評価値を求めることが可能となる。
【００４２】
図９は、上述の計測の処理工程を示すフローチャートである。画像処理部７１６或いはパターン計測装置８０２は、評価対象となる半導体ウエハ上のパターンにビームの走査線が交差するような走査によって得られる検出信号、或いは画像信号を取得する（ステップ９０１）。次に、ＣＰＵ７１７或いは画像処理ユニット８０７は、ＬＥＲの計測領域を設定する（ステップ９０２）。図１０は計測領域の設定例を示す図である。図２に例示するように、波数０．０２を始点としたＰＳＤ曲線を形成する場合、ｙ方向に、波数０．０２に相当する５０ｎｍの長さ分、ラインパターンが含まれるように計測領域を設定する。次に、ＣＰＵ７１７或いは画像処理ユニット８０７は、評価領域に含まれる左右エッジのエッジ位置情報を検出する（ステップ９０４）。ＣＰＵ７１７或いはＦＦＴ処理ユニット８０８は、左右エッジ毎のデータ系列について、フーリエ変換を行う。ここでは、ｙ方向空間周波数ｆに対するフーリエ係数の絶対値、即ち強度の算出に基づいて、強度の周波数分布情報を生成する（ステップ９０６）。
【００４３】
また、ステップ９０２、９０４、９０６の処理の一方で、ＣＰＵ７１７或いは演算処理装置８０５は、図４に例示したようにランダムノイズ成分（ＲＲ）を抽出するための計測領域を設定し、エッジ点検出を実行する（ステップ９０３、９０５）。更に、エッジ点列の位置情報に基づいてフーリエ変換を行い、ランダムノイズＲＲを抽出する（ステップ９０７、９０８）。
【００４４】
次にＣＰＵ７１７或いは波形処理ユニット８０９は、ステップ９０６にて得られた右側エッジのＰＳＤ曲線から、ランダムノイズＲＲを減算することによって、右側エッジについて真のＬＥＲ評価値（ＰＳＤ曲線）を求める（ステップ９０９）。また、ステップ９０６にて得られた右エッジのＬＥＲのＰＳＤ曲線（第１の曲線）から、左エッジのＬＥＲのＰＳＤ曲線（第２の曲線）を減算することによって、ビームの走査方向に由来するランダムノイズ成分Ｒｄを算出する（ステップ９１０）。上述したようにランダムノイズ成分Ｒｄが周波数によらず一定値である場合は、走査方向に由来するランダムノイズ成分であると定義できるが、傾きがある場合は他の変動要因が含まれており、正確な測定が困難であることが予想されるため、Ｒｄの傾きを評価し、傾きがゼロ、或いは所定値以下ではない場合、ＣＰＵ７１７或いは測定処理ユニット８１０は、エラーメッセージを出力する（ステップ９１４）。
【００４５】
一方、Ｒｄに傾きがなく、本実施例にて説明した測定法が適切であると見做せる場合は、左エッジのＬＥＲのＰＳＤからＲｄを減算し、左エッジについて真のＬＥＲ評価値を求める（ステップ９１２）。ＣＰＵ７１７或いは測定処理ユニット８１０は、ステップ９０９、９１２にて求められた左右エッジの真のラフネス評価値を表示装置に表示、或いは所定の記憶媒体に記憶させることで、測定処理を終了する（ステップ９１３）。
【００４６】
以上のような処理を自動で実行することによって、荷電粒子ビームを走査する装置固有のノイズ成分のない高精度なラフネス計測を行うことが可能となる。
【００４７】
ところで、Ｌｉｎｅ−Ｗｉｄｔｈ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ（ＬＷＲ）を計測するときには、図２の右エッジのＬＥＲのＰＳＤにおいて、計測された右ＬＥＲのＰＳＤの代わりに、計測された左右エッジ間の距離、すなわち線幅のＰＳＤをプロットして、ランダムノイズ成分を差し引けば、真の右ＬＥＲ成分の代わりに、真のＬＷＲ成分を求めることができる。
【符号の説明】
【００４８】
７０１…電子源、７０２…引出電極、７０３…電子ビーム、７０４…コンデンサレンズ、７０５…走査偏向器、７０６…対物レンズ、７０７…試料室、７０８…試料台、７０９…試料、７１０…電子、７１１…二次電子、７１２…変換電極、７１３…検出器、７１５…Ａ／Ｄ変換器、７１６…画像処理部、７１７…ＣＰＵ、７１８…画像メモリ、７１９…記憶媒体、７２０…ワークステーション
【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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