(57)【要約】【課題】多層構造を有するパターンについて上層部分と下層部分を正確に認識する。【解決手段】画像に表示されたパターンの評価を実行するパターン評価装置は、取得画像データに選択的フィルタ処理を施し、当該選択的フィルタが施された画像の所定方向の異なる位置について複数のプロファイルを作成し、当該複数のプロファイルから、境界を検出するための評価値を算出し、当該評価値から境界検出用プロファイルを作成し、当該境界検出用プロファイルの変化が特に著しい位置をパターンの境界位置とする。【選択図】  図３
2015138710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取得画像データに選択的フィルタ処理を施し、
当該選択的フィルタが施された画像の所定方向の異なる位置について複数のプロファイルを作成し、
当該複数のプロファイルから、境界を検出するための評価値を算出し、
当該評価値から境界検出用プロファイルを作成し、
当該境界検出用プロファイルの変化が特に著しい位置をパターンの境界位置とし、
画像に表示されたパターンの評価を実行するパターン評価装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記選択的フィルタ処理は、エッジを残しながら画像を平滑化するBilateral Filterを用いるパターン評価装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記選択的フィルタ処理は、
対象とする各画素に対して近傍領域を設定し、
該近傍領域を等分割した２つの領域に対し、ノンパラメトリック検定を行い、
有意な差がある場合にはエッジ部分として平滑化を実施せず、有意な差がない場合にはノイズ部分として平滑化を実施するパターン評価装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記評価値は、微分プロファイルの最大値と最小値の差とするパターン評価装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記評価値をパターンの左右で別々に算出し、
これを用いて作成した左右別々の境界検出用プロファイルから、パターンの境界位置を検出するパターン評価装置。
【請求項６】
電子顕微鏡の筐体部と、
前記電子顕微鏡の筐体部を制御する制御計算機と、
を備え、
前記制御計算機は、
ＲＯＩ処理を施し、
取得画像データに選択的フィルタ処理を施し、
当該選択的フィルタが施された画像の所定方向の異なる位置について複数のプロファイルを作成し、
当該複数のプロファイルから、境界を検出するための評価値を算出し、
当該評価値から境界検出用プロファイルを作成し、
当該境界検出用プロファイルの変化が特に著しい位置をパターンの境界位置とする、
走査型電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項６において、
前記選択的フィルタ処理は、エッジを残しながら画像を平滑化するBilateral Filterを用いる、
走査型電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項６において、
前記選択的フィルタ処理は、
対象とする各画素に対して近傍領域を設定し、
該近傍領域を等分割した２つの領域に対し、ノンパラメトリック検定を行い、
有意な差がある場合にはエッジ部分として平滑化を実施せず、有意な差がない場合にはノイズ部分として平滑化を実施する、
走査型電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記評価値は、微分プロファイルの最大値と最小値の差とする、
走査型電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項７または８において、
前記評価値をパターンの左右で別々に算出し、
これを用いて作成した左右別々の境界検出用プロファイルから、パターンの境界位置を検出する、
走査型電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項６において、
前記制御計算機は、
上層パターン位置検出処理を施し、
上層パターンマスク処理を施し、
下層パターン位置検出処理を施して
前記ＲＯＩ処理を施す
走査型電子顕微鏡。
【請求項１２】
請求項６において、
電子顕微鏡の筐体部は、電子銃と、偏向器と、電子検出器と、を有する、
走査型電子顕微鏡。
【請求項１３】
請求項７において、
前記電子検出器で検出した電子の強度に基づいた画像を表示する表示装置と、を備える、
走査型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パターン評価装置に関し、例えば複数の層から構成されるパターン画像に対して、層が重なるパターン境界部分を認識する走査型電子顕微鏡に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化が進み、これまでの平面でのスケーリング手法は限界を迎えてきている。さらなる微細化に対応する手法として、デバイスの三次元化がある。三次元デバイスの一つとしてＦｉｎＦＥＴを例に挙げる。ＦｉｎＦＥＴは下層にＦｉｎ、上層にゲートが形成されている。ＦｉｎＦＥＴの製造工程では、ゲート幅やＦｉｎ幅を正確に計測し、管理する必要がある。さらに、ゲート幅については、Ｆｉｎとの交差部分であるか否かを分類して計測する必要がある。
【０００３】
特開２０１１−１６５４７９号公報（特許文献１）では、反射電子像の輝度を用いて回路パターンを各層に分類し、その分類結果と２次電子像を対応付けることにより、多層構造を有する回路パターンを識別する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６５４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている技術では、異なる角度から撮像した２つ以上の反射電子像を用いて正射画像を作成するが、反射電子像は一般にノイズを含んでいるため、マッチング精度が悪く、また複数の反射電子像を必要とすることからスループットが低下するという問題があった。さらに、特許文献１に記載されている技術では、上層部分と下層部分、及び背景部分の領域を識別するために、輝度値の出現頻度を表すヒストグラムに基づいて３つの領域に分類している。しかし、画像内で明度が均一にならない場合や、ヒストグラムのピークが必ずしも３つにならないといった場合が考えられ、頑健性の面で問題がある。
上記手法の他、上層部分と下層部分のエッジをそれぞれ検出し、その位置情報に基づいて領域を識別する方法が考えられる。しかし、下層部分はコントラストが低く、領域が狭い場合があるため、正確なエッジ検出が困難である。
本開示の課題は、多層構造を有するパターンについて上層部分と下層部分を正確に認識する装置を提供することである。
その他の課題と新規な特徴は、本開示の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、パターン評価装置は、画像に選択的フィルタ処理を施すことで、上層と下層が重なる交差部分とそうでない部分のプロファイル形状の違いを顕著にし、上層と下層が重なる交差部分とそうでない部分を分離して認識する。
【発明の効果】
【０００７】
上記パターン評価装置によれば、多層構造を有するパターンに対し、上層と下層を正確に分離して認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】実施例１に係る走査型電子顕微鏡システムの構成を示す図である。
【図１Ｂ】画像処理プロセッサの構成を示す図である。
【図１Ｃ】偏向器の制御を説明する図である。
【図２】対象パターンの領域を示す図である。
【図３】実施例１のパターン境界検出処理の概要を示すフローチャートである。
【図４】ＲＯＩ設定例を示す図である。
【図５】Bilateral Filter適用例を示す図である。
【図６】Bilateral Filter画像微分プロファイル例を示す図である。
【図７】境界検出用プロファイル例を示す図である。
【図８】ＲＯＩ自動設定処理の概要を示すフローチャートである。
【図９】上層パターン検出例を示す図である。
【図１０】上層パターン部マスク適用例を示す図である。
【図１１】下層パターン検出例を示す図である。
【図１２】実施例２に係るＥＰＥ計測処理の概要を示すフローチャートである。
【図１３】ＥＰＥ計測例を示す図である。
【図１４】上層と下層のパターンが重なる例を示す図である。
【図１５】上層と下層の交差部分の対応付けを示す図である。
【図１６】試料の帯電がプロファイルに与える影響を示す図である。
【図１７】ノンパラメトリック検定に係る選択的フィルタのエッジ部分判定例を示す図である。
【図１８】実施例２に係る走査型電子顕微鏡システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態の概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
画像に表示されたパターンの評価を実行するパターン評価装置は、取得画像データに選択的フィルタ処理を施し、当該選択的フィルタが施された画像の所定方向の異なる位置について複数のプロファイルを作成し、当該複数のプロファイルから、境界を検出するための評価値を算出し、当該評価値から境界検出用プロファイルを作成し、当該境界検出用プロファイルの変化が特に著しい位置をパターンの境界位置とする。
【００１０】
走査型電子顕微鏡は、電子顕微鏡の筐体部と、前記電子顕微鏡の筐体部を制御する制御計算機と、を備える。前記制御計算機は、ＲＯＩ処理を施し、取得画像データに選択的フィルタ処理を施し、当該選択的フィルタが施された画像の所定方向の異なる位置について複数のプロファイルを作成し、当該複数のプロファイルから、境界を検出するための評価値を算出し、当該評価値から境界検出用プロファイルを作成し、当該境界検出用プロファイルの変化が特に著しい位置をパターンの境界位置とする。
【００１１】
以下、実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。なお、実施例では走査型電子顕微鏡を例にとって説明するが、それに限定されるものではなく、光学顕微鏡や写真等の多層構造を有するパターンを評価する装置であればよい。
【実施例１】
【００１２】
まず、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃを用いて、実施例１に係る走査型電子顕微鏡システムについて説明する。
図１Ａは実施例１に係る走査型電子顕微鏡システムの構成を示す図である。図１Ｂは画像処理プロセッサの構成を示す図である。図１Ｃは偏向器の制御を説明する図である。
走査型電子顕微鏡システム１００は、電子顕微鏡の筐体部１０１と制御計算機１１０を備える。電子銃１０２から発せられた電子線１０３が図示されていない電子レンズによって収束され、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電子検出器１０６によって検出され、増幅器１０７で増幅される。制御用計算機１１０によって偏向器１０４を制御し、電子線１０３を試料表面上でラスタ走査させる。
【００１３】
増幅器１０７から出力される信号を画像処理プロセッサ１０９内のＡＤ変換器１０９４でデジタル信号に変換し、デジタル画像データを作る。その画像データは表示装置１１１に表示される。また、図１Ｂに示すように、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１０９１と各種の画像処理を行う画像処理回路１０９２、表示制御を行う表示制御回路１０９３等を持つ。制御用計算機１１０には、キーボードやマウス等の入力装置１１２が接続される。
【００１４】
なお、画像メモリ１０９１のメモリ位置に対応したアドレス信号が、制御計算機１１０内で生成され、図１Ｃに示すように、ＤＡ変換器１１３でアナログ信号に変換された後に走査コイル制御電源１１４を経由して、偏向器１０４に供給される。Ｘ方向のアドレス信号は、例えば画像メモリ１０９１が５１２×５１２画素の場合、０から５１１を繰り返すデジタル信号である。Ｙ方向のアドレス信号は、Ｘ方向のアドレス信号が０から５１１に到達したときに＋１され、０から５１１の繰り返しのデジタル信号である。これらがアナログ信号に変換される。
【００１５】
画像メモリ１０９１のアドレスと電子線を走査するための偏向信号のアドレスが対応しているので、画像メモリ１０９１には偏向器１０４による電子線の偏向領域の二次元像が記録される。なお、画像メモリ１０９１内の信号は、読み出しクロックで同期される読み出しアドレス生成回路１０９５で時系列に順次読み出すことができる。アドレスに対応して画像メモリ１０９１から読み出された信号はＤＡ変換器１０９６でアナログ信号に変換され、表示装置１１１の輝度変調信号となる。
【００１６】
画像メモリ１０９１には、Ｓ／Ｎ比改善のため画像（画像データ）を重ねて（合成して）記憶する機能が備えられている。例えば８回の二次元走査で得られた画像を重ねて記憶することで、１枚の完成した像を形成する。即ち、１回もしくはそれ以上のＸ−Ｙ走査単位で形成された画像を合成して最終的な画像を形成する。１枚の完成した像を形成するための画像数（フレーム積算数）は任意に設定可能であり、二次電子発生効率等の条件を鑑みて適正な値が設定される。また複数枚数積算して形成した画像を更に複数枚重ねることで、最終的に取得したい画像を形成することもできる。所望の画像数が記憶された時点、或いはその後に一次電子線のブランキングを実行し、画像メモリ１０９１への情報入力を中断するようにしても良い。
【００１７】
試料１０５はステージ１１５上に配置され、試料１０５は電子線と垂直な面内の２方向（Ｘ方向，Ｙ方向）に移動することができる。
【００１８】
また走査型電子顕微鏡システム１００は、検出された二次電子或いは反射電子等に基づいて、ラインプロファイルを形成する機能を備えている。ラインプロファイルは一次電子線を一次元、或いは二次元走査したときの電子検出量、或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成されるものであり、得られたラインプロファイルは、例えば半導体ウェハ上に形成されたパターンの寸法測定等に用いられる。
【００１９】
なお、図１の説明は制御計算機１１０が走査電子顕微鏡鏡体１０１と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体１０１とは別に設けられた制御計算機で以下に説明するような処理を行っても良い。その際には電子検出器１０６で検出される検出信号を制御計算機に伝達したり、制御計算機から走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達したりする伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。
【００２０】
また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御計算機で、当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００２１】
［パターン境界検出処理］
次に、図２〜図７および図１７を用いて、パターン境界検出処理について説明する。
図２は対象パターンの領域を示す図である。図３は実施例１のパターン境界検出処理の概要を示すフローチャートである。図４はＲＯＩ設定例を示す図である。図５はBilateral Filter適用画像例を示す図である。図６はBilateral Filter画像微分プロファイル例を示す図である。図７は境界検出用プロファイル例を示す図である。図１７はノンパラメトリック検定に係る選択的フィルタのエッジ部分判定における閾値処理の例を示す図である。
図２に示すように、上層パターン２０１、上層パターン２０１両側の下層のパターン２０２、下層パターン２０２両側のスペース部２０３の３つの領域を１組とし、これらが十分に含まれた画像に対して処理を行う。図４に示すように、画像内に複数パターンが存在する場合は、前処理としてＲＯＩ（Region of Interest）を設定するなどして画像領域４０１を指定してもよい。パターンの交差部分が複数ある場合には、各々にＲＯＩを設定する。
【００２２】
まず、画像に対して選択的フィルタ処理を行う（ステップ３０１）。
以下に選択的フィルタ処理として、バイラテラルフィルタ（Bilateral Filter）を適用する例を示す。Bilateral Filterは、エッジを残したまま画像を平滑化する効果がある。Bilateral Filterは下記の式（１）で表されるフィルタ処理とする。ここで、ｆ(ｉ,ｊ)を入力画像、ｇ(ｉ,ｊ)を出力画像とする。また、ｉ,ｊは処理点を、ｍ,ｎは処理点の近傍画素までの距離、ｗはフィルタサイズを表す。
【００２３】
【数１】
2015138710.tif 000003
【００２４】
Bilateral Filterは輝度差に応じてフィルタがかかり、上層と下層が交差する部分の輝度と、上層と下層が交差しない部分の輝度と、の差を顕著にすることができる。
【００２５】
Bilateral Filterの他に、選択的に画像を平滑化する方法として以下の方法（ノンパラメトリック検定）を用いても良い。
まず、フィルタ処理を適用する各画素に対して、その画素を中心とした近傍領域を、２つの領域に等分割する。ここでは左右を等分割することとする。等分割された各領域からｎ回画素を抽出して、輝度値を比較する。画像はノイズを含んだ画像であると仮定すると、左右の輝度差は正規分布に従う。よって、領域がエッジを含まない場合、左右の輝度を比較したとき、右の輝度値を左の輝度値が上回る確率（もしくはその逆でも良い）は０．５に近づくはずである。また、領域がエッジを含む場合には、左と右の領域で輝度値の分布に偏りがあるため、確率は０．５から遠ざかる。
【００２６】
そこで、下記の式（２）により標準値（ｚ）を求め、左右の輝度差のばらつきの指標値とする。Ｌijは左の領域から抽出した輝度値、Ｒijは右の領域から抽出した輝度値であり、＃｛Ｌij＜Ｒij｝は比較回数ｎの内、Ｌij＜Ｒijを満たす回数である。
【００２７】
【数２】
2015138710.tif 000004
【００２８】
算出した指標値（ｚ）の絶対値に対して閾値を設定し、当該閾値を上回ればエッジ部分として平滑化は行わず、下回ればエッジ部分でないとして平滑化を行う。これにより、相対的にエッジを顕著にする。図１７に示すように、ｚの絶対値が閾値１７０４の絶対値を上回っている部分１７０２がエッジ部分、ｚの絶対値が閾値１７０５の絶対値を上回っている部分１７０３がエッジ部分、ｚの絶対値が閾値１７０４の絶対値および閾値１７０５の絶対値を下回っている部分１７０１がエッジ部分以外である。なお、ｚが正のときの閾値はｚが負のときの閾値の絶対値よりも大きくしている。ノンパラメトリック検定もBilateral Filterと同様に輝度差に応じてフィルタがかかり、上層と下層が交差する部分の輝度と、上層と下層が交差しない部分の輝度と、の差を顕著にすることができる。
【００２９】
次に、ステップ３０１において選択的フィルタ処理を適用した画像に対し、プロファイル作成処理を行う（ステップ３０２）。ここでは、図６に示すように、全てのＹ座標においてＸ方向の平滑化プロファイル（フィルタ適用後プロファイル）と、微分ファイル（１次微分プロファイル）を作成する。実線が1次微分プロファイルで、破線がフィルタ適用後プロファイルを示している。プロファイル６０１が図５の位置５０１のプロファイルに相当し、プロファイル６０２が位置５０２のプロファイルに相当する。
【００３０】
次に、ステップ３０２で作成したプロファイルを用いて、評価値算出処理を行う（ステップ３０３）。ここでは、それぞれの微分プロファイルの最大値および最小値を検出し、その差を評価値とする。
【００３１】
さらに、境界検出用プロファイル作成処理を行う（ステップ３０４）。図７に示すように、ステップ３０３で求めた評価値をプロットした境界検出用プロファイルを作成する。横軸が画像のＹ座標、縦軸が１次微分プロファイルの最大値と最小値の差となる。上層が下層と交差する部分７０１では、微分プロファイルの最大値と最小値の差が小さい。上層が下層と交差しない部分７０２では、微分プロファイルの最大値と最小値の差が大きい。
【００３２】
上層パターンの左右のエッジで別々に境界を求めたい場合は、ステップ３０３の評価値算出処理において、微分プロファイルの最大値と最小値の差ではなく、最大値・最小値をそのまま評価値として用いて、２つの境界検出用プロファイルを作成する。最大値が左の、最小値が右の境界検出用プロファイルである。
【００３３】
最後に、境界検出処理を行う（ステップ３０５）。ステップ３０４の境界検出用プロファイルにおいて、任意に設定した閾値を跨ぐ点を２点取得する。検出された２点間を下層パターン上の上層パターン部とし、それ以外を下層パターン上でない上層パターン部として分類する。閾値を設定する以外に、境界検出用プロファイルの微分値から変化量が特に大きい２点を検出し、その２点間を境界としてもよい。
【００３４】
これにより、上層部と下層部を分離して認識することができ、上層部については、下層パターンとの交差部分とそうでない部分を区別して測長することが可能となる。
【００３５】
［ＲＯＩ処理］
図８〜図１１を用いて、ＲＯＩ処理について説明する。
本実施例の前処理となるＲＯＩ設定処理については、手動で領域設定を行っても良いが、図４に示すように多くのパターンが存在する場合には、手動設定では限界があるため、パターン位置を検出した後、ＲＯＩを自動設定する方法をとる。図８はＲＯＩ自動設定処理の概要を示すフローチャートである。図９は上層パターン検出例を示すである。図１０は上層パターン部マスク適用例を示す図である。図１１は下層パターン検出例を示す図である。
【００３６】
電子顕微鏡から撮像した画像に対して、上層と下層のパターンの大まかな位置を検出し、各々のパターン交差部分にＲＯＩを設定する。
まず、ステップ８０１の上層パターン位置検出処理では、画像の画素値を上層のパターンに垂直となる軸上に射影し、加算平均をとることにより、上層パターン検出用プロファイルを作成する。上層パターン検出用プロファイルに対して、図９の破線９１に示すように、上層のパターン部を検出する。パターン位置検出処理には既存のエッジ検出手法を用い、左右のエッジ間をパターン位置とする。
検出された上層パターンの位置に基づいて、図１０のハッチング９２に示すように、上層のパターン部に上層マスク処理を施す（ステップ８０２）。
次に、ステップ８０３の下層エッジ検出処理では、マスクされていない領域、すなわち下層が見えている領域の画素値を、下層のパターンに垂直となる軸上に射影し、下層パターン検出用プロファイルを作成する。下層パターン検出用プロファイルに対して、図１１の破線９３に示すように、下層のパターン部を検出する。パターン位置検出処理には既存のエッジ検出手法を用いる。
ここまでの処理で、上層パターンと下層パターンの領域が大まかに定まるため、その領域に基づいて、図４に示すように、各々のパターン交差部分（画像領域４０１）にＲＯＩを設定する。この際、上層パターン、上層パターン両側の下層のパターン、下層パターン両側のスペース部の３つが十分含まれるよう、ＲＯＩを自動設定する。
ステップ８０５では、図３のフローチャートに示す処理が行われる。
【実施例２】
【００３７】
図１８は実施例２に係る走査型電子顕微鏡システムの構成を示す図である。
本実施例において、実施例１に係る走査型電子顕微鏡システムに加え、以下の機能を備える装置を想定する。
走査型電子顕微鏡システム１００Ａは、例えば半導体ウェハ上の複数点を観察する際の条件（測定個所，走査電子顕微鏡の光学条件等）を予めレシピとして記憶しておき、そのレシピの内容に従って、測定や観察を行う機能を備えている。
【００３８】
更に、制御計算機１１０には、ＧＤＳＩＩフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現された半導体デバイスの回路パターン設計データを記憶し、電子顕微鏡筐体部１０１の制御に必要なデータに変換するデザインデータ管理部１１３を接続しても良い。デザインデータ管理部１１３は、入力されたデザインデータに基づいて、電子顕微鏡筐体部１０１を制御するレシピを作成する機能を備えている。また、制御計算機１１０から伝達される信号に基づいて、デザインデータを加工する機能をも備えている。また、以下に説明する処理をデザインデータ管理部１１３内に設けられたプロセッサで行っても良い。更に、制御プロセッサに代わってデザインデータ管理部１１３内に設けられたプロセッサによって、走査電子顕微鏡筐体部１０１を制御するようにしても良い。なお、本実施例の説明ではデザインデータ管理部１１３が、制御計算機１１０と別体のものとして説明するが、これに限られることはなく、デザインデータ管理部が制御プロセッサと一体であっても良い。
【００３９】
本実施例においては試料として、半導体製品を製造する工程の中にあるウェハとした。リソグラフィー工程によりウェハ上に形成されたレジストパターンを用いた。その比較対象として、そのパターンのもととなる半導体デバイスの回路パターンの設計データ（デザインデータ）を用いた。ここで用いる半導体デバイスの回路パターンの設計データとは、最終的に半導体デバイスの回路をウェハ上に形成する際の理想的なパターン形状を示す。なお、以下の説明は、検査対象を半導体ウェハとしたが、設計データと評価したい対象が対をなしていればこれに限ることはない。例えば、半導体デバイスの回路パターンをウェハ上に露光する際に使用するガラス基板上に形成されたマスクパターンや、液晶パネルのようなガラス基板上に形成されたパターンに対しても以下の説明は有効である。また、回路パターンの設計データは、その設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。
【００４０】
次に、図１２〜図１６を用いて、電子顕微鏡で取得した画像に示されたパターンのエッジ部分（以下、ＳＥＭエッジとする）とデザインデータに示されたパターン形状（以下、デザインパターンとする）との形状誤差の測定（以下ＥＰＥ（Edge Placement Error）計測とする）の例について以下説明する。
図１２は実施例２に係るＥＰＥ計測処理の概要のフローチャートである。図１３はＥＰＥ計測例を示す図である。図１４（ａ）は上層と下層のパターンが重なる例を示す図、図１４（ｂ）は上層のパターンの実線１４０２におけるプロファイル例を示す図、図１４（ｃ）は下層のパターンの破線１４０３におけるプロファイル例を示す図である。図１５は上層と下層の交差部分の対応付けを示す図である。図１６は試料の帯電がプロファイルに与える影響を示す図である。
【００４１】
ＥＰＥ計測を行うために、デザインパターンとウェハ上に形成された実際のパターン（以下、実パターンとする）の電子顕微鏡画像を重ねた状態を得る。これはステップ１２０１でデザインパターンから作成したテンプレート画像とステップ１２０２で実際のウェハから取得したＳＥＭ像（実パターン画像）をそれぞれエッジ抽出（ステップ１２０３）および平滑化した（ステップ１２０４）後に、正規化相関などを使ってマッチング処理をする（ステップ１２０５）ことによって得られる。図１３に示すように矩形形状のデザインパターン１３０１に対し、実パターンのＳＥＭエッジ１３０２は角がとれ、長さおよび幅が小さくなっている。内側に向く矢印１３０３が計測されるＥＰＥである（ステップ１２０６）。矢印の長さが測定される誤差である。
【００４２】
次に、半導体素子が複数の層に渡って形成された場合のＥＰＥ計測について説明する。上層と下層のＥＰＥ計測を区別する方法として、実パターンから抽出されたＳＥＭエッジについて、そのＳＥＭエッジをデザインパターンと対応付け、対応付けたデザインパターンの層情報を使用する方法がある。
【００４３】
しかしながら、図１４（ａ）に示すように、上層と下層のパターンのエッジが重なる部位１４０１についてはその対応付けが困難である。図１５に示すように、ＥＰＥ１５０１は正しくは下層のデザインパターン１５０２に対応付けられるべきであるが、上層のデザインパターン１５０３に対応付けられている。すなわち、ＳＥＭエッジをＳＥＭエッジに垂直な方向に最も近いデザインパターンに対応付けられてしまう。
【００４４】
これに対し、例えば、上層のパターンと下層のパターンでは、上層に比べて下層の輝度値が低い傾向があるため、輝度値に対する適切な閾値を設定することで、上層のＳＥＭエッジと下層のＳＥＭエッジを区別する方法が考えられる。しかし、図１６の実線１６０１に示すように、ＳＥＭ像の場合、電子ビームを走査していくにつれて、試料が徐々に帯電し、十分な二次電子が検出できず、プロファイルの輝度値が徐々にだれてきてしまう現象が起こる。
【００４５】
さらに、パターンの左右のエッジの輝度値は電子線の走査方向に影響され、左右のエッジの輝度値に差が生じる現象が起こる。図１４（ｂ）に示すように上記の走査方向の影響により、同じ層であるにも関わらず、左右のエッジの輝度値に差が生じている。このとき、閾値による判定を行うと、右のエッジの輝度値が図１４（ｃ）に示すような下層と同程度の輝度値であるため、設定された閾値（Ｔｈ）を下回り、下層に対応付けられてしまう。このような状態では、閾値による判定を行うことはできない。
【００４６】
本実施例では、多層構造を有するパターンに対し、実施例１を適用して検出した上層と下層の領域情報を利用することで、ＳＥＭエッジを上層と下層に正確に分類し、それぞれの層に分類されたＳＥＭエッジに対し、対応する層のデザインパターンと対応付けを行うことで、ＥＰＥ計測の精度を向上させる。
【００４７】
まず、実パターンからＳＥＭエッジを検出する。上層のエッジを検出した後、実施例１で説明した手法により、上層と下層の交差部分とそうでない部分のプロファイル形状の違いから、上層と下層の領域の境界位置を得る。当該境界位置により、ＳＥＭエッジが上層と下層どちらの層のエッジであるかが分かる。
【００４８】
本実施例では、輝度値に対して閾値による判定を行っておらず、プロファイルの相対的な変化から検出を行っているため、上記の帯電や走査方向による現象に影響されない。また、図４のように複数のパターンが並んでいる場合、図１６に示した帯電の影響により、交差部分ごとに輝度値が変化するが、本実施例では、交差部分ごとにプロファイルの変化をみているため、上記の帯電の影響を受けない。
【００４９】
上記の手法により、ＳＥＭエッジをデザインパターンと正確に対応付けることが可能となる。
【００５０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５１】
１００・・・走査型電子顕微鏡システム
１０１・・・電子顕微鏡の筐体部
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
１１３・・・デザインデータ管理部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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