(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体メモリデバイスのウェーハ上に形成されたパターンを撮像し、撮像画像に基づいてパターン寸法を計測する方法であって、
画像上のパターンの両側のエッジ位置を特定するステップと、
パターンの第１のエッジ上にある第１の点と、その反対側のエッジである第２のエッジ上にある第２の点において、該第１の点と該第２の点を結ぶ線分と、該第１の点における該第１エッジの第１の接線と、該第２の点における該第２エッジの第２の接線に基づいて計測を行うステップと、
該線分の距離を計測するステップを有し、
前記線分と前記第１の接線のなす第１の角度と、前記線分と前記第２の接線のなす第２の角度が等しい角度である、前記第１の点と、前記第２の点で定義される線分の距離を計測するステップを有することを特徴とする半導体パターン計測方法。
【請求項２】
前記パターンは、両側エッジが非平行な関係にあるパターンであって、両側とも曲線、あるいは両側とも直線、あるいは片側が直線かつその反対側が曲線であることを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。
【請求項３】
請求項１記載のパターン計測方法であって、前記線分と前記第１の接線のなす角度と、前記線分と前記第２の接線のなす角度を比較し、前記第１の点と、前記第２の点で定義される線分の距離を計測するステップを有することを特徴とする半導体パターン計測方法。
【請求項４】
予め定められた画像上の範囲で複数の線分の距離を計測することを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。
【請求項５】
複数の線分の中点が前記予め定められた画像上の範囲内にあることを特徴とする請求項４記載の半導体パターン計測方法。
【請求項６】
複数の線分の予め定められた方向の端点が前記予め定められた画像上の範囲内にあることを特徴とする請求項４記載の半導体パターン計測方法。
【請求項７】
前記複数の線分の距離の計測結果である複数の計測値から、最小値、若しくは最小値を与える近傍の位置の計測値の平均値、若しくは最大値、若しくは最大値を与える近傍の位置の計測値の平均値、若しくは予め定められた位置に基づいた計測値、若しくは予め定められた位置に基づいた計測値を与える近傍の位置の計測値の平均値、を計測結果とする請求項４乃至６のいずれかに記載の半導体パターン計測方法。 
【請求項８】
前記線分を前記撮像画像に重畳して表示することを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。  
【請求項９】
前記予め定められた画像上の範囲を基準に、前記検出された複数の線分を前記撮像画像に重畳して表示することを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の半導体パターン計測方法。 
【請求項１０】
計測に用いた前記第１の接線、もしくは前記第２の接線、もしくは前記第１の接線と前記第２の接線を前記撮像画像に重畳して表示することを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。  
【請求項１１】
前記線分の中点、もしくは前記線分の中点を通過する線を前記撮像画像に重畳して表示することを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。  
【請求項１２】
前記予め定められた画像上の範囲を基準に、前記検出された複数の線分の距離を前記撮像画像に重畳して表示する、若しくは複数の線分の距離を記録することを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の半導体パターン計測方法。
【請求項１３】
前記予め定められた画像上の範囲を基準に、異なる時間に計測された計測対象パターンから検出されたパターンごとの複数の線分の距離を重畳して出力する、あるいは重畳可能な結果を記録することを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の半導体パターン計測方法。
【請求項１４】
前記エッジ位置を特定するステップにおいて、さらに検出されたエッジ点列を平滑化するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。  
【請求項１５】
前記撮像とは、電子線顕微鏡による撮像であることを特徴とする請求項１記載の半導体パターン計測方法。  
【請求項１６】
半導体メモリデバイスのウェーハ上に形成されたパターンを撮像し、撮像画像に基づいてパターン寸法を計測する装置であって、
該パターンを撮像する電子光学系と、
該パターンより得られる電子の受信部と、
該受信信号をデジタル信号に変換する変換部と、
該デジタル信号をデジタル画像として記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された該パターンの情報に基づき、該パターンの両側のエッジ位置の特定、および、該パターンの第１のエッジ上にある第１の点と、その反対側のエッジである第２のエッジ上にある第２の点の対であって、該第１の点と該第２の点を結ぶ線分と、該第１の点における該第１エッジの接線と、該線分と該第２の点における該第２エッジの接線とに基づき該第１の点と、該第２の点の距離を演算する演算部、を有し、
前記線分と前記第１の接線のなす第１の角度と、前記線分と前記第２の接線のなす第２の角度が等しい角度である、前記第１の点と、前記第２の点で定義される線分の距離を計測するることを特徴とする
ことを特徴とする半導体パターン計測装置。 
【請求項１７】
前記演算部は、前記線分と前記第１の接線のなす角度と、前記線分と前記第２の接線のなす角度と比較し、前記第１の点と、前記第２の点で定義される線分の距離を演算する機能をもつ演算部であることを特徴とする請求項１６記載の半導体パターン計測装置。
【請求項１８】
さらに、前記点の対を複数検出する範囲を定める画像上の範囲を入力する入力部と、
該複数検出した点対のうち、最小距離を有する点対間を結ぶ線分、あるいは最大距離を有する点対間を結ぶ線分、あるいは予め定められた位置の点対間を結ぶ線分、あるいは該複数検出した全て、あるいは一部の点対間を結ぶ線分を前記画像に重畳して表示する表示部、を有することを特徴とする請求項１６記載の半導体パターン計測装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体パターン計測方法をコンピュータに実行させることを特徴とした半導体パターン計測プログラム。
【請求項２０】
請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体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を記録したコンピュータ読み取り可能な半導体パターン計測プログラムを記憶した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パターンの計測方法、半導体パターン計測装置、半導体パターン計測プログラムおよび半導体パターン計測プログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パターンの寸法計測では、走査型電子顕微鏡により撮像された高解像度画像を用いて、パターン寸法の計測が行われている。パターンが直線であり、かつ画像の垂直方向と平行であれば、画像の垂直方向のある区間の画像信号を垂直に投影して得られた信号波形から、パターン両辺の位置を検出しパターン寸法を求めることができる。パターンが直線かつ画像水平方向と平行の場合は、水平方向に同様に考えればよい。これに対し、半導体回路の高密度化に伴い、曲線形状パターンが見られるようになってきた。曲線パターンのエッジ検出方法としては特許文献１の方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
特許文献１は曲線パターンのパターンエッジを求める方法であって、エッジを求めるための画像信号波形の投影区間を区分的にした上で、その区分的区間におけるパターンの接線方向に信号波形を投影し、エッジを求めるものである。しかしながら、各種のパターンに対応する計測方法については開示されておらず、特に計測対象パターンの両辺が直線乃至は曲線で構成され、両辺が非平行なパターンの計測方法についての開示はない。
【０００５】
半導体メモリデバイスは、パターンの微細化と、パターンレイアウトの工夫によるセル面積縮小により大容量化が進んでいる。パターンレイアウトの工夫は、従来、直線格子状にビット線、ワード線を配置しメモリセルを形成していたものに対し、ビット線を曲線状に工夫したものが実用化されている。今後もさまざまな形状パターンの出現が予想され、これらのパターンを包括的な手法で計測することを目的として、本発明の目的は、電子線顕微鏡画像により、半導体ウェーハ上に形成されたパターンで、その両辺が直線乃至は曲線で構成され、かつ両辺が非平行なパターンを高精度に計測するパターン寸法計測方法、パターン寸法計測装置、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その記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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とおりである。
（１）半導体ウェーハ上に形成されたパターンを撮像し、撮像画像に基づいてパターン寸法を計測する方法であって、画像上のパターンの両側のエッジ位置を特定するステップと、パターンの第１のエッジ上にある第１の点と、その反対側のエッジである第２のエッジ上にある第２の点において、該第１の点と該第２の点を結ぶ線分と、該第１の点における該第１エッジの第１の接線と、該第２の点における該第２エッジの第２の接線に基づいて計測を行うステップと、該線分の距離を計測するステップを有することを特徴とする半導体パターン計測方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体ウェーハ上に形成されたパターンで、その両辺が直線乃至は曲線で構成され、かつ両辺が非平行なパターンを高精度に計測する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本願の実施例の構成図である。
【図２】画像処理部の内部構成図である。
【図３】撮像画像の例を示す図である。
【図４】従来の計測方法を示す概念図である。
【図５】本願による計測方法を示す概念図である。
【図６】パターン幅の最大幅の計測方法を示す図である。
【図７】パターン幅の最大幅の計測方法を示す図である。
【図８】最大幅の計測処理フロー図である。
【図９】撮像画像の例を示す図である。
【図１０】計測対象パターンの信号波形の図である。
【図１１】定義対応点の決定方法を示す概念図である。
【図１２】定義対応点を決定するための処理フロー図である。
【図１３】最小幅の計測処理フロー図である。
【図１４】指定位置の計測処理フロー図である。
【図１５】最大幅の計測処理フロー図である。
【図１６】最大幅の計測処理フロー図である。
【図１７】計測結果の表示例である。
【図１８】計測結果の表示例である。
【図１９】計測結果の表示例である。
【図２０】計測結果の表示例である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】
図１に本発明に関わる微細パターン測定装置の全体構成図を示す。本実施形態である測長SEM１００は、計測用ウェーハ１０７を載置するステージ１０６、電子銃１０２より放出された電子ビーム１０１を制御する照射光学系、試料上から放出される２次電子を検出する検出器１０８、検出信号の信号処理系より構成される。照射光学系は、電子銃１０２、および、電子ビーム１０１の経路上にあるコンデンサレンズ１０３、偏向コイル１０４、対物レンズ１０５により構成される。電子ビーム１０１はこの光学系によりウェーハ１０７上の計測対象であるパターンがある所定の領域で集光される。検出器１０８により検出された２次電子はA/Dコンバータ１０９によりデジタル信号に変換される。変換後のデジタル信号は画像処理部１１０に送られ、画像処理部１１０では、メモリ内に格納されたデジタル信号を必要に応じて取り出し、画像処理を行い、パターン寸法計測等を行なう。１１１はステージコントローラを、１１２は電子光学系制御部を、１１３は装置全体の制御部であり、１１４は制御部に接続されている制御端末である。画像処理部１１０乃至、全体制御部１１３乃至、制御端末１１４へは記録媒体（図示せず）が接続可能となっており、画像処理部１１０で実行されるプログラムを、この記録媒体から読み出し、画像処理部１１０にロードできる構成となっている。
【００１０】
図２は画像処理部１１０の構成図を示している。Ａ／Ｄコンバータ１０９にてデジタル信号に変換された２次電子信号は、データ入力Ｉ／Ｆ２０５を介してメモリ２０３に送られ、メモリ２０３内で画像データとして読み出し可能なように記憶される。画像処理プログラムは画像処理制御部２０１により、メモリ２０３あるいは前記記憶媒体から読み出される。画像処理制御部２０１はプログラムに従い演算部２０２を制御し、メモリ２０３に記憶されている画像データあるいは画像データを処理した結果得られる中間処理データを処理し、パターンを計測する。パターン計測結果は入出力Ｉ／Ｆ２００を介して全体制御部１１３に送られ、図１に示す制御端末に計測結果の表示を行う。また、画像処理部１１０に対する動作命令は、全体制御部１１３から入出力Ｉ／Ｆ２００を介して画像処理制御部に入力される。画像処理部１１０内にデータの送受信はバス２０４を介して行われる。
【００１１】
図３に計測対象パターン３０２の撮像画像３０１の模式図を示す。本実施例における計測対象パターンの特徴は、左エッジ３０３と右エッジ３０４に平行でない部分があることである。図３ではエッジ３０３、３０４とも曲線で描かれているが、片側のエッジ、あるいが両エッジとも直線であっても構わない。画像上の座標は水平右方向をｘ方向、垂直下方向をy方向と定義する。計測対象パターン３０２の計測範囲３０５は上限３０６（y=ys）と下限３０７（y=ye）を含むその間の範囲とする。図３では計測範囲３０５はysとyeが異なり、一定の幅を持っているが、ysとyeは必ずしも異なる必要は無い。
【００１２】
図４に図３で示したパターンに従来の計測方法を適用した場合を示す。従来の方法では画像の水平方向にパターンを走査し、左右のエッジを検出し計測を行っていた。具体的には図４のy=y1において左エッジ３０３上の点L1と右エッジ３０４上の点R1を検出し、L１とR1の距離を計測していた。その他のyの位置、例えばy2,y3についても同様に、y=y2においてL2とR2を、y=y3においてL3とR3を検出しL2とR2、L3とR3の距離を計測していた。パターンの最小幅を考えたとき、図４からも分かるように、水平方向の走査で得られたパターン幅ではパターンの幅を適切に計測できす、その最小幅を見つけることはできない。図５に本実施例の手法によるパターン幅の計測方法の概念図を示す。本手法では左エッジ３０３上の点L4と右エッジ３０４上の点R4を結ぶ線分L4-R4と、L4での左エッジ３０３の接線（図示せず）とがなす角度α４と、線分L4-R4とR4での右エッジ３０４の接線（図示せず）とがなす角度β４が等しくなるような点L4及びR4を検出し、L4とR4の距離をパターン幅として計測する。この定義に基づき図４で示したy=y2、y=y3と同じ位置にて、パターンの幅L5-R5、L6-R6を定めることができ、y=y3においてパターンの最小幅を求めることができる。
【００１３】
本実施例の手法によるパターン幅の計測方法で、より顕著な効果が得られる例としてパターンの最大幅を計測する例を図６に示す。図６はパターン６０６の模式図である。点６０１と点６０２は本手法により決定された点である。破線６０５は点６０１を中心に、点６０１と点６０２の距離を半径に持つ円の円周である。図６に示すように点６０１から水平方向にある点６０４と点６０１の距離は、点６０１と点６０２の距離より大きい。すなわち点６０４と点６０１が、水平方向に両辺のエッジを決定した場合の最大幅を与える。図７は図６で示したパターンを点６０１を中心に回転させたものである。破線７０１は点６０１を中心に、点６０１と点６０４の距離を半径に持つ円の円周である。点６０１から水平方向にある点７０２と点６０１の距離は、点６０１と点６０４の距離より大きく、点６０１と点７０２が水平方向に両辺のエッジを決定した場合の最大幅を与える。このように同じパターンであっても、従来の計測方法では異なる最大幅が得られてします。これに対し本実施例の手法による左右エッジの点６０１、６０２によればパターンが回転しても同一の点が求まり、図６、図７において同一の最大幅を得ることができる。
【００１４】
以上述べたように、図５に示したように左エッジ３０３上の点ｌ（例えば図５のL4）と右エッジ３０４上の点ｒ（例えば図５のR4）を結ぶ線分ｌｒと、ｌでの左エッジ３０３の接線とがなす角度（例えば図５のα4）と、線分ｌｒとｒでの右エッジ３０４の接線とがなす角度（例えば図５のβ4）が等しくなるような点ｌ及びｒを定義することで、同一の定義で最小幅あるいは最大幅を一意に決定することができる。また、この定義により任意の指定場所で幅を一意に決定できることは明らかである。この定義のことを以降、対応点定義と呼び、対応点定義により決定された点の対を定義対応点対と呼ぶ。なお、従来の平行直線の計測は、定義対応点間の線分と、両側接線とのなす角度が９０度の場合に当たり、また。図５で示した最小幅計測は最短距離探索でも実現できるが、本定義による計測はこのような対象、あるいは計測箇所をも同一定義で包含できるものである。
【００１５】
図８に以上述べた定義に基づくパターンの計測処理のフローを示す。図８のフローは最大幅、あるいは最大幅を与える位置の近傍の幅の平均幅を計測するものである。まず計測対象パターンを撮像した画像内のパターンのエッジ３０３、３０４を検出する（Ｓ８００）。図９、図１０によりパターンのエッジ点の検出方法を説明する。図９は図３と同じパターンをＳＥＭ画像として撮像した場合に得られる濃淡画像を模擬的に表したものであり、パターンのエッジがエッジ効果により明るくなる様子を表している。図９に示す線分ＡＢ上の画像信号波形を図１０に示す。図１０のグラフの横軸は画像のｘ方向、縦軸は信号値である。波形の２つのピーク１００１と１００２はパターンエッジの信号ピークに対応する。これより任意のしきい値１００３を適用することで、左側エッジ点はｘの小さい方から大きい方へ探索し、信号値がしきい値を上回る位置ｘｌで、右側エッジ点はｘの大きい方から小さい方へ探索し、信号値がしきい値を上回る位置ｘｒで検出することができる。同様の検出をｙ方向に順次行うことで、ｙ方向の各画祖位置でのパターンの左エッジ点の位置、右エッジ点の位置を検出でき、計測対象パターンのパターンエッジ３０３、３０４を検出することができる。ｙ方向は各画素位置となるので、検出されるエッジ点のｙは整数値となるが、ｘは補間を用いることにより実数値もとり得る。計測対象パターンのエッジは十分滑らかでない場合もある。例えばレジストのラフネスはエッジを粗くする原因となる。エッジの滑らかさがないと、計算される接線の精度が低下する。このため必要に応じて、得られたエッジデータに対し平滑化処理を施す。平滑化処理としてはガウスフィルタ、平均値処理、中間値処理などが考えられるが、平滑化手法はこれに限られるものではない。これにより接線を求める精度が向上し、最小幅、最大幅、あるいは任意の指定場所での計測幅の再現性が安定する。
【００１６】
次に、変数ｍａｘを初期化する（Ｓ８０１）。以降、Ｓ８０２ａとＳ８０２ｂの間にある、Ｓ８０３からＳ８０６をＹ＝ｙｓからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝ｙｅまで繰り返す。ｓｔｅｐの値は任意である。
Ｓ８０３で左エッジ３０３上ｙ＝Ｙの点Ｌ[Ｙ]の定義対応点Ｒ[Ｙ]を探索する。図１１を用いて定義対応点の探索方法を説明する。図１１は図３で示したパターンの一部を拡大したものである。左エッジ３０３上ｙ＝Ｙにおける点Ｌ[Ｙ]に対し、対応点定義で定められるＬ[Ｙ]の対応点Ｒ[Ｙ]を探索する。α１、α２、α３は、点Ｌ[Ｙ]と点Ｒ１，点Ｒ２、点Ｒ３を結ぶ線分Ｌ[Ｙ]Ｒ１、Ｌ[Ｙ]Ｒ２、Ｌ[Ｙ]Ｒ３と、点Ｌ[Ｙ]における左エッジ３０３の接線１１００がなす各々の角度である。β１は、線分Ｌ[Ｙ]Ｒ１と、点Ｒ１における右エッジ３０２の接線１１０１がなす角度、β２は、線分Ｌ[Ｙ]Ｒ２と、点Ｒ２における右エッジ３０２の接線１１０２がなす角度、β３は、線分Ｌ[Ｙ]Ｒ３と、点Ｒ３における右エッジ３０２の接線１１０３がなす角度である。図１１ではＲ２がＬ[Ｙ]の定義対応点Ｒ[Ｙ]である。図１１からも明らかなように、Ｒ２の前後の点ではα１＜β１、α３＞β３であり、Ｌ[Ｙ]に対応する定義対応点であるＲ２をはさんで大小関係は逆転する。この逆転する性質を利用して定義対応点を探索する。
【００１７】
図１２に図８のＳ８０４の詳細フローを示す。まず、Ｌ[Ｙ]における接線Ｌ[Ｙ]−ｔａｎを導出する（Ｓ１２００）。接線Ｌ[Ｙ]−ｔａｎは、Ｌ[Ｙ]に隣接するＬ[Ｙ−ｎ]からＬ[Ｙ＋ｎ]の２ｎ＋１点を関数近似することにより得ることができる。ｎは任意の数である。Ｓ１２０１ａとＳ１２０１ｂはループ計算を表し、その間にあるＳ１２０２からＳ１２０６をｙｙ=ＹＳからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝ＹＥまで繰り返す。ｓｔｅｐの値は任意である。
右エッジ３０４のｙ＝ｙｙの点Ｒ[ｙｙ]における右エッジ３０４の接線Ｒ[ｙｙ]−ｔａｎを導出する（Ｓ１２０２）。次に線分Ｌ[Ｙ]Ｒ[ｙｙ]と接線Ｌ[Ｙ]−ｔａｎのなす角度α、線分Ｌ[Ｙ]Ｒ[ｙｙ]と接線Ｒ[ｙｙ]−ｔａｎのなす角度βを計算する（Ｓ１２０３）。ｙｙがＹＳでなければ。(αーβ)×（α1-β1）＜０かどうかを確認する（Ｓ１２０５）。α1、β1はＳ１２０１ａとＳ１２０１ｂで示されるループで１回前に計算されたα、βがＳ１２０６で代入されているので、(αーβ)×（α1-β1）の正負の確認は、αとβの大小関係の逆転の判定にあたる。(αーβ)×（α1-β1）≧０であればαをα１に、βをβ１に代入したうえで（Ｓ１２０６）ループを続行する。(αーβ)×（α1-β1）＜０であればループを抜け、Ｓ１２０７に示すように、例えば内分比の関係に基づきＲ[Y]を決定する。このように決定されたＬ[Ｙ]、Ｒ[Y]が与えるα、βは、実際には有限桁数の計算のため計算誤差が含まれ正確には一致しないが、計測上は問題ない。
【００１８】
探索された定義対応点Ｌ[Ｙ]，Ｒ[Ｙ]の中点が計測範囲にあるかを確認し（Ｓ８０４）、範囲の中にあればＬ[Ｙ]とＲ[Ｙ]の距離がｍａｘより大きいかを判定し（Ｓ８０５）、大きければＬ[Ｙ]とＲ[Ｙ]の距離でｍａｘを更新し、Ｙの値をＹｍａｘに記録する（Ｓ８０６）。Ｓ８０２ａとＳ８０２ｂ間のループ終了後、変数Ｄ及びｃｏｕｎｔをクリアし（Ｓ８０７））、Ｌ［Ｙ］とＲ［Ｙ］の距離のＤへの加算と、ｃｏｕｎｔのインクリメント（Ｓ８０９）を、Ｙ＝Ｙｍａｘ−ａ／２からキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝Ｙｍａｘ＋ａ／２まで繰り返す（Ｓ８０８ａ、Ｓ８０８ｂ）。ｓｔｅｐの値はＳ８０２ａと同値とする。ａは測長値を平均化する区間のサイズであり０以上の値が与える。Ｓ８０８ａとＳ８０８ｂで定義されるループ処理終了後、Ｄをｃｏｕｎｔで割ることにより測長値を求める（Ｓ８１０）。
【００１９】
図１３に計測領域に定義対応点の中点がある場合において、その定義対応点の点間距離の最小値、あるいは最小値を与える位置の近傍の定義対応点の点間距離の平均値を計測値とする方法を示す。まず計測対象パターンを撮像した画像内のパターンのエッジ３０３、３０４を検出する（Ｓ１３００）。パターンのエッジ点の検出方法は図９、図１０を用いて述べたとおりである。次に、変数ｍｉｎに画像の対角距離以上の値を代入する（Ｓ１２０１）。以降、Ｓ１３０２ａとＳ１３０２ｂの間にある、Ｓ１３０３からＳ１３０６をＹ＝ｙｓからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝ｙｅまで繰り返す。ｓｔｅｐの値は任意である。Ｓ１３０３で左エッジ３０３上ｙ＝Ｙの点Ｌ[Ｙ]の定義対応点Ｒ[Ｙ]を探索する。探索された定義対応点Ｌ[Ｙ]，Ｒ[Ｙ]の中点が計測範囲にあるかを確認し（Ｓ１３０４）、範囲の中にあればＬ[Ｙ]とＲ[Ｙ]の距離がｍｉｎより小さいかを判定し（Ｓ１３０５）、小さければＬ[Ｙ]とＲ[Ｙ]の距離でｍｉｎを更新し、Ｙの値をＹｍｉｎに記録する（Ｓ１３０６）。Ｓ１３０２ａとＳ１３０２ｂ間のループ終了後、変数Ｄ及びｃｏｕｎｔをクリアし（Ｓ１３０７）、Ｌ［Ｙ］とＲ［Ｙ］の距離のＤへの加算と、ｃｏｕｎｔのインクリメント（Ｓ１３０９）を、Ｙ＝Ｙｍａｘ−ａからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝Ｙｍａｘ＋ａまで繰り返す（Ｓ１３０８ａ、Ｓ１３０８ｂ）。ｓｔｅｐの値はＳ１３０２ａと同値とする。ａは測長値を平均化する区間のサイズであり０以上の値を与える。Ｓ１３０８ａとＳ１３０８ｂで定義されるループ処理終了後、Ｄをｃｏｕｎｔで割ることにより測長値を求める（Ｓ１３１０）。
【００２０】
図１４に予め指定された位置における定義対応点の点間距離、予め指定された位置の近傍の定義対応点の点間距離の平均値を計測値とする方法を示す。まず計測対象パターンを撮像した画像内のパターンのエッジ３０３、３０４を検出する（Ｓ１４００）。次に、変数Ｄ及びｃｏｕｎｔをクリアする（Ｓ１４０１）。以降、Ｓ１４０２ａとＳ１４０２ｂの間にある、Ｓ１４０３からＳ１４０５をＹ＝Ｙｃ−ａ／２−ｍからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝Ｙｃ＋ａ／２＋ｍまで繰り返す。Ｙｃは計測指定位置である。ｓｔｅｐの値は任意である。ａは測長値を平均化する区間のサイズであり０以上の値を与える。ｍは定義対応点の検出範囲に対するマージンである。次に、左エッジ３０３上ｙ＝Ｙの点Ｌ[Ｙ]の定義対応点Ｒ[Ｙ]の探索し（Ｓ１４０３）、Ｌ［Ｙ］とＲ［Ｙ］の中点のＹ座標が区間［Ｙｃ−ａ／２、Ｙｃ＋ａ／２］にあるかを判定し（Ｓ１３０４）、区間内にあればＬ［Ｙ］とＲ［Ｙ］の距離のＤへの加算と、ｃｏｕｎｔのインクリメント（Ｓ１４０５）を行う。Ｓ１４０２ａとＳ１４０２ｂのループ処理を終了後、Ｄをｃｏｕｎｔで割ることにより測長値を求める（Ｓ１４０６）。なお、図１４には示さないが、Ｓ１４０２ａ、Ｓ１４０２ｂのループにおいて一度もＳ１３０４を通過しない場合、例えばａ＝０の場合を考慮し、Ｙｃに最も近いＬ［Ｙ］とＲ［Ｙ］の中点の座標を持つＬ［Ｙ］とＲ［Ｙ］の距離を別途記憶しておき、一度もＳ１３０４を通過しない場合はこの別途記憶された値を計測値とする。
【００２１】
図８の計測フローでは計測範囲に検出した定義対応点の中点がある場合を計測領域として、その定義対応点の点間距離の最大値、あるいは最大値を与える位置の近傍の定義対応点の点間距離の平均値を計測値とする方法を示した。これとは別の二つの計測領域の設け方による計測処理フローを、各々図１５、図１６に示す。
【００２２】
図１５はＬ[Ｙ]が計測範囲に入ることを条件に、パターンの最大幅、あるいは最大幅を与える位置の近傍の幅の平均幅を計測する方法のフローである。まず計測対象パターンを撮像した画像内のパターンのエッジ３０３、３０４を検出する（Ｓ１５００）。パターンのエッジ点の検出方法は図９、図１０を用いて述べたとおりである。Ｓ１５０１で変数ｍａｘをクリアする。以降、Ｓ１５０２ａとＳ１５０２ｂの間にある、Ｓ１５０３からＳ１５０５をＹ＝ｙｓからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝ｙｅまで繰り返す。ｓｔｅｐの値は任意である。１５０３で左エッジ３０３上ｙ＝Ｙの点Ｌ［Ｙ］に対応する定義対応点Ｒ［Ｙ］を探索する。Ｌ［Ｙ］と点Ｒ［Ｙ］の距離がｍａｘより大きいかを判定し（Ｓ１５０４）、大きい場合Ｌ［Ｙ］と点Ｒ［Ｙ］の距離でｍａｘを更新し、Ｙの値をＹｍａｘに記憶する１３０５０５）。Ｓ１５０２ａとＳ１５０２ｂ間のループ終了後、変数Ｄ及びｃｏｕｎｔをクリアし（Ｓ１５０６）、Ｌ［Ｙ］とＲ［Ｙ］の距離のＤへの加算と、ｃｏｕｎｔのインクリメント（Ｓ１５０８）を、Ｙ＝Ｙｍａｘ−ａからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝Ｙｍａｘ＋ａまで繰り返す（１５０７ａ、Ｓ１５０７ｂ）。ｓｔｅｐの値はＳ１５０２ａと同値とする。ａは測長値を平均化する区間のサイズであり０以上の値が与えられる。Ｓ１５０７ａとＳ１５０７ｂで定義されるループ処理終了後、Ｄをｃｏｕｎｔで割ることにより測長値を求める（Ｓ１５０９）。
【００２３】
図１６はＲ［Ｙ］が計測範囲に入ることを条件に、パターンの最大幅、あるいは最大幅を与える位置の近傍の幅の平均幅を計測する方法のフローである。まず計測対象パターンを撮像した画像内のパターンのエッジ３０３、３０４を検出する（Ｓ１６００）。パターンのエッジ点の検出方法は図９、図１０を用いて述べたとおりである。Ｓ１６０１で変数ｍａｘをクリアする。以降、Ｓ１６０２ａとＳ１６０２ｂの間にある、Ｓ１６０３からＳ１６０５をＹ＝ｙｓからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝ｙｅまで繰り返す。ｓｔｅｐの値は任意である。１６０３で右エッジ３０４上ｙ＝Ｙの点Ｒ［Ｙ］に対応する定義対応点Ｌ［Ｙ］を探索する。Ｌ［Ｙ］と点Ｒ［Ｙ］の距離がｍａｘより大きいかを判定し（Ｓ１６０４）、大きい場合Ｌ［Ｙ］と点Ｒ［Ｙ］の距離でｍａｘを更新し、Ｙの値をＹｍａｘに記憶する（Ｓ１６０５）。Ｓ１６０２ａとＳ１６０２ｂ間のループ終了後、変数Ｄ及びｃｏｕｎｔをクリアし（Ｓ１６０６）、Ｌ［Ｙ］とＲ［Ｙ］の距離のＤへの加算と、ｃｏｕｎｔのインクリメント（Ｓ１６０８）を、Ｙ＝Ｙｍａｘ−ａからキザミ幅ｓｔｅｐでＹ＝Ｙｍａｘ＋ａまで繰り返す（Ｓ１６０７ａ、Ｓ１６０７ｂ）。ｓｔｅｐの値はＳ１６０２ａと同値とする。ａは測長値を平均化する区間のサイズであり０以上の値が与えられる。Ｓ１６０７ａとＳ１６０７ｂで定義されるループ処理終了後、Ｄをｃｏｕｎｔで割ることにより測長値を求める（Ｓ１６０９）。
【００２４】
図１５、図１６にて示した処理フローを最小幅計測に適用するためには、図８の最大幅を計測するフローに対して変更を加え、図１３のフローとしたのと同様の変更を行えばよい。また、図１５、図１６にて示した処理フローを指定位置での計測とするには、図８のＳ１３０４の判定を、図１５の場合はＬ［Ｙ］のＹ座標が［Ｙｃ−ａ／２、Ｙｃ＋ａ／２］の範囲にあるか否かの判定、図１６の場合はＲ［Ｙ］のＹ座標が［Ｙｃ−ａ／２、Ｙｃ＋ａ／２］の範囲にあるか否かの判定に置き換えればよい。
【００２５】
以上述べた計測処理方法はコンピュータで実行されるプログラムにより処理可能であり、また、このプログラムはメモリ、外部記憶媒体などの記憶媒体に記録され、憶媒体から読み出されることで、実行される。
【００２６】
図８から図１２を用いて述べた、計測のための画像データ及び画像データから得られたデータの処理手順を、図１で示した測長ＳＥＭ、及び図２で示した画像処理部上で実施する方法について以下に述べる。図１に示した測長SEM１００に、計測対象パターンを有するウェーハ１０７をロードし、ステージ１０６上に載置する。ウェーハを載置した後、全体制御部１１３よりステージコントローラ１１１を通してステージ１０６を制御し、ウェーハ上の計測パターンが電子光学系の視野に入るようにステージ１０６を動かす。次に電子光学系制御部１１２により偏向コイル１０４を制御し、電子ビーム１０１により計測対象パターン、あるいは計測対象パターンと相対的な位置が既知のパターンを走査する。計測対象より得られた２次電子をＡ／Ｄコンバータ１０９によりデジタル信号変換し、画像処理部１１０内のデータ入力Ｉ／Ｆ２０５を介してメモリ２０３にパターンのデジタル画像を記憶する。記憶されたデジタル画像を画像処理制御部２０１により演算部２０２を用いて処理し、パターンの位置を求め、検出位置情報を画像処理部１１０から全体制御部１１３に出力し、全体制御部１１３は受信した検出位置情報を電子光学系処理部１１２に渡す。電子光学系処理部１１２は受信した検出位置情報を電子光学系の制御情報に変換し、これをもとに、パターンを電子光学系の視野中心で捉えるよう偏向コイル１０４を制御する。これにより撮像対象パターンの正確な位置決め、視野出しが可能となる。
【００２７】
計測対象パターンの位置決め後、計測対象パターンに電子ビーム１０１を走査し、同様にしてデジタル画像を画像処理部１１０内のメモリ２０３に取り込む。メモリ２０３に取り込まれた画像データは、画像処理制御部２０１及び演算部２０２を用いて、先に述べた計測処理手順を実行するコンピュータ用のプログラムにより処理され、計測処理結果はメモリ２０３に記憶される。プログラムは全体制御部１１３あるいは画像処理部に接続されている外部記憶媒体（図示せず）、または全体制御部１１３あるいは画像処理部に接続されているローカルエリアネットワークなどを介して入力され、メモリ２０３、あるいはメモリ２０３内の不揮発性メモリ（図示せず）、あるいは記憶装置２０６に記憶され、次回以降はプログラムをメモリ２０３内の不揮発性メモリ（図示せず）、あるいは記憶装置２０６に記憶されたているプログラムをメモリ２０３に読み出し実行する。全体制御部は、入出力Ｉ／Ｆ２００を介してメモリに記憶された計測処理結果を読み出し、制御端末のディスプレイ１１４に計測処理結果を出力したり、計測処理結果を全体制御部１１３に接続されている外部記憶媒体（図示せず）に出力したり、あるいは計測処理結果を全体制御部１１３に接続されているローカルエリアネットワーク（図示せず）を介して上位のサーバー（図示せず）に出力したりする。また、計測領域となる画像上の範囲は予め制御端末１１４、あるいは全体制御部１１３に接続されているローカルエリアネットワークなどを介して入力される。
【００２８】
図１７に図３に示したパターンの計測結果の表示例を示す。図１７は最小幅を図８で示した計測法により計測した例を示している。１７００は表示画面である。１７０７と１７０８で示される計測範囲における最小幅の測長値を１７０６に、測長箇所の定義対応点を１７０４、１７０５で、定義対応点を結ぶ線分を１７０１で示している。１７０２は測長範囲上限における定義対応点を結ぶ線分、１７０３は測長範囲下限における定義対応点を結ぶ線分を示す。
【００２９】
図１８も同様に図３に示したパターンの計測結果の表示例であり、最小幅を図８で示した計測法により計測した例を示している。１８０１は図１７で示した１７０１、１７０２、１７０３を除いた、図８のループ内のＳ８０３で検出された複数の定義対応点を結ぶ線分を示す。１８０１は検出された全ての線分でもよいし、適当に間引いて表示してもよい。１８０３は１８０１の中点をつないだ中心線である。１８０２パターンエッジの接線であり、接線を表示する位置は任意である。図１８では点１８０４における接線を表示しているが、ユーザ指示の点の接線であってもよい。また、この例は最小幅であるが、その計測箇所の定義対応点の両方の点、あるいは片方の点の接線を表示してもよい。また図１７と図１８は別々に表示されるものではなく、図１７と図１８に示した表示内容の一部、あるいは全部を一つの表示画面に表示してもよい。なお、定義対応点で決定される線分の表示と、両接線の表示により示される二つの角度は基本的には等しいが、表示分解能程度の誤差は含むこともある。
【００３０】
図１９は図３で示したパターンをｙ方向に渡って定義対応点の点間距離で計測した結果の表示例である。異なる時間に計測された同一プロセスあるいは同一製品のパターンを図１９に示した形式で重畳して表示した模式図である。このような表示、あるいは表示するためのデータを記録することで、パターン形状の変化をより詳細に捉えることが可能となり、より詳細なプロセス管理が可能となる。なお、図１９、図２０に示す表示は、図１７あるいは図１８に示した表示と同時に画面表示しても構わない。
【００３１】
以上、曲線のパターンに関して説明したが、片側、あるは両側が直線で構成されている両辺非平行なパターンであっても、定義対応点による幅の一本手法が適用可能なことは明らかである。計測対象とする箇所はパターンとパターンの間隙であるスペースであってもよい。
本発明によれば、半導体ウェーハ上に形成されたパターンで、その両辺が直線乃至は曲線で構成され、かつ両辺が非平行なパターンを、一意に決まる幅で計測できるので安定に計測可能となり、その結果、計測再現性の高い高精度な計測が可能となる。
【００３２】
本発明の半導体パターン寸法計測方法は、半導体ウェーハ上に形成されたパターンを撮像し、撮像画像に基づいてパターン寸法を計測する方法であって、画像上のパターンの両側のエッジ位置を特定するステップと、パターンの第１のエッジ上にある第１の点と、その反対側のエッジである第２のエッジ上にある第２の点において、該第１の点と該第２の点を結ぶ線分と、該第１の点における該第１エッジの第１の接線と、該第２の点における該第２エッジの第２の接線に基づいて計測を行うステップと、該線分の距離を計測するステップを有する半導体パターン寸法計測方法とした。
【００３３】
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、両側エッジが非平行な関係にあるパターンであって、両側とも曲線、あるいは両側とも直線、あるいは片側が直線かつその反対側が曲線であるパターンを対象とする半導体パターン寸法計測方法とした。
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記パターン寸法をパターンそのものの寸法、あるいはパターンとパターンの間隙であるスペースの寸法とする半導体パターン寸法計測方法とした。
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記線分と前記第１の接線のなす角度と、前記線分と前記第２の接線のなす角度を比較し、前記第１の点と、前記第２の点で定義される線分の距離を計測するステップを有する半導体パターン寸法計測方法とした。
【００３４】
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記線分と前記第１の接線のなす第１の角度と、前記線分と前記第２の接線のなす第２の角度が等しい角度である、前記第１の点と、前記第２の点で定義される線分の距離を計測するステップを有する半導体パターン寸法計測方法とした。
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記等しい角度を、前記第１の角度と前記第２の角度の差として表れる計算誤差と、前記撮像画像に重畳して表示される前記線分と前記第１の接線で表される角度と、記線分と前記第２の接線で表される角度の表示の差として表れる表示誤差の片方、あるいは両方を含む状態である半導体パターン寸法計測方法とした。
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、予め定められた画像上の範囲で複数の線分の距離を計測する半導体パターン寸法計測方法とした。 
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記複数の線分の中点が前記予め定められた画像上の範囲内にある半導体パターン寸法計測方法とした。
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、複数の線分の予め定められた方向の端点が前記予め定められた画像上の範囲内にある半導体パターン寸法計測方法とした。 
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記複数の線分の距離の計測結果である複数の計測値から、最小値、若しくは最小値を与える近傍の位置の計測値の平均値、若しくは最大値、若しくは最大値を与える近傍の位置の計測値の平均値、若しくは予め定められた位置に基づいた計測値、若しくは予め定められた位置に基づいた計測値を与える近傍の位置の計測値の平均値、を計測結果とする半導体パターン寸法計測方法とした。
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記線分を前記撮像画像に重畳して表示する半導体パターン寸法計測方法とした。 
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記予め定められた画像上の範囲を基準に、前記検出された複数の線分を前記撮像画像に重畳して表示する半導体パターン寸法計測方法とした。 
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、計測に用いた前記第１の接線、もしくは前記第２の接線、もしくは前記第１の接線と前記第２の接線を前記撮像画像に重畳して表示する半導体パターン寸法計測方法とした。 
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記線分の中点、もしくは前記線分の中点を通過する線を前記撮像画像に重畳して表示する半導体パターン寸法計測方法とした。 
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記予め定められた画像上の範囲を基準に、前記検出された複数の線分の距離を前記撮像画像に重畳して表示する、若しくは複数の線分の距離を記録する半導体パターン寸法計測方法とした。
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、前記予め定められた画像上の範囲を基準に、異なる時間に計測された計測対象パターンから検出されたパターンごとの複数の線分の距離を重畳して出力する、あるいは重畳可能な結果を記録する半導体パターン寸法計測方法とした。
【００３５】
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法で、前記検出されたエッジ点列を平滑化するステップを含む半導体パターン寸法計測方法とした。 
また、本発明の半導体パターン寸法計測方法は、電子線顕微鏡による撮像ステップを有する半導体パターン寸法計測方法とした。 
また上記目的を達成するために本発明の半導体パターン寸法計測装置は、半導体ウェーハ上に形成されたパターンを撮像し、撮像画像に基づいてパターン寸法を計測する装置であって、該パターンを撮像する電子光学系と、該パターンより得られる電子の受信部と、該受信信号をデジタル信号に変換する変換部と、該デジタル信号をデジタル画像として記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された該パターンの情報に基づき、該パターンの両側のエッジ位置の特定、および、該パターンの第１のエッジ上にある第１の点と、その反対側のエッジである第２のエッジ上にある第２の点の対であって、該第１の点と該第２の点を結ぶ線分と、該第１の点における該第１エッジの接線と、該線分と該第２の点における該第２エッジの接線とに基づき該第１の点と、該第２の点の距離を演算する演算部とを有する半導体パターン寸法計測手装置とした。 
また、本発明の半導体パターン寸法計測装置における演算部とは、前記線分と前記第１の接線のなす角度と、前記線分と前記第２の接線のなす角度と比較し、前記第１の点と、前記第２の点で定義される線分の距離を演算する機能をもつ半導体パターン寸法計測手装置とした。
また、本発明の半導体パターン寸法計測装置は、さらに、前記点の対を複数検出する範囲を定める画像上の範囲を入力する入力部と、該複数検出した点対のうち、最小距離を有する点対間を結ぶ線分、あるいは最大距離を有する点対間を結ぶ線分、あるいは予め定められた位置の点対間を結ぶ線分、あるいは該複数検出した全て、あるいは一部の点対間を結ぶ線分を前記画像に重畳して表示する表示部とを有する半導体パターン寸法計測手装置とした。
【００３６】
また上記目的を達成するために本発明の半導体パターン計測プログラムは、上記の半導体パターン計測方法をコンピュータで実行可能な半導体パターン計測プログラムとした。
また上記目的を達成するために本発明の半導体パターン計測プログラムを記憶した記憶媒体は、上記の半導体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を記録したコンピュータ読み取り可能な半導体パターン計測プログラムを記憶した記憶媒体とした。
【符号の説明】
【００３７】
１００…測長ＳＥＭ，１０１…電子ビーム，１０２…電子銃，１０３…コンデンサレンズ，１０４…偏向コイル，１０５…対物レンズ，１０６…ステージ，１０７…ウェーハ，１０８…検出器，１０９…Ａ／Ｄコンバータ，１１０…画像処理部，１１１…ステージコントローラ，１１２…電子光学系制御部，１１３…全体制御部，１１４…制御端末，２００…入出力Ｉ／Ｆ，２０１…画像処理制御部，２０２…演算部，２０３…メモリ，２０４…バス，２０５…データ入力Ｉ／Ｆ，３０１…撮像画像、３０２…計測対象パターン、３０３…左エッジ、３０４…右エッジ、３０５…計測範囲、３０６…上限、３０７…下限、６０１、６０２…定義対応点、６０３…線分、６０４…点、６０５…円周線、６０６…パターン、７０１…円周線、７０２…点、１００１，１００２…波形ピーク、１００３…しきい値、１１００，１１０１，１１０２，１１０３…接線、１７００…表示画面、１７０１、１７０２、１７０３…線分表示、１７０４，１７０５…定義対応点表示、１７０６…計測値表示、１７０７…計測範囲上端表示、１７０８…計測範囲下端表示、１８０１…定義対応点表示、１８０２…接線表示、１８０３…定義対応点中心線表示、１８０４…定義対応点
【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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