(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型電子顕微鏡で撮像された単一のパターン画像から複数箇所のパターン寸法を測定するパターン測定方法において、
前記パターン画像に対して前記複数箇所を包含する測定対象領域を設定する設定工程と、
前記測定対象領域に含まれるパターンのエッジ位置を検出して前記測定対象領域内の前記パターン寸法を測定する測定工程と、
前記測定対象領域内の前記パターン寸法の測定値から、前記複数箇所のパターン寸法を推定する推定工程と、を含み、
前記推定工程は、
前記パターンの設計データから前記複数箇所にそれぞれ対応する第１の閾値群を前記測定値に設定して、前記複数箇所にそれぞれ対応する複数の領域を前記測定値から抽出する工程と、
前記測定対象領域内の前記パターン寸法の測定値の変化量を算出し、前記変化量の絶対値が第２の閾値以下の第２の測定対象領域を抽出する工程と、
前記複数の領域のうちいずれかの領域と前記第２の測定対象領域との両方に含まれる領域の前記パターン寸法の測定値の平均値を、前記複数箇所のうち前記いずれかの領域に対応する箇所のパターン寸法の測定値として推定する工程と、を含む、
ことを特徴とするパターン測定方法。
【請求項２】
前記設定工程では、前記複数箇所をすべて含み、かつ前記複数箇所よりも大きい範囲を前記測定対象領域として設定することを特徴とする請求項１に記載のパターン測定方法。
【請求項３】
前記測定工程では、前記測定対象領域の両端に測定ボックスを設定し、前記測定ボックスの範囲内において前記パターンのエッジと直交する方向のラインプロファイルを前記パターン画像から所定の間隔毎に取得し、前記ラインプロファイルを微分した微分プロファイルのピークから前記所定の間隔毎の前記エッジ位置を検出し、前記所定の間隔毎の前記パターン寸法を計測することを特徴とする請求項１または２に記載のパターン測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン測定方法に関し、特に、走査型電子顕微鏡から取得された二次電子走査像からパターンを測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体回路パターンの微細化に伴い、光露光装置の解像度は限界に達し、設計パターンの寸法（マスク寸法）と、該設計パターンがレジスト上に転写されてなる転写パターン（レジストパターン）の寸法（加工寸法）との間に生じる差の大きさが無視できなくなってきている。このようなマスク寸法と加工寸法との差を縮小するために、フォトマスクの設計データにあらかじめ補正パターンを入れる技術、つまり近接効果補正（光近接効果補正：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（ＯＰＣ））が用いられている。一般に、ＯＰＣ技術によって形成されたフォトマスクのパターンをＯＰＣパターンと呼び、フォトマスク製造工程において、このＯＰＣパターンの寸法を測定することが多い。
【０００３】
半導体デバイスのパターン寸法を測定する際には、半導体デバイスに荷電粒子を照射して試料表面から放出される二次電子から走査画像を取得し、その画像を解析することにより半導体デバイスのパターン寸法を測定する。下記特許文献１には、走査型電子顕微鏡を用いてＯＰＣパターンの寸法を測定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３６５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フォトマスクのパターン寸法を測定する場合、オペレーターが設計データに基づき、測定対象領域（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ（ＲＯＩ））を設定し、自動測定レシピを作成し測定を行う。
【０００６】
ＯＰＣ処理されていない一般的なフォトマスクのパターンは、幅寸法が一定の矩形であるため、自動測定レシピで設定したＲＯＩが測定を行いたい所望のパターンに対し、ずれることはなく、自動測定が可能であった。しかし、ＯＰＣ処理されたフォトマスクのパターンは、幅寸法が一定ではなく階段状に変化する多角形であったり、角部が丸まった形状であることが多く、適切なＲＯＩを設定することが困難である。そのため、測定が適切に行われなかった場合には、オペレーターがその都度適切なＲＯＩをマニュアルで設定しなければならず、測定に多大な時間を要するといった問題があった。
【０００７】
特許文献１には、ＯＰＣパターンの寸法を測定する技術が記載されており、測定パターンの輪郭線データと設計データとの差分の変化量が、ある閾値を超えるまでの範囲を、測定範囲として設定し、測定する方法が開示されている。しかし、輪郭線データと設計データのマッチング手法に関して、有効な方法が説明されていないため、重ね合わせに失敗した場合、適切な測定領域を設定できないという問題がある。また、走査画像の画質が悪い場合、輪郭線データ抽出が適切に行われない場合があり、この場合にも適切な測定領域を設定できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、走査型電子顕微鏡で撮像された単一のパターン画像から複数箇所のパターン寸法を測定するパターン測定方法において、前記パターン画像に対して前記複数箇所を包含する測定対象領域を設定する設定工程と、前記測定対象領域に含まれるパターンのエッジ位置を検出して前記測定対象領域内の前記パターン寸法を測定する測定工程と、前記測定対象領域内の前記パターン寸法の測定値から、前記複数箇所のパターン寸法を推定する推定工程と、を含み、前記推定工程は、前記パターンの設計データから前記複数箇所にそれぞれ対応する第１の閾値群を前記測定値に設定して、前記複数箇所にそれぞれ対応する複数の領域を前記測定値から抽出する工程と、前記測定対象領域内の前記パターン寸法の測定値の変化量を算出し、前記変化量の絶対値が第２の閾値以下の第２の測定対象領域を抽出する工程と、前記複数の領域のうちいずれかの領域と前記第２の測定対象領域との両方に含まれる領域の前記パターン寸法の測定値の平均値を、前記複数箇所のうち前記いずれかの領域に対応する箇所のパターン寸法の測定値として推定する工程と、を含む、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン測定方法において、前記設定工程では、前記複数箇所をすべて含み、かつ前記複数箇所よりも大きい範囲を前記測定対象領域として設定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載のパターン測定方法において、前記測定工程では、前記測定対象領域の両端に測定ボックスを設定し、前記測定ボックスの範囲内において前記パターンのエッジと直交する方向のラインプロファイルを前記パターン画像から所定の間隔毎に取得し、前記ラインプロファイルを微分した微分プロファイルのピークから前記所定の間隔毎の前記エッジ位置を検出し、前記所定の間隔毎の前記パターン寸法を計測する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フォトマスクのＯＰＣパターンの寸法を容易に且つ正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】フォトマスクパターン１１の観察画像１０を示す図である。
【図２】フォトマスクパターンに測定対象領域を設定する処理を説明する図である。
【図３】フォトマスクパターン３１の観察画像３０を示す図である。
【図４】フォトマスクパターンの線幅を微小な領域毎に測定した結果を示す図である。
【図５】線幅の測定結果を統計的に処理して曲線で近似した図である。
【図６】フォトマスクパターンの線幅を微小な領域毎に測定した結果を示す図である。
【図７】隣接する寸法値の間の変化量を表した図である。
【図８】フォトマスクパターン８１の観察画像８０を示す図である。
【図９】フォトマスクパターンの線幅を微小な領域毎に測定した結果を示す図である。
【図１０】隣接する寸法値の間の変化量を表した図である。
【図１１】フォトマスクパターン１１１を撮像したＳＥＭ像１１０を示す図である。
【図１２】フォトマスクパターン１１１の線幅を微小な領域毎に測定した結果を示す図である。
【図１３】隣接する寸法値の間の変化量を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明によるパターン測定方法について、図示の実施の形態により詳細に説明する。まず初めに、ＯＰＣパターンを測定するための一般的な手法を説明する。その後、本発明に係るパターン測定方法を説明する。
【００１６】
図１は、フォトマスクパターン１１の観察画像１０を示す図である。以下の図において、ｘ軸方向のパターン寸法を長さ、ｙ軸方向のパターン寸法を幅という。ここでは、一般的なＯＰＣパターンの例を示した。光近接効果を補正するためパターン中心付近の幅寸法が狭くなっている。図１において、観察画像１０は、例えば荷電粒子ビームをパターンに照射し、表面から放出される二次電子を基に走査された観察画像である。ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察画像などがこれに相当する。
【００１７】
図１において、中心付近の幅寸法が狭くなっている部分をパターン寸法の測定対象とする。測定対象の幅寸法を測定するためには、上下のエッジ部分を検出する必要がある。そこで図２のように、ＲＯＩ１２を測定対象領域に合わせるように設定する。図２は、フォトマスクパターンに測定対象領域を設定する処理を説明する図である。フォトマスクパターン１１は中心付近にかけて幅が徐々に狭くなっているため、角に丸みがある。この部分は測定対象とはならないため、ＲＯＩ１２がこの領域にかからないように設定する。ＲＯＩ１２の両端には測定ボックス１３及び１４があり、それぞれの測定ボックスの領域内にパターンエッジが入るように適切な大きさに設定する。
【００１８】
次に、測定ボックス内において、走査画像からエッジと直交する方向のラインプロファイルを取得し、パターンエッジ位置を決定する。一般的に、各ピクセル毎に取得したラインプロファイルを、測定ボックス内で積算平均したラインプロファイルを生成する。パターンエッジ位置の決め方は前記ラインプロファイルを微分した微分プロファイルを生成し、微分ピークをエッジとする方法などがある。両端のパターンエッジの位置が決定すれば、その間の距離を幅寸法として測定する。以上のように、ＯＰＣパターンの寸法を測定するためには、ＲＯＩを適切なサイズに設定し測定しなければならない。
【００１９】
以下、測定対象のパターンに対してＲＯＩのサイズを詳細に設定することなく、測定対象範囲のパターン寸法を測定することが可能となる方法について説明する。
【００２０】
＜実施の形態１＞
図３は、フォトマスクパターン３１の観察画像３０を示す図である。このＯＰＣパターンも中心付近で幅寸法が狭くなるパターンで、この領域が測定範囲（所望の範囲）となる。まず、ＯＰＣパターンに対して、ＲＯＩ３２を適当な大きさに設定する。ＲＯＩ３２は、測定対象パターンが含まれるように一回り大きめにサイズ、すなわち所望の範囲をすべて含み、かつ所望の範囲よりも大きい範囲を設定することが望ましい。ＲＯＩ３２のサイズは適当なため、測定範囲のパターン以外の領域も、このＲＯＩは含んでいる。これは、角が丸まっている部分や幅寸法が広い領域などを指す。
【００２１】
次に、両端の測定ボックス内においてラインプロファイルを取得し、パターンエッジを決定し、幅寸法を測定する。一般的には、ＲＯＩの領域全体の平均値が幅寸法として測定されるが、本発明では、幅寸法は微小な領域毎に区切って測定する。すなわち、測定ボックスの範囲内においてパターンのエッジと直交する方向のラインプロファイルをパターン画像から所定の間隔毎（微小な領域毎）に取得し、ラインプロファイルを微分した微分プロファイルのピークから所定の間隔毎のエッジ位置を検出して、所定の間隔毎のパターン寸法（線幅）を測定する。
【００２２】
図４は、フォトマスクパターンの線幅を微小な領域毎に測定した結果を示す図である。図４では横軸がＸ座標、縦軸が幅寸法を表している。図４のグラフは、実際は連続した値ではなく、所定の間隔毎の線幅の値を結んだものである。図４ではＸ座標の中心付近で幅寸法が小さくなっている。図５は、線幅の測定結果を統計的に処理して曲線で近似した図である。フォトマスクパターン３１は、中心付近の線幅が短い領域と両端付近の線幅が長い領域の２つに大別される。よって、図５は線幅が短いＤ１と線幅が長いＤ２の２つにデータ群が表れる。このＤ１及びＤ２は、図４に示すＤ１及びＤ２に対応する。フォトマスクパターン３１は、線幅が短い領域が測定対象領域であるため、Ｄ１のデータ群の平均値をパターン寸法として推定する。実際には、データ群のピーク値から±数ｎｍの範囲を平均すればよく、平均化範囲に関しては、ユーザーが適宜決めればよい。この方法によれば、ＲＯＩのサイズを詳細に設定する必要がないため、オペレーターによるマニュアル操作が不要となり、容易に且つ正確にＯＰＣパターンの幅寸法を測定することが可能となる。
【００２３】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２では、実施の形態１で説明した方法の変形例を説明する。図４の工程までは実施の形態１と同様であるため、以下ではそれ以降の工程についてのみ説明する。
【００２４】
図６は図４と同様のグラフで、図７は図６の線幅のデータから、隣接する（所定間隔毎に隣り合う）寸法値の間の変化量を表した図である。図６のＴｈ１及び図７のＥ１はそれぞれ所望の寸法値を測定するために必要な閾値を表す。閾値Ｔｈ１（第１の閾値）は、フォトマスクパターン３１のように線幅が短い領域と広い領域がある場合に、所望の測定領域に限定させて測る場合に必要な閾値である。閾値Ｔｈ１はあらかじめ設計データより決定しておけばよい。閾値Ｅ１（第２の閾値）は、隣接する寸法値の間の変化量が小さい領域に限定させて測るために必要な閾値である。閾値Ｅ１はラフネスの程度などにより適切な値を設定すればよい。本例によると、角部の丸みや寸法値が大きく変化する領域は隣接する寸法値の間の変化量が閾値Ｅ１より大きくなる。従って、閾値Ｅ１を超える領域は、測定領域から除去することができ、角部の丸みの影響を除去することができる。
【００２５】
図３のフォトマスクパターン３１では、図６における値が閾値Ｔｈ１より小さい領域が測定対象に含まれる。よってまずは、図６のＸａが測定対象領域として限定することができる。次に、図７における変化量の値が閾値±Ｅ１より小さい領域が測定対象領域となる。図７中では、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄが該当される。測定対象領域はＸａの範囲内で且つＸｂ、Ｘｃ、Ｘｄのいずれかに包含される領域となるので、本例ではＸｃが最終的な測定対象領域として限定することができる。図６の測定結果のうち、Ｘｃの範囲内の線幅の平均値を測定結果として出力させる。この方法によれば、複雑な形状のＯＰＣパターンでも正確且つ容易に幅寸法を測定することができる。
【００２６】
＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３では、一つのＯＰＣパターン内で複数箇所の線幅を測定する場合について説明する。
【００２７】
図８は、フォトマスクパターン８１の観察画像８０を示す図である。このＯＰＣパターン全体が含まれるようにＲＯＩ８２を設定する。次に、両端の測定ボックス８３及び８４内においてラインプロファイルを取得し、パターンエッジを決定し、幅寸法を測定する。図９は、フォトマスクパターンの線幅を微小な領域毎に測定した結果を示す図である。あらかじめ設計データから、測定領域の幅寸法が測定できるように閾値を設定しておく。図９中のＴｈ２，Ｔｈ３、Ｔｈ４は、それぞれ測定領域を限定させて測定するための閾値を表す。本例では、ＯＰＣパターン８１において、４つの測定すべき領域があるため、閾値を３つ設定している。図１０は、図９の線幅のデータから、隣接する線幅の間の変化量を表した図である。閾値Ｅ２はラフネスの程度などにより適切な値を設定する。
【００２８】
ここで例えば、測定領域Ａ１を測定する場合には、図９の値がＴｈ２より小さく且つ図１０の値がＥ２より小さい領域の幅寸法の平均値を測定結果として出力すればよい。前記領域は図１０のＸｊに相当する。測定領域Ａ２の場合には、図９の値がＴｈ２以上Ｔｈ３以下で且つ図１０の値がＥ２より小さい領域となる。前記領域は図１０のＸｋに相当する。その他の測定領域においても同様に、幅寸法の閾値と変化量の閾値より測定領域を決定し、その領域の幅寸法の平均値を測定結果として出力すればよい。従って、この方法によれば、測定箇所が複数存在するＯＰＣパターンに対して、ＲＯＩを一つ設定するのみで、複数箇所の幅寸法を測定することができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明のパターン測定方法について具体的な実施例を示す。
【００３０】
図１１は、フォトマスクパターン１１１を撮像したＳＥＭ像１１０を示す図である。フォトマスクパターン１１１は、ＯＰＣにより中心付近で線幅が狭くなっており、この部分が測定対象領域である。フォトマスクパターン１１１の測定対象領域が包含されるように、ＲＯＩ１１２を設定した。次に、線幅を微小な領域毎に区切って測定を行った。ここでは、測定幅を２０ピクセル、測定間隔を５ピクセルとした。測定幅と測定間隔はＳＥＭ画像の分解能などから適切な値を決定すればよい。図１２は、フォトマスクパターン１１１の線幅を微小な領域毎に測定した結果を示す図である。横軸はＸ座標（ＲＯＩ１１２の左端を原点とした）、縦軸は線幅の測定値を表している。図１２のＴｈ５は測定領域を限定させるための閾値で、設計データから２００ｎｍと設定した。測定対象領域は閾値Ｔｈ５より小さいため、Ｘ方向のおよそ５０ピクセルから１６０ピクセルの範囲が測定対象領域に相当する。図１３は、隣接する寸法値の間の変化量を表した図である。ここでは、閾値Ｅ３を±２．０ｎｍとした。前記測定対象領域の範囲で、閾値Ｅ３より小さい領域を最終的な測定対象領域として決定した。ここでは、Ｘ方向の７０ピクセルから１４０ピクセルが測定対象領域となった。次に、前記測定対象領域の線幅の測定値の平均値を測定結果として計算したところ、１５２．６ｎｍと算出した。以上から、フォトマスクパターン１１１の測定対象領域の線幅を、ＲＯＩの大きさを詳細に設定することなく算出することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のパターン測定方法は、複雑なＯＰＣパターンに対して、ＲＯＩを詳細に設定することなく正確且つ容易に線幅を測定できることから、半導体、フォトマスク、ナノインプリントなどのパターン寸法を計測する分野に利用することが期待される。
【符号の説明】
【００３２】
１０、３０、８０、１１０・・・パターン観察画像
１１、３１、８１、１１１・・・フォトマスクパターン
１２、３２、８２、１１２・・・ＲＯＩ
Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４、Ｔｈ５・・・寸法閾値
Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄ、Ｘｊ、Ｘｋ・・・測定対象領域となる範囲
【図１】
0005817383.tif 000002
【図２】
0005817383.tif 000003
【図３】
0005817383.tif 000004
【図４】
0005817383.tif 000005
【図５】
0005817383.tif 000006
【図６】
0005817383.tif 000007
【図７】
0005817383.tif 000008
【図８】
0005817383.tif 000009
【図９】
0005817383.tif 000010
【図１０】
0005817383.tif 000011
【図１１】
0005817383.tif 000012
【図１２】
0005817383.tif 000013
【図１３】
0005817383.tif 000014