(57)【要約】【課題】試料について、基準画像と試料像のパターンとのマッチングを行って迅速に測長を行うことができる試料像測長方法を提供する。【解決手段】本発明の試料像測長方法は、試料上に電子線を照射し、試料から発生する荷電粒子により試料像を形成し、得られた試料像のパターンを測長する試料像測長方法において、パターン３５から抽出されたパターン形状部３５ａを有すると共に測定領域３７、３８を設定するための基準位置Ｏ２を有する基準画像３６と、測定領域３７、３８を基準位置Ｏ２からずらすための複数個のオフセット量Δ１、Δ２とを準備し、基準画像３６に基づき試料像に対するパターンマッチングを行って基準位置Ｏ２’を求め、求められた基準位置と各オフセット量Δ１、Δ２とに基づきずらされた位置を中心に測定領域３７、３８をそれぞれ設定してパターン３５の測長を行う。【選択図】　図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に電子線を照射し、試料から発生する荷電粒子により試料像を形成し、得られた試料像のパターンを測長する試料像測長方法において、
前記パターンから抽出されたパターン形状部を有すると共に測定領域を設定するための基準位置を有する基準画像と前記測定領域を前記基準位置からずらすための複数個のオフセット量とを準備し、前記基準画像に基づき前記試料像に対するパターンマッチングを行って前記基準位置を求め、求められた基準位置と前記各オフセット量とに基づきずらされた位置を中心に前記測定領域をそれぞれ設定して前記パターンの測長を行うことを特徴とする試料像測長方法。
【請求項２】
試料上に電子線を照射するための電子線照射手段と、該電子線照射手段による電子線が試料に照射された際に発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段と、該荷電粒子検出手段により検出された信号に基づき試料像を形成して得られた試料像のパターンを測長する画像処理手段とを有する試料像測長装置において、
前記パターンから抽出されたパターン形状部を有すると共に測定領域を設定するための基準位置を有する基準画像と前記測定領域を基準位置からずらすための複数個のオフセット量とが記憶されている記憶手段と、前記基準画像に基づき前記試料像に対するパターンマッチングを行って前記基準位置を求めかつ求められた基準位置と各オフセット量とに基づきずらされた位置を中心に前記測定領域をそれぞれ設定して前記パターンの測長を行う演算制御手段とを有することを特徴とする試料像測長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の検査、測長等を行う走査型電子顕微鏡や測長ＳＥＭ等に用いられる試料像測長方法及び試料像測長装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、半導体素子等の検査では、走査型電子顕微鏡や測長ＳＥＭ等を用いて、試料像のパターンの測長を行っており、半導体素子等の検査の分野では、各種の試料像測長方法、試料像測長装置が提案されている（例えば、特開平６−２３１７１５号公報、特開平７−１３４９６５号公報、特開２００１−１４８０１６号公報等参照）。
【０００３】
また、従来、例えば、図１に示すように、同一形状のパターン１が複数存在する試料像の場合、例えば、図２に示すようなパターンマッチング用の長方形の基準画像２を準備している。その図２において、３は特徴パターン形状部、Ｏ１は基準画像２の対角線の交点としての基準位置である。
【０００４】
そして、図１に示すように、例えば、矢印方向に基準画像２をずらしてゆき、相関係数の最も高い位置でパターンマッチングしたと判断して、図３に示すように基準画像２の基準位置Ｏ１に対応する位置Ｏ１’を中心位置とする測定領域４を設定する。次いで、演算制御手段（図示を略す）によりこの測定領域４内でパターン１の輪郭線５の距離Ｌ１を測長している。
【０００５】
なお、パターンマッチングには公知の方法を用い、例えば、マッチング検出領域以外はマスキングを行って行う。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
ところで、試料像のパターンには、図４に示すように、縦長の同一形状の繰り返しパターン６が並列して存在するものもある。このような各パターン６について、それぞれその横幅方向の輪郭線から輪郭線までの測長を行う場合もある。
【０００７】
この種の各パターン６のパターンマッチングを行うのに際し、図５に示すように横に長い長方形状の左右に非対称の基準画像７を用いることにすると、図４に示す左端のパターン６についてはパターンマッチングを行うことができるが、残りのパターン６についてはパターンマッチングを行うことができず、残りのパターン６についてはその測長を行うことができない。
【０００８】
特に、図４に示す右端のパターン６と左端パターンとの間に存在するパターンについては、隣接するパターンが左右に存在するため、基準画像を工夫しても区別がつかないため、これらのパターンについて測長を行うことができない。なお、３’はパターン非特徴パターン形状部を示す。
【０００９】
そこで、従来、図６に示すように左右対称の横に長い長方形状の基準画像８を用い、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、測長すべきパターンが画面の中央に位置するように、試料を移動させてその都度電子線を照射し、試料像を再形成し、測長を行っている。
【００１０】
ところが、このように何度も試料像を作成することにすると、その都度画像を重ね合わせて画像を鮮明にする作業（画像積算作業）を行わなければならず、測長に時間がかかるという不都合がある。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、特徴のある試料像と、基準画像のパターンとのマッチングを行なう事により、特徴のない試料像であっても、再度画像積算作業させることなく、迅速に測長を行うことのできる試料像測長方法及び試料像測長装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するため、試料上に電子線を照射し、試料から発生する荷電粒子により試料像を形成し、得られた試料像のパターンを測長する試料像測長方法において、前記パターンから抽出されたパターン形状部を有すると共に測定領域を設定するための基準位置を有する基準画像と前記測定領域を前記基準位置からずらすための複数個のオフセット量とを準備し、前記基準画像に基づき前記試料像に対するパターンマッチングを行って前記基準位置を求め、求められた基準位置と前記各オフセット量とに基づきずらされた位置を中心に前記測定領域をそれぞれ設定して前記パターンの測長を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、上記課題を解決するため、試料上に電子線を照射するための電子線照射手段と、該電子線照射手段による電子線が試料に照射された際に発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段と、該荷電粒子検出手段により検出された信号に基づき試料像を形成して得られた試料像のパターンを測長する画像処理手段とを有する試料像測長装置において、前記パターンから抽出されたパターン形状部を有すると共に測定領域を設定するための基準位置を有する基準画像と前記測定領域を基準位置からずらすための複数個のオフセット量とが記憶されている記憶手段と、前記基準画像に基づき前記試料像に対するパターンマッチングを行って前記基準位置を求めかつ求められた基準位置と各オフセット量とに基づきずらされた位置を中心に前記測定領域をそれぞれ設定して前記パターンの測長を行う演算制御手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図８は、この発明の試料像測長装置の全体構成を示し、符号１０は半導体用のウェハまたはチップ等の試料１１を載せる円盤状の移動台である。この試料像測長装置は、走査型電子顕微鏡１２、ホストコンピュータ１３、モニタ１４から大略構成されている。
【００１６】
走査型電子顕微鏡（電子顕微鏡）１２は、鏡筒１５の上部に設けられた電子銃１６、コンデンサレンズコイル１７、Ｘ方向偏向コイル１８、Ｙ方向偏向コイル１９、検出器（荷電粒子検出手段）２０、対物レンズコイル２１から大略構成されている。
【００１７】
電子銃１６、コンデンサレンズコイル１７、Ｘ方向偏向コイル１８、Ｙ方向偏向コイル１９、対物レンズコイル２１は電子線照射手段を構成し、電子銃１６から放射された電子ビーム１６ａは、コンデンサレンズコイル１７、対物レンズコイル２１を通って試料１１に照射される。また、電子ビーム１６ａはＸ方向偏向コイル１８、Ｙ方向偏向コイル１９によって適宜偏向される。
【００１８】
そして、電子ビーム１６ａの照射により発生した試料１１からの２次電子ビーム等は検出器２０により検出され、ホストコンピュータ１３に検出信号が入力され、ホストコンピュータ（画像処理手段）１３はその検出信号を適宜画像処理し、モニタ１４に試料像が表示される。
【００１９】
移動台１０は、真空状態の試料室２２内に設置され、この移動台１０は互いに直交するＸ方向とＹ方向とに移動可能とされている。このＸ方向、Ｙ方向への移動は、図９に示すように、Ｘ方向アクチュエータ２３、Ｘ方向送りねじ２４、Ｘ方向ガイドバー２５と、Ｙ方向アクチュエータ２６、Ｙ方向送りねじ２７、Ｙ方向ガイドバー２８によって行なわれる。Ｘ方向アクチュエータ２３、Ｙ方向アクチュエータ２６には、Ｘ方向アクチュエータ制御回路２９、Ｙ方向アクチュエータ制御回路３０が接続され、Ｘ方向アクチュエータ制御回路２９、Ｙ方向アクチュエータ制御回路３０にはＸ方向移動指令値設定器３１、Ｙ方向移動指令値設定器３２が接続されている。Ｘ方向移動指令値設定器３１、Ｙ方向移動指令値設定器３２には、ホストコンピュータ１３からの制御信号が入力される。
【００２０】
移動台１０を測定したい位置に移動し、測定したい視野領域３４’への荷電粒子の照射、例えば、この図７に示す場合には、１００００倍での視野領域３４’の照射により、図１０に示すように、その試料像１１ａがモニタ１４の画面１４Ａの表示領域３４に表示される。
【００２１】
その図１０において、３３はカーソル、３５はその試料像１１ａの同一形状の繰り返しからなるパターンを示している。ここでは、そのパターン３５はＴ字形状である。図１１はその同一形状の繰り返しパターン３５の測長の説明のために使用する説明図である。カーソル３３は例えば測長対象パターンを特定するのに用いる。
【００２２】
ホストコンピュータ（演算制御手段）１３は、記憶手段１３ａに接続されており、記憶手段１３ａには、図１１（ａ）に示すように、繰り返しパターン３５の特徴パターン形状部３５ａを示す正方形状の基準画像３６が予め記憶されている。この基準画像３６は測長を行う手順（レシピ）を作成する際に作成する。
【００２３】
その図１１（ａ）において、Ｏ２は基準画像３６の基準位置（対角線の中心位置）を示している。ホストコンピュータ３４は、図１１（ｂ）に示すように基準画像を３６を矢印方向にずらして行き、パターン３５に対する基準画像３６についてのパターンマッチングを行う。これにより、基準画像３６の基準位置Ｏ２に対応するパターン３５の基準位置Ｏ２’（Ｘ１、Ｙ１）が求められる。
【００２４】
記憶手段１３ａには、複数個のオフセット量Δ１、Δ２が記憶されている。Δ１、Δ２は測定領域３７、３８の中心位置Ｏ３、Ｏ４を設定するのに用いられる。ここでは、Δ１はＹ方向のオフセット量であり、Δ２はＸ方向のオフセット量である。
【００２５】
ホストコンピュータ３４は、基準位置Ｏ２’が求められると、位置Ｘ１とオフセット量Δ１との加算を行い、測定領域３７についての中心位置Ｏ３（Ｘ１＋Δ１）を求め、この中心位置Ｏ３を中心として測定領域３７を設定し、走査線３９により、パターン３５の横幅方向の測長を行う。
【００２６】
次いで、ホストコンピュータ３４は、位置Ｙ１とオフセット量Δ２との加算を行い、測定領域３８についての中心位置Ｏ４（Ｘ１、Ｙ１＋Δ２）を求め、走査線４０により、パターン３５の縦幅方向の測長を行う。
【００２７】
従来の測定領域の設定によれば、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように測長したいパターン６を画面中心付近に形成し、基準画像８の基準位置Ｏ１を中心とする測定領域を設定して測長を行っていたが、この測長方法によれば、あらかじめオフセット量Δ１、Δ２を定めることにより、基準画像３６の中心位置Ｏ２に対応する位置Ｏ２’から一定量オフセットした位置Ｏ３、Ｏ４を中心とする測定領域３７、３８に基づき測長できるので、特徴パターン形状部３５ａを有する基準画像３６と試料像のパターン３５とのパターンマッチングを行い、基準位置Ｏ２’から一定量オフセットして特徴パターン形状部でないパターン形状部での測長を行うことができる。
【００２８】
従って、従来の方法に較べ、測長作業時間の短縮、測長作業効率の向上を図ることができる。
【００２９】
この発明の実施の形態では、Ｔ字形状のパターン３５について測長を行う場合について説明したが、図１２（ａ）に示すように、縦長のパターン６についても、図１２（ｂ）に示す左右非対称の基準画像７と、複数個のオフセット量ΔＸ１〜ΔＸ５とを準備すれば、左端のパターン６についてパターンマッチングを行った後は、逐次オフセット量ΔＸ１〜ΔＸ５を用いて測定領域の中心位置を求めることにより、各パターン６についての測定領域を設定できる。
【００３０】
なお、ここでは、同一形状のパターンが繰り返して存在する試料像１１ａのパターン測長について説明したが、本発明は、これに限られるものではない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、とくに同一形状のパターンが繰り返して存在する試料について、基準画像と試料像のパターンとのマッチングを行って迅速に測長を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】同一形状の繰り返しパターンが存在する試料像の一例を示す図である。
【図２】図１に示す試料像のパターンマッチングに用いる基準画像の一例を示す図である。
【図３】図１に示す試料像に対するパターンマッチングに基づき設定される測定領域の一例を示す図である。
【図４】繰り返しパターンの別の例を示す説明図である。
【図５】図４に示す繰り返しパターンに対するパターンマッチング用の基準画像の一例を示す図である。
【図６】図４に示す繰り返しパターンに対するパターンマッチング用の基準画像の他の例を示す図である。
【図７】従来の測長方法の一例を示し、（ａ）は左端のパターンを画面中央に位置させた場合を示し、（ｂ）は左端から二番目のパターンを画面中央に位置させた場合を示し、（ｃ）は真ん中のパターンを画面中央に位置させた場合を示している。
【図８】この発明の試料像測長装置の全体構成図である。
【図９】この発明の試料像測長装置の移動台の構造を示す平面図である。
【図１０】この発明の試料像観察装置のモニタ画面に写されている試料像の表示領域を１００００倍にして示した拡大図である。
【図１１】この発明の試料像測長方法の説明図であって、（ａ）は試料像のパターンの特徴パターン形状部を抽出して設定した基準画像を示し、（ｂ）は試料像のパターンと基準画像とのパターンマッチングの説明図を示し、（ｃ）は（ｂ）に示す基準位置から縦方向にオフセットした位置に測定領域の中心位置を設定した状態を示し、（ｄ）は（ｂ）に示す基準位置から横方向にオフセットした位置に測定領域の中心位置を設定した状態を示す。
【図１２】この発明の試料像測長方法の説明図であって、（ａ）は縦長のパターンについてパターンマッチングを行って、所定量横方向にオフセットして測定領域の設定を行う場合の説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示すパターンについてのパターンマッチングに使用する基準画像を示す。
【符号の説明】
３５…パターン
３５ａ…パターン形状部
３６…基準画像
３７、３８…測定領域
Δ１、Δ２…オフセット量
Ｏ２、Ｏ２’…基準位置
【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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