(57)【要約】【課題】パターン上の任意の位置で発生した任意の形状を有する欠陥部に対してその輪郭を正確に抽出する。【解決手段】欠陥部３１がある被測定物から得られた画像データを取り込み、欠陥部３１を取り囲むように矩形を用いて第１測定対象領域３４を設定し、第１測定対象領域３４内部に、欠陥部を取り囲むように楕円を用いて第２定対象領域３５を設定し、この楕円に外接する矩形の第１区画３６を設定し、楕円と矩形との接点を中心として半楕円の第２及び第３区画３８、３９を矩形内に設定し、第１測定対象領域３４中にあって、欠陥部３１を含むように、長方形の第１及び第２探索領域４１、４２、扇形の第３及び第４探索領域４３、４４、半楕円形の第５探索領域４５を重ならないように設定し、設定された探索方向にパターンエッジを探索し、パターンエッジを連結する。【選択図】  図４
2004356446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンの中央部に突出する欠陥部を有するパターン画像を取り込む工程と、
前記欠陥部を取り囲むように矩形の第１測定対象領域を設定する工程と、
前記第１測定対象領域の内部にあって、前記欠陥部を取り囲むように楕円形の第２測定対象領域を設定する工程と、
前記第２測定対象領域の楕円に外接する矩形の第１区画を設定する工程と、
前記欠陥部の突出方向における第２測定対象領域の楕円と前記第１区画の矩形との接点を結ぶ第１直線と接するように半楕円形の第２及び第３区画を前記第１区画内に設定する工程と、
前記第１直線に沿う前記第１区画における矩形の辺を延長して前記第２測定対象領域の楕円形に接する長方形の第１及び第２探索領域と、前記第１直線と直交し、且つ前記第２測定対象領域の楕円形と前記第１区画の矩形との接点を結ぶ第２直線と前記第２及び第３区画の楕円形とによる扇形の第３及び第４探索領域と、前記第２直線と前記第２測定対象領域の楕円形による半楕円形の第５探索領域とを互に重ならないように設定する工程と、
前記探索領域毎に予め設定された探索方向に基づいてパターンエッジを探索しエッジ位置を算出する工程と、
前記パターンエッジを連結して得られる前記所定のパターンを含む前記欠陥部の輪郭に対して、前記所定パターンと前記欠陥部のパターンとの境界線を設定して、前記欠陥部の輪郭を求める工程と、
を有することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項２】
所定のパターンの中央部に陥没する欠陥部を有するパターン画像を取り込む工程と、
前記欠陥部を取り囲むように矩形の第１測定対象領域を設定する工程と、
前記第１測定対象領域の内部にあって、前記欠陥部を取り囲むように楕円形の第２測定対象領域を設定する工程と、
前記第２測定対象領域の楕円に外接する矩形の第１区画を設定する工程と、
前記欠陥部の陥没方向における第２測定対象領域の楕円と前記第１区画の矩形との接点を結ぶ第１直線と接するように半楕円形の第２及び第３区画を前記第１区画内に設定する工程と、
前記第１直線に沿う前記第１区画における矩形の辺を延長して前記第２測定対象領域の楕円形に接する長方形の第１及び第２探索領域と、前記第１直線と直交し、且つ前記第２測定対象領域の楕円形と前記第１区画の矩形との接点を結ぶ第２直線と前記第２測定対象領域の楕円形による半楕円形の第５探索領域とを互に重ならないように設定する工程と、
前記探索領域毎に予め設定された探索方向に基づいてパターンエッジを探索しエッジ位置を算出する工程と、
前記パターンエッジを連結して得られる前記所定のパターンを含む前記欠陥部の輪郭に対して、前記所定パターンと前記欠陥部のパターンとの境界線を設定して、前記欠陥部の輪郭を求める工程と、
を有することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項３】
所定のパターンの角部に突出する欠陥部を有するパターン画像を取り込む工程と、
前記欠陥部を取り囲むように矩形の第１測定対象領域を設定する工程と、
前記第１測定対象領域の内部にあって、前記欠陥部を取り囲むように楕円形の第２測定対象領域を設定する工程と、
前記第２測定領域の楕円に外接する矩形の第１区画を設定する工程と、
前記第１区画の矩形に対して第１及び第２対角線を設定する工程と、
前記第１区画の矩形における隣接する第１及び第２の辺を延長して前記第２測定対象領域の楕円形に接する長方形の第１及び第２探索領域と、前記第１及び第２の辺と前記第１対角線で作る三角形を第２対角線により等分した三角形の第３及び第４探索領域と、前記第１区画の第３及び第４の辺と前記第１対角線とで作る三角形内に半楕円形の第５探索領域とを互いに重ならないように設定する工程と、
前記探索領域毎に予め設定された探索方向に基づいてパターンエッジを探索しエッジ位置を算出する工程と、
前記パターンエッジを連結して得られる前記所定のパターンを含む前記欠陥部の輪郭に対して、前記所定パターンと前記欠陥部のパターンとの境界線を設定して、前記欠陥部の輪郭を求める工程と、
を有することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項４】
所定のパターンの角部に陥没する欠陥部を有するパターン画像を取り込む工程と、
前記欠陥部を取り囲むように矩形の第１測定対象領域を設定する工程と、
前記第１測定対象領域の内部にあって、前記欠陥部を取り囲むように楕円形の第２測定対象領域を設定する工程と、
前記第２測定領域の楕円に外接する矩形の第１区画を設定する工程と、
前記第１区画の矩形に対して第１及び第２対角線を設定する工程と、
前記第１区画の矩形における隣接する第１及び第２の辺を延長して前記第２測定対象領域の楕円形に接する長方形の第１及び第２探索領域と、前記第１及び第２の辺と前記第１対角線で作る三角形内に半楕円形の第５探索領域とを互いに重ならないように設定する工程と、
前記探索領域毎に予め設定された探索方向に基づいてパターンエッジを探索しエッジ位置を算出する工程と、
前記パターンエッジを連結して得られる前記所定のパターンを含む前記欠陥部の輪郭に対して、前記所定パターンと前記欠陥部のパターンとの境界線を設定して、前記欠陥部の輪郭を求める工程と、
を有することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項５】
前記欠陥部の面積を算出する工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパターン測定方法。
【請求項６】
前記パターンエッジは、探索方向に沿って画像データの濃淡値を探索して行き、濃淡値がその最大値と最小値の差の予め定められた割合となる位置の内、探索方向の始点に最も近い側となる座標とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のパターン測定方法。
【請求項７】
所定のパターンに突出または陥没する欠陥部を有するパターン画像を取り込み、前記パターン画像を処理する画像処理部を備えたパターン測定装置であって、
前記画像処理部は、
前記画像取得部で取り込んだ前記パターン画像に対してパターンを反映する、矩形、楕円、及び直線を含む図形を作成する図形作成手段と、
前記パターン画像に対して、矩形、楕円、あるいは直線を用いて測定対象領域及び探索領域を設定する設定手段と、
前記探索領域内を指定した方向に探索を行い、指定した演算によりパターンエッジの位置を算出するエッジ算出手段と、
前記パターンエッジを連結して所定パターンを含む欠陥部のパターン輪郭を作成するパターン輪郭作成手段と、
前記欠陥部の形状を算出する手段と、
を有することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項８】
前記欠陥部の面積を算出する手段を更に有することを特徴とする請求項７に記載のパターン測定装置。
【請求項９】
所定のパターンに突出または陥没する欠陥部を有するパターン画像を取り込む機能と、
前記パターン画像に対してパターンを反映する、矩形、楕円、及び直線を含む図形を作成する機能と、
前記パターン画像に対して、矩形、楕円、あるいは直線を用いて測定対象領域及び探索領域を設定する機能と、
前記探索領域内を指定した方向に探索を行い、指定した演算によりパターンエッジの位置を算出する機能と、
前記パターンエッジを連結して所定パターンを含む欠陥部のパターン輪郭を作成する機能と、
前記欠陥部の形状を算出する機能と、
を有することを特徴とするパターン測定プログラム。
【請求項１０】
前記欠陥部の面積を算出する機能を更に有することを特徴とする請求項９に記載のパターン測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスのプロセスにおける微細なパターン測定方法、パターン測定装置及びパターン測定プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのプロセスあるいはそのプロセスに必要なマスク等の測定において、微細なパターンを走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭという）等で観察し、パターンの所定の形状や寸法等を測定することが広く行われている。最近では、半導体デバイスの高集積化に伴い、パターンはますます微細化し、またその形状は多様化している。このため、従来の１次元の寸法測定が必ずしも半導体デバイスの特性を決定するパラメータを測定することにはなっておらず、パターンの輪郭や面積等の二次元の寸法精度が重要になってきている。
【０００３】
ところで、パターン形状を正確に把握するために、ＳＥＭや光学顕微鏡、ＣＣＤカメラ等によって測定対象となるパターンの画像データを取得し、その後、得られた画像データから対象パターンの輪郭情報を抽出することが多い。輪郭情報の抽出法としては、例えば、パターンが濃淡画像の場合には、濃淡値の或る閾値をエッジと定義する方法、基準となる閉曲線図形との比較による方法、ソーベル（Ｓｏｂｅｌ）フィルタ等の二次元フィルタによって検出する方法等種々の方法が既に実用化されている。
【０００４】
このような輪郭情報を得る場合には、画像の内の注目領域にＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔで、以下ＲＯＩという）と呼ばれる領域を指定し、その内部で上記の種々の方法を実行するためのエッジ抽出アルゴリズムを動作させ、輪郭情報に相当するエッジ座標点列を取得したのち、それらの点列を連結して形状を決定して、対象パターンの線幅、面積、重心位置などの幾何学的特徴量を算出する。
【０００５】
上記ＲＯＩ境界の形状としては、領域定義の簡便さから矩形あるいは楕円形・円形が採用されることが多い。その中で、矩形形状のＲＯＩ指定は最も一般的に行なわれている方法である。従来の技術において、矩形のＲＯＩ境界を採用する場合には、そのＲＯＩ境界のいずれかの辺に対して平行な方向にパターンエッジを探索する。このような方法は、パターンエッジが概略直線であるような場合に用いられていた。
【０００６】
また楕円形・円形のＲＯＩ境界を採用する技術が開示されている。この方法は、例えば、楕円形の穴形状のパターンに対して、穴縁領域を全て含むように楕円のＲＯＩを設定して、楕円の中心から周方向にパターンエッジを探索する（例えば、特許文献１参照。）。また、突出した円形乃至楕円形の輪郭形状のパターンに対しても、そのパターンエッジを囲むように楕円形のＲＯＩ境界を設定し、その中心から外側に所定の角度ずつ増分して走査線を放ち、輪郭エッジ点を検出し、これらの点を結合することにより対象物の形状を抽出する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
しかしながら、上記の技術を半導体の微細パターン上の任意の位置で発生した任意の形状を有する欠陥部に対して適用することは困難であった。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９１２３１号公報（第６頁、図１０）
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００−２０５８３８号公報（第５頁、図９）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、パターンに付加された形状欠陥部、逆にパターンから欠落した微小な形状欠陥部等の輪郭データを取得して、形状欠陥部の正確な形状や面積を見積もることは不可能であった。なぜなら、パターンに形状欠陥部が付加あるいは欠落した領域は、複雑な形状の対象領域となるために、注目領域に包含されなかったり、矩形の辺に平行に探索したのでは一義的にエッジを定義できないという問題があった。
【００１１】
従って、本発明は、パターン上の任意の位置で発生した任意の形状を有する欠陥部に対してその輪郭を正確に抽出するパターン測定方法、パターン測定装置及びパターン測定プログラムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一態様のパターン測定方法は、所定のパターンの中央部に突出する欠陥部を有するパターン画像を取り込む工程と、前記欠陥部を取り囲むように矩形の第１測定対象領域を設定する工程と、前記第１測定対象領域の内部にあって、前記欠陥部を取り囲むように楕円形の第２測定対象領域を設定する工程と、前記第２測定対象領域の楕円に外接する矩形の第１区画を設定する工程と、前記欠陥部の突出方向における第２測定対象領域の楕円と前記第１区画の矩形との接点を結ぶ第１直線と接するように半楕円形の第２及び第３区画を前記第１区画内に設定する工程と、前記第１直線に沿う前記第１区画における矩形の辺を延長して前記第２測定対象領域の楕円形に接する長方形の第１及び第２探索領域と、前記第１直線と直交し、且つ前記第２測定対象領域の楕円形と前記第１区画の矩形との接点を結ぶ第２直線と前記第２及び第３区画の楕円形とによる扇形の第３及び第４探索領域と、前記第２直線と前記第２測定対象領域の楕円形による半楕円形の第５探索領域とを互に重ならないように設定する工程と、前記探索領域毎に予め設定された探索方向に基づいてパターンエッジを探索しエッジ位置を算出する工程と、前記パターンエッジを連結して得られる前記所定のパターンを含む前記欠陥部の輪郭に対して、前記所定パターンと前記欠陥部のパターンとの境界線を設定して、前記欠陥部の輪郭を求める工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明の他の態様のパターン測定装置は、所定のパターンに突出または陥没する欠陥部を有するパターン画像を取り込み、前記パターン画像を処理する画像処理部を備えたパターン測定装置であって、前記画像処理部は、前記画像取得部で取り込んだ前記パターン画像に対してパターンを反映する、矩形、楕円、及び直線を含む図形を作成する図形作成手段と、前記パターン画像に対して、矩形、楕円、あるいは直線を用いて測定対象領域及び探索領域を設定する設定手段と、前記探索領域内を指定した方向に探索を行い、指定した演算によりパターンエッジの位置を算出するエッジ算出手段と、前記パターンエッジを連結して所定パターンを含む欠陥部のパターン輪郭を作成するパターン輪郭作成手段と、前記欠陥部の形状を算出する手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
そして、上記目的を達成するために、本発明の他の態様のパターン測定プログラムは、所定のパターンに突出または陥没する欠陥部を有するパターン画像を取り込む機能と、前記パターン画像に対してパターンを反映する、矩形、楕円、及び直線を含む図形を作成する機能と、前記パターン画像に対して、矩形、楕円、あるいは直線を用いて測定対象領域及び探索領域を設定する機能と、前記探索領域内を指定した方向に探索を行い、指定した演算によりパターンエッジの位置を算出する機能と、前記パターンエッジを連結して所定パターンを含む欠陥部のパターン輪郭を作成する機能と、前記欠陥部の形状を算出する機能とを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態の中で、輪郭は画像処理を行って最終的に得られる結果であるが、視覚的にはその付近に存在するので、以下未確定の輪郭も含めて、輪郭という言葉を使用し、また、円は楕円の一形態として説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
まず、本実施の形態に係るパターン測定装置について、図１を参照しながら説明する。図１は、パターン測定装置の全体構成を示す図である。本実施の形態では、ＳＥＭを用いて説明する。
【００１７】
図１に示すように、パターン測定装置１は、例えば画像取得部２と画像処理部３とで構成される。画像取得部２は、電子ビームを放出する電子銃１０、放出した電子ビーム１１を測定対象である試料（サンプル）１２表面に照射する電子光学系１４、電子光学系１４を制御する制御部１５、サンプル１２を載置するステージ１３、サンプル１２表面から放出される二次電子を検出する二次電子信号検出部１６、及び二次電子信号を増幅する信号増幅部１７とを備える。
【００１８】
電子光学系１４は、コイル／レンズを備え、電子銃１０から放出されてサンプル１２に照射される電子ビーム１１の進路上に設けられている。この電子光学系１４によって電子ビーム１１の形状補正等が行われて、電子ビーム１１はステージ１３上に載置されたサンプル１２の測定領域に照射、走査されて、二次電子等を放出する。
【００１９】
二次電子信号検出器１６は、サンプル１２から所定距離離れた位置に配置され、サンプル１２から放出された二次電子を検出し、この検出された測定データは信号増幅部１７を介してコンピュータ１８に入力される。
【００２０】
画像処理部３は、コンピュータ１８、記憶部１９、表示部２０、及び入力装置２１等を備える。
【００２１】
入力装置２１は、キーボード２１ａとマウス２１ｂとを含み、コンピュータ１８に接続されて画像取得及び測定プロセスの実行に必要なデータを入力する。
【００２２】
記憶部１９には、画像取得、及びパターンの測定手順を記述するプログラムを含むパターン測定レシピ等が格納されている。記憶部１９は、制御用のコンピュータ１８に接続され、その指令に基づいて測定レシピがコンピュータ１８に読み込まれる。なお、このプログラムは、例えば、表示部２０を見ながら、キーボード２１ａ等から入力されたり、あるいは、他のコンピュータ等で作成された場合は、光ディスク等の記憶媒体を介して、記憶媒体入力部（図示略）からコンピュータ１８に入力され、記憶部１９に格納される。
【００２３】
コンピュータ１８は、制御部１５の制御や記憶部１９から読み取った測定レシピに従って、例えば、サンプル１２上のパターンの測定を実行する。
【００２４】
表示部２０は、コンピュータ１８に接続されてコンピュータ１８から供給される画像データ、数値データ等を観察可能な像やデータとして表示する。
【００２５】
次に、上述したパターン測定装置を用いてパターンを測定する手順について、図１及び図２を参照しながら説明する。図２は、パターン測定装置における測定の概略手順を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、画像取得部２において、例えば、測定対象のウェーハからなるサンプル１２をステージ１３上に載置し、位置決めを行って測定対象のパターンが含まれる領域に所定の加速電圧の電子ビーム１１を照射、走査して、サンプル１２表面から放出される二次電子等を二次電子信号検出部１６で受けて、二次電子信号を取得する。この二次電子信号を、信号増幅部１７で増幅した後、画像処理部３のコンピュータ１８に供給し、記憶部１９に格納する。
【００２７】
そして、図２に示すように、コンピュータ１８は、二次電子信号を画像データに変換して、測定対象のパターン画像を表示部２０に表示する（ステップＳ１）。
【００２８】
次に、画像処理部３において、取り込んだパターン画像に対して、入力装置２１により測定対象の欠陥部を含む所定のパターンの一部を適切に含むように第１測定対象領域を設定し、更に第１測定対象領域内であって、欠陥部を取り囲むように第２測定対象領域を設定する（ステップＳ２）。
【００２９】
次に、入力装置２１によりパターン画像に対して、垂直に近い探索方向が確保できるように、矩形、円を含む楕円、あるいは直線を用いて複数の探索領域を互いに重ならないように、第１測定対象領域内に設定する（ステップＳ３）。
【００３０】
次に、コンピュータ１８により、設定された探索領域に決められた探索方向に沿って画像データの信号強度の変化を読み取り、予め与えた条件に従って、パターン画像のエッジの位置を算出、エッジとして表す（ステップＳ４）。
【００３１】
次に、コンピュータ１８により複数のエッジを直線、あるいは、他の曲線からなる近似曲線で結んで画像の輪郭、または、境界となる直線等を形成して、測定対象パターンの輪郭及び面積を算出する（ステップＳ５）。
【００３２】
次に、輪郭を測定対象パターンの形状、面積をその大きさとして、表示部２０に表示したり、データの出力等を行う（ステップＳ６）。
【００３３】
なお、このパターン測定プログラムの実行は、表示部２０を見ながら、記憶部１９に格納されたプログラムをコンピュータ１８に呼び出して、入力部２１から指示を入力して、行うことができる。また、演算の途中データ、及び計算結果として得られたパターンの形状、大きさ等は、記憶部１９に格納され、必要に応じて、表示部２０への表示、プリンタ（図示略）への出力、あるいは、記憶媒体出力部（図示略）から各種ディスクや半導体メモリ等の記憶媒体への出力が可能である。
【００３４】
なお、ここでは、画像取得部２の制御を兼ねたコンピュータ１８をパターン画像処理部３として使用する場合を例示したが、外部サーバーやスタンドアロンのコンピュータなどを利用しても良く、画像取得部２からパターン画像データをそれら外部サーバーやスタンドアロンのコンピュータ等に出力し、画像表示および結果表示、諸量の算出および記憶を行っても差し支えない。
【００３５】
次に、パターン測定方法について、図３及び図４を参照して具体的に説明する。パターンの例として、横方向（水平方向）に細長い所定の残しパターン３２の中央部に凸状の欠陥部３１を有するパターンで、背景３３と残しパターン３２及び欠陥部３１との間には画像の明るさに差がある欠陥部３１の形状、すなわち輪郭及びその欠陥部の大きさ、すなわち面積を測定する場合について説明する。
【００３６】
最初に、図３（ａ）に示すように、図１の画像取得部２で取得して、記憶部１９に収納された測定対象の欠陥部３１を含んだ、残しパターン３２の画像を表示部２０に表示して、測定に適する大きさに調節する。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示すように、表示されたパターン画像に対して、マウスカーソルを使用して、矩形からなる第１測定対象領域３４を、残しパターン３２の一部及び欠陥部３１を適切に含むように指定する。
【００３８】
引き続いて、図３（ｃ）に示すように、第１測定対象領域３４の中の、欠陥部３１が付加された部分を内部に含むように、円形からなる第２測定対象領域３５を、マウスカーソルのドラッグによって指定する。
【００３９】
次に、図３（ｄ）に示すように、円形の第２測定対象領域３５を基準として、その円に外接する矩形の第１区画３６を形成する。更にその第１区画３６の矩形と第２測定対象領域３５の円との接点のうち、欠陥部３１の突出方向における接点を結ぶ第１直線（垂直線）４９の中心３７に接するように半円形の第２および第３区画３８及び３９を形成する。
【００４０】
そして、図４（ａ）に示すように、第１直線４９に沿う第１区画における矩形の辺を延長してハッチングを施した、第２測定対象領域３５に接する長方形の第１及び第２探索領域４１及び４２と、また第１直線４９と直交し、且つ第１区画３６の矩形と第２測定対象領域３５の円との接点を結ぶ第２直線（水平線）４０を作成して、この第２直線４０と第２及び第３区画の半円形とによる扇形の第３及び第４探索領域４３及び４４と、更に第２直線４０と第２測定対象領域３５の円形とによる半円形の第５探索領域４５に分割する。この各探索領域４１乃至４５は、残しパターン３２または欠陥部３１の輪郭の一部を含む。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示すように、パターン輪郭を抽出するために、第１及び第２探索領域４１及び４２においては、エッジ探索方向５１及び５２は、残しパターン３２の輪郭にほぼ垂直になるように、第１及び第２探索領域４１及び４２の矩形の長辺に平行に画面の上から下に向かう方向とする。第３及び第４探索領域４３及び４４においては、エッジ探索方向５３及び５４は、各々の扇形の中心から放射状の方向とする。第５探索領域４５においては、エッジ探索方向５５は、半円形の周上の点から中心の方向に逆放射状に行う。これらの探索方向は、矢印で示してあるように、背景３３から残しパターン３２または欠陥部３１に向かう方向に統一され、しかも輪郭線に対してほぼ垂直乃至できるだけ垂直に近い方向となるようにしている。
【００４２】
なお、エッジ探索の始点の動きを見ると、点線５７に沿って画面水平に順次移動し、第１探索領域４１を探索し、終わると、第３探索領域４３の円中心である点線５８の始点をエッジ探索の始点として第３探索領域４３の探索を行う。その後は、点線５８に沿って始点を順次移動しつつ第５探索領域４５のエッジ探索を行い、終わると、点線５８の終点で第４探索領域４４のエッジ探索を行い、そして、最後は点線５９に沿って始点を順次移動させつつ第２探索領域４２をエッジ探索する。
【００４３】
ここで、エッジ探索は、各探索方向に対して画素の濃淡値を調べていき、例えば、濃淡値がその最大値と最小値の差の５０％となる位置の内、始点に最も近い側となる座標と定める。なお、ここでは、濃淡値の最大値と最小値の差の５０％をエッジと定義したが、例えば、パターンの形状を断面観察等の結果と比較して、エッジ位置に対応する値を定義することができる。その場合、濃淡値の最大値と最小値の差の５０％以外の割合が適当であるとしても差し支えない。
【００４４】
また、探索方向の間隔、あるいは始点の移動の間隔、あるいは終点の移動の間隔は、パターンの複雑さ、求める精度、測定時間等を鑑みて最適な設定が可能である。
【００４５】
以上のようにして、欠陥部３１を含む残しパターン３２部位のエッジ点列を抽出する。更に、図４（ｃ）に示すように、抽出されたエッジ点列のうち、第１及び第２探索領域４１、４２に含まれるエッジ点列に対して境界線となる直線６０への当てはめを行ない、一方、第３乃至第５探索領域４３乃至４５に含まれるエッジ点列を結んで曲線６１からなるパターン輪郭を得る。
【００４６】
その結果、図４（ｄ）に示すように、この曲線６１と直線６０で囲まれた領域が欠陥部３１の輪郭となり、この輪郭から、パターン面積６２を容易に測定できる。
【００４７】
以上のような第１の実施の形態によれば、測定対象領域内を第１乃至第５探索領域の５つに分割し、しかもパターンの輪郭に対して垂直に近くなる方向に探索しており、残しパターンの中央部に任意の凸形状を有する欠陥部に対してその輪郭、または面積を正確に抽出することが可能である。
【００４８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るパターン測定方法について、図５を参照して説明する。パターンの例としては、横方向に細長い所定の残しパターン７２の中央部に凹状の欠陥部７１を有する場合、欠陥部７１の形状、すなわち輪郭、及びその欠陥部の大きさ、すなわち面積を測定する場合について説明する。
【００４９】
この残しパターン７２は、逆の抜きパターン側を画像で見ると第１の実施の形態における残しパターンとほとんど同じパターンと見ることができる。従って、測定対象領域及び探索領域の設定は、図３及び図４（ａ）に示した上記第１の実施の形態の場合と全く同じあり、同一部分に同一符号を付し、この部分の説明を省略して、第１の実施の形態と異なるエッジ探索方向についてのみ説明する。
【００５０】
まず、図３及び図４（ａ）と全く同じ方法で、第１及び第２測定対象領域３４及び３５を設定し、更に第１乃至第３区画３６、３８及び３９、直線４０等を描いて、第１乃至第５探索領域４１乃至４５の設定を行った後、エッジ探索方向を、第１の実施の形態と全て反転とする。つまり、背景７３から残しパターン７２の輪郭に向かってできるだけ輪郭に対して垂直に近い角度とする。すなわち、パターン輪郭を抽出するために、第１及び第２探索領域４１及び４２の長方形においては、エッジ探索方向９１及び９２は、残しパターン７２に垂直に近くなるように、その第１及び第２探索領域４１及び４２の長辺に平行に、しかも画面下から上に向かう方向とする。
【００５１】
第３及び第４探索領域４３及び４４の扇形においては、エッジ探索方向９３及び９４は、第２及び第３区画３８及び３９の円周（点線９８、９９に重なる）からそれぞれの円の中心に至る逆放射状の方向とする。第５探索領域４５の半円形においては、エッジ探索方向９５は、その半円の中心７７から放射状の方向とする。これらの探索方向は、矢印で示すように、背景７３から残しパターン７２に向かう方向に統一されている。
【００５２】
なお、エッジ探索の始点の動きを見ると、点線９７に沿って画面水平に順次移動し、第１探索領域４１を探索し、終わると、点線９８に沿って始点を順次移動させ、中心７７に至るまで、第３探索領域４３の探索をし、次に中心７７をエッジ探索の始点として暫く第５探索領域４５の探索を行う。その後は点線９９に沿って始点を順次移動しつつ第４探索領域４４のエッジ探索を行い、終わると、最後は点線１００に沿って始点を順次移動させつつ第２探索領域４２をエッジ探索する。
【００５３】
この後は、第１の実施の形態と同じようにして、パターン輪郭が得られ、境界線となる直線が得られ、そして、目的の欠陥部７１の輪郭、または面積を算出することができる。
【００５４】
以上の第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、横方向に細長い残しパターンの中央部に発生した任意の形状の陥没を有する欠陥部に対して、あるいは、横方向に細長い抜きパターンの中央部に発生した任意の形状の突出を有する欠陥部に対して、その輪郭、または面積を正確に抽出することが可能である。
【００５５】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係るパターン測定方法について、図６を参照して説明する。本実施の形態では、上記第１実施の形態と同じく、横方向に細長い所定の残しパターン１１２の中央部に凹状（陥没）の欠陥部１１１が発生している残しパターンの輪郭及びその欠陥部の面積を測定する場合の例である。このパターンは、画像で見ると本来直線に近似されるような部分に浅い窪みが発生している。
【００５６】
本実施の形態においては、図３及び図４に示した上記第１の実施の形態と同一部分に同一符号を付し、この部分の説明を省略して、第１の実施の形態と異なるエッジ探索方向についてのみ説明する。
【００５７】
まず、図３及び図４（ａ）と全く同じ方法で、第１及び第２測定対象領域３４及び３５を設定し、更に第１乃至第３区画３６、３８及び３９、直線４０等を描いて、第１及び第２探索領域４１及び４２の設定を行う。更に、この実施の形態の場合は、第１の実施の形態における扇形の第３及び第４探索領域４３及び４４と半円形の第５探索領域４３とを置換した構成となる。つまり、欠陥部１１１の第５探索領域１２２は、第１の実施の形態の図３（ｂ）乃至（ｄ）に示す第２測定対象領域３５の円形と直線４０とで作る下半分の半円形とする。
【００５８】
なお、ここでは、欠陥部１１１の全体が第５探索領域内に含まれるため第１の実施の形態における扇形の第２及び第３探索領域４３及び４４は不要である。
【００５９】
そして、エッジ探索方向は、上記第１の実施の形態と同様に、背景１１３から残しパターン１１２に向かってできるだけ輪郭に対して垂直に近い角度で探索する。すなわち、パターン輪郭を抽出するために、第１及び第２探索領域４１及び４２の長方形においては、エッジ探索方向５１及び５２は、半導体パターン１１２に垂直に近くなるようにその探索領域４１及び４２の長辺に平行で画面上から下に向かう方向とする。
【００６０】
第５探索領域１２２の半円形においては、エッジ探索方向１２３は、半円の中心１１７から円周に至る放射状の方向とする。これらの探索方向は、矢印で示してあるように、背景１１３から残しパターン１１２に向かう方向に統一されている。
【００６１】
なお、エッジ探索の始点の動きを見ると、点線５７に沿って画面水平に順次移動し、第１探索領域４１を探索し、終わると、第５探索領域１２２の半円の中心に始点を移し、その終点を半円に沿って順次移動させる。その後は点線５９に沿って始点を順次移動させつつ第２探索領域４２をエッジ探索する。
【００６２】
この後は、第１の実施の形態と同様に、パターン輪郭を得、境界線となる直線が得られ、そして、欠陥部１１１の輪郭、またはその面積を算出する。
【００６３】
以上のような第３の実施の形態によれば、測定対象領域内を第１、２及び第５探索領域の３つに分割し、しかもパターンの輪郭に対して垂直になるように探索しており、残しパターンの中央部に任意の陥没を有する欠陥部に対してその輪郭、または面積を正確に抽出することが可能である。
【００６４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係るパターン測定方法について、図７を参照して説明する。本実施の形態では、縦方向（垂直方向）に細長い残しパターン１３２の中央部に突状の欠陥部１３１を有する残しパターンにおける欠陥部の輪郭及び面積を測定する例である。このパターンは、第１の実施の形態と同様な残しパターンが、反時計回りに９０度回転した関係にあるので、図７には図３及び図４に対応する参照番号に１００を加えた新たな参照番号を付して構成を示してある。
【００６５】
図７において、第１及び第２測定対象領域１３４及び１３５は、図３（ｄ）の第１及び第２測定対象領域３４及び３５に、また、第１、２、及び３区画１３６、１３８、及び１３９は、図３（ｄ）の第１、２及び３区画３６、３８、及び３９、また、第１乃至第５探索領域１４１乃至１４５は、図４（ａ）の第１乃至第５探索領域４１乃至４５に対応している。また、各探索領域１４１乃至１４５におけるエッジ探索方向１５１乃至１５５は、図４（ｂ）の第１乃至第５探索領域４１乃至４５におけるエッジ探索方向５１乃至５５に対応しており、図３（ｄ）及び図４（ｂ）を９０度反時計回りに回転した状態となっている。
【００６６】
以上のようにして、第１の実施の形態と同様に、パターンの輪郭を得、境界線となる直線が得られ、そして、欠陥部１３１の輪郭、または面積を算出する。
【００６７】
本実施の形態は、第１の実施の形態を反時計回りに９０度回転した位置関係にあるパターンのエッジ輪郭を抽出する場合であるが、任意の角度の回転であっても、その任意の角度だけ回転して、測定対象領域、探索領域を設定し、エッジ探索方向を決めて探索を行えば、同様に欠陥部の輪郭または面積を得ることができる。
【００６８】
一方、画像の方を回転して、第１の実施の形態と同様な位置関係に置いて、第１の実施の形態と同じ測定対象領域、探索領域を設定し、エッジ探索方向を決めて探索を行っても、同様な欠陥部の輪郭または面積を得ることができる。
上述した本発明の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、縦方向または傾斜した細長い残しパターンの中央部に任意の凸形状を有する欠陥部に対しても、その輪郭、または面積を正確に抽出することが可能である。
【００６９】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係るパターン測定方法について、図８及び図９を参照して説明する。パターンの例としては、横方向に細長い所定の残しパターン２３２の角部に突出した欠陥部２３１を有する残しパターン２３２で、背景２３３と残しパターン２３２及び欠陥部２３１との間には、画像の明るさに差があるパターンの欠陥部２３１の形状、すなわち輪郭、またはその欠陥部２３１の大きさ、すなわち面積を測定する場合について説明する。
【００７０】
まず、図８（ａ）に示すように、図１の画像取得部２で取得して、記憶部１９に収納された測定対象の欠陥部２３１を含んだ、残しパターン２３２の画像を表示部２０に表示して、測定に適する大きさに調節する。
【００７１】
次に、図８（ｂ）に示すように、表示された画像に対して、マウスカーソルを使用して、矩形からなる第１測定対象領域２３４を残しパターン２３２の一部及び欠陥部２３１を適切に含むように指定する。
【００７２】
引き続いて、図８（ｃ）に示すように、第１測定対象領域２３４の中の、欠陥部２３１が付加された部分を内部に含むように、円からなる第２測定対象領域２３５を、マウスカーソルのドラッグによって指定する。
【００７３】
次に、図８（ｄ）に示すように、円形の第１測定対象領域２３５を基準として、その円に外接する矩形の第１区画２３６を形成する。更にその矩形の第１区画２３６に対角線２３７及び２３８を形成する。この２つの対角線２３７及び２３８の交点は、円形の第２測定対象領域２３５の中心２３９と一致する。
【００７４】
そして、図９（ａ）に示すように、第１区画２３６における矩形の隣合う辺２４６及び２４７を延長してハッチングを施した長方形の第１及び第２探索領域２４１及び２４５と、第１区画２３６の隣合う２つの辺２４６及び２４７と対角線２３７、２３８とで作る三角形の第３及び第４探索領域２４２及び２４４と、第１区画２３６の隣合う他の２辺と対角線２３８とで作る三角形内において、第２測定対象領域２３５と対角線２３８とで作る半円形の第５探索領域２４３とに分割する。
【００７５】
次に、図９（ｂ）に示すように、パターン輪郭を抽出するために、第１及び第２探索領域２４１及び２４５においては、エッジ探索方向２５１及び２５５は、残しパターン２３２の輪郭に垂直になるように、それぞれ第１及び第２探索領域２４１及び２４５の矩形の辺２４６及び２４７に平行で、画面上から下、または画面右から左に向かう方向とする。第３及び第４探索領域２４２及び２４４においては、エッジ探索方向２５２及び２５４は、各々の三角形の頂点から対角線２３７に至る放射状の方向とする。第５探索領域２４３においては、エッジ探索方向２５３は、円形の外周から中心２３９に至る逆放射状の方向とする。これらの探索方向は、矢印で示すように、背景２３３から残しパターン２３２または欠陥部２３１に向かう方向に統一されている。
【００７６】
なお、エッジ探索の始点の動きを見ると、点線２５７に沿って画面水平に順次移動し、第１探索領域２４１を探索し、終わると、第３探索領域２４２の三角形の頂点を始点として第３探索領域２４２の探索を行う。その後は点線２５８に沿って始点を順次移動しつつ第５探索領域２４３のエッジ探索を行い、終わると、第４探索領域２４４の三角形の頂点を始点として第４探索領域２４４の探索を行う。そして、最後は点線２５９に沿って始点を順次移動させつつ第２探索領域２４５をエッジ探索する。
【００７７】
ここで、エッジ探索は、各探索方向に対して画素の濃淡値を調べていき、例えば、濃淡値がその最大値と最小値の差の５０％となる位置の内、始点に最も近い側となる座標と決めた。なお、ここでは、濃淡値の最大値と最小値の差の５０％をエッジと定義したが、例えば、パターンの形状を断面観察等の結果と比較して、エッジ位置に対応する値を定義することができる。その場合、濃淡値の最大値と最小値の差の５０％以外の割合が適当であるとしても差し支えない。
【００７８】
また、探索方向の間隔、あるいは始点の移動の間隔、あるいは終点の移動の間隔は、パターンの複雑さ、求める精度、測定時間等を鑑みて最適な設定が可能である。
【００７９】
このようにして、欠陥部２３１を含む残しパターン２３２部位のエッジ点列を抽出する。更に、図９（ｃ）に示すように、抽出されたエッジ点列のうち、第１及び第２探索領域２４１及び２４５に含まれる点列に対して、それぞれ、境界線となる直線２６０ａ、２６０ｂへの当てはめを行ない、一方、第３乃至第５探索領域２４２乃至２４４に含まれる点列を結んで曲線２６１からなるパターン輪郭を得る。
【００８０】
その結果、図９（ｄ）に示すように、この曲線２６１と直線２６０ａ、２６０ｂで囲まれた領域が欠陥部２３１の輪郭となり、この輪郭から欠陥部２３１の面積２６２を算出する。
【００８１】
以上のような第５の実施の形態によれば、測定対象領域内を第１乃至第５探索領域の５つに分割し、しかもパターンの輪郭に対して垂直に近くなる方向に探索しており、残しパターンの角部に任意の凸形状を有する欠陥部に対してその輪郭、または面積を正確に抽出することが可能である。
【００８２】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態に係るパターン測定方法について、図１０を参照して説明する。本実施の形態では、上記第５の実施の形態と同じく、横方向に細長い所定の残しパターン３３２の角部に凹状（陥没）の欠陥部３３１を有する残しパターン３３２で、背景３３３と残しパターン３３２及び欠陥部３３１との間には、画像の明るさに差があるパターンの欠陥部３３１の形状、すなわち輪郭、またはその欠陥部２３１の大きさ、すなわち面積を測定する場合について説明する。
【００８３】
本実施の形態においては、図８及び図９に示した上記第５の実施の形態と同一部分に同一符号を付し、この部分の説明を省略して、第５の実施の形態と異なるエッジ探索方向についてのみ説明する。
【００８４】
まず、図８及び図９（ａ）と全く同じ方法で、第１及び第２測定対象領域２３４及び２３５を設定し、更に第１区画２３６、対角線２３７及び２３８等を画いて、第１及び第２探索領域２４１及び２４５の設定を行う。更に、この実施の形態の場合は、第５の実施の形態における半円形の第５探索領域２４３を対角線２３８に対して線対称な位置に置いた構成となる。つまり、欠陥部３３１の第５探索領域３４３は、第５の実施の形態の図９（ａ）に示す第３及び第４測定対象領域２４２及び２４４の三角形の２辺に接した半円形とする。
【００８５】
なお、ここでは、欠陥部３３１の全体が第５探索領域内に含まれるため第５の実施の形態における三角形の第３及び第４探索領域２４２及び２４４に相当する探索領域は不要である。
【００８６】
そして、エッジ探索方向は、上記第５の実施の形態と同様に、背景３３３から残しパターン３３２に向かってできるだけ輪郭に対して垂直に近い角度で探索する。すなわち、パターン輪郭を抽出するために、第１及び第２探索領域２４１及び２４５の長方形においては、エッジ探索方向２５１及び２５５は、残しパターン３３２に垂直に近くなるようにその探索領域２４１及び２４５の長辺に平行で画面上から下、または画面右から左に向かう方向とする。
【００８７】
第５探索領域３４３の半円形においては、エッジ探索方向３５３は、半円の中心２３９から円周に至る放射状の方向とする。これらの探索方向は、矢印で示してあるように、背景から残しパターンに向かう方向に統一されている。
【００８８】
なお、エッジ探索の始点の動きを見ると、点線２５７に沿って画面水平に順次移動し、第１探索領域２４１を探索し、終わると、第５探索領域３４３の半円の中心に始点を移し、その終点を半円に沿って順次移動させる。その後は点線２５９に沿って始点を順次移動させつつ第２探索領域２４５をエッジ探索する。
【００８９】
この後は、第５の実施の形態と同様に、パターン輪郭を得、境界線となる直線が得られ、そして、欠陥部３３１の輪郭、またはその面積を算出する。
【００９０】
以上のような第６の実施の形態によれば、測定対象領域内を第１、２及び第５探索領域の３つに分割し、しかもパターンの輪郭に対して垂直に近くなる方向に探索しており、残しパターンの角部に任意の陥没を有する欠陥部に対してその輪郭、または面積を正確に抽出することが可能である。
【００９１】
第５または第６の実施の形態において、所定の残しパターンの角部に欠陥部を有する例を示したが、パターンが抜きパターンか残しパターンかの違い、欠陥部が陥没か突出かの違いにより、上述した所定の残しパターンの中央部に欠陥部が発生している例と同様に、測定対象領域、探索領域を設定し、エッジ探索方向を決めて探索を行うことにより、欠陥部の輪郭、または面積を算出できる。
【００９２】
また、縦方向、または傾斜した半導体パターンに欠陥部が形成されている場合には、上述したように、測定対象領域、探索領域を９０度または傾斜角度分、回転して設定し、エッジ探索方向を決めて探索を行えばパターンの欠陥部の輪郭、または面積を得ることができる。一方、画像を回転して、本実施の形態と同様な位置関係に測定対象領域、探索領域を設定し、エッジ探索方向を決めて探索を行っても、同様な欠陥部の輪郭、または面積を得ることができる。
【００９３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００９４】
例えば、本実施の形態においては、閾値法によるエッジ決定法を採用したが、これはエッジの状態によって適時変更が可能である。すなわちルーフエッジ画像に対してはピーク位置をエッジと定義すれば良く、ステップエッジ画像に対しては探索方向に沿って濃淡値の微分を計算し、その絶対値が最大となる位置と定義して決定しても良い。その他、各種の二次元フィルタとの併用も勿論可能である。
【００９５】
また、本実施の形態においては、パターン画像取得をＳＥＭにより行なったが、これに限らず光学顕微鏡や他の走査型プローブ顕微鏡等を用いた画像に対しても本発明を適用することができることはいうまでもない。
【００９６】
更に、本発明は、単に欠陥部の定量に用いるのみならず、予め幾何学的に複雑な形状となるように設計された半導体パターンの局所的な定量化にも用いることができる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、所定パターンの任意の位置に発生した任意の形状を有する欠陥部に対してその輪郭、または面積を正確に抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパターン測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るパターン測定装置における測定の概略手順を示すフローチャート。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るパターン測定方法の概略手順を示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るパターン測定方法の概略手順を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るパターン測定方法の概略を示す図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るパターン測定方法の概略を示す図。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係るパターン測定方法の概略を示す図。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るパターン測定方法の概略手順を示す図。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係るパターン測定方法の概略手順を示す図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係るパターン測定方法の概略を示す図。
【符号の説明】
１  パターン測定装置
２  画像取得部
３  画像処理部
５  電子光学形
１０  電子銃
１１  電子ビーム
１２  サンプル
１３  ステージ
１４  電子光学系
１５  制御部
１６  二次電子信号検出部
１７  信号増幅部
１８  コンピュータ
１９  記憶部
２０  表示部
２１  入力装置
２１ａ  キーボード
２１ｂ  マウス
３１、７１、１１１、１３１、２３１、３３１  欠陥部
３２、７２、１１２、１３２、２３２、３３２  残しパターン
３３、７３、１１３、１３３、２３３、３３３  背景
３４、１３４、２３４  第１測定対象領域
３５、１３５、２３５  第２測定対象領域
３６、１３６、２３６  第１区画
３７、７７、１１７、１３７、２３９  中心
３８、１３８  第２区画
３９、１３９  第３区画
４０、１４０  第２直線
４１、１４１、２４１  第１探索領域
４２、１４２、２４５  第２探索領域
４３、１４３、２４２  第３探索領域
４４、１４４、２４４  第４探索領域
４５、１２２、１４５、２４３、３４３  第５探索領域
４９、１４９  第１直線
５１、５２、５３、５４、５５、９１、９２、９３、９４、９５、１２３、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、３５３  エッジ探索方向
５７、５８、５９、９７、９８、９９、１００、１５７、１５８、１５９、２５７、２５８、２５９  点線
６０、２６０ａ、２６０ｂ  直線
６１、２６１  曲線
６２、２６２  面積
２３７、２３８  対角線
２４６、２４７  辺
【図１】
2004356446.tif 000003
【図２】
2004356446.tif 000004
【図３】
2004356446.tif 000005
【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】
2004356446.tif 000011
【図１０】
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