(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線式寸法計測装置を用いて寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンの
寸法を計測する方法であって、
予め、前記寸法計測対象試料と同種のサンプル試料に前記寸法計測対象試料の寸法計測対象パターンと同一製造プロセスで形成されたサンプルパターンを計測レシピに基づいて前記電子線式寸法計測装置を用いて撮像してサンプルパターン信号を取得し、該取得されるサンプルパターン信号を基に１次元若しくは２次元のサンプル信号波形を形成し、該形成されたサンプル信号波形から前記サンプルパターンの寸法を計測して登録すると共に前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置の部分波形をサンプル登録波形として登録しておく信号波形登録過程と、
前記寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンを前記計測レシピに基づいて
前記電子線式寸法計測装置を用いて撮像して寸法計測対象パターン信号を取得し、該取得
される寸法計測対象パターン信号を基に１次元若しくは２次元の計測対象信号波形を形成
し、該形成された計測対象信号波形における左右それぞれのエッジ位置の波形に対して前記信号波形登録過程で登録しておかれた前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のサンプル登録波形の相関値が最大となるように前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置をずらして波形照合を行い、該行われた波形照合結果による前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のずらし量の情報と前記サンプルパターンの寸法の情報とに基づき前記寸法計測対象パターンの寸法値を算出する寸法算出過程とを有することを特徴とする電子線式寸法計測装置を用いた寸法計測方法。
【請求項２】
電子線式寸法計測装置を用いて寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンの
寸法を計測する方法であって、
予め、寸法計測対象試料と同種のサンプル試料に前記寸法計測対象試料の寸法計測対象パターンと同一製造プロセスで形成されたサンプルパターンを計測レシピに基づいて前記電子線式寸法計測装置を用いて撮像してサンプルパターン信号を取得し、該取得されるサンプルパターン信号を基に１次元若しくは２次元のサンプル信号波形を形成し、該形成されたサンプル信号波形から前記サンプルパターンの寸法を計測して登録すると共に前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置の部分波形をサンプル登録波形として登録しておく信号波形登録過程と、
前記寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンを前記計測レシピに基づいて
前記電子線式寸法計測装置を用いて撮像して寸法計測対象パターン信号を取得し、該取得
される寸法計測対象パターン信号を基に複数箇所での１次元若しくは２次元の計測対象信
号波形を形成し、該形成された複数箇所での計測対象信号波形における左右それぞれのエッジ位置の波形に対して前記信号波形登録過程で登録しておかれた前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のサンプル登録波形との波形照合を行い、該行われた波形照合結果による前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のずらし量の情報と前記サンプルパターンの寸法の情報とに基づき前記複数箇所での寸法計測対象パターンの寸法値を算出し、該算出した寸法計測対象パターンの寸法値の前記複数箇所におけるばらつきに基づき、前記寸法計測対象パターンのエッジラフネス量を算出する寸法算出過程とを有することを特徴とする電子線式寸法計測装置を用いた寸法計測方法。
【請求項３】
前記寸法算出過程において、前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形
が、更に前記サンプル信号波形に対してフィルタリング処理により算出される近似波形に
おける部分波形であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線式寸法計測装置
を用いた寸法計測方法。
【請求項４】
前記寸法算出過程において、前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形
が、更に前記サンプル信号波形に対して関数当てはめにより算出される近似波形における
部分波形であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線式寸法計測装置を用い
た寸法計測方法。
【請求項５】
前記寸法算出過程において、更に前記サンプル信号波形に対してフィルタサイズを変え
たフィルタリング処理により複数の近似波形を算出し、該算出された複数の近似波形の部
分波形を前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形とし、前記波形照合が
行なわれた波形照合結果として、前記複数の近似波形の部分波形と前記計測対象信号波形
との複数の波形照合結果のうち最も良く照合した波形照合結果であることを特徴とする請
求項１または２に記載の電子線式寸法計測装置を用いた寸法計測方法。
【請求項６】
前記寸法算出過程において、更に前記サンプル信号波形に対して関数当てはめにより近
似波形を算出し、さらに座標変換により該近似波形を縮小又は拡大して複数の縮小又は拡
大波形を算出し、該算出して得た複数の縮小又は拡大波形の部分波形を前記計測対象信号
波形と波形照合されるサンプル登録波形とし、前記波形照合が行なわれた波形照合結果と
して、前記複数の縮小又は拡大波形の部分波形と前記計測対象信号波形との複数の波形照
合結果のうち最も良く照合した波形照合結果であることを特徴とする請求項１または２に
記載の電子線式寸法計測装置を用いた寸法計測方法。
【請求項７】
寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンの寸法を計測する電子線式寸法計
測装置であって、
計測レシピ設定部と、
予め、前記寸法計測対象試料と同種のサンプル試料に前記寸法計測対象試料の寸法計測対象パターンと同一製造プロセスで形成されたサンプルパターンを前記計測レシピ設定部で設定された計測レシピに基づいて撮像してサンプルパターン信号を取得し、該取得されるサンプルパターン信号を基に１次元若しくは２次元のサンプル信号波形を形成し、該形成されたサンプル信号波形から前記サンプルパターンの寸法と前記サンプルパターンの左右のエッジ位置の部分波形をサンプル登録波形として登録しておく信号波形登録部と、
前記寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンを前記計測レシピ設定部で設
定された計測レシピに基づいて撮像して寸法計測対象パターン信号を取得し、該取得され
る寸法計測対象パターン信号を基に１次元若しくは２次元の計測対象信号波形を形成し、
該形成された計測対象信号波形における左右それぞれのエッジ位置の波形に対して前記信号波形登録部で登録しておかれた前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のサンプル登録波形の相関値が最大となるように前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置をずらして波形照合を行い、該行われた波形照合結果による前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のずらし量の情報と前記サンプルパターンの寸法の情報とに基づき前記寸法計測対象パターンの寸法値を算出する寸法算出部とを備えたことを特徴とする電子線式寸法計測装置。
【請求項８】
寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンの寸法を計測する電子線式寸法計
測装置であって、
計測レシピ設定部と、
予め、寸法計測対象試料と同種のサンプル試料に前記寸法計測対象試料の寸法計測対象パターンと同一製造プロセスで形成されたサンプルパターンを前記計測レシピ設定部で設定された計測レシピに基づいて撮像してサンプルパターン信号を取得し、該取得されるサンプルパターン信号を基に１次元若しくは２次元のサンプル信号波形を形成し、該形成されたサンプル信号波形から前記サンプルパターンの寸法と前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置の部分波形をサンプル登録波形として登録しておく信号波形登録部と、
前記寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンを前記計測レシピ設定部で設
定された計測レシピに基づいて撮像して寸法計測対象パターン信号を取得し、該取得され
る寸法計測対象パターン信号を基に複数箇所での１次元若しくは２次元の計測対象信号波
形を形成し、該形成された複数箇所での計測対象信号波形における左右それぞれのエッジ位置の波形に対して前記信号波形登録部で登録しておかれた前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のサンプル登録波形との波形照合を行い、該行われた波形照合結果による前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のずらし量の情報と前記サンプルパターンの寸法の情報とに基づき前記複数箇所での寸法計測対象パターンの寸法値を算出し、該算出した寸法計測対象パターンの寸法値の前記複数箇所におけるばらつきに基づき、前記寸法計測対象パターンのエッジラフネス量を算出する寸法算出部と、
該寸法算出部で算出されたエッジラフネス量を表示する表示手段とを備えたことを特徴
とする電子線式寸法計測装置。
【請求項９】
前記寸法算出部において、前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形が
、更に前記サンプル信号波形に対してフィルタリング処理により算出される近似波形にお
ける部分波形であることを特徴とする請求項７または８に記載の電子線式寸法計測装置。
【請求項１０】
前記寸法算出部において、前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形が
、更に前記サンプル信号波形に対して関数当てはめにより算出される近似波形における部
分波形であることを特徴とする請求項７または８に記載の電子線式寸法計測装置。
【請求項１１】
前記寸法算出部において、更に前記サンプル信号波形に対してフィルタサイズを変えた
フィルタリング処理により複数の近似波形を算出し、該算出された複数の近似波形の部分
波形を前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形とし、前記波形照合が行
なわれた波形照合結果として、前記複数の近似波形の部分波形と前記計測対象信号波形と
の複数の波形照合結果のうち最も良く照合した波形照合結果であることを特徴とする請求
項７または８に記載の電子線式寸法計測装置。
【請求項１２】
前記寸法算出部において、更に前記サンプル信号波形に対して関数当てはめにより近似
波形を算出し、さらに座標変換により該近似波形を縮小又は拡大して複数の縮小又は拡大
波形を算出し、該算出して得た複数の縮小又は拡大波形の部分波形を前記計測対象信号波
形と波形照合されるサンプル登録波形とし、前記波形照合が行なわれた波形照合結果とし
て、前記複数の縮小又は拡大波形の部分波形と前記計測対象信号波形との複数の波形照合
結果のうち最も良く照合した波形照合結果であることを特徴とする請求項７または８に記
載の電子線式寸法計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線で半導体装置等の試料を走査し、試料が発生する二次電子信号、あるいは反射電子信号等、パターンの形状を反映した信号波形を用いてパターンの寸法を計測する電子線式寸法計測装置（測長ＳＥＭ装置）及びそれを用いた寸法計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に述べられているように、半導体製造工程でのパターン寸法管理には、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を半導体専用に特化した測長ＳＥＭが用いられている。測長ＳＥＭの原理は、電子銃から放出された電子ビームを収束レンズで細く絞り、走査コイルにより試料上を２次元的に走査し、該電子ビームの照射によって試料から発生した二次電子を検出器で捕らえることで、電子線像が得られる。二次電子はパターンエッジ部でより多く発生するため、電子線像は、パターンエッジに相当する部分が明るい画像となる。このように、測長ＳＥＭでは、電子線像上でのエッジ間距離に画素サイズを乗じることにより寸法を求める。
【０００３】
ところで、エッジ位置を自動検出するための種々の方法が提案されているが、ここでは代表的な二つの方法について述べる。
（１）しきい値法
しきい値法の考え方は、特許文献１に示されている。図１のように、左右のパターンエッジに相当する信号量の大きい部分を、それぞれ左ホワイトバンド（左ＷＢ）、右ホワイトバンド（右ＷＢ）と呼ぶことにする。しきい値法は、左右ＷＢそれぞれで、Ｍａｘ値、Ｍｉｎ値を求め、これらを所定の比率で内分するしきい値レベルを算出し、しきい値を信号波形が横切るポジションをエッジ位置として検出し、左右エッジ間の距離を寸法（ＣＤ値）とする。
（２）関数当てはめ法
関数当てはめ法は、信号波形に対して所定の関数をフィッティングし、関数上の所定ポイントをエッジ位置とする方法である。例えば、非特許文献２には、次の（１）式に示すシグモイド関数を用いた方法が述べられている。
【０００４】
【数１】
0004791141.tif 000002
【０００５】
ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｘ0はパラメータであり、最小二乗法により信号波形と最もフィッティングする値を求める。シグモイド関数は図２のように上下が平らな変形Ｓ字カーブである。フィッティングが可能なのは、ＷＢの片側だけなので、最小二乗法でパラメータを算出するにあたっては、フィッティングする信号波形の領域を適正に設定する必要がある。ｘ0は最大値と最小値の中間値を持つ位置に相当し、通常このｘ0をエッジ位置とする。左右それぞれのＷＢにてエッジ位置を検出し、その距離を寸法（ＣＤ値）とする。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−７２８０７号公報
【非特許文献１】社団法人  日本半導体製造装置協会（ＳＥＡＪ）  平成15年度半導体製造装置技術ロードマップに関する調査研究報告書第５編計測
【非特許文献２】J. S. Villarrubia、 A. E. Vladar、 T. Postek、 “A Simulation Study of Repeatability and Bias in the CD-SEM、” Proc. SPIE 5038、 pp. 138-149 (200３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電子ビームの照射によってダメージを受けやすい試料がある。近年半導体露光の主流となっているＡｒＦ露光用のフォトレジストはその典型的な例で、電子ビームの照射によってシュリンクする特性を有す。電子線式寸法計測装置には計測精度と共に、シュリンク量の低減が求められている。シュリンク量の低減には、基本的に照射する電子ビームエネルギー量を小さくすることが有効で、結果として、図３（ｂ）に示すようなＳ／Ｎの非常に低い信号波形を用いた寸法計測が必要となる。なお、図３（ａ）には電子ビームエネルギー量を大きくした場合のＳ／Ｎの高い電子線像を示す。そのため、Ｓ／Ｎの低い信号波形で、いかに高い計測精度を得るかが課題である。なお、寸法計測装置においては精度を再現性で表現するのが一般的であるため、以下、再現性という言葉を用いることにする。
【０００８】
ところで、（１）しきい値法と（２）関数当てはめ法をＳ／Ｎの低い信号波形に適用した場合の課題について以下に説明する。
（１）しきい値法
Ｓ／Ｎが低い、例えば図３（ｂ）に示したような信号波形に対してしきい値法を適用した場合、精度の高い計測が困難なのは明らかである。ノイズの現れ方はランダムなので、同じ試料を計測してもＭａｘ値、Ｍｉｎ値は計測するつど異なった値となり、しきい値レベルが変動する。さらに、しきい値が信号波形を横切るポジションもノイズの影響でばらつく。この両方の効果により、再現性の低下は免れない。図４のように平滑化のオペレータサイズを大きくすればＳ／Ｎは改善するが、信号波形が鈍り、正しいエッジ位置を計測していることにならないという課題がある。
（２）関数当てはめ法
関数当てはめ法は、しきい値法に比べれば、ノイズに対してロバストである。しきい値法はＭａｘ値、Ｍｉｎ値、しきい値を横切る信号波形のポジションのいずれもが、ノイズによる局所的な信号波形変化の影響をもろに受けるのに対し、関数当てはめ法は、図２に示すように信号波形のより広い領域が全体としてフィットするようパラメータが決定されるので、局所的な信号波形変化の影響を受けづらい。しかし、高い再現性が得られるのは、用いる関数が信号波形を良く表現している場合に限られ、信号波形が関数と乖離している場合には、大きな誤差が生じかねない。実際、発明者らが行った、しきい値法、シグモイド関数による関数当てはめ法の再現性を様々な試料にて比較する実験においても、関数当てはめ法の再現性が、しきい値法を下回るという結果であった。
【０００９】
シグモイド関数は、上下点対称であるが、信号波形は一般に上下点対称ではない。また、前述のように、シグモイド関数を用いる場合、フィッティングする信号波形の領域を設定する必要があり、領域設定の誤差も再現性を悪くした一因と考えられる。別の関数を導入すれば再現性が向上する可能性もあるが、信号波形の形は様々なバリエーションがあり、全てを網羅する関数を準備するのは困難である。
【００１０】
本発明の目的は、ＡｒＦ露光用のフォトレジスト等、低Ｓ／Ｎの信号波形による寸法計測が必要な試料においても、精度の高い寸法計測を実現する電子線式寸法計測装置及びそれを用いた寸法計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明は予め、電子線式寸法計測装置（測長ＳＥＭ装置）及びそれを用いた寸法計測方法において、寸法計測対象試料と同種の試料から得たサンプル信号波形（あるいは画像）の部分波形（あるいは部分画像）をレシピのテンプレートして登録しておき、寸法計測対象試料の信号波形（あるいは画像）とサンプル登録波形との波形照合を行い、該波形照合結果に基づき寸法計測対象パターンの寸法値を算出するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明は、  電子線式寸法計測装置(側長ＳＥＭ装置)を用いて寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンの寸法を計測する方法であって、予め、前記寸法計測対象試料と同種のサンプル試料に前記寸法計測対象試料の寸法計測対象パターンと同一製造プロセスで形成されたサンプルパターンを計測レシピに基づいて前記電子線式寸法計測装置を用いて撮像してサンプルパターン信号を取得し、該取得されるサンプルパターン信号を基に１次元若しくは２次元のサンプル信号波形を形成し、該形成されたサンプル信号波形から前記サンプルパターンの寸法を計測して登録すると共に前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置の部分波形をサンプル登録波形として登録しておく信号波形登録過程と、前記寸法計測対象試料に形成された寸法計測対象パターンを前記計測レシピに基づいて前記電子線式寸法計測装置を用いて撮像して寸法計測対象パターン信号を取得し、該取得される寸法計測対象パターン信号を基に１次元若しくは２次元の計測対象信号波形を形成し、該形成された計測対象信号波形における左右それぞれのエッジ位置の波形に対して前記信号波形登録過程で登録しておかれた前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のサンプル登録波形の相関値が最大となるように前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置をずらして波形照合を行い、該行われた波形照合結果による前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のずらし量の情報と前記サンプルパターンの寸法の情報とに基づき前記寸法計測対象パターンの寸法値を算出する寸法算出過程とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記波形照合過程において、取得される寸法計測対象パターン信号を基に複数箇所での１次元若しくは２次元の計測対象信号波形を形成し、該形成された複数箇所での計測対象信号波形における左右それぞれのエッジ位置の波形に対して前記信号波形登録過程で登録しておかれた前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のサンプル登録波形との波形照合を行い、前記寸法算出過程において、前記波形照合過程で行われた波形照合結果による前記サンプルパターンの左右それぞれのエッジ位置のずらし量の情報と前記サンプルパターンの寸法の情報とに基づき前記複数箇所での寸法計測対象パターンの寸法値を算出し、該算出した寸法計測対象パターンの寸法値の前記複数箇所におけるばらつきに基づき、前記寸法計測対象パターンのエッジラフネス量を算出することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記波形照合過程において、前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形が、更に前記サンプル信号波形に対してフィルタリング処理により算出される近似波形における部分波形であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記波形照合過程において、前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形が、更に前記サンプル信号波形に対して関数当てはめにより算出される近似波形における部分波形であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記波形照合過程において、更に前記サンプル信号波形に対してフィルタサイズを変えたフィルタリング処理により複数の近似波形を算出し、該算出された複数の近似波形の部分波形を前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形とし、前記寸法算出過程において、前記波形照合過程で行なわれた波形照合結果として、前記複数の近似波形の部分波形と前記計測対象信号波形との複数の波形照合結果のうち最も良く照合した波形照合結果であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記波形照合過程において、更に前記サンプル信号波形に対して関数当てはめにより近似波形を算出し、さらに座標変換により該近似波形を縮小又は拡大して複数の縮小又は拡大波形を算出し、該算出して得た複数の縮小又は拡大波形の部分波形を前記計測対象信号波形と波形照合されるサンプル登録波形とし、前記寸法算出過程において、前記波形照合過程で行なわれた波形照合結果として、前記複数の縮小又は拡大波形の部分波形と前記計測対象信号波形との複数の波形照合結果のうち最も良く照合した波形照合結果であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、局所的な波形変化の影響を受けやすいしきい値法の弱点と、信号波形を良く表現しない関数だと計測誤差が生じる関数当てはめ法の弱点を克服するものである。信号波形間の照合による寸法計測なので、計測に関わる信号波形の領域が広い分、局所的な信号波形変化を受けづらい。また、関数の代わりに、寸法計測対象と同種の実際の試料から得た信号波形を用いるため、波形の不適合の問題がない。同種の試料とは、同一製造プロセスによる試料の意である。半導体製造プロセスが安定していれば、同一製造プロセスによる試料（ウエハ）の断面形状には大きな差はなく、従って、信号波形も似通っているのが普通である。よって、関数当てはめ法に比べてリスクが小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、各種の荷電粒子線装置（ＳＥＭ、ＦＩＢ等）に適用可能であるが、以下の実施の形態では代表として電子線式寸法計測装置を対象に説明する。半導体製造工程でのパターン寸法管理には、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を半導体専用に特化した測長ＳＥＭが用いられている。図５には本発明に係る測長ＳＥＭの原理を示す。測長ＳＥＭは、電子光学系１、ステージ機構系２、ウエハ搬送系（図示せず）、真空排気系（図示せず）、光学顕微鏡３、制御系４および信号処理系５より構成される。電子光学系１は、電子銃９、収束レンズ１０、対物レンズ１１、検出器１２、ブランキング制御電極（図示せず）、偏向器１３、ウエハ１５から発生する２次電子を上記検出器１２に向けるＥＸＢ（図示せず）、ウエハ高さ検出器１４より構成される。ステージ機構系２は、ＸＹステージ（図示せず）、ウエハ１５を載置するためのホルダ２１、ホルダ２１及びウエハ１５に負の電圧を印加するリターディング電源（図示せず）より構成される。制御系４は、ビーム偏向補正制御部４１、信号検出系制御部（Ａ／Ｄ変換部も含む）４２、ブランキング制御部（図示せず）、電子光学系制御部４３、ウエハ高さセンサ検出系４４、機構・ステージ制御部４５より構成される。
【００２０】
信号処理部５は、図８に示す計測レシピ（撮像レシピ）を設定する計測レシピ設定部５１１、図６及び図９に示す処理フローを実行する信号波形登録部５１２、並びに図７及び図１０に示す処理フローを実行する寸法算出部５１３を有するＣＰＵ部５１、入出力等の操作を行う操作部５２、寸法計測対象試料と同一製造プロセスのサンプル試料から取得されるＳＥＭ画像や寸法計測対象試料から取得されるＳＥＭ画像等を記憶する画像メモリ５３、ウエハ上のチップ及びパターンの配列情報、撮像するレシピ条件並びに取得させるＳＥＭ画像（具体的にはＷＢ（Ｗｈｉｔｅ  Ｂａｎｄ）や作成された信号波形や信号波形の照合等）等のＧＵＩ（Graphical User Interface）画面を表示するディスプレイ（表示装置）５４、計測レシピ設定部５１１で設定された計測レシピ情報、信号波形登録部５１２で算出されたｃｄ値や切り出された部分信号波形、並びに寸法算出部５１３で算出されたライン幅のＣＤ値やホール寸法のＣＤ値、並びにラインエッジラフネスＬＥＲ（Ｌ）、（Ｒ）の値（Ｍ箇所のエッジ検出箇所のばらつき（標準偏差））やラフネスＬＷＲの値（Ｍ個のＣＤ値のばらつき（標準偏差））などが記憶（登録）される記憶装置５５より構成される。そして、画像メモリ５３や記憶装置５５に記憶された画像や各種データが操作部５２の操作によりＧＵＩ等を介して出力されることになる。なお、測長ＳＥＭを用いて大量の計測を行う場合、計測のための一連の動作、例えばウエハの種類に応じてウエハのレイアウト、計測箇所の座標、計測条件などを記述したレシピと呼ばれる自動計測用ファイル５６を作成しておくことが好ましい。
【００２１】
電子銃９から放出された電子ビームは収束レンズ１０で細く絞られ、偏向器（走査コイル）１３により試料１５上を２次元的に走査される。電子ビーム照射によって試料１５から発生した二次電子（パターン信号）を検出器１２で捕らえることで、電子線像が得られる。二次電子（パターン信号）はパターンエッジ部でより多く発生するため、電子線像は、パターンエッジに相当する部分が明るい画像となる。電子線像の倍率は、計測レシピ（撮像レシピ）として、ＣＲＴ上の走査幅（一定）と、試料上の電子ビームの走査幅（可変）の比で任意に変えられる。測長ＳＥＭでは、電子線像上でのラインパターン寸法（エッジ間距離）１に画素サイズｐを乗じることによりラインパターン寸法Ｓ（Ｓ＝ｌ×ｐ）を求める。
【００２２】
ところで、近年半導体露光の主流となっているＡｒＦ露光用のフォトレジストは、電子ビームの照射によってシュリンクする特性を有する。そのため、測長ＳＥＭ（電子線式寸法計測装置）では、計測精度と共に、シュリンク量の低減が求められている。シュリンク量の低減には、基本的に照射する電子ビームエネルギー量を小さくすることが有効で、結果として、図３（ｂ）に示すようなＳ／Ｎの非常に低い信号波形を用いた寸法計測が必要となる。
【００２３】
［第１の実施の形態］
本発明に係る電子線式寸法計測装置（測長ＳＥＭ）の第１の実施の形態における寸法計測の処理フローについて図６、図７及び図８を用いて説明する。
【００２４】
図６は、図５に示すＣＰＵ５１の計測レシピ設定部５１１及び信号波形登録部５１２において、操作部５２、ディスプレイ５４及び画像メモリ５３等を用いて、Ｓ／Ｎの非常に低い信号波形を用いた寸法計測が必要な寸法計測対象試料と同一製造プロセス（好ましくは同一製造ロット単位）で製造された試料群（ウエハ群）から少なくとも１つのサンプル試料（サンプルウエハ）を抽出し（ピックアップし）、該抽出されたサンプル試料から取得された信号波形を登録する手順を示す。
【００２５】
まず、寸法計測対象試料と同一製造プロセス（好ましくは同一製造ロット単位）によって製造された試料群から少なくとも一つのサンプル試料を抽出し、該抽出したサンプル試料（ウエハ名、製造プロセス名、製造ロット名などで指定される。）から取得された信号波形を登録するためには、測長ＳＥＭでの計測レシピ（撮像レシピ）を設定する必要がある。計測レシピ設定部５１１において、操作部５２を用いて設定する計測レシピとしては、図８にＧＵＩ画面１７０で示すように、加速電圧（Ｖ）（１７２）、ビーム電流（ｐＡ）（１７３）、横倍率（ｋ倍）（１７４）、縦倍率（ｋ倍）（１７５）、及びフレーム加算数（枚）（１７６）などが考えられる。その外、計測レシピとしては、ウエハの種類（異なる製造プロセスの場合も含む）に応じたウエハのレイアウト情報、計測箇所の座標情報も含む。
【００２６】
また、計測レシピ設定部５１１において、操作部５２を用いて抽出したサンプル試料に関する情報（ウエハ名、製造プロセス名、製造ロット名など）が指定されることになる。その結果、寸法計測対象と同一製造プロセスによって製造された試料群の内、指定されたサンプル試料に対して、設定された加速電圧、ビーム電流、横倍率、縦倍率、及びフレーム加算数で画像１７１を撮像してＳＥＭ画像を取得して画像メモリ５３に記憶される（Ｓ６１）。これらの撮像条件（撮像レシピ）は、図７に示すステップＳ７１において寸法計測対象パターンが形成された試料を撮像する撮像条件と等しくすることが望ましい。
【００２７】
次に、図８に示すように、１８２にて矩形カーソルモードにし、画像１７１上でカーソルをドラッグすることで、信号波形作成領域（矩形枠で示した着目領域）を指定する。ｘ始点１７７、ｙ始点１７８、ｘ幅１７９、ｙ幅１８０はドラッグに連動して、数字が変化する。カーソルを用いて領域を指定する代わりに、１７７、１７８、１７９、１８０に数字を入力しても良い。そして、１８１のクリックによって、信号波形作成領域の画像が画像メモリ５３又はＣＰＵ部５１の内部メモリに登録される。この際、画像１７１上での信号波形作成領域の座標は、サンプルウエハ上に形成された基準マークに基づくサンプルウエハ上の座標に変換されることになる。従って、寸法計測対象試料の場合でも、測長ＳＥＭに対して同じように位置決めされることになる。
【００２８】
次に、信号波形登録部５１２は、図６上に矩形枠で示した着目領域（信号波形作成領域）について、ライン加算（ｙ方向各ラインの信号波形の加算）及び平滑化を行ってサンプル信号波形を作成し（Ｓ６２）、この作成されたサンプル信号波形から、例えば図１に示すしきい値法などによりラインパターン幅寸法ｃｄを計測し（Ｓ６３）、この値をサンプル試料の情報及び設定された計測レシピの情報と共に例えば記憶装置５５に登録する。該しきい値法は、左右ＷＢのそれぞれで、例えば諧調値（濃淡値）のＭａｘ値、Ｍｉｎ値を求め、これらを所定の比率で内分するしきい値レベルを算出し、しきい値を信号波形が横切るポジションをエッジ位置として検出し、左右エッジ間の距離をラインパターン幅寸法（ｃｄ値）とする。続いて、信号波形登録部５１２は、信号波形から左側ＷＢ部、右側ＷＢ部に相当する箇所を切り出し(Ｓ６４)、これを例えば記憶装置５５に追加して登録する（Ｓ６５）。波形切り出しの始点、終点の決定は、しきい値を与えるなどして自動的に算出するか、または、信号波形をＧＵＩ画面５４（１７０）に表示し、操作部５２の操作によりマニュアルで座標点を指定しても良い。以上により、寸法計測対象パターンの寸法を計測するのに先立って、寸法計測対象パターンが形成された試料（ウエハ）と同一製造プロセスで製造されたサンプル試料（サンプルウエハ）のパターンを計測レシピ条件で撮像して得られるＳＥＭ画像を基に、矩形枠で示した着目領域（信号波形作成領域）の座標情報、計測された寸法ｃｄ値、並びに切り出された左用及び右用部分波形が、サンプル試料の情報及び設定された計測レシピの情報と共に例えば記憶装置５５に登録されることになる。
【００２９】
画像取得ステップＳ６１は、具体的には、図９に示すように、測長ＳＥＭにサンプルウエハを搬入し（Ｓ６１１）、寸法計測箇所付近にステージを移動し（Ｓ６１２）、１００００倍程度の低倍で画像を撮像し（Ｓ６１３）、登録画像をテンプレートとするパターン認識により、寸法計測箇所の正確な位置を求め（Ｓ６１４）、寸法計測箇所付近の適当なパターンを利用してフォーカス合わせ（Ｓ６１５）を行った後に、より狭い範囲に一次電子ビームの走査範囲を限定することにより寸法計測用の１５００００倍程度の高倍の画像を撮像し（Ｓ６１６）、指定されたサンプルウエハに対して、設定された加速電圧、ビーム電流、横倍率、縦倍率、及びフレーム加算数で画像１７１を撮像してＳＥＭ画像を取得して画像メモリ５３に記憶されることになる。なお、ステップＳ６１（Ｓ６１２〜Ｓ６１６）〜Ｓ６５は、サンプルウエハに対して測定点数繰返され、測長ＳＥＭから搬出される（Ｓ６６）。
【００３０】
次に、寸法算出部５１３での寸法計測対象試料の寸法計測対象パターンの寸法を計測する手順について図７を用いて説明する。まず、図５に示す測長ＳＥＭにてサンプル試料と同じ撮像条件（撮像レシピ）で寸法計測対象パターンのＳＥＭ画像を取得する（Ｓ７１）。次に、寸法算出部５１３は、図６に示すＳ６２と同様に図７上に矩形枠で示した着目領域（信号波形作成領域）について、ライン加算（ｙ方向各ラインの信号波形の加算）及び平滑化を行って計測対象信号波形を作成する（Ｓ７２）。続いて、寸法算出部５１３は、先に例えば記憶装置５５に登録したサンプル登録波形（切り出された左用部分波形及び右用部分波形）を読み込み（Ｓ７３）、波形の照合を行う(Ｓ７４)。波形照合は、左右のＷＢのそれぞれで行う。具体的には、サンプル登録波形を１画素ずつずらし、Ｓ７２で作成した計測対象信号波形との相関値を求め、相関値が最大となるずらし量を求める。左ＷＢでのずらし量をｄｌ、右ＷＢでのずらし量をｄｒとすると、寸法計測対象パターンの寸法ＣＤは次に示す（２）式により求めることができる（Ｓ７５）。ここでは、サンプル登録波形としてサンプル信号波形の部分波形を登録するとしたが、図６のステップＳ６１で取得されるＳＥＭ画像そのものを例えば記憶装置５５に記憶しておき、ステップＳ７３の代わりに上記寸法計測対象パターンのＳＥＭ画像を読み込み、ステップＳ６２〜Ｓ６４を実行した後、ステップＳ７４に進むようにしても良い。
【００３１】
ＣＤ＝ｃｄ＋（ｄｒ−ｄｌ）                        （２）
なお、ｃｄは、サンプルウエハに形成されたラインパターンを撮像して得られるＳＥＭ画像を基に例えばしきい値法によって計測されるラインパターン幅である。
【００３２】
画像取得ステップＳ７１は、具体的には、図９と同様に図１０に示すように、測長ＳＥＭに寸法計測対象パターンが形成されたウエハを搬入し（Ｓ７１１）、寸法計測箇所付近にステージを移動し（Ｓ７１２）、１００００倍程度の低倍で画像を撮像し（Ｓ７１３）、登録画像をテンプレートとするパターン認識により、寸法計測箇所の正確な位置を求め（Ｓ７１４）、寸法計測箇所付近の適当なパターンを利用してフォーカス合わせ（Ｓ７１５）を行った後に、より狭い範囲に一次電子ビームの走査範囲を限定することにより寸法計測用の１５００００倍程度の高倍の画像を撮像し（Ｓ７１６）、寸法計測対象ウエハに対して、サンプルウエハにおいて設定された撮像レシピ（加速電圧、ビーム電流、横倍率、縦倍率、及びフレーム加算数）で画像を撮像してＳＥＭ画像を取得して画像メモリ５３に記憶されることになる。なお、ステップＳ７１（Ｓ７１２〜Ｓ７１６）〜Ｓ７５は、寸法計測対象ウエハに対して測定点数繰返され、測長ＳＥＭから搬出される（Ｓ７６）。
【００３３】
即ち、本発明に係る、図３（ｂ）に示すようなＳ／Ｎの非常に低い信号波形を用いて寸法計測を行うためには、サンプル登録波形（または画像）が必要である。そのため、ステップＳ７３にてサンプル登録波形（切り出された左用部分波形及び右用部分波形の各々）を読み込み、上記ステップＳ７４、Ｓ７５にて寸法を計測する。以上説明したように、本発明は、製造プロセスが同一であるサンプルウエハから得られるサンプル登録波形（または画像）を読み込むステップＳ７３を含む点を特徴とするものである。
【００３４】
図１１はステップＳ７４の波形照合の方法をより詳しく説明するものである。図１１（ａ）の(１)〜(５)は左ＷＢ用のサンプル登録波形をそれぞれ−８画素、―４画素、０画素、＋４画素、＋８画素ずらした状況を示している。なお、ずらす１画素の値としては１〜３ｎｍ程度である。計測対象信号波形との相関値を求めた結果が図１１（ｂ）である。この実施例では、ずらし量０画素において、相関値が最大となっている。この場合、真に相関値が最大となるずらし量の実数値ｘは−１＜ｘ＜１と考えられる。相関値が最大となるずらし量を画素以下の精度で求めるには、例えば、ずらし量−１画素、０画素、＋１画素における相関値に放物線を当てはめ、そのピーク位置を算出するような方法をとればよい。
【００３５】
以上が、本発明の基本的な第１の実施の形態である。本第１の実施の形態によれば、ラインパターン計測の再現性が向上する。同様の方法により、複数のラインパターンのピッチを計測することも可能である。発明者らの実験によれば、しきい値法に対して約３０％再現性が向上した。
【００３６】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、寸法計測対象試料と同一製造プロセスによるサンプル試料から得たサンプル登録波形（信号波形）そのものを寸法計測対象波形との照合に用いた第１の実施の形態に対して、信号波形登録部５１２又は寸法算出部５１３において、照合の精度を上げるためにサンプル試料から得られるサンプル登録波形に対して更に関数当てはめまたはフィルタイング処理により近似波形を算出して波形変形を行うものである。
【００３７】
寸法計測対象試料と同一製造プロセスによるサンプル試料から得たサンプル登録波形（信号波形）とはいえ、全く同一の信号波形とはなり得ないし、撮像時のフォーカス誤差により波形が多少変化することもあり得る。こうした状況下でも、第２の実施の形態によれば、サンプル登録波形に対して波形変形を行うため、測長ＳＥＭで撮像される計測対象信号波形がＳ／Ｎの非常に低いものであっても、再現性を確保することが可能となる。
【００３８】
図１２には第２の実施の形態である波形変形方法の一実施例を示す。例えば寸法算出部５１３において、読み出された、画素ピッチの離散的なデータである元々のサンプル登録波形（信号波形）２００に対して、関数当てはめの一つである各データ間をなめらかにつなぐスプライン関数を求める（Ｓ７４１）。３次自然スプライン関数を用いた場合、各データ間の値は３次式で連続的に表現される。このように各データ間の値が３次式で連続的に表現される近似波形を算出することにより、該算出された近似波形を上記計測対象信号波形との波形照合に用いることが可能となる。
【００３９】
また、この後、更に、サンプリングピッチを変えてリサンプリングすれば（Ｓ７４２）、サンプル登録波形（信号波形）の波形変形である縮小あるいは拡大が可能となる。図１２では、−８％〜＋８％、４％刻みとしているが（２１２）、実際はより細かいピッチ（例えば１％刻み）で多数の波形を作成し登録しておき、波形照合のステップＳ７４では、全波形との照合を行い、最も高い相関値が得られた場合のずらし量（ｄｒ，ｄｌ）を採用するようにする。即ち、更に座標変換により上記関数当てはめによって算出される近似波形を縮小あるいは拡大して複数の縮小又は拡大波形を算出し、該縮小あるいは拡大して得た複数の縮小又は拡大波形を上記計測対象信号波形と照合し、複数の照合結果のうち最も良く照合した照合結果（最も高い相関値が得られた場合のずらし量（ｄｒ，ｄｌ））に基づき、寸法計測対象パターンの寸法値や後述するエッジラフネス量を算出することが可能となる。
【００４０】
なお、波形変形の方法としては、サンプル登録波形（信号波形）にフィルタリング処理の他の一つであるσ値を振ったガウスフィルタを作用させるようにしても良い。このようにサンプリング登録波形に対してフィルタリング処理を行って近似波形を算出し、該算出された近似波形を上記計測対象信号波形との波形照合に用いることが可能となる。また、サンプリング登録波形に対してフィルタサイズを変えてフィルタリング処理を行って複数の近似波形を算出し、該算出された複数の近似波形を上記計測対象信号波形と照合し、複数の照合結果のうち最も良く照合した照合結果に基づき、寸法計測対象パターンの寸法値や後述するエッジラフネス量を算出することも可能である。
【００４１】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、ライン計測をライン上の多数の箇所で行う、いわゆる多点計測に適用した実施例である。図６に示すサンプル登録波形を登録する手順は第１の実施の形態と同じである。多点計測においては、図７に相当する手順が、図１３のようになる。まず、ＳＥＭ画像を取得し（Ｓ７１ａ）、画像メモリ５３に記憶する。次に、寸法算出部５１３は、ライン上のＮ箇所にて計測対象信号波形を作成し（Ｓ７２ａ）、さらに例えば記憶装置５５からサンプル登録波形を読み込み（Ｓ７３）、Ｎ個の計測対象信号波形のそれぞれにおいて、画素単位若しくは画素単位以下でずらされた左用部分波形及び右用部分波形の各々と照合を行い、Ｎ箇所における相関値が最大となるずらし量ｄｌｉ、ｄｒｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を求める（Ｓ７４ａ）。そして、寸法算出部５１３は、ライン幅ＣＤについて次の（３）式で示すように、Ｎ箇所の平均として求める（Ｓ７５ａ）。
【００４２】
ＣＤ＝ｃｄ＋（ｉ＝１〜ＮΣ（ｄｒｉ−ｄｌｉ）／Ｎ）                    （３）
以上説明したように、第３の実施の形態によれば、多点（Ｎ箇所）の平均値としてライン幅ＣＤが算出されるので、さらに再現性を向上させることが可能となる。
【００４３】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、本発明をラインエッジラフネスの計測に適用した実施例である。図６に示す登録波形（信号波形）を登録する手順は第１の実施の形態と同様である。ラインエッジラフネス計測においては、図７に相当する手順が、図１４（ａ）に示すようになる。画像を取得し（Ｓ７１ｂ）、画像メモリ５３に記憶する。その後、寸法算出部５１３は、図１４（ｂ）に示すように、ライン上のＭ計測箇所（ｗ１〜ｗＭ）にて信号波形を作成する（Ｓ７２ｂ）。より短い周期のラフネスを計測するためには、個々のライン加算数を５ライン程度と小さく、かつ、各計測箇所のライン方向にずらすピッチを小さくする（エッジラフネスのより短い周期に応じて細かく１ライン程度とする）必要がある。例えば、ライン加算数は１〜５ライン、各計測箇所のライン方向のピッチ（隣り合う計測箇所のライン方向のピッチ）は１ライン程度（１〜３ｎｍ程度）とする。
【００４４】
次に、寸法算出部５１３は、記憶装置５５からサンプル登録波形の読み込みを行い（Ｓ７３）、Ｍ個の信号波形のそれぞれにおいてサンプル登録波形との照合を行い、相関値が最大となるずらし量ｄｌｉ、ｄｒｉ（ｉ＝１〜Ｍ）を求める（Ｓ７４ｂ）。更に、寸法算出部５１３は、ラインエッジラフネスＬＥＲ（Ｌ）、（Ｒ）の左右それぞれについて、ステップＳ７５ｂに示したように、Ｍ箇所のエッジ検出箇所の「ばらつき」を示す標準偏差(Standard Deviation) stdev（ｄｌ１，ｄｌ２，・・・ｄｌＭ），stdev（ｄｒ１，ｄｒ２，・・・ｄｒＭ）として求める。また、寸法算出部５１３は、ライン幅のラフネスＬＷＲについて、ステップＳ７５ｂに示したように、Ｍ個のＣＤ値の「ばらつき」を示す標準偏差（Standard Deviation） stdev（ＣＤ１，ＣＤ２，・・・ＣＤＭ）として求める。なお、ＣＤｉは次の（４）式で表される。また、ラインエッジラフネスＬＥＲ（Ｌ）、（Ｒ）並びにライン幅のラフネスＬＷＲの「ばらつき」を表す指標としては、標準偏差でなく、最大値と最小値との差で表しても良い。
【００４５】
ＣＤｉ＝ｃｄｉ＋（ｄｒｉ−ｄｌｉ）                    （４）
以上説明したように、寸法算出部５１３は、各計測箇所のライン方向のライン加算数を小さく、かつ計測箇所間のライン方向のピッチを小さくしたＭ個の計測対象信号波形のそれぞれにおいてサンプル登録波形との照合を行い、相関値が最大となるずらし量ｄｌｉ、ｄｒｉ（ｉ＝１〜Ｍ）を求め、ラインエッジラフネスＬＥＲ（Ｌ）、（Ｒ）の左右それぞれについて、Ｍ計測箇所のエッジ検出箇所のばらつきを示す標準偏差(Standard Deviation) stdev（ｄｌ１，ｄｌ２，・・・ｄｌＭ），stdev（ｄｒ１，ｄｒ２，・・・ｄｒＭ）として求め、ライン幅のラフネスＬＷＲについて、Ｍ計測箇所のＣＤ値のばらつきを示す標準偏差（Standard Deviation） stdev（ＣＤ１，ＣＤ２，・・・ＣＤＭ）として求めることが、容易に、且つ再現性を向上させて可能となる。さらに、これら算出されたエッジラフネス量などは表示手段５４、１７０などに表示される。
【００４６】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、本発明をホールパターン寸法計測に適用した実施例である。図１５には寸法計測対象試料と同一製造プロセスによって製造されたサンプル試料から得た信号波形を登録する手順を示す。図５に示す測長ＳＥＭにて寸法計測対象試料と同一製造プロセスによって製造されたサンプル試料（ウエハ）のＳＥＭ画像を取得し（Ｓ６１ｃ）、画像メモリ５３等に記憶する。そして、信号波形登録部５１２は、図上に矩形枠で囲んだ着目ホールについて、０度方向、４５度方向、９０度方向、１３５度方向の４方向についてライン加算、さらに平滑化を行ってサンプル信号波形を作成する（Ｓ６２ｃ）。信号波形登録部５１２は、このサンプル信号波形から、図１に示すしきい値法などの手法によりホール寸法ｄi（ｉ＝０、４５、９０、１３５）を計測し（Ｓ６３ｃ）、この値をサンプル試料の情報及び設定された計測レシピの情報と共に例えば記憶装置５５に登録する。該しきい値法は、０〜１３５のＷＢのそれぞれで、例えば諧調値（濃淡値）のＭａｘ値、Ｍｉｎ値を求め、これらを所定の比率で内分するしきい値レベルを算出し、しきい値を信号波形が横切るポジションをエッジ位置として検出し、０〜１３５のエッジ間の距離をホール寸法（ｄi（ｉ＝０、４５、９０、１３５）値）とする。続いて、信号波形登録部５１２は、サンプル信号波形から左側ＷＢ部、右側ＷＢ部に相当する箇所を切り出し(Ｓ６４ｃ)、これを例えば記憶装置５５に登録する（Ｓ６５ｃ）。波形切り出しの始点、終点の決定は、しきい値を与えるなどして自動的に算出するか、または、マニュアルで座標点を指定しても良い。なお、ここでは、０度方向、４５度方向、９０度方向、１３５度方向の４方向としたが、計測の目的に応じて方向数を増減しても良い。
【００４７】
図１６には寸法計測対象試料の寸法計測対象のホール寸法を計測する手順を示す。図６に示す測長ＳＥＭにて寸法計測対象試料のＳＥＭ画像を取得し（Ｓ７１ｃ）、例えば画像メモリ５３に記憶する。そして、寸法算出部５１３は、ステップＳ６２ｃと同様に信号波形を作成する（Ｓ７２ｃ）。続いて、寸法算出部５１３は、先に記憶したサンプル登録波形を記憶装置５５から読み込み（Ｓ７３ｃ）、読み込まれたサンプル登録波形と作成された計測対象信号波形との波形の照合を行う(Ｓ７４ｃ)。波形照合は、左右のＷＢのそれぞれで行う。具体的には、サンプル登録波形を１画素ピッチでずらし、ステップＳ７２ｃで作成した計測対象信号波形との相関値を求め、相関値が最大となるずらし量を求める。左ＷＢでのずらし量をｄｌi（ｉ＝０、４５、９０、１３５）、右ＷＢでのずらし量をｄｒi（ｉ＝０、４５、９０、１３５）とすると、計測対象のホール寸法Ｄi（ｉ＝０、４５、９０、１３５）は次の（５）式で示すように求めることができる（Ｓ７５ｃ）。
【００４８】
Ｄi（ｉ＝０、４５、９０、１３５）＝ｄi＋（ｄｒi−ｄｌi）（ｉ＝０、４５、９０、１３５）                                                          （５）
以上の説明では１個のホールの寸法を計測するとしたが、複数のホール寸法を計測して、その平均を求めても良い。このように、第５の実施の形態によれば、測長ＳＥＭで撮像される計測対象信号波形がＳ／Ｎの非常に低いものであっても、ホールパターン寸法を再現性良く、しかも容易に計測することが可能となる。
【００４９】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態は、本発明をホールパターン寸法計測に適用した別の実施例である。図１７には、寸法計測対象試料と同一製造プロセスによって製造されたサンプル試料から得た信号波形を登録する手順を示す。本実施例では、２次元の信号波形、すなわち、画像を登録する。図６に示す測長ＳＥＭにて寸法計測対象試料と同一製造プロセスによって製造されたサンプル試料のＳＥＭ画像を取得し（Ｓ６１ｃ）、画像メモリ５３等に記憶する。そして、信号波形登録部５１２は、図上に矩形枠で囲んだ着目ホールについて、図１５のステップＳ６２ａ〜Ｓ６３ａと同様にして、０度方向、４５度方向、９０度方向、１３５度方向の４方向のホール寸法ｄi（ｉ＝０、４５、９０、１３５）を計測し（Ｓ６２ｃ〜Ｓ６３ｃ）、この値をサンプル試料の情報及び設定された計測レシピの情報と共に例えば記憶装置５５に登録する。続いて、信号波形登録部５１２は、着目ホールを含む部分画像を切り出し、アフィン変換等により、部分画像を縮小、拡大した画像を生成する（Ｓ６４ｄ）。そして、これら生成した縮小、拡大したサンプル部分画像を例えば記憶装置５５に登録する（Ｓ６５ｄ）。
【００５０】
図１８には寸法計測対象試料の寸法計測対象のホール寸法を計測する手順を示す。図５に示す測長ＳＥＭにて寸法計測対象のＳＥＭ画像を取得し（Ｓ７１ｄ）、画像メモリ５３に記憶する。寸法算出部５１３は、先に記憶したサンプル部分画像群を例えば記憶装置５５から読み込み（Ｓ７２ｄ）、寸法計測対象のホールとの照合を行う(Ｓ７３ｄ)。照合の指標としては、たとえば、相関値を用いる。相関値が最大となる拡大率ｒを求め（Ｓ７４ｄ）、該最大となる拡大率ｒを、次の（６）式で示すように、ステップＳ６３ｃで計測したホール寸法ｄi（ｉ＝０、４５、９０、１３５）に乗じることで、計測対象のホール寸法Ｄａｖｇを求めることが可能となる（Ｓ７５ｄ）。
【００５１】
Ｄａｖｇ＝ｒ×（（d０＋ｄ４５＋ｄ９０＋ｄ１３５）／４）          （６）
以上の説明では、ホール１個を含む画像を拡大、縮小したが、ホールを複数の扇形領域に分割し、寸法計測対象画像上で、扇形の小画像を走査して、照合する位置を求めるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来の寸法計測方法であるしきい値法を説明するための図である。
【図２】従来の寸法計測方法である関数当てはめ法を説明する図である。
【図３】本発明に係る測長ＳＥＭ装置において、照射１次電子ビームエネルギーが大きい場合と小さい場合とで取得される信号波形の違いを示す図である。
【図４】平滑化による信号波形の変化を示す図である。
【図５】本発明に係る測長ＳＥＭ装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図６】本発明に係る測長ＳＥＭ装置の第１の実施の形態である寸法計測のフローチャートにおいて、予め計測レシピ（撮像レシピ）に基づいてサンプル試料から取得されるサンプル登録波形（サンプル信号波形）を登録しておくフローを示す図である。
【図７】本発明に係る測長ＳＥＭ装置の第１の実施の形態である寸法計測のフローチャートにおいて、計測レシピ（撮像レシピ）に基づいて寸法計測対象試料から取得されるパターン信号をサンプル登録波形と波形照合して寸法計測対象パターンの寸法を計測するフローを示す図である。
【図８】本発明に係る測長ＳＥＭ装置の第１の実施の形態である設定された計測レシピ（撮像レシピ）に基づいて画像登録のためのＧＵＩ画面の一実施例を示す図である。
【図９】図６に示すフローを具体的に示したフロー図である。
【図１０】図７に示すフローを具体的に示したフロー図である。
【図１１】本発明に係る波形照合の一実施例を説明するための図である。
【図１２】本発明に係る第２の実施の形態でのサンプル登録波形に対する波形変形の一実施例を説明するための図である。
【図１３】本発明に係る第３の実施の形態での多点寸法計測の実施例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明に係る第４の実施の形態であるエッジラフネスのばらつきを寸法計測する実施例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明に係る第５の実施の形態であるホールパターン寸法計測における予めサンプル登録波形を登録する実施例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明に係る第５の実施の形態であるホールパターン寸法計測における寸法計測の実施例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明に係る第６の実施の形態であるホールパターン寸法計測における図１５と異なる実施例を示すフローチャートである。
【図１８】本発明に係る第６の実施の形態であるホールパターン寸法計測における図１６と異なる実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１…電子光学系、２…ステージ機構系、３…光学顕微鏡、４…制御系、５…信号処理系、９…電子銃、１０…収束レンズ、１１…対物レンズ、１２…検出器、１３…偏向器、１４…ウエハ高さ検出器、１５…ウエハ（試料）、２１…ホルダ、４１…ビーム偏向補正制御部、４２…信号検出系制御部（Ａ／Ｄ変換部も含む）、４３…電子光学系制御部、４４…ウエハ高さセンサ検出系、４５…機構・ステージ制御部、５１…ＣＰＵ部、５１１…計測レシピ設定部、５１２…信号波形登録部、５１３…寸法算出部、５２…操作部、５３…画像メモリ、５４…ディスプレイ（表示装置）、５５…記憶装置、５６…自動計測用ファイル、１７０…ＧＵＩ画面、１７０〜１８１…ビームランディング角較正等を自動実行するための条件設定用ＧＵＩ画面上の各部、１９０〜１９５…波形登録のためのＧＵＩ画面上の各部。
【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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