(57)【要約】【課題】  微細パターン線幅測定方法およびそのシステムを提供する。【解決手段】  ここに開示される微細パターンの線幅測定方法は、あらかじめ準備された基準パターンの走査電子顕微鏡画像およびそれに対する２次電子信号プロフィールを対応する検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像およびそれに対する２次電子信号プロフィールと各々比較して検査対象パターンの不良または良好の可否を判断し（段階Ｓ８０９、Ｓ８１３）、良好パターンであると判断された検査対象パターンに対して線幅を測定する（段階Ｓ８１１、Ｓ８１５）。走査電子顕微鏡画像比較結果、不良であると判断されれば２次電子信号プロフィールを比較して最終的にパターンの不良の可否を判断する。【選択図】            図８
2005174929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像を求め、
前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像から２次電子信号プロフィールを求め、
あらかじめ準備された基準パターンの２次電子信号プロフィールと前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの不良の可否を判断し、
不良ではないと判断された良好検査対象パターンの線幅を測定することを含むことを特徴とするパターンの線幅測定方法。
【請求項２】
前記検査対象パターンの不良の可否を判断することは、前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像と前記あらかじめ準備された基準パターンの走査電子顕微鏡画像を比較することをさらに含み、
前記２次電子信号プロフィールの比較および走査電子顕微鏡画像の比較のうちの先に実行された比較結果が検査対象パターンが不良ではないと判断すれば、残りの比較は実行しないことを特徴とする請求項１に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項３】
前記走査電子顕微鏡画像の比較がパターンの不良であると判明される場合、前記２次電子信号プロフィールの比較を実行することを特徴とする請求項２に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項４】
前記走査電子顕微鏡画像と前記２次電子信号プロフィールが同一の画面に表示されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項５】
前記検査対象パターンの線幅測定は前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールを使用して測定することを特徴とする請求項１に記載の線幅測定方法。
【請求項６】
前記検査対象パターンの線幅測定は前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールを使用して測定することを特徴とする請求項４に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項７】
あらかじめ準備された基準パターンの２次電子信号プロフィールと前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの不良の可否を判断することは、
２次電子信号のプロフィールのピーク高さ（Ｈｐ）、ピークの間の距離（Ｄｐ）、またはピークの傾斜距離（Ｓｐ）、傾斜水平距離（Ｄｓ）を比較して判断することを特徴とする請求項４に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項８】
あらかじめ準備された基準パターンの２次電子信号プロフィールと前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの不良の可否を判断することは、
２次電子信号のプロフィールのピーク高さ（Ｈｐ）、ピークの間の距離（Ｄｐ）、またはピークの傾斜距離（Ｓｐ）、傾斜水平距離（Ｄｓ）を比較して判断することを特徴とする請求項６に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項９】
試料を前記走査電子顕微鏡のステージ上にローディングし、
試料上の検査対象パターンに移動して走査電子顕微鏡画像および前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像から２次電子信号プロフィールを求め、
前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像およびそれの２次電子信号プロフィールをあらかじめ準備された基準パターンの走査電子顕微鏡画像およびそれの２次電子信号プロフィールと各々比べて検査対象パターンの不良の可否を判断し、
不良ではないと判断された良好な検査対象パターンの線幅を測定することを含むことを特徴とするパターンの線幅測定方法。
【請求項１０】
検査対象パターンの不良の可否を判断することにおいて、
先に前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像およびあらかじめ準備された基準パターンの走査電子顕微鏡画像を比較して検査対象パターンが不良であると確認されれば、前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールおよびあらかじめ準備された基準パターンの２次電子信号プロフィールを比較して最終的な不良の可否を判断することを特徴とする請求項９に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項１１】
前記検査対象パターンの線幅測定は前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールを使用して測定することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項１２】
前記走査電子顕微鏡画像と前記２次電子信号プロフィールが同一の画面に表示されることを特徴とする請求項１１に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項１３】
あらかじめ準備された基準パターンの２次電子信号プロフィールと前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの不良の可否を判断することは、
２次電子信号のプロフィールのピーク高さ（Ｈｐ）、ピークの間の距離（Ｄｐ）、またはピークの傾斜距離（Ｓｐ）、傾斜水平距離（Ｄｓ）を比較して判断することを特徴とする請求項１１に記載のパターンの線幅測定方法。
【請求項１４】
検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像を形成するための画像形成手段と、
前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像から２次電子信号プロフィールを形成するための２次電子信号プロフィール形成手段と、
あらかじめ設定された基準パターンに対する画像および２次電子信号プロフィールを貯蔵するための貯蔵手段と、
走査電子顕微鏡画像および２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの良好および不良を判断するためのパターンマッチング手段と、
良好のパターンであると判断された検査対象パターンの線幅を測定するための測定手段とを具備することを特徴とする線幅測定システム。
【請求項１５】
走査電子顕微鏡画像および２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの良好および不良を判断するためのパターンマッチング手段は、
２次電子信号のプロフィールのピーク高さ（Ｈｐ）、ピークの間の距離（Ｄｐ）、またはピークの傾斜距離（Ｓｐ）、傾斜水平距離（Ｄｓ）を比較して判断することを特徴とする請求項１４に記載のパターンの線幅測定システム。
【請求項１６】
コンピュータに検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像を形成するための機能と、
前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像から２次電子信号プロフィールを形成するための機能と、
あらかじめ設定された基準パターンに対する画像および２次電子信号プロフィールを貯蔵するための機能と、
走査電子顕微鏡画像および２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの良好および不良を判断するための機能と、
良好のパターンであると判断された検査対象パターンの線幅を測定するための機能を実現させるためのプログラムを記録したコンピュータに読み出すことができることを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンの線幅測定方法およびそのシステムに関するものであって、さらに詳細に走査電子顕微鏡を利用した微細パターンの線幅測定方法およびそのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は電子ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ）を試料に走査し、反射される２次電子を検出してその個数に比例した明るさの画素として画像を表示する外観観察装置として外観検事、微細パターンの線幅、微小寸法を測定するのに使われている。
【０００３】
特に、半導体製造工程の場合、走査電子顕微鏡を使用して微細パターンの線幅を測定することによって工程を評価している。通常の方法による微細線幅測定方法は画像を利用して検査対象パターンと基準パターンとの間の類似性を判断する（パターンマッチング）。すなわち、あらかじめ準備された基準パターンの走査電子顕微鏡画像（ＳＥＭ  ｉｍａｇｅ）と実際検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像をピクセル単位で比較する。比較の結果、良好のパターンであると判断される場合に限って線幅を測定する。すなわち、走査電子顕微鏡画像を比較した結果、良好のパターンではないと判断されれば測定をしない。
【０００４】
しかし、通常のパターンマッチング方法によれば、工程上許容されることができるパターンにもかかわらず、走査電子顕微鏡画像の比較で良好のパターンではないと判断されることができる。したがって、この場合、正常に線幅測定が進行されなければならないことにもかかわらず線幅測定が中断される問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は信頼性あるパターンマッチングを通じた微細線幅測定方法およびそのシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するための本発明の一実施形態による微細パターン測定方法では、２次電子信号プロフィールを使用してパターンマッチングすることを一特徴とする。検査対象パターンに対する２次電子信号プロフィールおよびあらかじめ準備された基準パターンに対する２次電子プロフィールを比較して検査対象パターンの良好、不良を判断する。
【０００７】
２次電子信号プロフィールは走査電子顕微鏡画像から求める。２次電子信号プロフィールを利用したパターンマッチング方法は許容可能の範囲内で発生するパターンの変異に対して良好のパターンであると判断する。
【０００８】
例えば、２次電子信号プロフィールは走査電子顕微鏡画像の両測定点を結んだ直線に沿って測定された２次電子信号によって求められる。コンタクトホール形態のパターンの場合、両測定点をコンタクトホールの中心を基準にして回転しながら、多数にわたって測定してその平均値に決めることができる。一方、直線形態のパターン、すなわち、ラインパターンの場合、両測定点をラインに沿って動いて多数にわたって測定してその平均値に決めることができる。
【０００９】
２次電子信号プロフィールを利用したパターンマッチング方法では例えば、２次電子信号のプロフィールのピーク高さ（Ｈｐ）、ピークの間の距離（Ｄｐ）、またはピークの傾斜距離（Ｓｐ）、傾斜水平距離（Ｄｓ）を比較して判断する。
【００１０】
前記目的を達成するための本発明の他の特徴によれば、検査対象パターンおよび基準パターンに対する２次電子信号プロフィールの比較と検査対象パターンおよび基準パターンに対する画像のピクセル単位で比較を通じてパターンをマッチングすることを他の特徴とする。
【００１１】
２次電子信号プロフィールの比較によるパターンマッチング方法および画像のピクセル単位比較によるパターンマッチング方法のうちの先進行されるパターンマッチング方法の結果、不良パターンであると判断される場合、残りのパターンマッチング方法を進行しないことが望ましい。
【００１２】
具体的に前記目的を達成するための本発明の一実施形態による微細パターン測定方法は検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像を求め、前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像から２次電子信号プロフィールを求め、あらかじめ準備された基準パターンの２次電子信号プロフィールと前記検査対象パターンの２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの不良の可否を判断し、不良ではないと判断された良好の検査対象パターンの線幅を測定することを含む。
【００１３】
前記目的を達成するための本発明の他の実施形態による微細パターン測定方法は試料を前記走査電子顕微鏡のステージ上にローディングし、試料上の検査対象パターンに移動して走査電子顕微鏡画像および前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像から２次電子信号プロフィールを求め、前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像およびそれの２次電子信号プロフィールをあらかじめ準備された基準パターンの走査電子顕微鏡画像およびそれの２次電子信号プロフィールと各々比較して検査対象パターンの不良の可否を判断し、不良ではないと判断された良好の検査対象パターンの線幅を測定することを含む。
【００１４】
前記目的を達成するための本発明の一実施形態による線幅測定システムは検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像を形成するための画像形成手段と、前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像から２次電子信号プロフィールを形成するための２次電子信号プロフィール形成手段と、あらかじめ設定された基準パターンに対する画像および２次電子信号プロフィールを貯蔵するための貯蔵手段と、走査電子顕微鏡画像および２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの良好および不良を判断するためのパターンマッチング手段と、良好のパターンであると判断された検査対象パターンの線幅を測定するための測定手段とを具備する。
【００１５】
前記目的を達成するための本発明はコンピュータに検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像を形成するための機能と、前記検査対象パターンの走査電子顕微鏡画像から２次電子信号プロフィールを形成するための機能と、あらかじめ設定された基準パターンに対する画像および２次電子信号プロフィールを貯蔵するための機能と、走査電子顕微鏡画像および２次電子信号プロフィールを比較して検査対象パターンの良好および不良を判断するための機能と、良好のパターンであると判断された検査対象パターンの線幅を測定するための機能を実現させるためのプログラムを記録したコンピュータに読み出すことができる記録媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、２次電子信号プロフィールを使用して最終的に検査対象パターンの良好および不良の可否を判断する。したがって、工程の中断を引き起こす許容可能の範囲内の変異パターンを不良パターンであると判断せず、良好であると判断することができるので、信頼性ある線幅測定を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になれるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。
【００１８】
本発明は走査電子顕微鏡を利用した微細パターン測定方法およびそのシステムに関するものであって、特に、半導体製造工程で微細パターンの線幅測定に有用に適用されることができる。本発明のパターンの線幅測定方法はあらかじめ決められた基準パターンと検査対象パターンとをマッチングして良好のパターンであると判断された検査対象パターンに対して、その線幅を測定する。本発明によれば、基準パターンと検査対象パターンをマッチングする方法として、画像を利用したパターンマッチング方法と、２次電子信号プロフィールを利用したパターンマッチング方法とを使用する。２次電子信号プロフィールを利用したパターンマッチング方法は画像を利用したマッチング方法より相対的に正確である。
【００１９】
図１は本発明による走査電子顕微鏡を利用した微細線幅測定システムを概略的に図示する。電子ビーム１００が電子ビームソースから放出されて圧縮レンズ（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ  ｌｅｎｓ）１０６、偏向コイル１０８、対物レンズ１１０の作用によってステージ１０２上に置かれた試料１０４に走査される。この時、試料に走査された電子ビームによって２次電子が試料１０４から放出される。試料１０４から放出された２次電子が検出器１１２によって検出されて電気信号に変換される。変換された電気信号はアナログ／デジタルＡ／Ｄ変換器１１４によってデジタル信号に変換されて画像処理器１１６によって処理されて表示部１２０の画面に示す。コンピュータ１１８がこのようなすべての動作を制御する。コンピュータ１１８の動作は、記録媒体に記録されたプログラムとして提供できる。
【００２０】
画像処理器１１６は走査電子顕微鏡画像形成部１２２、２次電子プロフィール形成部１２４、パターンマッチング部１２６、線幅測定部１２８を含む。走査電子顕微鏡画像形成部１２４はアナログ／デジタル変換器１１４から受けたデジタル信号を処理して走査電子顕微鏡画像を形成する。例えば、走査電子顕微鏡画像形成部１２２は形成された画像を貯蔵する貯蔵手段としてメモリを含む。走査電子顕微鏡画像を構成する各ピクセルの明るさは、試料１０４から放出される２次電子の強さに依存し、放出される２次電子が多いほど明るくなる。走査電子顕微鏡画像は平面的に配列された（２次元的に配列された）ピクセルからなる。
【００２１】
２次電子信号プロフィール形成部１２４は検査対象パターンの特定方向（線幅測定方向）に沿って放出される２次電子強さを表示する２次電子信号プロフィールを形成する。例えば、２次電子信号プロフィール形成部１２４は形成された２次電子信号プロフィールを貯蔵するための貯蔵手段としてメモリを含む。
【００２２】
パターンマッチング１２６は検査対象パターンとあらかじめ準備された基準パターンの類似性を確認する。基準パターンに対する情報、すなわち基準パターンに対する走査電子顕微鏡画像に対する情報およびそれに対する２次電子信号プロフィールに対する情報は別途のメモリ１１９に貯蔵されてコンピュータ１１８によって読み出されるか、またはコンピュータ１１８の内部のメモリ１１９’に貯蔵されている。または画像処理器１１６の内部のメモリ（不図示）に貯蔵されてもよい。パターンマッチング部１２６は走査電子顕微鏡画像の比較および２次電子信号プロフィール比較を通じて基準パターンと検査対象パターンの類似性の程度、すなわち、測定しようとする検査対象パターンの不良、良好の可否を判断する。パターンマッチング部１２６で判断した結果、検査対象パターンが良好であると判断されれば、線幅測定部１２８で検査対象パターンの線幅を測定する。
【００２３】
以下、図２乃至図５を参照して、特にパターンマッチング部１２６からなる本発明によるパターンマッチング方法を説明する。
【００２４】
図２および図３は各々表示部１２０に示す良好のパターン、許容可能の範囲内の変異パターンに対する走査電子顕微鏡画像とそれに対する２次電子信号プロフィールを示す。図面で線分ＭＰは線幅測定方向を示す。検査対象パターンのエッジ付近から放出される２次電子の個数は多く、放出される２次電子の個数（強さ）が多いほど（高いほど）走査電子顕微鏡画像を構成するピクセルは明るく表示されるので、図２および図３のパターンはコンタクトホールであるが分かる。
【００２５】
一方、図４および図５は各々のラインパターンおよび許容可能の範囲内の変異ラインパターンに対する走査電子顕微鏡画像に対する模式図および２次電子信号プロフィールを示す。
【００２６】
走査電子顕微鏡画像の底に表示された２次電子信号プロフィール（または波形）は画像の線分ＭＰに沿って取得された２次電子信号の強さを示す。線分ＭＰ上に線幅測定のための二つの測定点が位置する。
【００２７】
ノイズ成分を除去するため（Ｓ／Ｎ比を改善するため）２次電子信号プロフィールに対する信号処理を実行し、良好な特性の２次電子信号プロフィールを取得することができる。
【００２８】
Ｓ／Ｎ比を向上させるために例えば、算術平均、移動平均などを適用することができる。算術平均において、２次走査顕微鏡画像から多数個の２次電子信号プロフィールを取得し、これを平均して良好な２次電子信号プロフィールを得ることができる。
【００２９】
例えば、コンタクトホール形態のパターンの場合、線幅測定のための両測定点をコンタクトホールの中心を基準にして回転（線分ＭＰがコンタクトホールの中心を基準にして回転）させながら、多数にわたって測定してその平均値に決めることができる。一方、ラインパターンの場合、両測定点をラインに沿って移動（線分ＭＰがラインパターンに沿って上下に移動）させて多数にわたって測定してその平均値に決めることができる。
【００３０】
移動平均において、２次電子信号プロフィールに対する移動平均を利用してそのプロフィールを平坦化してプロフィールを改善する。例えば、ｎ番目のピクセルが信号をＳ（ｎ）という時、Ｎ個のピクセルを移動平均する場合、ノイズが改善したｎ番目のピクセル信号Ｓ’（ｎ）は次の数式１に与えられる。
【００３１】
【数１】
2005174929.tif 000003
【００３２】
ただし、Ｌ＝（Ｎ−１）／２
図２および図３そして図４および図５で、走査電子顕微鏡画像は多少違うが、それに対する２次電子信号プロフィールは実質的に同一であることが分かる。したがって、本発明の一特徴によれば、パターンマッチングのために、走査電子顕微鏡画像だけではなく、２次電子信号プロフィールも使用する。
【００３３】
先に、走査電子顕微鏡画像の比較を通じたパターンマッチングに対して説明する。走査電子顕微鏡画像の比較は検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像を構成するピクセルと、ここに対応するあらかじめ準備された基準パターンの走査電子顕微鏡画像を構成するピクセルを比較し、その結果をスコア（ｓｃｏｒｅ）として示す。結果スコアがあらかじめ設定された所定値以上である時、検査対象パターンを良好のパターンと判断し、そうではない場合に、不良パターンと判断する。検査対象パターンと基準パターンとの間の類似性を大別するスコアは二つの走査電子顕微鏡画像を構成するピクセルの間の正規化を利用して下の数式２から計算された相関係数（ｒ）から求められる。
【００３４】
【数２】
2005174929.tif 000004
【００３５】
上の数式１でＰｉｊは検査対象パターンの画像上のピクセル（ｉ、ｊ）での濃度値（すなわち、２次電子強さ）を、Ｍｉｊは基準パターンの画像上のピクセル（ｉ、ｊ）での濃度値である。
【００３６】
前記数式（２）から得られた相関係数をｒという時、スコアｓは下の数式３に与えられる。
【００３７】
ｓ＝１０００ｒ２  −−−−−  （数式３）
スコアが１０００であれば、検査対象パターンと基準パターンが完全に一致することを意味する。スコアが高いほど二つのパターンの間の類似性は高い。検査対象パターンは、マッチング結果スコアが所定値以上である場合、良好のパターンであると、それより小さい場合に不良パターンであると判断される。
【００３８】
次の２次電子信号プロフィールを利用したパターンマッチング方法を図６を参照して説明する。図６はコンタクトホールパターンの断面とおよびコンタクトホールパターン断面に対する２次電子信号プロフィールを概略的に図示する。よく知られているように、２次電子信号プロフィールは検査対象パターンの傾いたエッジ（ｉｎｃｌｉｎｅｄ  ｅｄｇｅ）近所でピークを示す。すなわち、パターンのエッジ部分で２次電子の信号強さが強く示す。
【００３９】
例えば、本発明によれば、２次電子信号プロフィールを利用したパターンマッチングは二つのパターンに対する２次電子信号のプロフィールのピーク高さ（Ｈｐ）、ピークの間の距離Ｄｐ、またはピークの傾斜距離Ｓｐ、傾斜水平距離Ｄｓを考慮する。ここで、ピーク高さＨｐは２次電子信号プロフィールで最高点（検査対象パターンの上部エッジに対応）および最低点（検査対象パターンの底のエッジに対応）の間の垂直距離を意味し、ピークの傾斜距離ピークの傾斜距離Ｓｐは２次電子プロフィールで最高点および最低点を結ぶ線分の距離を意味する。一方、傾斜水平距離Ｄｓは２次電子信号プロフィールで最高点および最低点の間の水平距離を意味する。
【００４０】
ピーク高さＨｐが高いほどコンタクトホールの深さが高いということを示し、反対に、ピーク高さＨＰが低いほどコンタクトホールの深さが浅いということを示す。また傾斜距離Ｓｐが大きいということはコンタクトホールの高さが高いということを示す。一方、傾斜水平距離Ｄｓが大きいというのはコンタクトホールの傾きが緩いということを意味する。
【００４１】
本発明によれば、基準パターンのピーク高さおよび検査対象パターンのピーク高さを比較して検査対象パターンの不良、良好の可否を判断し、その結果をスコアに示すことができる。基準パターンのピーク高さをＲ＿Ｈｐ、検査対象パターンのピーク高さをＳ＿Ｈｐとする時、スコアｓは次の数式（４）に与えられることができる。
【００４２】
ｓ＝｛（Ｒ＿Ｈｐ−Ｓ＿Ｈｐ）／Ｒ＿Ｈｐ｝×１００  −−−−−  数式（４）
スコアが所定値（Ｔｖ）（０＜Ｔｖ＜１００）より小さい場合、検査対象パターンは良好であると判断される。所定値が小さいほどより正確なパターンマッチングが成り立つことは当たり前であり、適切な値が選択されることができる。
【００４３】
これと類似に、基準パターンの傾斜距離および検査対象パターンの傾斜距離、基準パターンのピーク距離および検査対象パターンのピーク距離を比較してパターンマッチングを進行することができる。
【００４４】
また、基準パターンの傾斜水平距離および検査対象パターンの傾斜水平距離を比較して検査対象パターンの良好、不良の可否を判断することができる。
【００４５】
上述の走査電子顕微鏡画像を利用したパターンマッチング方法によれば、図３および図５の変異パターンは不良パターンであると判断されることができる。しかし、これら二つの画像に対する２次電子プロフィールは非常に類似であるので、上述の２次電子プロフィールを利用したパターンマッチング方法によれば、図３および図５の変異パターンは良好のパターンであると判断される。一方、図２および図４の良好のパターンは上述の二つのパターンマッチング方法の全部で良好のパターンであると判断される。
【００４６】
図７は図１のシステムを利用した本発明の一実施形態による微細パターンの線幅測定方法を説明するための模式的流れ図である。ここでは、半導体製造工程で形成される微細パターンの線幅を測定する方法を図１および図７を参照して一例として説明する。
【００４７】
先に、検査対象パターンを具備した試料が走査電子顕微鏡のステージ１０２上にローディングされ、自動整列動作によってウェーハがステージ１０２上にセットされる（段階Ｓ７０１）。
【００４８】
自動整列および自動位置探し（ａｕｔｏ−ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）によって、ステージ１０２または電子ビーム１００を移動して、走査電子顕微鏡の観測フィールド（ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｆｉｅｌｄ）がウェーハ上に形成された検査対象パターンに移動するようにする（段階Ｓ７０３）。このような自動整列および自動位置探し動作はコンピュータ１１８によって制御される。
【００４９】
電子ビーム１００が電子ビームソースから放出されて圧縮レンズ１０６、偏向コイル１０８、対物レンズ１１０の作用によってステージ１０２上に置かれたウェーハ１０４に、ウェーハ上の検査対象パターン部位に走査される。この時、検査対象パターンから放出された２次電子が検出器１１２によって検出されて電気信号に変換される。変換された電気信号はアナログ／デジタル変換器１１４によってデジタル信号に変換されて画像処理器１１６のＳＥＭ画像形成部１２２によって検査対象パターンに対する画像が形成される（段階Ｓ７０５）。このようなＳＥＭ画像は表示部１２０の画面上に示すことができる。ＳＥＭ画像形成において、焦点調節、倍率などは自動的に調節されることができる。
【００５０】
続いて、２次電子プロフィール形成部１２４は上述したように、ＳＥＭ画像を利用して２次電子信号プロフィールを取得する（段階Ｓ７０７）。このような２次電子信号プロフィールは表示部１２０の画面上に表示されることができる。望ましくは、段階Ｓ７０５で取得されたＳＥＭ画像に重なって形成される（図２乃至図５参照）。
【００５１】
パターンマッチング部１２６はコンピュータ１１８が読んだあらかじめ準備された基準パターンのＳＥＭ画像に対する２次電子信号プロフィールと２次電子信号プロフィール形成部１２４で取得された検査対象パターンのＳＥＭ画像に対する２次電子信号プロフィールを使用してパターンマッチングを進行する（段階Ｓ７０９）。パターンマッチング方法は上述の通りである。
【００５２】
パターンマッチング結果、良好のパターンであると判断されれば、（すなわち、許容可能の工程変異範囲内の変異されたパターンに属すれば）線幅測定部１２８で検査対象パターンの線幅を測定する（段階Ｓ７１１）。一方、マッチング結果、不良パターンであると判断されれば、すなわち工程が許容する変異を脱するパターンであると判断されれば、線幅測定作業が中断される（段階Ｓ７１３）。この場合、パターン形成工程に大きい誤りがあるので、適切な措置が隋伴される。
【００５３】
図８は本発明の他の実施形態による線幅測定方法を概略的に図示する模式的流れ図である。先の図７を参照して説明した方法の段階Ｓ７０１乃至段階Ｓ７０７と同様の工程を進行する（図８の段階Ｓ８０１乃至段階Ｓ８０９）。
【００５４】
次のパターンマッチング部１２６で検査対象パターンのＳＥＭ画像と基準パターンのＳＥＭ画像を比較してパターンマッチングを進行する（段階Ｓ８０９）。
【００５５】
ＳＥＭ画像比較結果、良好のパターンであると判断されれば、測定部１２８で検査対象パターンの線幅を測定する（段階Ｓ８１１）。一方、ＳＥＭ画像比較結果、不良であると判断されれば、（許容可能の範囲内の変異パターンにもかかわらず）、パターンマッチング部１２６では再びパターンマッチングを実行してパターンマッチングの信頼性を向上させる。この時、検査対象パターンの２次電子プロフィールおよび基準パターンの２次電子プロフィールを比較してパターンマッチングを進行する。２次電子プロフィール比較結果、良好のパターンであると判断されれば、測定部１２８で検査対象パターンの線幅を測定し（段階Ｓ８１５）、不良パターンであると判断されれば、作業を中断する（段階Ｓ８１７）。この場合、パターン形成工程に大きい誤りがあるので、適切な措置が隋伴される。
【００５６】
以下では測定部１２８で進行される線幅測定方法について説明する。パターンマッチングに使用された２次電子信号プロフィールを使用して検査対象パターンの線幅を測定する。望ましくは、上述の算術平均、移動平均などの方法を使用して２次電子信号プロフィールに対するＳ／Ｎ比を向上させる。
【００５７】
良好のプロフィールの２次電子信号を得た後、検査対象パターンの線幅を測定する。線幅を測定するために２次電子信号プロフィール上で二つの測定点を決めた後、これら二つの測定点の間の距離を測定する。二つの測定点を決める方法として、よく知られた臨界値法（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）、ピーク検出、関数モデリングなどを利用する。
【００５８】
以上の詳細な説明は本発明を例示して説明することである。また、上述の内容は本発明の望ましい実施形態を示して説明することに過ぎず、上述したように、本発明は多様な他の組み合わせ、変更および環境で使用することができ、本明細書に開示された発明の概念の範囲、上述の開示内容と均等な範囲および／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。
【００５９】
上述の実施形態は本発明を実施するのにあって、最善の状態を説明するためのことであり、本発明のような他の発明を利用するのに当業界に知られた他の状態への実施、そして発明の具体的な適用分野および用途で要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態で本発明を制限しようとする意図ではない。また添付の請求範囲は他の実施状態も含むことで解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による微細パターン線幅測定システムを概略的に図示する。
【図２】コンタクトホール類型の検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像およびその一断面に対する２次電子信号プロフィールを図示する。
【図３】コンタクトホール類型の検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像およびその一断面に対する２次電子信号プロフィールを図示する。
【図４】ライン類型の検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像およびその一断面に対する２次電子信号プロフィールを模式的に図示する。
【図５】ライン類型の検査対象パターンに対する走査電子顕微鏡画像およびその一断面に対する２次電子信号プロフィールを模式的に図示する。
【図６】コンタクトホールパターンに対する断面図およびそれに対する２次電子信号プロフィールを概略的に図示する。
【図７】一実施形態による微細パターン線幅測定方法を説明するための模式的流れ図である。
【図８】本発明の他の実施形態による微細パターン線幅測定方法を説明するための模式的流れ図である。
【符号の説明】
【００６１】
１００…電子ビーム、
１０２…ステージ、
１０４…ウェーハ、
１０４…試料、
１０６…圧縮レンズ、
１０８…偏向コイル、
１１０…対物レンズ、
１１２…検出器、
１１４…デジタル変換器、
１１４…変換器、
１１６…画像処理器、
１１８…コンピュータ、
１１９…メモリ、
１２０…表示部、
１２２…画像形成部、
１２２…走査電子顕微鏡画像形成部、
１２４…次電子プロフィール形成部、
１２４…次電子信号プロフィール形成部、
１２４…走査電子顕微鏡画像形成部、
１２６…パターンマッチング、
１２６…パターンマッチング部、
１２８…線幅測定部、
１２８…測定部。
【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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