(57)【要約】【課題】  荷電ビームを用いたパターンの寸法測定において、試料上で荷電ビームの焦点合わせを行う位置を測定位置から自動的に移動させる。【解決手段】  参照画像ＩＲ２を用いて二次元像ＩＥ２内で測定対象パターンに類似するパターンＰ４を検出し、かつ、観察視野内で含み測定時に電子ビームＥＢを照射すべき第１の領域Ｆｍ２を除く第２の領域Ｒｍから位置合せ用パターンに類似するパターンＰ２を検出する手順と、パターンＰ２のエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて第２の領域Ｒｍから電子ビームＥＢの焦点合わせ位置を選択して決定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を生成する荷電粒子源と、
前記荷電粒子線の軌道を偏向し、測定対象パターンおよび位置合せ用パターンが表面に形成された試料を走査する偏向器と、
前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出される二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかを検出し、前記試料の表面の状態を表わす二次元像のデータを出力する信号処理手段と、
予め準備された参照画像を用い、前記二次元像内で前記測定対象パターンに類似する第１のパターンを検出し、かつ、観察視野内で前記第１のパターンの測定時に前記荷電粒子線を照射すべき第１の領域を除く第２の領域から前記位置合せ用パターンに類似する第２のパターンを検出するパターン認識手段と、
前記第２のパターンのエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて前記第２の領域から前記荷電粒子線の焦点を合わせるための位置である焦点合わせ位置を選択して決定する焦点合わせ位置決定手段と、
前記荷電粒子線の焦点合わせを実行する焦点合わせ手段と、
前記荷電粒子線の照射位置を移動させる照射位置移動手段と、
前記第１のパターンの寸法を測定する測定手段と、
を備える寸法測定装置。
【請求項２】
前記第２のパターンのエッジ情報は、前記位置合せ用パターンの設計情報に基づいて評価されることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項３】
前記第２のパターンのエッジ情報は、寸法測定時の倍率よりも低い倍率で前記荷電粒子線を前記試料に照射して得られた二次元像に基づいて評価されることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項４】
荷電粒子線を生成する手順と、
前記荷電粒子線を偏向し、測定対象パターンおよび位置合せ用パターンが表面に形成された試料を走査する手順と、
前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出される二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかを検出し、前記試料の表面の状態を表わす二次元像を取得する手順と、
予め準備された参照画像を用い、前記二次元像内で前記測定対象パターンに類似する第１のパターンを検出し、かつ、観察視野内で前記第１のパターンの測定時に前記荷電粒子線を照射すべき第１の領域を除く第２の領域から前記位置合せ用パターンに類似する第２のパターンを検出する手順と、
前記第２のパターンのエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて前記第２の領域から前記荷電粒子線の焦点を合わせるための位置である焦点合わせ位置を選択して決定する手順と、
前記荷電粒子線の焦点合わせを実行する手順と、
前記荷電粒子線の照射位置を移動させる手順と、
前記第１のパターンの寸法を測定する手順と、
を備える寸法測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の寸法測定方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寸法測定装置、寸法測定方法およびプログラムに関し、例えば、電子顕微鏡を用いた半導体パターンの自動寸法測定を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
従来から電子顕微鏡を用いて半導体パターンの寸法測定を自動的に行う方法が各種知られている。具体例として特許文献１に記載の手法を説明する。
【０００３】
まず、測定箇所を見出すための手がかりとなるパターンを含む画像である参照画像を測定条件ファイル中に予め記録し、測定点の座標や後述するオフセット等の情報を記述しておく。参照画像とは、試料上に作成された回路パターンの一部や位置決め用のパターン等を含む画像である。例えば図１１に示す例では、十字形のマークＰ１００を含む画像ＩＲ１００が参照画像に相当する。
【０００４】
次に、ＸＹステージを駆動して大まかな位置合わせをし、続いてパターン認識の手法で観察視野中に参照画像に含まれるパターンまたはマークを探索する。探索されたパターンまたはマークの位置を手がかりにして線幅を測定すべき位置を検出する。図１１に示す例では、参照画像ＩＲ１００の所定箇所、例えば一つのコーナに一致する箇所を観察視野内で特定し、この箇所を基準位置Ｐｓ１００とし、この基準位置Ｐｓ１００からベクトルＶｏｓ１００だけ離れた位置でパターンＰ１２０の線幅測定を行う。基準位置Ｐｓ１００から線幅を測定すべき位置ＭＰ１００に引いたベクトルＶｏｓ１００をオフセットという。
【０００５】
このような手順により、特許文献１に記載の方法は、半導体パターンの寸法測定を自動的にかつ高精度に行うことを企図するものである。
【特許文献１】登録特許第３３３３６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体パターンの微細化にともない、電子線を照射することによる試料表面の損傷、または真空中からのハイドロカーボン等の堆積に起因して、半導体パターンの寸法の測定値の変化が無視できなくなり、製品歩留まりが低下する問題が発生している。
【０００７】
例えば上述した特許文献１に開示の寸法測定方法において、対物レンズの焦点合わせを行う試料上の箇所と測定すべきパターンとの間の距離が短い場合、焦点合わせの工程と観察視野の画像を取り込む工程とで電子ビームの照射領域が部分的に重なり合うことがあり、これによりウェーハが大きなダメージを受けることがある。このような問題を考慮すると、特許文献１に記載の方法の測定条件ファイルにおいて、パターン認識のための参照画像の設定と測定点までの移動量については慎重に決定する必要がある。しかしながら、従来、この点の判断は熟練したオペレータに依存していた。
【０００８】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、その目的は、焦点合わせを行う位置を測定位置から自動的に移動させることができる寸法測定装置、寸法測定方法およびプログラムを提供することにある。
【０００９】
また、自動焦点合わせのためには焦点合わせ時の観察視野内にパターンが存在する必要がある。従って、本発明の他の目的は、設計データと電子顕微鏡の観察視野に基づいて、自動焦点合わせを行うための最適な位置を自動的に設定する寸法測定装置、寸法測定方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１１】
即ち、本発明によれば、
荷電粒子線を生成する荷電粒子源と、
上記荷電粒子線の軌道を偏向し、測定対象パターンおよび位置合せ用パターンが表面に形成された試料を走査する偏向器と、
上記荷電粒子線の照射により上記試料から放出される二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかを検出し、上記試料の表面の状態を表わす二次元像のデータを出力する信号処理手段と、
予め準備された参照画像を用い、上記二次元像内で上記測定対象パターンに類似する第１のパターンを検出し、かつ、観察視野内で上記第１のパターンの測定時に上記荷電粒子線を照射すべき第１の領域を除く第２の領域から上記位置合せ用パターンに類似する第２のパターンを検出するパターン認識手段と、
上記第２のパターンのエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて上記第２の領域から上記荷電粒子線の焦点を合わせるための位置である焦点合わせ位置を選択して決定する焦点合わせ位置決定手段と、
上記荷電粒子線の焦点合わせを実行する焦点合わせ手段と、
上記荷電粒子線の照射位置を移動させる照射位置移動手段と、
上記第１のパターンの寸法を測定する測定手段と、
を備える寸法測定装置が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、
荷電粒子線を生成する手順と、
上記荷電粒子線を偏向し、測定対象パターンおよび位置合せ用パターンが表面に形成された試料を走査する手順と、
上記荷電粒子線の照射により上記試料から放出される二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかを検出し、上記試料の表面の状態を表わす二次元像を取得する手順と、
予め準備された参照画像を用い、上記二次元像内で上記測定対象パターンに類似する第１のパターンを検出し、かつ、観察視野内で上記第１のパターンの測定時に上記荷電粒子線を照射すべき第１の領域を除く第２の領域から上記位置合せ用パターンに類似する第２のパターンを検出する手順と、
上記第２のパターンのエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて上記第２の領域から上記荷電粒子線の焦点を合わせるための位置である焦点合わせ位置を選択して決定する手順と、
上記荷電粒子線の焦点合わせを実行する手順と、
上記荷電粒子線の照射位置を移動させる手順と、
上記第１のパターンの寸法を測定する手順と、
を備える寸法測定方法が提供される。
【００１３】
さらに、本発明によれば、上記寸法測定方法をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００１５】
即ち、本発明によれば、焦点合わせを行うための最適な位置を自動的に設定するので、寸法測定に際して、オペレータの熟練度に依存することなく、高い精度で焦点位置を自動的に決定することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、最適に設定された焦点合わせ位置へ測定位置から荷電粒子線の走査原点を移動させるので、上記荷電粒子線の照射による試料表面の損傷やハイドロカーボン等の堆積による測定値への影響が最小限に抑制され、高い精度での寸法測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。なお、以下では、荷電粒子線として電子ビームを用いる場合について説明するが、本発明はこれに限ることなく、例えばイオンビームを用いる場合にも適用可能である。
【００１８】
（１）寸法測定装置の実施の一形態
図１は、本発明にかかる寸法測定装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す寸法測定装置１は、集束された電子ビームＥＢを走査することにより半導体パターンの寸法を測定する走査型電子顕微鏡である。
【００１９】
寸法測定装置１は、電子ビーム鏡筒１０と、各種制御回路３２，３４，３６，３８と、試料であるウェーハＷを支持するＸ−Ｙステージ２２と、モータ２４と、ステージ制御回路４４と、検出器２６と、画像メモリ４６と、パターン認識装置４２と、モニタ４８と、制御コンピュータ２０と、通信回路５２と、シミュレーション用コンピュータ４０と、予め装置に内蔵された、または着脱可能な各種記憶媒体ＭＲ２，ＭＲ４，ＭＲ６とを備える。
【００２０】
制御コンピュータ２０は、各種制御回路３２，３４，３６，３８、ステージ制御回路４４、シミュレーション用コンピュータ４０、パターン認識装置４２等を介して装置全体を制御する。
【００２１】
記憶媒体ＭＲ２，ＭＲ４は、後述する寸法測定方法の一連の手順を記述したレシピファイルと測定条件ファイルとを格納する。これらのファイルは、予めこれらの記憶媒体に格納される他、専用回線または公衆回線に接続された通信回路５２を介して外部の記憶媒体その他の装置から測定の都度取り込んでこれらの記憶媒体に格納することもできる。
【００２２】
記憶媒体ＭＲ６には、測定対象のパターンに関する設計データが格納される。
【００２３】
シミュレーション用コンピュータ４０は、必要に応じて記憶媒体ＭＲ６から設計データを取り出し、パターンデータを加工して制御コンピュータ２０に供給する。
【００２４】
電子ビーム鏡筒１０は、電子銃１２と、コンデンサレンズ１４と、走査レンズ１６と、対物レンズ１８とを含む。電子銃１２は、電子銃制御回路３２から制御信号を受けて電子ビームＥＢを生成し、ウェーハＷに照射する。コンデンサレンズ１４は、コンデンサレンズ制御回路３４の制御信号を受けて磁界または電界を励磁し、適切なビーム径となるように電子ビームＥＢを集束させる。対物レンズ１８は、対物レンズ制御回路３８からの制御信号により磁界または電界を励磁し、電子ビームＥＢがウェーハＷ上にジャストフォーカスで照射するように電子ビームを再度集束させる。走査レンズ１６は、走査レンズ制御回路３６から制御信号を受けて、電子ビームＥＢを偏向するための電界または磁界を励起し、これにより、ウェーハＷを電子ビームＥＢで２次元的に走査する。モータ２４は、ステージ制御回路４４から制御信号を受けて動作し、Ｘ−Ｙステージ２２をＸ−Ｙ平面内で移動させる。
【００２５】
検出器２６は、電子ビームＥＢの照射によってウェーハＷから発生する二次電子、反射電子および後方散乱電子を検出する。検出器２６の出力信号は、ウェーハＷの表面の状態を表わす二次元像を構成し、この二次元像のデータが画像メモリ４６に格納される。
【００２６】
二次元像のデータは、画像メモリ４６からモニタ４８に出力され、二次元像が表示されてウェーハ表面の観察に供されるとともに、パターン認識装置４２にも出力される。
【００２７】
パターン認識装置４２は、記憶媒体ＭＲ６から制御コンピュータ２０により取り出された設計データ、またはシミュレーション用コンピュータ４０により加工されたパターンデータと、画像メモリ４６から供給された二次元像のデータとを比較し、実パターンの設計パターンからのずれ量を算出し、得られた値を制御コンピュータ２０へ供給する。制御コンピュータ２０は、走査レンズ制御回路３６およびステージ制御回路４４の少なくともいずれかに指令信号を供給することにより、走査レンズ１６およびＸ−Ｙステージ２２の少なくとも一方を用いて上記ずれ量を補正する。
【００２８】
図１に示す寸法測定装置の動作を、本発明にかかる寸法測定方法の実施の形態として以下に説明する。
【００２９】
（２）寸法測定方法の第１の実施の形態
図２は、本発明にかかる寸法測定方法の第１の実施の形態の概略手順を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、記憶媒体ＭＲ２，ＭＲ４から測定条件ファイルを読み出し、測定点１〜ｎ（ｎは自然数）の各位置座標、パターン認識に用いる階調値等のしきい値、参照画像、オフセット等の測定条件を読み込む（ステップＳ１）。次に、制御コンピュータ２０に内蔵されたカウンタ（図示せず）のカウントｎを１にセットし（ステップＳ２）、読み込んだ第１測定点の位置情報をもとにＸ−Ｙステージ２２を駆動し、第１測定点が観察視野の中心に位置するようウェーハＷを移動させる（ステップＳ３）。その位置で電子線を照射し、得られた二次元像を画像メモリ４６に取り込む（ステップＳ４）。
【００３１】
一般に、ステップＳ３におけるＸ−Ｙステージ２２の操作だけでは測定点および自動焦点合わせの位置を精密に特定することが困難である。そこで、観察視野の画像と参照画像とを比較して測定位置を検索し、測定位置の測定時の観察視野外の領域で、検索した測定位置に対して既知の位置関係（オフセット）にあるパターンのある位置へ電子線照射位置を移動させた後、対物レンズ１８の励磁電流を制御して焦点合わせを行い、再び測定位置へ移動しパターンの線幅測定を行う。
【００３２】
具体的には、記憶媒体ＭＲ６から直接に、またはシミュレーション用コンピュータ４０による加工を経て制御コンピュータ２０に供給された参照画像をパターン認識装置２１が読み込み（ステップＳ５）、先に画像メモリ４６に記憶した観察視野の画像中で参照画像と一致する箇所を検索する（ステップＳ６）。次に、観察視野中に参照画像と一致する箇所があるかどうか、すなわちパターンを認識できたかどうかを判定する（ステップＳ７）。パターンが認識できた場合は、自動焦点合わせ位置と測定位置とを決定し（ステップＳ８）、測定位置から自動焦点合わせ位置に引いたベクトル（オフセット）を算出し（ステップＳ９）、Ｘ−Ｙステージ２２または走査レンズ１６を用いて電子ビームＥＢの走査原点を変更し、測定位置から上記オフセットに応じて所定の方向に所定の距離だけ離れた位置の自動焦点合わせを行うべきパターン上へ電子ビームＥＢを移動し（ステップＳ１１）、対物レンズ１８の磁界または電界を制御して自動焦点合わせを行う（ステップＳ１２）。
【００３３】
次に、自動焦点合わせを行った位置から上記オフセットに定める方向とは逆の方向に上記オフセットに定めた距離だけ離れた位置の測定すべきパターン上へ電子ビームＥＢを移動する（ステップＳ１３）。さらに、その位置でパターンの線幅測定を行う（ステップＳ１４）。その後、全ての測定点についての測定が終了したかどうかを判定し（ステップＳ１５）、未だ測定すべき点が残っていればカウンタ（図示せず）のカウントを１だけ進め（ステップＳ１６）、ステップＳ２に戻って同様の操作を反復する。また、ステップＳ７で観察視野中に参照画像と一致する箇所を見出せなかった場合、すなわちパターン認識に失敗した場合にはステップＳ１０でエラー処理を行ったのち、ステップＳ１５に進む。
【００３４】
参照画像を用いて自動焦点合わせ位置と測定位置を決定する方法について図３を参照しながら説明する。図３において、（ａ）は参照画像の一例を示し、（ｂ）はパターン認識時の実パターンの二次元像の一例を示す。また、同図（ｃ）は（ｂ）に示す実パターンに対する自動焦点合わせ時の二次元電子像を示し、同図（ｄ）は（ｂ）に示す実パターンを測定する時の二次元電子像を示す。
【００３５】
図３（ａ）に示す参照画像は、ウェーハＷ上に形成される半導体回路パターンの一部であるパターンＰ２およびＰ４の画像である。この参照画像ＩＲ２は、記憶媒体ＭＲ６に格納されたデータベースから設計データを取り出し、シミュレーション用コンピュータ４０によってリソグラフィーシミュレーションを行い、得られたデータに基づいて走査型電子顕微鏡の二次電子像をさらにシミュレーションし、得られた画像データの一部を取り出したものである。リソグラフィーシミュレーションデータは、半導体の設計データ（本実施形態においてＣＡＤデータ）と半導体製造に用いる露光機のパラメータとに基づいてウェーハＷ上に転写した際のパターン形状をシミュレーションしたものである。ただし、シミュレーションの計算には時間がかかるため、参照画像としては走査型電子顕微鏡の二次元像のシミュレーションを省略したものを用いてもよい。また、設計データのパターンの角を丸めるなどの簡略的なリソグラフィーシミュレーションや設計データそのものでも構わない。図３に示す例では、（ａ）の参照画像ＩＲ２は設計データを用いて作成され、参照画像の中心、すなわちマッチング点を測定位置ＭＰ２（図中に十字線で示す）に一致させている。図３（ｂ）の観察視野ＩＥ２内で測定位置ＭＰ２をパターン認識の手法で探し、その位置を手がかりにして自動焦点合わせをすべき位置Ｐｆ２を見出す。このとき、測定位置ＭＰ２が視野中心Ｃｆ２に合致していない原因は、ステップＳ３におけるＸ−Ｙステージ２２の位置出し精度（＋／−３μｍ）にある。ここで、画像メモリ４６に画像を記憶させる際に測定時の観察視野Ｆｍ２内の領域にも電子ビームＥＢを照射することになるが、位置合せ時では測定時と比べて倍率が低いため単位面積あたりの電子の照射量は充分に低く、電子ビームＥＢを照射することによる試料表面の損傷、または真空中からのハイドロカーボン等の堆積による半導体パターンの寸法変化は無視できる。本実施形態ではパターン認識時の倍率を１５，０００倍、測定時の倍率を１５０，０００倍としたため、パターン認識時の単位面積あたりの照射量は測定時の１／１００である。図３（ａ）の参照画像で表される測定位置ＭＰ２を起点とし自動焦点合わせ位置Ｐｆ２を終点として引いたベクトルＶｏｓ２が本実施形態におけるオフセットである。参照画像ＩＲ２上でのオフセットは既知であり、測定条件ファイル中に予め記述されている。
【００３６】
次に、自動焦点合わせ位置Ｐｆ２へ電子ビームＥＢの走査原点を移動させ（ステップＳ１１）、対物レンズ１８を制御して図３（ｃ）に示すように自動焦点合わせを実行した後（ステップＳ１２）、測定位置ＭＰ２が視野の中心になるように（図３（ｄ）参照）電子ビームＥＢを移動させ（ステップＳ１３）、測定対象パターンＰ４の寸法測定を実行する（ステップＳ１４）。なお、図３（ｂ）において符号Ｆａｆ２は自動焦点合わせ時の観察視野を指示する。
【００３７】
次に、自動焦点合わせ位置の決定方法とオフセットの算出方法について、図４および図５を参照しながらより具体的に説明する。図４は、自動焦点合わせ位置の決定方法のより具体的な概略手順を示すフローチャートであり、また、図５は、自動焦点合わせ位置を探索する方法を説明する図である。
【００３８】
まず、ＣＡＤデータ上で測定位置と測定倍率とを設定する（ステップＳ２１）。次に、自動焦点合わせを行う倍率を設定し、自動焦点合わせ時の視野を算出する（ステップＳ２２）。続いて、ＣＡＤデータを用い、図５に示すように、電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲Ｒｍ内で、且つ、測定時の観察視野Ｆｍを除いた領域を自動焦点合わせ時の観察視野Ｆａｆ２で走査し、この観察視野Ｆａｆ２に含まれるパターンのエッジ長の総和が最大となる位置を探索し、探索された位置を自動焦点合わせ位置として決定する（ステップＳ２３）。このとき、自動焦点合わせ時の観察視野Ｆａｆ２は、電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲Ｒｍの外へ出たり、測定時の観察視野Ｆｍと重なってはならない。図５では、観察視野Ｆａｆ２の走査許容範囲を斜線の領域で示した。ここで、自動焦点合わせ時の視野Ｆａｆ２内のパターンエッジ長の総和が最大となる位置が複数個存在する場合は、チャージアップの影響を考慮し測定時の観察視野Ｆｍからの距離が最も離れている位置を選択する。
【００３９】
自動焦点合わせでは、自動焦点合わせでの視野が寸法測定位置での観察視野と重ならず、且つ、多くのパターンエッジが存在する必要がある。本実施形態では電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲を１０μｍ、測定倍率１５０，０００倍、自動焦点倍率を１５０，０００倍とした。１５０，００００倍での視野は０．９６μｍ角であるから、自動焦点合わせ時の観察視野が重ならないよう、９．０４μｍ角の領域で、且つ、測定点を中心に１．９２μｍ角の領域を除いた領域で自動焦点合わせ位置の探索を行った。
【００４０】
このように、本実施形態によれば、ＣＡＤデータに基づいて、寸法測定時の観察視野と重なることなく、且つ、より多数のパターンエッジが存在する観察視野の中心を最適な焦点位置として自動的に決定するので、寸法測定において電子ビームＥＢの照射による試料表面の損傷または電子ビームＥＢの照射による真空中からのハイドロカーボン等の堆積による測定値への影響を最小限にすることできる。また、従来はオペレータの勘や経験に頼っていた焦点合わせ位置の決定を自動的に行うので、測定精度がオペレータの経験や熟練度に左右されることも無い。
【００４１】
（２）寸法測定方法の第２の実施の形態
前述した第１の実施の形態において自動焦点合わせ位置と測定位置とを決定する手順では、ＣＡＤデータ上で最適な自動焦点合わせ位置を探索したが、本実施形態の特徴は、低倍率での観察視野中でパターン認識の手法を用いた測定位置の探索に並行して、自動焦点合わせ位置も併せて探索する点にある。したがって、測定条件ファイル中には自動焦点合わせ位置やオフセット量の情報を設定する必要はない。本実施形態においてその他の手順については上述した第１の実施の形態と実質的に同一である。
【００４２】
本実施形態における自動焦点合わせ位置の決定方法とオフセットの算出方法について図６および図７を参照しながら説明する。
【００４３】
図６は、本発明にかかる寸法測定方法の第２の実施の形態において自動焦点合わせ位置の決定手順とオフセットの算出手順とを示すフローチャートであり、図７は、本実施形態における自動焦点合わせ位置の探索方法を具体的に説明する図である。
【００４４】
まず、図６に示すように、測定位置近傍の低倍率画像Ｉｍ４を取得する（ステップＳ３１）。次に、図７に示すように、測定条件ファイルに予め登録されていた参照画像を用い、パターン認識の手法で測定位置ＭＰ４を探索する（ステップＳ３２）。次いで、得られた低倍率画像Ｉｍ４を微分処理することによりパターンエッジを抽出する（ステップＳ３３）。続いて、エッジ抽出処理を行なった低倍率画像Ｉｍ４内の領域であって、且つ、測定時の観察視野Ｆｍ４を除いた領域（図７において斜線で示す部分）において、自動焦点合わせ時の観察視野Ｆａｆ４内でパターンエッジ部分の画素の総和が最大となる位置を探索し、自動焦点合わせ位置として決定する（ステップＳ３４）。このとき自動焦点合わせ時の観察視野Ｆａｆ４は、低倍率画像Ｉｍ４の外へ出たり、寸法測定時の観察視野Ｆｍ４と重なってはならない。なお、本実施形態では、エッジ抽出に微分処理を用いたが、２値化やｓｏｂｅｌフィルタ、ラプラシアンフィルタ等の線要素抽出処理を用いることも可能である。
【００４５】
（３）寸法測定方法の第３の実施の形態
本実施形態の特徴は、ラインスキャンを用いてオートフォーカスを実行する点にある。本実施形態においてその他の手順については上述した第１の実施の形態と実質的に同一である。
【００４６】
本実施形態における、ラインスキャンを用いた自動焦点合わせについて図８および図９を参照しながら説明する。図８は、本実施形態における自動焦点合わせ位置の決定手順とオフセットの算出手順を示すフローチャートであり、また、図９は、自動焦点合わせ位置の探索方法を説明する図である。
【００４７】
図８に示すように、まず、ＣＡＤデータ上で測定位置ＭＰ６（図９参照）と測定倍率とを設定する（ステップＳ４１）。次に、自動焦点合わせを行う倍率を設定し、自動焦点合わせ時にラインスキャンする領域Ｆａｆ６を算出する（ステップＳ４２）。図９の十字ラインＳＬ６に示すように、本実施形態では交差する２本のラインスキャン方式を採用した。次に、ＣＡＤデータを用いて、電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲Ｒｍ６内で、且つ、測定時の観察視野Ｆｍ６を除いた領域において、自動焦点合わせ時のラインスキャンが最も多くのエッジを横切る位置を探索する（ステップＳ４４）。このとき、自動焦点合わせ時のラインスキャンは、電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲Ｒｍ６の外へ出たり、測定時の観察視野Ｆｍ６と重なってはならない。
【００４８】
本実施形態では十字形のラインスキャン方式を用いたが、これに限ることなく、例えば図１０の説明図に示すように、視野移動が可能な範囲Ｒｍ６を横切る方向に沿って設定された一本のラインＳＬ８を用いて走査することもできる。
【００４９】
（４）プログラム
上述した寸法測定方法の一連の手順は、コンピュータに実行させるプログラムとしてフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に例えば上述したレシピファイルの形態で収納し、コンピュータに読込ませて実行させても良い。これにより、本発明にかかる寸法測定方法を画像処理可能な汎用コンピュータを用いて実現することができる。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記憶媒体でも良い。また、上述した寸法測定方法の一連の手順を組込んだプログラムをインターネット等の通信回線（無線通信を含む）を介して頒布しても良い。さらに、上述した寸法測定方法の一連の手順を組込んだプログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布しても良い。
【００５０】
（５）半導体装置の製造方法
上述した本発明にかかる寸法測定方法のいずれかを半導体装置の製造工程において実行すれば、焦点合わせを行うための最適な位置がオペレータの熟練度に依存することなく自動的に設定され、かつ、荷電粒子線の照射による試料表面の損傷やハイドロカーボン等の堆積による測定値への影響も最小限に抑制される。これにより、高い精度での寸法測定が可能になるので、高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明にかかる寸法測定装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかる寸法測定方法の第１の実施の形態の概略手順を示すフローチャートである。
【図３】参照画像を用いて自動焦点位置と測定位置を決定する方法の一例を説明する図である。
【図４】自動焦点合わせ位置の決定方法の具体的手順を示すフローチャートである。
【図５】自動焦点合わせ位置を探索する方法を説明する図である。
【図６】本発明にかかる寸法測定方法の第２の実施の形態において自動焦点合わせ位置の決定手順とオフセットの算出手順とを示すフローチャートである。
【図７】本発明にかかる寸法測定方法の第２の実施の形態における自動焦点合わせ位置の探索方法を具体的に説明する図である。
【図８】本発明にかかる寸法測定方法の第３の実施の形態における自動焦点合わせ位置の決定手順とオフセットの算出手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明にかかる寸法測定方法の第３の実施の形態における自動焦点合わせ位置の探索方法を説明する図である。
【図１０】本発明にかかる寸法測定方法の第３の実施の形態における自動焦点合わせ位置の他の探索方法を説明する図である。
【図１１】参照画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  走査型電子顕微鏡
１０  電子ビーム鏡筒
１２  電子銃
１４  コンデンサレンズ
１６  走査レンズ
１８  対物レンズ
２０  制御コンピュータ
２２  Ｘ−Ｙステージ
２４  モータ
２６  検出器
４０  シミュレーション用コンピュータ
４２  パターン認識装置
４４  ステージ制御回路
４６  画像メモリ
４８  モニタ
５２  通信回路
ＥＢ  電子ビーム
Ｆａｆ２，Ｆａｆ４，Ｆａｆ６  自動焦点合わせ時の観察視野
Ｆｍ２，Ｆｍ４，Ｆｍ６  測定時の観察視野
Ｉｍ４  測定位置近傍の低倍率画像
ＭＰ２，ＭＰ４  測定位置
ＭＲ２，ＭＲ４，ＭＲ６  記憶媒体
Ｐ２  測定対象パターン
Ｐ４  位置合せ用パターン
Ｐｆ２  自動焦点合わせ位置
Ｒｍ２，Ｒｍ６  イメージシフトによる視野移動が可能な範囲
Ｗ  ウェーハ
【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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