(57)【要約】【課題】  繰返し形成された半導体パターンの形状を評価・計測する際，従来法では，ラフネスやノイズ対策として図形（円，楕円等）への当てはめが行われているが，任意のパターン形状には適用できないという課題があった。 【解決手段】  撮像画像内の半導体パターンを基にして基準パターンを生成し、画像上の計測対象パターンと照合することにより、任意のパターン形状に対応可能で且つ高い再現性を有する計測を可能にする。【選択図】  図４
2013137202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ上に形成された半導体パターンの評価方法であって、
前記ウェーハを撮像して得た撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンを用いて基準パターンを生成するステップと、
前記撮像画像上の複数の半導体パターンから選択された評価対象パターンと前記基準パターンとを照合し、マッチング位置を算出するステップと、
前記マッチング位置における前記基準パターンに基づいて前記評価対象パターンを評価するステップと、
を有することを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体パターンの評価方法であって、
前記評価対象パターンを評価するステップでは、前記評価対象パターンの計測箇所に対応する前記基準パターンの計測箇所の寸法を計測することにより、前記評価対象パターンの計測箇所の寸法計測を行うことを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体パターンの評価方法であって、
前記評価対象パターンを評価するステップでは、前記評価対象パターンの形状評価箇所に対応する前記基準パターンの形状評価箇所の形状を評価することにより、前記評価対象パターンの形状評価箇所の形状を数値指標化することを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体パターンの評価方法であって、
前記評価対象パターンを評価するステップでは、前記評価対象パターンの評価箇所に対応する前記基準パターンの評価箇所において検出したエッジ点列に基づいてエッジラフネスを算出することにより、前記評価対象パターンのエッジラフネスを算出することを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体パターンの評価方法であって、
前記基準パターンを生成するステップでは、前記撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンの濃淡値を平均化して前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体パターンの評価方法であって、
前記基準パターンを生成するステップは、
前記撮像画像を縦方向及び横方向に投影して縦方向の信号波形及び横方向の信号波形を検出するステップと、
前記縦方向の信号波形及び前記横方向の信号波形のそれぞれについて波形ピークを抽出し、前記抽出した波形ピークに基づいて、前記撮像画像上における前記半導体パターンのパターン位置及びパターン間隔を算出するステップと、
を有し、
前記算出した半導体パターンのパターン位置及びパターン間隔を用いて前記複数の半導体パターンの濃淡値を平均化するして前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体パターンの評価方法であって、
前記基準パターンを生成するステップでは、互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンが撮像された複数の撮像画像を用いて前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体パターンの評価方法であって、
前記評価対象パターンと前記基準パターンを照合してマッチング位置を算出するステップでは、照合範囲を前記評価対象パターンと前記基準パターン上の評価対象を含む一部の範囲であって、前記マッチング位置の算出を行うマッチング位置探索範囲より狭い範囲に設定することを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体パターンの評価方法であって、
前記評価対象パターンと前記基準パターンを照合してマッチング位置を算出するステップは、
前記評価対象パターンと前記基準パターンのエッジを検出するステップを有し、
前記検出した評価対象パターンのエッジと前記検出した基準パターンのエッジのエッジ間距離が最小となるような位置をマッチング位置として算出することを特徴とする半導体パターンの評価方法。
【請求項１０】
ウェーハ上に形成された半導体パターンを評価する半導体パターン評価装置であって、
電子顕微鏡を用いて前記ウェーハを撮像して撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
前記取得した撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンを用いて基準パターンを生成する基準パターン生成手段と、
前記生成した基準パターンと前記撮像画像上の複数の半導体パターンから選択された評価対象パターンとを照合し、マッチング位置を算出するマッチング位置算出手段と、
前記算出したマッチング位置における前記基準パターンに基づいて前記評価対象パターンを評価するパターン評価手段と、
を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体パターン評価装置であって、
前記パターン評価手段は、前記評価対象パターンの計測箇所に対応する前記基準パターンの計測箇所の寸法を計測することにより、前記評価対象パターンの計測箇所の寸法計測を行う寸法計測手段を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の半導体パターン評価装置であって、
前記パターン評価手段は、前記評価対象パターンの形状評価箇所に対応する前記基準パターンの形状評価箇所の形状を評価することにより、前記評価対象パターンの形状評価箇所の形状を数値指標化する形状評価手段を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の半導体パターン評価装置であって、
前記パターン評価手段は、前記評価対象パターンの評価箇所に対応する前記基準パターンの評価箇所において検出したエッジ点列に基づいてエッジラフネスを算出することにより、前記評価対象パターンのエッジラフネスを算出するエッジラフネス算出部を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３のいずれかに記載の半導体パターン評価装置であって、
さらに、前記マッチング位置における前記基準パターンを前記撮像画像上に表示する画像出力手段を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれかに記載の半導体パターン評価装置であって、
前記基準パターン生成手段は、前記撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンの濃淡値を平均化して前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の半導体パターン評価装置であって、
前記基準パターン生成手段は、
前記撮像画像を縦方向及び横方向に投影して縦方向の信号波形及び横方向の信号波形を検出し、前記検出して得た前記縦方向の信号波形及び前記横方向の信号波形のそれぞれについて波形ピークを抽出し、前記抽出した波形ピークに基づいて、前記撮像画像上における前記半導体パターンのパターン位置及びパターン間隔を算出し、前記算出した半導体パターンのパターン位置及びパターン間隔を用いて前記複数の半導体パターンの濃淡値を平均化するして前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【請求項１７】
請求項１０乃至１６のいずれかに記載の半導体パターン装置であって、
前記マッチング位置算出手段は、照合範囲を前記評価対象パターンと前記基準パターン上の評価対象を含む一部の範囲であって、前記マッチング位置の算出を行うマッチング位置探索範囲より狭い範囲に設定して、マッチング位置を算出することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【請求項１８】
請求項１０乃至１７のいずれかに記載の半導体パターン評価装置であって、
前記マッチング位置算出手段は、前記評価対象パターンと前記基準パターンのエッジを検出し、前記検出した評価対象パターンのエッジと前記検出した基準パターンのエッジのエッジ間距離が最小となるような位置をマッチング位置として算出することを特徴とする半導体パターン評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ上のパターンを評価する分野において、特に画像上に繰返し形成されているパターンを対象とした評価方法及び評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体パターンの寸法計測や形状評価では、走査型電子顕微鏡により撮像された高解像度画像を基に、画像上のパターンエッジを検出し、そのエッジ座標から寸法の算出や形状の評価がなされる。従来の計測対象パターンはラインやホールが一般的であり、これらのパターンでは計測エッジ点を多数活用することにより高い再現性を有する計測が可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２２７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、近年、ラインやホールとは異なる複雑形状パターンが増加しており、これらのパターンでは計測や形状評価に活用可能な点数が少数となるケースも多いため、計測精度が低下するという問題があった。それゆえ、半導体パターン寸法を高精度に計測するためには、パターン上の多数のエッジ点を計測に活用することが望ましい。例えば、特許文献１では、複雑形状パターンに対して一般図形を当てはめ、その図形のサイズを計測することにより、パターン上の多数のエッジ点を計測に反映させる手法が提案されている。しかし、実際の半導体パターンでは、一般図形ではモデル化困難なものが多く、上記手法では任意の半導体パターンに対応できないという課題がある。また、半導体パターン形状を近似的に一般図形にモデル化しているため、得られた計測値が必ずしも適切な寸法値とは限らず、高精度なパターンの寸法測定や形状評価ができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、繰返し半導体パターンを対象とし、任意の半導体パターン形状に対応可能で且つ高い再現性を有する半導体パターンの評価方法及び評価装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）ウェーハ上に形成された半導体パターンの評価方法であって、前記ウェーハを撮像して得た撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンを用いて基準パターンを生成するステップと、前記撮像画像上の複数の半導体パターンから選択された評価対象パターンと前記基準パターンとを照合し、マッチング位置を算出するステップと、前記マッチング位置における前記基準パターンに基づいて前記評価対象パターンを評価するステップと、を有することを特徴とする半導体パターンの評価方法である。
（２）ウェーハ上に形成された半導体パターンを評価する半導体パターン評価装置であって、電子顕微鏡を用いて前記ウェーハを撮像して撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、前記取得した撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンを用いて基準パターンを生成する基準パターン生成手段と、前記生成した基準パターンと前記撮像画像上の複数の半導体パターンから選択された評価対象パターンとを照合し、マッチング位置を算出するマッチング位置算出手段と、前記算出したマッチング位置における前記基準パターンに基づいて前記評価対象パターンを評価するパターン評価手段と、を有することを特徴とする半導体パターン評価装置である。
【０００７】
また、本発明では、コンピュータに当該発明に相当する機能を実現させるための微細パターン測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても成立する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、任意の半導体パターン形状に対応可能で且つ高い再現性を有する半導体パターンの評価方法及び評価装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】半導体パターン評価装置の構成例を示す図である。
【図２】計測対象パターンの撮像画像の一例を示す図である。
【図３】計測対象部分の拡大図である。
【図４】本計測処理ステップの一例を示す図である。
【図５】基準パターン生成の処理フローの一例を示す図である。
【図６】撮像画像全体の投影波形とパターン領域の一例を示す図である。
【図７】画像上の半導体パターンの加算方法の一例を示す図である。
【図８】基準パターンの一例を示す図である。
【図９】基準パターン上の照合範囲の一例を示す図である。
【図１０】パターン上のエッジ検出基点設定方法の一例を示す図である。
【図１１】パターンのエッジ位置を算出する信号波形の一例を示す図である。
【図１２】パターン上のエッジ検出の一例を示す図である。
【図１３】基準パターンエッジと計測対象パターンエッジのエッジ間距離の一例を示す図である。
【図１４】基準パターンエッジと計測対象パターンエッジのマッチング位置探索の一例を示す図である。
【図１５】パターン間距離計測の一例を示す図である。
【図１６】パラメータ設定画面の一例を示す図である。
【図１７】パターン計測の出力画像の一例を示す図である。
【図１８】形状評価対象パターンの一例を示す図である。
【図１９】形状評価対象パターンの撮像画像の一例を示す図である。
【図２０】形状評価対象パターンの基準パターンの一例を示す図である。
【図２１】形状評価対象パターンの基準パターン上の照合範囲の一例を示す図である。
【図２２】基準パターンを基に形状評価対象パターンの形状評価の一例を示す図である。
【図２３】形状評価の出力画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
本実施例に係る半導体パターン評価装置の構成例について、図１を用いて説明する。本実施例に係る半導体パターン評価装置における測長SEM（Scanning Electron Microscope）１０は、計測用ウェーハを設置するサンプルステージと、電子ビーム１００を制御する照射光学系と、試料上から放出される２次電子を検出する検出系とを用いて構成される。サンプルステージは、試料である計測用ウェーハを搬送するロードロック室１０１と、搬送される計測用ウェーハを固定するステージ台１０２と、を適宜用いて構成される。
【００１１】
照射光学系は、電子ビーム１００を出射する電子銃１０３と、電子ビーム１００の経路上にあるコンデンサレンズ１０４、対物可動絞り１０５、アライメントコイル１０６、スティグマコイル１０７、偏向コイル１０８、対物レンズ１０９とを適宜用いて構成される。放出した電子ビーム１００は、コンデンサレンズ１０４を経てアライメントコイル１０６、スティグマコイル１０７により電子ビーム１００の照射位置ずれ、非点収差を補正され、偏向コイル１０８により試料上の照射位置を制御され、対物レンズ１０９により集光されてステージ台１０２上の計測用ウェーハに照射される。
【００１２】
検出系は、E×B偏向器１１０と、検出器１１１とを適宜用いて構成される。E×B偏向器１１０では、電子ビーム１００の照射により試料内から発生した２次電子に電界および磁界をかけることで、２次電子を検出器１１１の方向に誘導する。曲げられた２次電子は検出器１１１により検出する。検出された２次電子はA/Dコンバータ１１２によりデジタル信号に変換され、メモリ１１３に画像として格納される。画像処理部１１４は、基準パターン生成部１１４１と、マッチング位置算出部１１４２と、寸法計測部１１４３及び／又は形状評価部１１４４とを含むパターン評価部１１４０と、を適宜用いて構成され、メモリ１１３に格納されたデジタル画像を必要に応じて取り出し、エッジ検出、パターン寸法計測等を行なう。画像処理部１１４内の各処理部の詳細については後述する。ステージコントローラ１１５はステージ台１０２上の試料への電子ビーム１００の照射位置を制御しており、制御端末１１６では測長SEM１０全体を制御し、電子ビーム１００の照射条件の調整や試料上への照射位置等を統括し、かつ画像処理部１１４で処理された画像を出力することができる。なお、画像処理部１１４での処理は、例えば、予め設定された画像処理プログラムを有する記録媒体１１７記録されているプログラムなどに従って制御される。
【００１３】
図２は、計測用ウェーハの繰返しパターンを撮像した撮像画像２０１の一例を示す。撮像画像２０１は、計測用ウェーハ上のある領域で電子線１００を走査し、そこで発生した2次電子を検出器１１１で検出し、検出した2次電子をA/Dコンバータ１１２によりデジタル信号に変換し、メモリ１１３に記憶された計測用ウェーハの回路パターン像である。本実施例は、メモリセル部のように、繰返し形成される同一形状のパターンを対象とし、この繰返しを利用した安定な計測を実現する。図２に示すように、撮像画像２０１は同一形状となるように繰返し形成された半導体パターン２０２（但し、製造加工バラつきやSEM画像上のノイズにより、画像は完全には一致しない）が複数入るように撮像する。また、計測対象部分２０３a、２０３bは寸法計測を行う部分を示しており、隣接するパターン間距離（２０３a）や、同一パターン内の先端間距離（２０３b）などが挙げられる。本実施例では、横方向に隣接するパターン間距離（２０３a）を計測対象部分２０３とする場合を例にとり、以下説明する。
【００１４】
図３は、撮像画像２０１の計測対象部分２０３（図２の２０３a）の拡大図を示す。便宜上、計測対象部分２０３のうち、左側の半導体パターン２０２を左計測対象パターン３０１L、右側の半導体パターン２０２を右計測対象パターン３０１Rとする。
【００１５】
図４は、本実施例に係る寸法計測フローチャートの一例を示す。本計測処理は、画像処理部１１４の各処理部で実行される。まず、メモリ１１３に格納された複数の画像から撮像画像２０１を読み込む（ステップ４０１）。次に、画像処理部１１４の基準パターン生成部１１４１にて、撮像画像２０１上の半導体パターン２０２を用いて基準パターンを生成する（ステップ４０２）。ここで、基準パターンとは、テンプレートマッチングによる寸法計測を行うために、撮像画像２０１内から生成するテンプレートパターン像である。そして、画像処理部１１４のマッチング位置算出部１１４２にて、生成された基準パターンを左計測対象パターン３０１L、右計測対象パターン３０１Rと個別に照合し、マッチング位置を算出する（ステップ４０３）。ここでは、照合方法としてパターンエッジを活用した手法を後述する。最後に、マッチング位置上の基準パターンから計測点を検出し、それを基に寸法計測部１１４３にて計測対象部分２０３の寸法計測を行う（ステップ４０４）。以下、各ステップの具体的な処理内容について詳述する。
【００１６】
まず、ステップ４０２について述べる。本ステップは、基準パターン生成部１１４１での基準パターン生成処理であり、その具体的内容を図５乃至図７を用いて説明する。本処理では，繰返しパターンとして形成された撮像画像２０１上の複数の半導体パターン２０２を重ね合せ、パターン上の濃淡値を平均化することでラフネスやノイズを低減した基準パターンを生成する。図５は、図４のステップ４０２の詳細フローチャートである。図２で示す撮像画像２０１のように、画像上の全てのパターンが縦方向、横方向にそれぞれ等間隔で並び、且つ、隣接するパターン間にスペースがある場合、縦横方向それぞれに画像全体の波形投影を行うことで図６に示すような縦方向で投影した信号波形６０１ｖ、横方向で投影した信号波形６０１ｈを取得することができる（ステップ５０１）。得られた縦方向、横方向の信号波形６０１ｖ、６０１ｈでは、画像上のパターンが存在する領域でのみ信号値が高くなるため、その信号値の高い領域の範囲が縦横方向の撮像画像２０１上の各半導体パターン２０２のパターン領域６０２となり、信号値の高い領域の周期が縦方向、横方向それぞれのパターン間隔６０３ｖ、６０３ｈとなる（ステップ５０２）。次に、算出したパターン領域６０２、パターン間隔６０３ｖ、６０３ｈを基に、撮像画像２０１上のパターンの濃淡値を加算・平均化する（ステップ５０３）。その具体的な平均化手法について図７を用いて説明する。
【００１７】
まず、撮像画像２０１上の各半導体パターン２０２をパターン位置ごとに区分けする。ｘ１、ｘ２、ｘ３は横方向のパターン位置を、ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４、ｙ５は縦方向のパターン位置を示す。次に、その１つであるパターン位置（ｘ１、ｙ１）を選択し、その領域内の各座標の画素値を抽出する。この（ｘ１、ｙ１）上のパターン領域６０２を右方向にパターン間隔６０３ｈだけシフトすると、（ｘ２、ｙ１）のパターン領域６０２と重なる。重なったパターン領域６０２内の各座標の画素値を加算する。これを最も右側のパターン位置（ｘ３、ｙ１）と重なるまで繰り返す。次に、パターン領域６０２を下方向にパターン間隔６０３ｖだけシフトし、パターン位置（ｘ３、ｙ２）のパターン領域６０２内の各座標の画素値を加算する。そして、今度は左方向にパターン間隔６０３ｈずつシフトし、シフトごとにパターン領域６０２内の画素値を加算する。これをｙ２行の最も左側のパターン位置（ｘ１、ｙ２）と重なるまで繰り返す。同様の処理を、図７に示すように撮像画像２０１上の最後のパターンに至るまで順次行うことで、撮像画像２０１上の全パターン領域６０２を加算することができる。ここでは加算するパターンを撮像画像２０１上の全パターンとしたが、基準パターンの生成に適さない欠陥のあるパターンを除く等して、ユーザが指定するパターンに限定しても良い。また、本実施例では波形投影を用いて同一形状パターン間の距離を求める方法を説明したが、パターンのピッチが既知の場合には、操作者がパターンピッチを数値で設定してもよい。また、パターンの設計データがある場合には、設計データを用いて、繰返しパターンのピッチやパターン間の距離を算出しても構わない。このように設計情報を用いることで、容易且つ正確にパターン間距離を決定することが出来る。また、一般的な画像間の相関を用いたテンプレートマッチング法などでパターン間の距離を求めてもよい。その後、加算したパターン領域６０２内の各画素値を加算数で割ることにより、パターン領域６０２内のパターン濃淡値の平均化を行うことができる。この一連の処理により得られたパターンは、図８に示すような基準パターン８０１としてメモリ１１３に保存する。以上が、基準パターン８０１生成過程であるステップ４０２の内容である。なお、ここでは、1枚の撮像画像内に繰返しパターンが存在する場合の例を説明したが、同一画像内に撮像することが困難な離れた場所に同一形状パターンが形成される場合には、それぞれのパターンを別の画像に撮像して、複数画像間での平均処理により基準パターンを生成してもよい。さらに、異なるショット内の同じ箇所の画像を撮像して、ショット間での平均画像を用いて基準パターンを生成しても構わない。このように、同一形状となるように繰返し形成された複数のパターン画像の濃淡値を平均化することで、パターン間の微小な形状バラつきや画像のノイズなどの影響を低減し、安定な計測を実現することが出来る。
【００１８】
次に、ステップ４０３を説明する。本ステップでは、左計測対象パターン３０１L、右計測対象パターン３０１Rと基準パターン８０１のパターン照合を行う。パターン照合は必ずしもパターン全体で行う必要は無く、図９に示すようにパターン上の一部を照合範囲９０１として指定してもよい。但し、少なくとも照合範囲９０１内に計測対象部分２０３の一端である計測点を包含している必要がある。
【００１９】
以下、左計測対象パターン３０１Lと基準パターン８０１との照合の場合を例にとり、パターンの照合方法を図１０乃至図１４を用いて説明する。パターン照合を行う際に用いるエッジの検出方法から述べる。まず、図１０に示すように左計測対象パターン３０１L及び基準パターン８０１上にエッジ検出基点１００１を設定する。本例では図１０に示す位置にエッジ検出基点１００１を設定しているが、パターン内であれば任意の位置で構わない。但し、左計測対象パターン３０１Lのパターン領域６０２を６０２A、エッジ検出基点１００１を１００１Aとし、基準パターン８０１のパターン領域６０２を６０２B、エッジ検出基点１００１を１００１Bとしたとき、パターン領域６０２A内におけるエッジ検出基点１００１Aの位置とパターン領域６０２B内におけるエッジ検出基点１００１Bの位置は同一にする必要がある。
【００２０】
以下のエッジ検出方法の説明においては、左計測対象パターン３０１Lと基準パターン８０１で同一の処理となるため、両パターンを区別せずにパターンと表記して説明する。まず、エッジ検出基点１００１から垂直上方向の信号波形を取得する。取得範囲はエッジ検出基点１００１からパターン領域６０２の上端１００２に達するまでとする。得られた信号波形１１０１を図１１に示す。パターン上のエッジ付近では画素値が高くなるため、信号波形１１０１はエッジ付近で信号ピークが発生した形状となる。次に、事前に指定しておいたエッジしきい値１１０２により、エッジ信号値１１０３を算出する。エッジしきい値１１０２はユーザにより任意に指定できるパラメータであり、信号波形１１０１上の最大信号値１１０４を１００％、最小信号値１１０５を０％としたときの信号強度比率を表す。以下にエッジ信号値１１０３を求める算出式を示す。
（数１）エッジ信号値１１０３＝（最大信号値１１０４−最小信号値１１０５）
×エッジしきい値１１０２＋最小信号値１１０５
最後に信号波形１１０１上からエッジ信号値１１０３と一致する座標をエッジ位置１１０６として検出する。以上の処理を、図１２に示すようにエッジ検出基点１１０１を起点として垂直上方向から垂直下方向まで、例えば、時計回りに2度間隔で行い、計９０点のエッジ点（１２０１〜１２９０）を検出する。但し、エッジ検出の間隔は必ずしも2度である必要は無く、任意の値で構わない。以上がエッジ検出方法である。この処理を、基準パターン８０１と左計測対象パターン３０１Lそれぞれで行い、９０点のエッジ点を検出順に番号付けする。
【００２１】
続いて、検出したエッジ点列を用いた左計測対象パターン３０１Lと基準パターン８０１のマッチング位置探索方法を図１３、図１４を用いて説明する。ここで、マッチング位置とは、左計測対象パターン３０１Lと基準パターン８０１の両パターンのエッジ間距離Lが最小となる位置であり、エッジ間距離Lは図１３に示す両パターンの同一番号のエッジ距離（１３０１〜１３９０）の総和である。まず、マッチング位置探索範囲と探索初期位置を設定し、探索初期位置でのエッジ間距離Lを求める。探索範囲はユーザ指定でもよいし、パターン領域６０２等を基に自動設定しても良いが、縦方向、横方向ともに、図９に示す照合範囲９０１より広いサイズに設定する。また、探索初期位置は探索範囲の左上端と照合範囲９０１の左上端の座標が一致する位置とする。
【００２２】
次に、図１４に示すように、照合範囲９０１をマッチング位置探索範囲１４０１内でシフトさせて各位置でのエッジ間距離Lを求める。その具体的なステップの一例を述べる。まず、探索初期位置から右方向に照合範囲９０１の右端が接するまで1画素単位でシフトさせ、各位置でのエッジ間距離Lを求める。次に、照合範囲９０１を左方向に左端までシフトさせた後、１画素下にシフトさせ、右方向に1画素ずつシフトして各位置でのエッジ間距離Lを求める。本ステップを照合範囲９０１の右下端が探索範囲１４０１の右下端と接するまで行い、各位置のエッジ間距離Lをメモリ１１３に保存する。ここではシフト単位を1画素としたが、別の値に変更して行ってもよい。最後に、探索範囲１４０１内のうち、エッジ間距離Lが最小となる位置を検出し、その位置をマッチング位置としてメモリ１１３に保存する。右計測対象パターン３０１R上での基準パターン８０１のマッチング位置検出方法においても、エッジ検出を垂直上方向から垂直下方向まで反時計回りに行う、という適宜な変更点を除いて同様である。以上、ステップ４０３の照合方法としてパターンエッジを用いた手法を述べたが、正規化相互相関法等の一般的に知られているテンプレートマッチング法等を用いてもよい。
【００２３】
最後に、ステップ４０４である寸法計測部１１４３での寸法計測の具体例について説明する。まず、計測対象部分２０３の左右両端の座標を求める。以下、図１５に示すように、計測対象部分２０３の左端の座標を左計測点１５０１L、右端の座標を右計測点１５０１Rとする。左計測点１５０１Lは、左計測対象パターン３０１L上のマッチング位置における基準パターン８０１の右先端座標となる。よって、ステップ４０３で検出した基準パターン８０１上のエッジ点のうち、最も右端のエッジ点を左計測点１５０１Lとすればよい。同様に、右計測点１５０１Rは、基準パターン８０１上のエッジ点のうち、最も左端のエッジ点とする。その後、左計測点１５０１Lと右計測点１５０１Rの距離を計測対象部分２０３の寸法値として算出する。ここでは、パターン間距離を計測対象としたため、計測点を左右両パターンの両端座標としたが、ユーザが基準パターン上の任意の座標に計測点を指定してもよい。
【００２４】
本計測を行う上で、事前にユーザからいくつかの処理パラメータの値を設定しておく必要がある。この処理パラメータは制御端末１１６のモニタ上に表示されるパラメータ設定画面上で、キーボード等の外部入力デバイスを用いて行い、設定されたパラメータ値は画像処理部１１４に送られる。そのパラメータ設定画面１６０１の一例を図１６に示す。パラメータ設定画面１６０１上には、例えば、計測を行う画像名１６０２や処理パラメータの設定項目が記載される。処理パラメータには、基準パターン８０１の生成に用いるパターン位置検出しきい値１６０３や基準パターン生成用半導体パターン範囲１６０４、エッジしきい値１１０２、半導体パターン２０２上の照合範囲９０１、計測対象部分２０３、マッチング位置探索範囲１４０１等が適宜含まれる。
【００２５】
上記処理により得られた計測結果は制御端末１１６に送られ、制御端末１１６内のデータ記録装置に保存されると同時に制御端末１１６のモニタ上に出力画像として表示される。図１７に、出力画像１７０１の一例を示す。出力画像１７０１上には、算出された計測値やマッチング精度等の計測結果１７０２のほか、左計測対象パターン３０１L、右計測対象パターン３０１R上にマッチングされた基準パターン８０１及びその計測対象部分２０３、基準パターン８０１生成に用いたパターンの範囲１６０３、縦横方向の投影信号波形６０１h、６０１v、並びにパターン位置検出しきい値１６０３等が適宜表示される。
【００２６】
以上述べた撮像画像２０１に対する一連の処理手続きは記録媒体１１７に格納されており、外部入力デバイスから制御端末１１６への指示により記録媒体１１７が読み込まれ、一連の処理手続きが行われる。
【実施例２】
【００２７】
本実施例２では、寸法計測以外の半導体パターンの評価の例として、実施例１で述べた基準パターンマッチング処理による寸法計測を、パターンの形状評価に活用した例について述べる。なお、パターン評価装置の構成例等については、実施例１と同様であり、以下では、相違点を主として説明し、実施例１と同様となる内容については説明を省略する。
図１８は、形状評価の対象である形状評価対象パターン１８０１の一例を示す。本形状評価対象パターン１８０１の形状は、主要部分１８０２は円形であるが、非主要部分１８０３として一箇所に微細な突起領域が存在している。このような微細な非主要部分１８０３は形状がバラつくことが多い。図１９は、図１８で示した形状評価対象パターンについて画像処理部１１４で構築された撮像画像１９０１を示す。撮像画像１９０１上で、パターンの微細な非主要部分１８０３の形状はバラついている。本実施例では、基準パターンマッチング処理による微細な非主要部分の形状評価について述べる。
【００２８】
基準パターン生成部１１４１による基準パターンの生成方法までは、実施例１と同様であり、説明を省略する。形状評価対象パターン１８０１について実施例１と同様に処理して生成した基準パターン２００１を図２０に示す。次に、図２０で示す生成した基準パターン２００１に対して照合範囲２１０１を指定し、パターン照合を行う。ここでは、図２１に示すように照合範囲２１０１にパターンの主要部分１８０２である円形を指定する。これは、円形部分は微細な非主要部分１８０３である突起領域に比べて変形しにくく、安定した照合を行うことができるためである。照合方法は実施例１と同様にパターンエッジを用いた手法を活用してもいいし、一般に知られるテンプレートマッチング法を用いても構わない。
【００２９】
最後に、形状評価部１１４４により、マッチング位置上での形状評価対象パターン１８０１と基準パターン２００１との比較により形状評価を行う。ここではその形状評価方法として、両パターンのエッジ位置を比較する方法を、図２２を用いて述べる。本形状評価方法では、まず、実施例１と同様に、形状評価対象パターン１８０１及び基準パターン２００１上の同一位置にエッジ検出基点２２０１を設け、放射状に同一数のエッジ点を検出し、検出順に両パターンのエッジを番号付けする。次に、形状評価対象パターン１８０１及び基準パターン２００１の両パターンにおける同一番号のエッジ距離２２０２を求め、その平均値Mを算出する。形状評価対象パターン１８０１の形状が基準パターン２００１の形状に近いほどエッジ距離の平均値Mは小さくなるため、平均値Mの数値がそのまま形状評価の指標値となる。また、図示しないが、画像処理部１１４に含まれるエッジラフネス算出部により、エッジ番号別にエッジ距離２２０２を比較することで、形状評価対象パターン１８０１上のエッジ位置毎のラフネスも評価できる。
【００３０】
この形状評価の結果は、制御端末１１６に送られ、制御端末１１６内のデータ記録装置に保存されると同時に制御端末１１６のモニタ上に出力画像として表示される。図２３に、出力画像２３０１の一例を示す。出力画像２３０１上では、算出されたラフネスやマッチング精度等の形状評価結果２３０２や形状評価対象部分の拡大図２３０３の他、実施例１と同様にマッチング位置上の基準パターン２００１、照合範囲２１０１、縦横方向の投影波形とパターン位置検出しきい値、基準パターン生成に用いたパターン範囲等が適宜表示される。また、以上述べた撮像画像に対する一連の処理手続きも実施例１と同様に記録媒体１１７に格納されており、制御端末１１６を介して制御されている。
【００３１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。本発明によれば、撮像画像中のパターンの平均化等により生成した基準パターンを用いることでノイズやラフネスの影響が緩和されるため、高い再現性を有する計測が可能となる。また、本発明によれば、撮像画像中のパターンを基に基準パターンを生成しているため、任意のパターン形状に対応可能で、且つ、露光条件等により形状が変化した場合にも安定に寸法計測や形状評価を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…測長SEM、１００…電子ビーム、１０１…ロードロック室、１０２…ステージ台、１０３…電子銃、１０４…コンデンサレンズ、１０５…対物可動絞り、１０６…アライメントコイル、１０７…スティグマコイル、１０８…偏向コイル、１０９…対物レンズ、１１０…E×B偏向器、１１１…検出器、１１２…A/Dコンバータ、１１３…メモリ、１１４…画像処理部、１１５…ステージコントローラ、１１６…制御端末、１１７…記録媒体、２０１…撮像画像、２０２…半導体パターン、２０３…計測対象部分、３０１…計測対象パターン、６０１…投影信号波形、６０２…パターン領域、６０３…パターン間隔、８０１…基準パターン、９０１…照合範囲、１００１…エッジ検出基点、１００２…パターン領域上端、１１０１…信号波形、１１０２…エッジしきい値、１２０３…エッジ信号値、１１０４…最大信号値、１１０５…最小信号値、１１０６…エッジ位置、１２０１〜１２９０…パターンエッジ、１３０１〜１３９０…エッジ距離、１４０１…マッチング位置探索範囲、１５０１…計測点、１６０１…パラメータ設定画面、１６０２…SEM像名、１６０３…パターン位置検出しきい値、１６０４…基準パターン生成用半導体パターン範囲、１７０１…寸法計測の出力画像、１７０２…計測結果、１８０１…形状評価対象パターン、１８０２…主要部分、１８０３…非主要部分、１９０１…撮像画像、２００１…基準パターン、２１０１…照合範囲、２２０１…エッジ検出基点、２２０２…エッジ距離、２３０１…出力画像、２３０２…形状評価結果、２３０３…形状評価対象部分の拡大図
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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