WO2008032387A1

WO2008032387A1 - Dispositif de mesure de dimension de motif et procédé de mesure de superficie de motif

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Publication number: WO2008032387A1
Application number: PCT/JP2006/318287
Authority: WO
Inventors: Jun Matsumoto
Original assignee: Advantest Corporation
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-20
Also published as: US8014584B2; TW200822259A; JP4580990B2; WO2008032488A1; KR20080041141A; DE112007000009T5; KR100933819B1; TWI344188B; JPWO2008032488A1; CN101523155A; US20080069452A1; DE112007000009B4

Description

明細書

パターン寸法測定装置及びパターン面積測定方法

技術分野

[0001] 本発明は、電子ビームによるパターン寸法の測定装置及び測定方法に関し、特に

、コンタクトホール等の面積を再現性良く測定することのできるパターン寸法測定装置及びパターン面積測定方法に関する。

背景技術

[0002] ノターンの線幅測定方法として、走査型電子顕微鏡による測定が行われている。

走査型電子顕微鏡では、電子線走査範囲内に入射電子を走査させながら照射し、シンチレータを介して試料力放出される 2次電子を取得し、取得した電子の電子量を輝度に変換して画像データを取得し、表示装置に表示して、る。

[0003] このような走査型電子顕微鏡を用いて半導体装置の特性を管理する場合に、ラインパターンの線幅やコンタクトホール等の面積が設計基準値内に形成されているか否かの作業を行うことが一般に採用されている。パターンの線幅や面積の管理は、次のような手順によって行われている。フォトマスク上に形成されたパターンの所定範囲をディスプレイに表示した後、その表示範囲内の測定ポイントに照準を当てて電子ビームを照射し、測定ポイントから反射された二次電子に基づいて輝度分布の波形を取得する。そして、輝度分布波形を解析してパターンエッジ位置を求め線幅とする。また、取得した画像データの値から、コンタクトホールの面積を算出する。この線幅や面積が許容誤差の範囲内にある力否かを判断し、フォトマスク品質の良否判定の基準としたり、前工程へのプロセスフィードバック情報として使用する。

[0004] このように、パターンの線幅や面積の測定は、フォトマスクの製造工程にお、て重要であり、線幅や面積を測定するための種々の手法が提案されている。

[0005] 一般的に、 2次電子量に対応する輝度の傾きが最大となる位置をパターンのエッジ位置としている力特許文献 1では、 2次電子信号が極小値をとる位置をエッジ位置とみなすエッジ検出方法が開示されている。

[0006] また、特許文献 2には、ウェハ上に設けられたァライメントマークの画像を CCDカメラで取り込み、エッジ抽出を行ってァライメントマークの位置を正確に検出する方法が開示されている。

[0007] 上述したように、走査型電子顕微鏡を使用してパターンの線幅測定をする場合には、輝度の傾きが最大となる位置をエッジ位置としたり、 2次電子信号が極小値をとる位置をエッジ位置とする方法が採用されて、る。

[0008] 一方、コンタクトホール等の面積は、 SEM画像を構成する画素（ピクセル）の輝度情報を基に算出している。すなわち、 SEM画像から輝度が所定の基準値より大きい値又は小さ、値のピクセルを抽出し、それらのピクセル数を合計して面積を求めてヽる。

[0009] 一般的に SEM画像は測定対象物の材質、膜厚、パターン形状や、電子ビームの加速電圧や走査回数等の装置パラメータにより輝度情報が変化する。さらに、各ピクセルの輝度情報にはノイズ成分が含まれて、るため、ピクセル単位の輝度情報から所定の輝度の閾値で抽出したピクセルをカウントして求めた面積は不正確になる。

[0010] 例えば図 1は、コンタクトホールのエッジの一部 Lをピクセル単位の座標 P上に示した図である。図 1の斜線のピクセルが所定の基準値よりも輝度の値が小さぐコンタクトホールの面積を計算するのに使用される。図 1に示すように、所定の大きさのピクセルはエッジを忠実に表わすことができない。例えば、図 1のピクセル SP2はコンタクトホールの内側と外側の両方を含んでいる。よって、ピクセル SP2を面積に含めると面積値も不正確になる。

[0011] さらに、各ピクセルで表される輝度情報にはノイズ成分が含まれている。よって、 S ZN比が悪いと輝度情報も不安定となり、測定毎にエッジ付近で選択されるピクセルが常に同じではなく面積値の再現性が悪くなつてしまう。例えば、ある測定値ではピクセル NP2の輝度データ値は所定の基準値より大き!/、が、別の測定ではピクセル NP 2の輝度データ値が基準値より小さくなる場合もあり得る。

特許文献 1：特開平 5 - 296754号公報

特許文献 2：特開 2003 - 33845号公報

発明の開示

[0012] 本発明は、力かる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、目的は、パターンの面積を再現性良くかつ精度良く測定することのできるパターン寸法測定装置及びパターン面積測定方法を提供することである。

[0013] 上記した課題は、電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上力発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像データを取得する手段と、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と

、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段と、前記パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割し、前記各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイルからエッジ位置を検出し、前記中心位置とエッジ位置から半径を算出して前記各部分パターンの面積を算出し、該各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出する面積測定手段とを有することを特徴とするパターン寸法測定装置により解決する。

[0014] この形態に係るパターン寸法測定装置において、前記パターンの中心は、前記パターンの X方向の幅と前記パターンの Y方向の幅力算出するようにしても良ぐ前記ラインプロファイル作成手段は、所定の数の画素データを加算平均して、前記ライン上のラインプロファイルを作成するようにしても良、。

[0015] また、この形態に係るパターン寸法測定装置において、前記面積測定手段は、前記パターンが対向する第 1及び第 2のエッジで囲まれる矩形パターンであるとき、前記矩形パターンを、第 1の対向するエッジを所定の長さに区切った部分矩形パターンに分割し、前記各部分矩形パターン毎に第 2の対向するエッジと平行でかつ第 1の対向するエッジと交わるライン上のラインプロファイル力第 1の対向するエッジ間の距離を算出し、前記所定の長さと当該距離とを乗算して当該部分矩形パターンの面積を算出し、当該各部分矩形パターンの面積を合計して前記矩形パターンの面積を算出するようにしても良い。

[0016] 本発明では、パターンの面積測定にぉ、て、パターンを所定の数の部分パターンに分割し、部分パターン毎に面積を測定し、その後それらを合計してパターンの面積としている。部分パターンの面積を測定する際に、中心位置とエッジを結ぶライン上のラインプロファイルを求め、求めたラインプロファイルからエッジ位置を求め、中心位置とエッジ位置とから半径を求めている。ラインプロファイルを求める際には、複数のピクセルの輝度データを加算平均して求めている。そして、エッジ位置を弧と半径が交差する点とする扇形の面積を求めている。これにより、ピクセルの輝度信号にノィズが含まれている場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジの位置を検出し、面積を求めているため、面積を再現性良く算出することが可能になる。

[0017] また、上記した課題は、電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上力も発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像データを取得する手段と、前記画像データから所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファィル作成手段とを有するパターン寸法測定装置にお、て、測定対象領域のパターンの画像データを取得するステップと、前記パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割するステップと、前記各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイルを算出するステップと、前記ラインプロファイル力もエッジの位置を算出し、中心位置とエッジ位置とから半径を算出するステップと、前記中心角と半径から前記部分パターンの面積を算出するステップと、前記各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出するステップとを有することを特徴とするパターン面積測定方法により解決する。図面の簡単な説明

[0018] [図 1]図 1は、従来の面積測定の問題点を説明する図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施形態で使用される走査型電子顕微鏡の構成図である。

[図 3]図 3 (a)〜 (d)は、信号処理部が取得する電子像およびプロファイルの説明図である。

[図 4]図 4 (a)及び (b)は、コンタクトホールの中心位置の検出を説明する図である。

[図 5]図 5 (a)〜（c)は、コンタクトホールのエッジ検出を説明する図（その 1)である。

[図 6]図 6は、コンタクトホールのエッジ検出を説明する図（その 2)である。

[図 7]図 7は、コンタクトホールの面積の算出を説明する図である。 [図 8]図 8は、コンタクトホールの面積を算出する処理の一例を示すフローチャートである。

[図 9]図 9は、コーナーラウンデイングの測定を説明する図である。

[図 10]図 10は、コーナーラウンデイング測定の処理の一例を示すフローチャートである。

[図 11]図 11 (a)は、従来の矩形パターンの面積を算出する方法を説明する図である。図 11 (b)は、本実施形態の矩形パターンの面積を算出する方法を説明する図である。

[図 12]図 12は、矩形パターンの面積を算出する処理の一例を示すフローチャートである。

[図 13]図 13 (a)〜（c)は、任意形状パターンの一例を示す図である。

[図 14]図 14は、任意形状パターンの面積の測定方法を説明する図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

(1)第 1の実施形態

はじめに、パターン寸法測定装置として使用される走査型電子顕微鏡の構成について説明する。次に、一般的なパターンの線幅の測定方法について説明する。次に、コンタクトホールを例としたパターンの面積測定について説明する。次に、パターン面積測定方法の応用例にっ、て説明する。

(走査型電子顕微鏡の構成）

図 2は、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。

[0020] この走査型電子顕微鏡 100は、電子走査部 10と、信号処理部 30と、画像表示部 4 0と、記憶部 55と、電子走査部 10、信号処理部 30、画像表示部 40及び記憶部 55の各部を制御する制御部 20とに大別される。制御部 20は、プロファイル作成部 21、微分プロファイル作成部 22、エッジ検出部 23及び面積測定部 24を有して、る。

[0021] 電子走査部 10は、電子銃 1とコンデンサレンズ 2と偏向コイル 3と対物レンズ 4と移動ステージ 5と試料ホルダ 6とを有して!/、る。

[0022] 電子銃 1から照射された荷電粒子 9をコンデンサレンズ 2、偏向コイル 3、対物レンズ 4を通して移動ステージ 5上の試料 7に照射するようになって、る。

[0023] 荷電粒子 9 (1次電子ビーム）を試料 7上に 2次元走査しながら照射し、照射部位から放出される 2次電子は、シンチレータ等で構成される電子検出器 8によって検出される。検出された 2次電子の電子量は、信号処理部 30の AD変換器によってデジタル量に変換され、画像データとして記憶部 55に格納される。画像データは輝度信号に変換されて画像表示部 40で表示される。画像データは、試料 7上における 1次電子ビームの走査位置と同じ配置になるように 2次元配列上に並べられて、 2次元デジタル画像が得られる。この 2次元デジタル画像の各画素（ピクセル）は、それぞれ 8ビットの情報量で輝度データを表わして、る。

[0024] 偏向コイル 3の電子偏向量と画像表示部 40の画像スキャン量は制御部 20によって制御される。また、制御部 20には、線幅測定を実行するためのプログラムが格納されている。

[0025] プロファイル作成部 21では、指定された範囲の SEM画像データの輝度信号を表すラインプロファイルを作成する。ラインプロファイルは、 2次電子の電子量に対応した輝度信号を表すものであり、測定パターンの断面形状を反映すると考えられている

[0026] 微分プロファイル作成部 22では、ラインプロファイルに対して、 1次微分処理を施し

、 1次微分プロファイルを作成する。

[0027] エッジ検出部 23は、ラインプロファイル、 1次微分プロファイルからパターンのエッジを検出する。

[0028] 面積測定部 24は、指定される測定対象のパターンの面積を測定する。面積は画像データを構成するピクセル単位で算出し、実際の面積は予め求めるピクセルの幅と実際の長さとの対応関係により換算して求める。

(一般的なパターンの線幅の測定方法）

次に、図 2に示した走査型電子顕微鏡 100を用いて、図 3 (a)に示す試料のパターンの線幅を測定する一般的な方法について説明する。

[0029] 試料 7として、図 3 (a)に示すように、フォトマスク基板 50上に配線パターン 51が形成されたものを使用する。試料 7の一部は図 3 (a)に示すような平面形状となっている。ここで、破線 52で囲んだ部分は、走査型電子顕微鏡 100の観察領域を示している

[0030] 図 3 (b)は、図 3 (a)に示す試料上に電子ビームを走査して得られる 2次電子等の電子量を電子検出器 8によって検出し、検出した電子量を輝度信号に変換し、電子ビームの走査と表示装置の CRTの走査とを同期させて表示した SEM画像の例を示している。

[0031] 図 3 (b)に示す SEM画像から、測長エリアを指定して SEM画像を抽出する。測長エリアは例えば幅 H力 00ピクセル、長さ Lの領域とする。この領域は、上側ラインマ一力一 LM1、下側ラインマーカー LM2、左側ラインマーカー LM3及び右側ラインマ一力一 LM4によってオペレータによって選択される。

[0032] 抽出した SEM画像ピクセルデータから、測長エリアの H方向を分割し、分割した領域について輝度分布に対応するラインプロファイルを求める。なお、ラインプロフアイルを求めるときに、長さ L方向に例えば 3ピクセル幅でスムージング処理を行うことによりノイズ成分を小さくすることができる。

[0033] 図 3 (c)は、図 3 (a)の I—I線に沿って電子ビームを照射したときに得られる試料から放出される 2次電子の電子量に対応するラインプロファイルを示した図である。図 3 (c )に示すように、ラインプロファイル（コントラストプロファイル）は、パターンのエッジ部分で急激に変化する。急激に変化する位置を求めるために、ラインプロファイルを微分して、微分信号量の最大ピークと最小ピークを求める。

[0034] 更に、図 3 (d)に示すように、ピーク前後の複数の微分信号 Dx力もピクセル間を補完して微分波形 CI, C2を求め、 1Z100の分解能で第 1ピーク P1と第 2ピーク P2のピーク位置を計算する。ラインパターンの幅 W1は、第 1ピーク P1と第 2ピーク P2との間の距離として求められる。

[0035] 以上の処理を分割したそれぞれの領域で行い、各領域で算出したパターンの幅の平均値を測長値とすることで、より正確なラインパターンの幅 W1が得られる。

(パターン面積測定）

本実施形態では、コンタクトホールを例として、その面積を算出する方法について説明する。 [0036] 図 4はコンタクトホールの一例を示す図である。

[0037] 本実施形態では、ピクセルの輝度データが基準値より大き!/、か小さ!/、かでコンタクトホールの範囲内力否かを判定せず、所定の数の部分パターン (本実施形態では扇形）に分割し、部分パターンの面積を合計してコンタクトホールの面積を算出している

[0038] 例えば、中心角が 5度の扇形を部分パターンとすると、 72個の扇形の面積を算出して、これらの値を合計することによってコンタクトホールの面積を算出している。

[0039] 部分パターンの面積を算出するために、コンタクトホールの中心及び半径を求める。まず、コンタクトホールの中心の検出について説明する。

[0040] はじめに、コンタクトホールの SEM画像データから、指定領域のラインプロファイルを求める。指定領域はコンタクトホールの X方向の両側のエッジが含まれるように探索領域 SRxを設定して指定する。ラインプロファイル力コンタクトホールの X方向の両エッジ（XE1, XE2)を求め、その中点を X方向の中心 Cxとする。

[0041] 次に、 Cx、 Y方向の両側のエッジを含む探索領域 SRyを設定し、 Cxを通る Y方向のラインのラインプロファイルを求める。このラインプロファイルから Y方向の両側のェッジ (YE1, YE2)を求め、その中点を Y方向の中心 Cyとする。この位置が、コンタクトホールの中心 Cとなる。

[0042] 次に、部分パターンの半径を求める。この半径は、コンタクトホールのエッジの位置を検出することにより、中心 Cとそのエッジとの距離として求める。

[0043] 図 5 (a)はコンタクトホールの一部のエッジ部分 ELを SEM画像力も得られる輝度信号を表わすピクセル単位の座標 P上に表わした図である。

[0044] 上記方法で求めたコンタクトホールの中心位置 C及びコンタクトホールの周囲のェッジと交差するラインを含む ROIを設定する。

[0045] 図 5 (a)の S1— S2線は、プロファイル作成の基準線である。この基準線に沿ってラインプロファイルを作成すると、例えば、図 5 (b)に示すような信号波形が取得できる。エッジ E1の位置を境に点 S1側の信号量の値のほうが点 S2側の信号量の値よりも小さくなり、点 E1において信号量が急激に変化している。また、図 5 (c)は図 5 (b)のラインプロファイルを微分した結果であり、点 E1にお、て微分信号量の最大ピークが得られ、点 Elの位置が SI— S2ライン上のエッジであることが検出される。この時、線幅測定と同様にピーク前後の複数の微分信号力ピクセル間を補完し、 1Z100の分解能でピーク位置を計算する。

[0046] このエッジ位置 E1と中心位置 Cとの間の距離を算出することにより、 SI— S2ライン上の半径を算出する。

[0047] 次に、図 6を用いて、ラインプロファイルの算出について詳細に説明する。図 6のライン SLはプロファイル作成の基準線である。また、ライン ASLは輝度の値の平均化に使用するピクセルを求める平均化基準線である。

[0048] ラインプロファイルを作成する基準線 SLに沿って、 1ピクセル毎に基準線 SL上の各位置の輝度データを算出する。輝度の算出には、基準線 SLに対応するピクセル SP の輝度データだけでなぐ基準線 SLに垂直な方向の平均化基準線 ASLに沿つたピクセル ASP5個分の輝度データを加算平均した値としている。

[0049] ピクセルの選択は、プロファイルを求める基準線 SLの傾斜角度が 45度以下の場合は X軸、 45度以上の場合は Y軸を基準軸とする。基準軸が X軸の場合は、基準線 SL に対応するピクセルは同じ X位置ではだぶらな、ようにして、すべての X位置につ！ヽて選択するようにする。また、基準線 SLの基準軸が X軸のときは、平均化基準線 AS Lの基準軸は Y軸となり、同じ Y位置ではだぶらないようにしてピクセルの中心が平均化基準線 ASLに最も近いピクセルを選択する。図 6の場合は、 5ピクセルを求める基準軸は Y軸となり、同じ Y位置ではだぶらないようにして、ピクセルの中心が基準線に最も近、ピクセル (ASP)を選択する。

[0050] このように、複数のピクセルの輝度データを加算平均するのは、各ピクセルの輝度データにはランダムな値のノイズ成分が含まれており、 1ピクセルの輝度データでは測定毎に値が異なり、再現性のある測定が行えないからである。従って、複数のピクセルの輝度データを平均化することによって、ノイズを小さくするようにして、る。

[0051] なお、輝度データの平均化のためのピクセル数は、 5ピクセルに限らず、ピクセル数を多くしても良ぐ SZN比が良ければ、少ないピクセル数にしても良い。

[0052] 次に、上記したコンタクトホールの中心位置とエッジ位置から部分パターンの扇形の面積を算出した後に実施するコンタクトホールの面積算出について説明する。 [0053] 図 7は、コンタクトホール全体の面積の算出を説明する図である。

[0054] 中心位置 C及びエッジ位置 E1力半径 R1を求め、 R1を半径とし、所定の中心

1 1 1

角（例えば 5度)の扇形 SC (部分パターン)の面積を求める。同様にして、対角線側のエッジ位置 E2に対しても、エッジ位置 E2力も半径 R2を求め、 R2を半径とし、所

1 1 1 1

定の中心角の扇形 SCの部分パターンの面積を求める。その後、ラインプロファイルを求める基準線 SLを中心角の分だけ回転させ、新たな基準線 SLに沿ったラインプ

1 2

口ファイルを作成してエッジ E1を検出する。

2

[0055] このようにエッジの検出を所定の中心角毎に基準線を回転させて行い、コンタクトホ一ルの全範囲について部分パターンの面積を求める。

[0056] 例えば、中心角を 5度としたとき、コンタクトホールの全面積は、（Rln²+R2n²) X π X 1Z72において η= 1から 36の総計となる。

[0057] また、上記説明では、面積はピクセル数単位で算出して、る。よって、実際の値は、ピクセルの大きさに対応する長さで換算する。例えば、 1ピクセルのサイズ力 ¾= 5. 6

25nm、 Y= 5. 630nmの場合、ピクセル単位の面積を求めた後、 5. 625 X 5. 630 倍することにより、実際の値を算出するようにする。

[0058] なお、部分パターンが扇形ではなく直線的な部分については、所望により、中心位置 Cと、エッジ位置 E1と、中心角 5度とに基づき、 3角形の面積と見なして、部分パタ

1

ーンの面積を求めるようにしても良、。

[0059] エッジ位置を検出してコンタクトホールの半径を算出し、扇形の面積を求め、その扇形の面積を合計してコンタクトホールの面積を算出することにより、再現性及び精度が向上する理由について以下に示す。

[0060] 従来のようにピクセルの値を判定して面積を求める場合、エッジ近辺のピクセル値にはノイズが含まれ、 SN比が悪ぐ所定の値を満たすピクセルが測定を行う毎に固定せず、面積が測定毎に異なってしまう。

[0061] 本実施形態では、複数のピクセル値を用いて中心力周囲方向にラインプロフアイルを作成し、ラインプロファイルを微分してエッジ位置を検出している。複数のピクセル値を使用するため、 SN比が悪くてもノイズを小さくすることができ、更にピクセル間を複数ピクセル値で補完して 1/100ピクセルの分解能まで計算して、るので、測定毎に値が大きく異なることがなくなる。よって再現性良く面積を求めることが可能となる

[0062] また、従来は、ピクセル単位で面積を算出しており、エッジ上の面積測定対象領域の内側及び外側が含まれるピクセルもピクセル単位で面積に含めるか又は含めなヽようにしていた。そのため、精度良く測定することができな力つた。

[0063] 本実施形態では、エッジ位置を求め、そのエッジ位置を半径と弧の交点とする扇形の面積を計算するため、ピクセル単位にならず、誤差を小さくすることができる。 (パターン寸法測定方法）

次に、図 8を用いて、パターン面積測定方法について説明する。

[0064] 図 8は、コンタクトホールのようなパターンの面積を測定する処理の一例を示すフロ一チャートである。

[0065] 図 8のパターン面積測定処理では、予めコンタクトホール及びその周辺の SEM画像が取得され、記憶部 55に SEM画像データがピクセルデータとして格納されて、るものとする。また、校正試料を用いて、ピクセル値と実際の長さとの関係が求められているものとする。

[0066] まず、ステップ S 11にお、て、初期設定をする。この初期設定では、部分パターンの数に対応する中心角の設定、及び、ラインプロファイルを算出する領域を指定する ROIのサイズの設定を行う。

[0067] 次に、ステップ S12において、コンタクトホール及びその周辺の所望の測定エリアを指定して、 SEM画像を取得する。この SEM画像データはピクセルデータとして格納されている記憶部 55から抽出する。

[0068] 次に、ステップ S13において、面積測定対象のコンタクトホールの中心位置を検出する。中心位置の検出は次のようにして行う。まず、 X方向のラインプロファイルを求め、 X方向の両端のエッジを検出する。それらのエッジ位置の中点を X方向の中心とする。 X方向の中心を求めた後、その位置を含めたラインの Y方向のラインプロフアイルを求め、 Y方向の両端のエッジを検出する。このエッジ位置の中心をコンタクトホールの中心とする。なお、 Y方向の中心を求めた後、再度 X方向の中心、 Y方向の中心を求め、中心位置を精度良く求めるようにしても良い。 [0069] 次に、ステップ S 14において、コンタクトホールの中心位置及びコンタクトホールのエッジを含む所定の高さの探索領域を指定する。また、予め設計データ力抽出したコンタクトホールのデータを基にして、探索領域の大きさを設定しておき、コンタクトホールの中心位置が入るように自動的に設定するようにしても良!、。

[0070] 次に、ステップ S15において、指定された探索領域においてラインプロファイルを求める。例えば、コンタクトホールの中心からエッジの方向に 1ピクセル単位毎にピクセルデータから輝度データを算出する。このとき、探索領域の高さは 5ピクセルの高さとし、 5ピクセル分の輝度データを加算平均して輝度データを求め、輝度データのノィズを小さくしている。

[0071] 次に、ステップ S16において、ステップ S 15で算出したラインプロファイルを 1次微分する。 1次微分処理は微分プロファイル作成部が行い、例えば、一般的な画像処理で使用されるソーベルフィルタなどの微分フィルタを用いて行う。 1次微分した結果、信号量の最大値及び最小値をとる位置をエッジ位置として記録する。

[0072] 次に、ステップ S17において、コンタクトホールの中心位置とエッジ位置から半径を求める。

[0073] 次に、ステップ S18において、求めたエッジ位置を弧と半径が交差する点とする扇形 (部分パターン)の面積を算出する。

[0074] 次に、ステップ S19において、コンタクトホールの全範囲について部分パターン面積を算出したか否かを判定する。全範囲について算出したと判定されればステップ S

20に移行し、全範囲につ!ヽて算出されて!、な!/ヽと判定されればステップ S 21に移行する。

[0075] 次に、ステップ S20では、算出された部分面積のすべてを合計して、コンタクトホールの面積を算出し、本処理を終了する。

[0076] 一方、ステップ S21では、所定の中心角度分だけ探索領域を回転させて、ラインプ口ファイル基準線を回転する。その後、ステップ S 15に移行し、新たなラインプロファィル基準線に沿ってラインプロファイルを取得してエッジを検出し、そのエッジ位置を弧と半径が交差する点とする部分パターンの面積を算出する。

[0077] 以上説明したように、本実施形態のパターン面積測定方法では、パターンを所定の数の部分パターンに分割し、部分パターン毎に面積を測定した後それらを合計してパターンの面積としている。部分パターンの面積を測定する際に、中心位置とエッジを結ぶライン上のラインプロファイルを求め、求めたラインプロファイルからエッジ位置を求め、中心位置とエッジ位置とから半径を求めている。ラインプロファイルを求める際には、複数のピクセルの輝度データを加算平均して求めている。そして、エッジ位置を弧と半径が交差する点とする扇形の面積を求めている。これにより、ピクセルの輝度信号にノイズが含まれて、る場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジの位置を検出し、面積を求めているため、面積を再現性良く算出することが可能になる。

[0078] 次に、本実施形態の面積測定を適用してパターンのコーナーのラウンデイングを測定する方法にっ、て説明する。

[0079] パターンのコーナーのラウンデイングは、図 9に示すように、形成されるパターン Pのコーナーが直角に形成されず、丸みを帯びてしまう現象である。例えば、このようなパターン Pがキャパシタの電極として形成される場合、コーナーラウンデイングによってパターンが形成されな!ヽ部分が発生すると、所望の容量値が得られなヽことがある。このようなパターンの形成されない部分（エリアロス) ALがどの程度の値になるかを正確に求めることが要求される。

[0080] 以下に、エリアロス ALの面積測定方法について、図 9及び図 10を用いて説明する

[0081] まず、ステップ S31において、初期設定を行う。初期設定では、コーナーラウンディング領域の面積を算出する際の部分パターンの数に対応する中心角を設定する。また、ラインプロファイルを算出する領域を指定する ROIのサイズの設定を行う。

[0082] 次に、ステップ S32において、コーナーラウンデイング領域の SEM画像データを取得する。この SEM画像データは、ピクセルデータとして格納されている記憶部 55から抽出する。

[0083] 次に、ステップ S33において、コーナーラウンデイング領域の中心位置を設定する。

中心位置の設定は、図 9に示す ROIcの対角コーナーがパターンのエッジに接する位置（cl、 c2)に合わせ、パターン内の ROIcの角（c3)を、コーナー部 clc2c3を形成する扇型の中心とする。 [0084] 次に、ステップ S34において、中心 c3及びラウンデイング部のエッジを含む探索領域を設定する。

[0085] 次に、ステップ S35において、探索領域の範囲内でラインプロファイルを算出する。

[0086] 次に、ステップ S36において、エッジ位置を検出する。エッジ位置は、ステップ S35 で算出したラインプロファイルを 1次微分し、信号量の最大値又は最小値をとる位置力検出する。

[0087] 次に、ステップ S37において、中心位置 c3とエッジ位置から半径を算出する。

[0088] 次に、ステップ S 38において、所定の中心角の扇形 (部分パターン）の面積を算出する。

[0089] 次に、ステップ S39において、コーナーラウンデイング領域のすべての部分パターンの面積を算出した力否かを判定する。すべての部分パターンの面積を算出していると判定されれば、ステップ S40〖こ移行し、算出されていなければ、ステップ S41〖こ移行する。

[0090] 次に、ステップ S49において、すべての部分パターンの面積を合計してコーナーラゥンデイング部 (clc2c3)の面積を算出し、本処理を終了する。

[0091] 一方、ステップ S41では、所定の中心角度分だけ探索領域を回転して、ステップ S3 5に移行する。

[0092] 以上の処理により、コーナーラウンデイング部の面積を算出した後、 clc3の距離と c

2c3の距離を乗算して求めた ROIの面積からコーナーラウンデイング部 clc2c3の面積を減算することにより、エリアロス部 ALの面積を算出する。

[0093] 以上説明した方法により、コーナーラウンデイング部の面積を再現性良くかつ精度良く算出することができるので、エリアロス部 ALの面積を再現性良くかつ精度良く算出することができる。

(2)第 2の実施形態

第 1の実施形態では、コンタクトホールのような閉じた曲線内の面積の算出について説明した。

[0094] 本実施形態では、矩形パターンの領域を対象とした面積測定につ!、て説明する。

なお、面積を測定するパターン寸法測定装置の構成は第 1の実施形態に記載した装置と同様であり、面積を算出する面積測定部の処理が異なる。

[0095] 以下に、矩形パターンの領域の面積を算出する方法について説明する。

[0096] 図 11 (a)は、従来の矩形パターンの面積を算出する方法を説明する図である。矩形パターン RPの一部をピクセル単位の座標 P上に示して、る。第 1実施形態で説明したコンタクトホールのパターンの面積を算出する場合と同様に、矩形パターン RPのエッジ部分では、例えばピクセル SP4が矩形パターンの内側及び外側の両方に含まれ、ピクセル SP4が面積に含まれるか又は含まれないことになり、精度良く面積を求めることができない。

[0097] また、ピクセルにはノイズが含まれ、例えば、ピクセル SP3がある測定時では面積に含まれ、別のある測定時には面積に含まれない場合があり、再現性が悪くなる。

[0098] 図 11 (b)は、本実施形態の矩形パターン (第 1及び第 2のエッジで囲まれるパターン)の面積を算出する方法の概略を説明する図である。本実施形態では、矩形バターン RPを所定の大きさの部分矩形パターンに分割し、各部分矩形パターンの面積を算出した後、部分矩形パターンの面積を合計して矩形パターンの面積を算出する。分割する単位は、例えば、 Y方向の高さを hピクセル分 (第 1の対向するエッジを区切った所定の長さ）とし、部分矩形パターン PRP1の X方向のラインプロファイル (第 2 の対向するエッジと平行でかつ第 1の対向するエッジと交わるライン上のラインプロフアイル)を算出して両側のエッジ位置を算出して X方向の距離 xlを求める。この距離 xlと高さ hを乗算することにより、部分矩形パターン PRP1の面積を算出する。他の部分矩形パターンの面積についても同様に算出する。

[0099] 次に、矩形パターンの面積測定方法について図 12のフローチャートを用いて説明する。

[0100] 図 12のパターン面積測定処理では、予め矩形パターン及びその周辺の SEM画像が取得され、記憶部 55に SEM画像データがピクセルデータとして格納されて、るものとする。また、校正試料を用いて、ピクセル値と実際の長さとの関係が求められているちのとする。

[0101] まず、ステップ S51において、初期設定を行う。初期設定では、部分矩形パターンの高さに対応する ROIのサイズを設定する。 [0102] 次に、ステップ S52において、矩形パターン及びその周辺の所望の測定エリアを指定して、 SEM画像を取得する。この SEM画像データはピクセルデータとして格納されている記憶部 55から抽出する。

[0103] 次に、ステップ S53において、ステップ S52で取得した SEM画像データを所定の数の領域に分割する。これは、部分矩形の高さを所定の高さとする探索領域を設定することにより行う。

[0104] 次に、ステップ S54において、ステップ S53において設定した探索領域の範囲でラインプロファイルを算出する。ラインプロファイルの算出は、制御部 20のプロファイル作成部 21が SEM画像データのうちの輝度情報を抽出して行う。

[0105] 次に、ステップ S55において、ステップ S54で算出したラインプロファイルを 1次微分する。 1次微分処理は微分プロファイル作成部 22が行う。 1次微分した結果、信号量の最大値及び最小値をとる位置をエッジ位置として記録する。

[0106] 次に、ステップ S56において、エッジ位置から部分矩形の幅を算出する。

[0107] 次に、ステップ S57において、算出された部分矩形の幅と探索領域の高さとを乗算し、部分矩形領域の面積を算出する。

[0108] 次に、ステップ S58では、測定領域のすべての部分矩形の面積を算出した力否かを判定する。すべての部分矩形の面積が算出されたと判定されれば、ステップ S59 へ移行し、算出されていないと判定されれば、ステップ S60へ移行する。

[0109] 次のステップ S59では、算出された部分矩形の面積を合計して指定した矩形領域の面積を算出し、本処理を終了する。

[0110] 一方、ステップ S60では、所定の高さ分探索領域を移動し、ステップ S54に戻り、部分矩形の面積を算出する。

[0111] なお、本処理では、分割した部分毎に面積を算出し、それらを合計して指定領域の面積を算出したが、分割した領域を基に矩形パターンの平均幅を算出した後、その幅と指定領域全体の高さとを乗算して面積を求めるようにしても良い。

[0112] 以上説明したように、矩形パターン領域の面積測定において、矩形パターンを所定の数の部分パターンに分割し、各部分パターン毎に面積を求めた後、それらを合計して矩形パターンの面積を算出している。部分パターンの面積の算出に際し、所定数のピクセルデータを加算平均してラインプロファイルを基にエッジ位置を算出している。エッジ間の距離と所定数のピクセルサイズとを乗算して、部分パターンの面積を算出している。これにより、ピクセルの輝度信号にノイズが含まれている場合であつても、ノイズを小さくした値でエッジ位置を求め、面積を算出しているため、面積を再現性良ぐかつ精度良く算出することが可能となる。

(3)第 3の実施形態

本実施形態では、形状が複雑なパターンを対象とした面積測定につ!、て説明する [0113] 図 13は形状が複雑なパターンの一例を示す図である。

[0114] 図 13に示すようなパターンの場合には、第 1及び第 2の実施形態で対象としたバターンの形状 (以下、基準図形パターンと呼ぶ）に分割して、それぞれの面積を算出した後全面積を算出する。

[0115] 基準図形パターンとしては、扇形パターン（図 13の 0；)、半円形パターン（図 13の β )及び矩形パターン（図 13の γ )がある。

[0116] 図 14に示すパターンの面積を求める場合について以下に説明する。

[0117] 図 14に示すような形状のパターンのときは、はじめに、基準図形パターンに分割する。分割は基準図形パターンが含まれるように分割する。例えば、図 14の oc 1の部分は指定領域を ROI3のようにする。また、図 14の γ 1の部分は指定領域を ROI1のようにする。また、図 14の γ 2の部分は、指定領域を ROI4のようにする。

[0118] この指定の際には、分割した領域がパターンの内側で重ならないように指定する。

すなわち、 ROI1と ROI3との境界 BL3が互いに一致するように指定する。また、 ROI 3, ROI1及び ROI2と ROI4との境界 BL2も互いにずれが生じないように指定する。

[0119] ノターン Ρのすベての部分が含まれるように分割した後、各指定領域について面積を算出し、全指定領域の面積を合計してパターン全体の面積を算出する。

[0120] 図 14の oc 1の指定領域の面積算出について説明する。

[0121] このパターン a 1の面積は、第 1の実施形態のコーナーラウンデイング測定で説明したコーナー部の面積測定方法を用いて算出する。

[0122] 図 14の γ 1、 γ 2のパターンの面積は、第 2の実施形態で説明した矩形パターンの面積測定方法を用いて算出する。

[0123] なお、図 13の /3のパターンの面積は、第 2の実施形態で説明したコーナーラウンデイングを修正して面積を算出する。コーナーラウンデイングでは 1つのコーナーを対象としていた力図 13の 13のパターンは半円形であり 2つのコーナーを有している。この場合、中心は、隣接する部分パターンとの境界線の中点とする。

[0124] 以上説明したように、複雑なパターンの場合の面積測定において、基準図形バターンに分割し、それぞれのパターンの面積を算出した後で各パターンの面積を合計してパターンの面積としている。各基準図形パターンの面積の算出の際には、それぞれ部分パターンに分け部分パターン毎に面積を求めて、る。部分パターンの面積算出に際して、所定数のピクセルデータを加算平均したラインプロファイルを基にエッジ位置を算出し、矩形の長さや扇型の半径を算出し、面積を求めている。これにより、ピクセルの輝度信号にノイズが含まれて、る場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジ位置を求め、面積を算出しているため、面積を再現性良く算出することが可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、

前記電子ビームの照射によって、ノターンが形成された前記試料上力発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像データを取得する手段と、

前記画像データカゝら所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、

前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段と、

前記パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割し、前記各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイルカゝらエッジ位置を検出し、前記中心位置とエッジ位置から半径を算出して前記各部分パターンの面積を算出し、該各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出する面積測定手段と

を有することを特徴とするパターン寸法測定装置。

[2] 前記パターンの中心は、前記パターンの X方向の幅と前記パターンの Y方向の幅力算出することを特徴とする請求項 1に記載のパターン寸法測定装置。

[3] 前記ラインプロファイル作成手段は、所定の数の画素データを加算平均して、前記ライン上のラインプロファイルを作成することを特徴とする請求項 1に記載のパターン寸法測定装置。

[4] 前記面積測定手段は、前記パターンが対向する第 1及び第 2のエッジで囲まれる矩形パターンであるとき、前記矩形パターンを、第 1の対向するエッジを所定の長さに区切った部分矩形パターンに分割し、前記各部分矩形パターン毎に第 2の対向するエッジと平行でかつ第 1の対向するエッジと交わるライン上のラインプロファイルから第 1の対向するエッジ間の距離を算出し、前記所定の長さと当該距離とを乗算して当該部分矩形パターンの面積を算出し、当該各部分矩形パターンの面積を合計して前記矩形パターンの面積を算出することを特徴とする請求項 1に記載のパターン寸法測定装置。

[5] 前記ラインプロファイル作成手段は、前記所定の長さに対応する所定の数の画素データを加算平均して前記ライン上のラインプロファイルを作成することを特徴とする請求項 4に記載のパターン寸法測定装置。

[6] 電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、前記電子ビームの照射によつて、パターンが形成された前記試料上力も発生する電子の電子量を基に当該バターンの画像データを取得する手段と、前記画像データ力所定のライン上の輝度信号を表すラインプロファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、前記ラインプ口ファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有するパターン寸法測定装置において、

測定対象領域のパターンの画像データを取得するステップと、

前記パターンを所定の値の中心角を有する扇形の部分パターンに分割するステツプと、

前記各部分パターン毎に前記パターンの中心及びパターンのエッジと交わるライン上のラインプロファイルを算出するステップと、

前記ラインプロファイル力もエッジの位置を算出し、中心位置とエッジ位置とから半径を算出するステップと、

前記中心角と半径から前記部分パターンの面積を算出するステップと、前記各部分パターンの面積を合計して前記パターンの面積を算出するステップとを有することを特徴とするパターン面積測定方法。

[7] 前記パターンの中心は、前記パターンの X方向の幅と前記パターンの Y方向の幅力算出することを特徴とする請求項 6に記載のパターン面積測定方法。

[8] 前記ライン上のラインプロファイルは、所定の数の画素データを加算平均して、作成することを特徴とする請求項 6に記載のパターン面積測定方法。

[9] 電子ビームを試料上に走査しながら照射する手段と、前記電子ビームの照射によつて、パターンが形成された前記試料上力も発生する電子の電子量を基に当該バターンの画像データを取得する手段と、前記画像データから輝度信号を表すラインプ口ファイルを作成するラインプロファイル作成手段と、前記ラインプロファイルを微分して微分プロファイルを作成する微分プロファイル作成手段とを有するパターン寸法測定装置において、測定対象領域のパターンの画像データを取得するステップと、

前記パターンを、第 1の対向するエッジを所定の長さに区切った部分矩形パターンに分割するステップと、

前記各部分矩形パターン毎に第 2の対向するエッジと平行でかつ第 1の対向するエッジと交わるライン上のラインプロファイルを算出するステップと、

前記ラインプロファイル力もエッジの位置を算出し、エッジ間の距離を算出するステップと、

前記所定の長さと当該エッジ間距離とを乗算して当該部分矩形パターンの面積を算出するステップと、

前記各部分矩形パターンの面積を合計して前記矩形パターンの面積を算出するステツプと

を有することを特徴とするパターン面積測定方法。

前記ラインプロファイルは、前記所定の長さに対応する所定の数の画素データを加算平均して前記ライン上のラインプロファイルを作成することを特徴とする請求項 9に記載のパターン面積測定方法。