WO2008032488A1 - Dispositif de mesure de taille de motif et procédé de mesure de superficie de motif - Google Patents

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WO2008032488A1 PCT/JP2007/064082 JP2007064082W WO2008032488A1 WO 2008032488 A1 WO2008032488 A1 WO 2008032488A1 JP 2007064082 W JP2007064082 W JP 2007064082W WO 2008032488 A1 WO2008032488 A1 WO 2008032488A1
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edge position
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Jun Matsumoto
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for measuring a pattern dimension using an electron beam.
  • the present invention also relates to a pattern dimension measuring apparatus and a pattern area measuring method capable of measuring the area of a contact hole or the like with good reproducibility.
  • incident electrons are irradiated while being scanned within the scanning range of the electron beam, the secondary electrons emitted from the sample force are acquired through the scintillator, and the amount of electrons acquired is converted into luminance and converted into an image. Acquire data and display it on a display device.
  • the work of whether or not the line width of the line pattern, the area of the contact hole, etc. is formed within the design standard value. It is generally adopted to do.
  • the line width and area of the pattern are managed according to the following procedure. After a predetermined range of the pattern formed on the photomask is displayed on the display, the electron beam is irradiated with aiming at the measurement point within the display range, and based on the secondary electrons reflected from the measurement point Get the luminance distribution waveform. Then, the luminance distribution waveform is analyzed to obtain the pattern edge position and set it as the line width. Further, the area of the contact hole is calculated from the value of the acquired image data. Judgment is made whether the line width and area are within the allowable error range, and it is used as a criterion for determining whether the photomask quality is good or as process feedback information to the previous process.
  • Patent Document 2 discloses an image of alignment marks provided on a wafer as a CCD camera. A method of accurately detecting the position of alignment marks by performing edge extraction and edge extraction is disclosed.
  • the area of a contact hole or the like is calculated based on luminance information of pixels (pixels) constituting an SEM image. That is, pixels having a value greater or smaller than a predetermined reference value in luminance are extracted from the SEM image, and the number of pixels is summed to obtain the area.
  • the luminance information varies depending on the material of the measurement object, the film thickness, the pattern shape, and the apparatus parameters such as the acceleration voltage of the electron beam and the number of scans. Further, since the luminance information of each pixel includes a noise component, the area obtained by counting pixels extracted from the luminance information in units of pixels with a predetermined luminance threshold becomes inaccurate.
  • FIG. 1 is a diagram showing a part L of the edge of a contact hole on a coordinate P in pixel units.
  • the shaded pixels in Figure 1 are used to calculate the area of the contact hole where the brightness value is less than the predetermined reference value.
  • a pixel of a given size cannot faithfully represent an edge.
  • pixel SP2 in FIG. 1 includes both inside and outside contact holes. Therefore, if pixel SP2 is included in the area, the area value will also be inaccurate.
  • the luminance information represented by each pixel includes a noise component. Therefore, if the SZN ratio is poor, the luminance information becomes unstable, and the pixels selected near the edge for each measurement are not always the same, and the reproducibility of the area value becomes poor.
  • the luminance data value of pixel NP2 may be greater than a predetermined reference value for some measurement values, but may be smaller than the reference value for another measurement.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 5-296754
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-33845
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and the object is to To provide a pattern dimension measuring apparatus and a pattern area measuring method capable of measuring an area with good reproducibility and accuracy.
  • the above-described problem is based on the means for irradiating the sample while scanning the electron beam on the sample, and the electron amount of the electron generated on the sample by which the pattern is formed by irradiation of the electron beam.
  • Means for acquiring pattern image data, and dividing the pattern into a plurality of partial patterns, calculating the area of each partial pattern, and adding the areas of the partial patterns to calculate the area of the pattern This is solved by a pattern measuring device having a measuring means.
  • a line profile creating means for creating a line profile representing a luminance signal on a predetermined line from the image data, and a differential profile obtained by differentiating the line profile.
  • Differential area creating means for creating, and the area measuring means divides the pattern into sector-shaped partial patterns having a central angle of a predetermined value, and the center of the pattern and the pattern for each partial pattern.
  • An edge position is detected from the line profile and differential profile on the line that intersects the edge of the pattern, the radius of the center position and the edge position is calculated, the area of each partial pattern is calculated, and the area of each partial pattern is calculated. It is also possible to calculate the area of the pattern by adding up the areas.
  • the center of the pattern may be the average of a predetermined number of pixel data to create a line profile on the line.
  • the center of the pattern is the width in the X direction of the pattern and the Y direction of the pattern. It may be calculated from the width of.
  • the rectangular pattern is A line on a line that divides one opposing edge into partial rectangular patterns divided into a predetermined length and is parallel to the second opposing edge and intersects the first opposing edge for each partial rectangular pattern.
  • Profile and differential profile force Calculate the distance between the first opposing edges, multiply the predetermined length by the distance, calculate the area of the partial rectangular pattern, and sum the areas of the partial rectangular patterns.
  • the area of the rectangular pattern may be calculated.
  • the pattern is divided into a predetermined number of partial patterns, the area is measured for each partial pattern, and then the total is used as the pattern area.
  • the line profile on the line connecting the center position and the edge is obtained, the edge position is obtained from the obtained line profile, and the radius is obtained from the center position and the edge position.
  • the line profile is obtained by averaging the luminance data of multiple pixels. Then, the fan-shaped area with the edge position as the point where the arc and radius intersect is obtained.
  • the area of the edge is obtained by detecting the edge position with a reduced noise value, so the area can be calculated with good reproducibility. Is possible.
  • the area measuring means detects edge positions around the pattern at predetermined intervals, and is determined by the detected two adjacent edge positions. Subtract the total area of trapezoidal areas other than the partial pattern determined by the detected two consecutive edge positions from the total area of the trapezoidal area including the partial pattern into which the pattern is divided. The area of the pattern may be calculated. Further, a line profile creating means for creating a line profile representing a luminance signal on a predetermined line from the image data, and a differential profile obtained by differentiating the line profile. Differential area creating means for creating, and the area measuring means detects an edge position of the pattern and detects a starting point error.
  • the edge position force of the starting point is detected as an edge position at a predetermined distance to be a temporary edge position, and a line that passes through the midpoint of the line segment connecting the starting edge position and the temporary edge position and is perpendicular to the line segment.
  • the upper line profile and differential profile force also detect the edge position, and detect the edge position around the pattern at a predetermined interval by detecting the edge position as a new starting edge position and detecting a new edge position adjacent to the edge position. You may make it detect with.
  • the edge position around the pattern is automatically detected, and the trapezoidal rule is applied based on the detected edge position.
  • the area of the pattern is calculated. This reduces the burden on the user who specifies the target range, and prevents a decrease in measurement accuracy due to incorrect range specification. wear.
  • the line profile force on the line orthogonal to the straight line connecting the detected edge position and the temporary edge position at a predetermined interval at the intermediate position also changes to the next edge position. Detected.
  • an edge can be detected on a line near a right angle to the periphery of the pattern, so that an accurate edge position can be detected and a pattern area can be accurately calculated.
  • a pattern area measuring method implemented in the pattern dimension measuring apparatus according to the above aspect.
  • the pattern area measuring method is based on means for irradiating an electron beam while scanning the sample, and the amount of electrons of the electron generated on the sample by which the pattern is formed by the irradiation of the electron beam.
  • a means for acquiring image data of the pattern a line profile creating means for creating a line profile representing a luminance signal on a predetermined line, and a differential profile for differentiating the line profile to create a differential profile.
  • a step of obtaining an image of a pattern of a measurement target region a step of dividing the pattern into a plurality of partial patterns, a step of calculating an area of each partial pattern, The area of each partial pattern is summed to calculate the area of the pattern.
  • Tsu characterized in that it comprises a flop.
  • the step of dividing the pattern into the partial patterns includes a step of dividing the pattern into sector-shaped partial patterns having a central angle of a predetermined value, and for each partial pattern. Generating a line profile on a line that intersects the pattern center and the pattern edge, differentiating the line profile to create a differential profile, and the line profile and the differential profile file part. Detecting the edge position of the pattern, and calculating the radius from the center position and the edge position.
  • the pattern may be a rectangular pattern surrounded by the first and second edges facing each other.
  • the step of dividing into partial patterns comprises the step of: Dividing into partial rectangular patterns separated by a predetermined length, and creating a line profile on the line that intersects the second opposing edge and intersects the first opposing edge for each partial rectangular pattern You A step of differentiating the line profile to create a differential profile; and detecting an edge position of the partial pattern from the line profile and the differential profile, and detecting an edge position of the line profile and the differential profile Detecting a position and calculating a distance between the edges.
  • the step of dividing the pattern into partial patterns includes detecting an edge position of the pattern as a starting edge position, and detecting an edge at a position separated by a predetermined distance from the starting edge position force as a temporary edge position.
  • Creating a line profile on a line passing through the midpoint of the line segment connecting the starting edge position and the temporary edge position and perpendicular to the line segment, and creating a differential profile by differentiating the line profile A step of detecting an edge position based on the line profile and the differential profile cover, and a new edge position adjacent to the edge position by detecting the edge position as a new starting edge position and detecting the edge position.
  • the pattern is divided by the step of detecting the edge position around the edge and the two adjacent edge positions. Dividing the trapezoidal region including the partial pattern, and calculating the area of the pattern includes calculating the trapezoidal region other than the partial pattern from the total area of the trapezoidal region including the partial pattern. It may be a step of subtracting the total area of the shape area.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the problems of conventional area measurement.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a scanning electron microscope used in an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (d) are explanatory diagrams of electronic images and profiles acquired by the signal processing unit.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) are diagrams for explaining the detection of the center position of the contact hole.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (c) are diagrams (part 1) for explaining edge detection of a contact hole.
  • FIG. 6 is a diagram (part 2) for explaining edge detection of a contact hole.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the calculation of the contact hole area.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of a process for calculating the area of a contact hole.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining measurement of corner rounding.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of a corner rounding measurement process.
  • FIG. 11 (a) is a diagram illustrating a conventional method for calculating the area of a rectangular pattern.
  • FIG. 11 (b) is a diagram for explaining a method of calculating the area of the rectangular pattern of this embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of processing for calculating the area of a rectangular pattern.
  • FIGS. 13A to 13C are diagrams showing an example of an arbitrary shape pattern.
  • FIG. 14 is a diagram (part 1) illustrating a method for measuring the area of an arbitrarily shaped pattern.
  • FIG. 15 is a diagram (part 2) illustrating a method for measuring the area of an arbitrarily shaped pattern.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an outline of a process for calculating an area of an arbitrary shape pattern.
  • FIG. 17 is a flowchart showing an example of processing for detecting the start position of edge detection in FIG.
  • FIG. 18 is a flowchart showing an example of processing for detecting edge positions around the pattern in FIG.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining a method of detecting edge positions around a pattern.
  • FIG. 20 is a diagram (No. 3) for explaining the method of measuring the area of an arbitrarily shaped pattern.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the scanning electron microscope according to the present embodiment.
  • the scanning electron microscope 100 includes an electronic scanning unit 10, a signal processing unit 30, and an image display unit 4 0, a storage unit 55, and a control unit 20 that controls each of the electronic scanning unit 10, the signal processing unit 30, the image display unit 40, and the storage unit 55.
  • the control unit 20 includes a profile creation unit 21, a fine profile creation unit 22, an edge detection unit 23, and an area measurement unit 24.
  • the electronic scanning unit 10 includes an electron gun 1, a condenser lens 2, a deflection coil 3, an objective lens 4, a moving stage 5, and a sample holder 6.
  • the charged particle 9 irradiated from the electron gun 1 is irradiated to the sample 7 on the moving stage 5 through the condenser lens 2, the deflection coil 3, and the objective lens 4.
  • the charged particle 9 (primary electron beam) is irradiated onto the sample 7 while being scanned two-dimensionally, and secondary electrons emitted from the irradiated part are detected by an electron detector 8 composed of a scintillator or the like. It is.
  • the detected amount of secondary electrons is converted into a digital amount by the AD converter of the signal processing unit 30 and stored in the storage unit 55 as image data.
  • the image data is converted into a luminance signal and displayed on the image display unit 40.
  • the image data is arranged on the two-dimensional array so as to have the same arrangement as the scanning position of the primary electron beam on the sample 7, and a two-dimensional digital image is obtained.
  • Each picture element (pixel) of this two-dimensional digital image represents luminance data with an information amount of 8 bits.
  • the electronic deflection amount of the deflection coil 3 and the image scan amount of the image display unit 40 are controlled by the control unit 20.
  • the control unit 20 stores a program for executing line width measurement.
  • the profile creating unit 21 creates a line profile representing the luminance signal of the SEM image data in the specified range.
  • the line profile represents the luminance signal corresponding to the amount of secondary electrons, and is considered to reflect the cross-sectional shape of the measurement pattern.
  • the differential profile creation unit 22 performs first-order differential processing on the line profile.
  • the edge detector 23 detects the edge of the pattern from the line profile and the first-order differential profile.
  • the area measuring unit 24 measures the area of the specified pattern to be measured.
  • the area is calculated in units of pixels that make up the image data, and the actual area is the width of the pixel determined in advance. Calculated according to the correspondence with the actual length.
  • a wiring pattern 51 formed on a photomask substrate 50 is used as the sample 7, as shown in FIG. 3A.
  • a part of the sample 7 has a planar shape as shown in FIG.
  • a portion surrounded by a broken line 52 indicates an observation region of the scanning electron microscope 100.
  • Fig. 3 (b) shows the amount of electrons such as secondary electrons obtained by scanning the electron beam on the sample shown in Fig. 3 (a) by the electron detector 8, and the detected amount of electrons is calculated.
  • An example of an SEM image converted to a luminance signal and displayed by synchronizing the scanning of the electronic beam and the scanning of the CRT of the display device is shown.
  • the SEM image is extracted by specifying the measurement area.
  • the measurement area is, for example, an area with a width H force of 00 pixels and a length L. This region is selected by the operator by the upper line marker LM1, the lower line marker LM2, the left line marker LM3 and the right line marker LM4.
  • the H direction of the measurement area is divided, and a line profile corresponding to the luminance distribution is obtained for the divided area.
  • the noise component can be reduced by performing a smoothing process, for example, with a width of 3 pixels in the length L direction.
  • Fig. 3 (c) shows a line profile corresponding to the amount of secondary electrons emitted from the sample obtained when the electron beam is irradiated along the I-I line in Fig. 3 (a). It is a figure. As shown in Fig. 3 (c), the line profile (contrast profile) changes abruptly at the edge of the pattern. In order to find the position that changes rapidly, the line profile is subdivided to find the maximum and minimum peaks of the differential signal.
  • the differential signals Dx force before and after the peak are also compensated between the pixels to obtain the differential waveforms CI and C2, and the first peak P1 and the second peak with the resolution of 1Z100 Calculate the peak position of peak P2.
  • the width W1 of the line pattern is the difference between the first peak P1 and the second peak P2. It is calculated as the distance between.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a contact hole.
  • whether or not the force within the contact hole is determined based on whether the pixel luminance data is larger or smaller than the reference value is divided into a predetermined number of partial patterns (fans in the present embodiment).
  • the area of the contact hole is calculated by summing the areas of the partial patterns.
  • the area of the contact hole is calculated by calculating the area of 72 sectors and summing these values.
  • the center and radius of the contact hole are obtained. First, detection of the center of the contact hole will be described.
  • the line profile of the specified region is obtained from the SEM image data of the contact hole.
  • the specified area is specified by setting the search area SRx so that the edges on both sides in the X direction of the contact hole are included.
  • Line profile force Obtain both edges (XE1, XE2) in the X direction of the contact hole, and set the midpoint as the center Cx in the X direction.
  • a search region SRy including edges on both sides in the Cx and Y directions is set, and a line profile of a line in the Y direction passing through Cx is obtained. From this line profile, find the edges (YE1, YE2) on both sides in the Y direction, and set the midpoint as the center Cy in the Y direction. This position is the center C of the contact hole.
  • This radius is obtained as the distance between the center C and its edge by detecting the position of the edge of the contact hole.
  • FIG. 5 (a) is a diagram in which a part of the edge portion EL of the contact hole is represented on a pixel unit coordinate P representing a luminance signal capable of obtaining SEM image power.
  • the S1-S2 lines in Fig. 5 (a) are reference lines for profile creation. If a line profile is created along this reference line, for example, a signal waveform as shown in FIG. 5 (b) can be obtained. The signal amount value at the point S1 side is smaller than the signal amount value at the point S2 side, and the signal amount changes abruptly at the point E1.
  • Figure 5 (c) shows the result of differentiating the line profile of Figure 5 (b). The maximum peak of the differential signal amount is obtained at point E1, and the position of point E1 is on the S1-S2 line. Is detected. At this time, similar to the line width measurement, it complements between multiple differential signal power pixels before and after the peak, and calculates the peak position with 1Z100 resolution.
  • Line SL in Fig. 6 is the reference line for profile creation.
  • Line ASL is an averaging reference line for obtaining pixels used for averaging luminance values.
  • Luminance data at each position on the reference line SL is calculated for each pixel along the reference line SL for creating a line profile.
  • the brightness is calculated by averaging the brightness data of 5 pixel ASPs along the average reference line ASL in the direction perpendicular to the reference line SL, which is obtained only by the brightness data of the pixel SP corresponding to the reference line SL. Yes.
  • Pixel selection uses the X axis as the reference axis when the inclination angle of the reference line SL for obtaining the profile is 45 degrees or less, and the Y axis as the reference axis when the inclination angle is 45 degrees or more. If the reference axis is the X axis, the pixels corresponding to the reference line SL are not slacked at the same X position, so that all X positions are! ⁇ Make a selection.
  • the reference axis of the reference line SL is the X axis
  • the reference axis of the average reference line ASL is the Y axis
  • the center of the pixel is the most to the average reference line ASL so that it does not dangle at the same Y position.
  • Select a close pixel In the case of Fig. 6, the reference axis for obtaining 5 pixels is the Y axis, and the pixel (ASP) is selected so that the center of the pixel is closest to the reference line so that it does not hang around at the same Y position.
  • the luminance data of a plurality of pixels is added and averaged.
  • the luminance data of each pixel includes a random noise component. This is because the value is different for each measurement and reproducible measurement cannot be performed. Therefore, noise is reduced by averaging the luminance data of a plurality of pixels.
  • the number of pixels for averaging the luminance data is not limited to 5 pixels, and the number of pixels may be increased. If the SZN ratio is good, the number of pixels may be decreased.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining calculation of the area of the entire contact hole.
  • the edge is detected by rotating the reference line for each predetermined central angle, and the area of the partial pattern is obtained for the entire range of the contact hole.
  • the partial pattern is not a sector but a straight part, it is regarded as a triangular area based on the center position C, the edge position E1, and the center angle of 5 degrees.
  • a line profile is created in the direction around the central force using a plurality of pixel values, and the edge position is detected by differentiating the line profile. Since multiple pixel values are used, noise can be reduced even if the signal-to-noise ratio is poor, and the inter-pixel interpolation is complemented with multiple pixel values and calculated to a resolution of 1/100 pixel. The value does not vary greatly every time. Therefore, the area can be obtained with good reproducibility.
  • the area is calculated in units of pixels, and pixels including the inside and outside of the area to be measured on the edge are included or not included in the area in units of pixels. For this reason, it was hard to measure accurately.
  • the error can be reduced without using the pixel unit.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of a process for measuring the area of a pattern such as a contact hole.
  • step S 11 initial setting is performed.
  • the setting of the center angle corresponding to the number of partial patterns and the area for calculating the line profile are specified.
  • step S12 a contact hole and a desired measurement area around it are specified, and an SEM image is acquired.
  • the SEM image data is extracted from the storage unit 55 stored as pixel data.
  • step S13 the center position of the contact hole whose area is to be measured is detected.
  • the center position is detected as follows. First, a line profile in the X direction is obtained, and edges at both ends in the X direction are detected. The midpoint of those edge positions is the center in the X direction. After finding the center in the X direction, find the line profile in the Y direction of the line including the position, and detect the edges at both ends in the Y direction. The center of this edge position is the center of the contact hole. After obtaining the center in the Y direction, the center in the X direction and the center in the Y direction may be obtained again to obtain the center position with high accuracy.
  • step S 14 a search area having a predetermined height including the center position of the contact hole and the edge of the contact hole is designated. It is also possible to set the size of the search area based on the contact hole data extracted in advance from the design data and automatically set the center position of the contact hole. ,.
  • step S15 a line profile is obtained in the designated search area.
  • luminance data is calculated from pixel data for each pixel in the direction from the center of the contact hole to the edge.
  • the height of the search area is 5 pixels, and the luminance data is obtained by averaging the luminance data of 5 pixels to reduce the noise of the luminance data.
  • step S16 the line profile calculated in step S15 is firstly subdivided.
  • the first-order differential processing is performed by a differential profile creation unit, for example, using a differential filter such as a Sobel filter used in general image processing.
  • a differential filter such as a Sobel filter used in general image processing.
  • step S17 the radius is obtained from the center position and edge position of the contact hole.
  • step S18 the area of a sector (partial pattern) having the obtained edge position as a point where the arc and the radius intersect is calculated.
  • step S19 it is determined whether or not the partial pattern area has been calculated for the entire range of contact holes. If it is determined that all ranges have been calculated, step S
  • step S20 all of the calculated partial areas are summed to obtain a contact hole.
  • the area of the image is calculated, and this process is terminated.
  • step S21 the search area is rotated by a predetermined center angle, and the line profile file reference line is rotated.
  • the process goes to step S15, where the line profile is acquired along the new line profile reference line to detect the edge, and the area of the partial pattern is calculated with the edge position as the point where the arc and radius intersect. To do.
  • the pattern is divided into a predetermined number of partial patterns, and the area is measured for each partial pattern and then added to obtain the pattern area. .
  • the line profile on the line connecting the center position and the edge is obtained, the edge position is obtained from the obtained line profile, and the radius is obtained from the center position and the edge position.
  • the line profile is obtained by averaging the luminance data of multiple pixels. Then, the fan-shaped area whose edge position is the point where the arc and radius intersect is obtained.
  • the rounding of the corners of the pattern is a phenomenon in which the corners of the pattern P to be formed are not formed at right angles but are rounded.
  • a pattern P is formed as an electrode of a capacitor
  • a desired capacitance value may not be obtained. It is required to accurately determine the value of the portion (area loss) AL where such a pattern is not formed.
  • FIG. 9 An area measurement method for the area loss AL will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • step S31 initial setting is performed.
  • the center angle corresponding to the number of partial patterns when calculating the area of the corner rounding area is set.
  • the ROI size that specifies the area for calculating the line profile.
  • step S32 SEM image data of the corner rounding region is acquired. To get.
  • the SEM image data is extracted from the storage unit 55 stored as pixel data.
  • step S33 the center position of the corner rounding region is set.
  • the center position is set to the position (cl, c2) where the diagonal corner of ROIc touches the edge of the pattern shown in Fig. 9, and the corner (c3) of ROIc in the pattern is a sector shape that forms the corner part clc2c3.
  • step S34 a search region including the center c3 and the edge of the rounding portion is set.
  • step S35 a line profile is calculated within the search area.
  • step S36 the edge position is detected.
  • the line profile calculated in step S35 is first-order differentiated to detect the position force that takes the maximum or minimum signal amount.
  • step S37 the radius is calculated from the center position c3 and the edge position.
  • step S38 the area of a sector (partial pattern) having a predetermined central angle is calculated.
  • step S39 it is determined whether or not the force is the calculated force of all the partial patterns in the corner rounding region. If it is determined that the areas of all the partial patterns have been calculated, the process proceeds to step S40. If not, the process proceeds to step S41.
  • step S49 the areas of all the partial patterns are summed up to calculate the area of the corner loading part (clc2c3), and this process is terminated.
  • step S41 the search area is rotated by a predetermined center angle, and the process proceeds to step S35.
  • the area of the corner rounding part clc2c3 is subtracted from the area of ROI obtained by multiplying the distance of clc3 and the distance of c2c3.
  • the area of the area loss part AL is calculated.
  • the area of the corner rounding part can be calculated with good reproducibility and with high accuracy, so the area of the area loss part AL can be calculated with good reproducibility and with high precision. Can be issued.
  • the configuration of the pattern dimension measuring apparatus that measures the area is the same as that of the apparatus described in the first embodiment, and the processing of the area measuring unit that calculates the area is different.
  • FIG. 11 (a) is a diagram illustrating a conventional method for calculating the area of a rectangular pattern.
  • a part of the rectangular pattern RP is shown on the coordinates P in pixels.
  • the pixel SP4 is included both inside and outside the rectangular pattern, and the pixel SP4 is included in the area. It is included or not included, and the area cannot be obtained with high accuracy.
  • the pixel includes noise.
  • the pixel SP3 may be included in the area when one measurement is performed, and may not be included in the area when another measurement is performed.
  • FIG. 11B is a diagram for explaining an outline of a method for calculating the area of the rectangular pattern (pattern surrounded by the first and second edges) of the present embodiment.
  • the rectangular pattern RP is divided into partial rectangular patterns of a predetermined size, the area of each partial rectangular pattern is calculated, and then the areas of the partial rectangular patterns are summed to calculate the area of the rectangular pattern. .
  • the division unit is, for example, the height in the Y direction for h pixels (predetermined length separating the first opposing edge), and the line profile in the X direction of the partial rectangular pattern PRP1 (second opposing).
  • the line profile on the line that is parallel to the edge and intersects the first opposing edge is calculated, and the edge positions on both sides are calculated to determine the distance xl in the X direction.
  • the area of the partial rectangular pattern PRP1 is calculated by multiplying the distance xl and the height h.
  • the area of other partial rectangular patterns is calculated in the same way.
  • step S51 initialization is performed.
  • the ROI size corresponding to the height of the partial rectangular pattern is set.
  • step S52 a rectangular pattern and a desired measurement area around it are specified, and an SEM image is acquired.
  • the SEM image data is extracted from the storage unit 55 stored as pixel data.
  • step S53 the SEM image data acquired in step S52 is divided into a predetermined number of regions. This is done by setting a search area in which the height of the partial rectangle is a predetermined height.
  • step S54 a line profile is calculated in the range of the search area set in step S53.
  • the calculation of the line profile is performed by the profile creation unit 21 of the control unit 20 extracting luminance information from the SEM image data.
  • step S55 the line profile calculated in step S54 is firstly subdivided.
  • the first-order differential processing is performed by the differential profile creation unit 22.
  • the position where the maximum and minimum signal values are obtained is recorded as the edge position.
  • step S56 the width of the partial rectangle is calculated from the edge position.
  • step S57 the calculated partial rectangle width is multiplied by the height of the search region to calculate the area of the partial rectangular region.
  • step S58 it is determined whether or not the force has calculated the area of all the partial rectangles in the measurement region. If it is determined that the area of all the partial rectangles has been calculated, the process proceeds to step S59. If it is determined that the area has not been calculated, the process proceeds to step S60.
  • step S59 the area of the designated rectangular area is calculated by summing the areas of the calculated partial rectangles, and this process ends.
  • step S60 the search area is moved by a predetermined height, and the process returns to step S54 to calculate the area of the partial rectangle.
  • the area is calculated for each divided part, and the area of the designated area is calculated by summing them, but after calculating the average width of the rectangular pattern based on the divided area, The area may be obtained by multiplying the width by the height of the entire designated area.
  • the rectangular pattern is divided into a predetermined number of partial patterns, the area is obtained for each partial pattern, and then the total is added to determine the area of the rectangular pattern. Is calculated.
  • the edge position is calculated based on the line profile by averaging the predetermined number of pixel data.
  • the area of the partial pattern is calculated by multiplying the distance between edges by a predetermined number of pixel sizes.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a pattern having a complicated shape.
  • the pattern is divided into the shapes of the patterns targeted in the first and second embodiments (hereinafter referred to as reference graphic patterns), and the respective areas are divided. After calculation, the total area is calculated.
  • the reference graphic pattern includes a fan-shaped pattern (0 in FIG. 13) and a semicircular pattern (in FIG. 13).
  • the pattern has a shape as shown in Fig. 14, first, it is divided into reference graphic patterns. The division is performed so that the reference graphic pattern is included. For example, the oc 1 part in Fig. 14 makes the specified area ROI3. In addition, in ⁇ 1 in Fig. 14, the designated area is ROI1. In addition, in ⁇ 2 in FIG. 14, the designated area is set to ROI4.
  • the boundary BL3 between ROI1 and ROI3 is specified to match each other.
  • the boundary BL2 between ROI 3, ROI1 and ROI2 and ROI4 is specified so that there is no deviation from each other.
  • the area of the pattern a 1 is calculated using the method for measuring the area of the corner portion described in the corner rounding measurement of the first embodiment.
  • the areas of the patterns ⁇ 1 and ⁇ 2 in FIG. 14 are calculated using the rectangular pattern area measurement method described in the second embodiment.
  • the area of the pattern of / 3 in FIG. 13 is calculated by correcting the corner rounding described in the second embodiment. In corner rounding, the force was for one corner.
  • the pattern 13 in Fig. 13 is semicircular and has two corners. In this case, the center is the midpoint of the boundary line with the adjacent partial pattern.
  • the area of each pattern is summed to obtain the area of the pattern. Yes.
  • the area is obtained for each partial pattern by dividing it into partial patterns.
  • the edge position is calculated based on the line profile obtained by averaging the predetermined number of pixel data, and the rectangular length and sector radius are calculated to obtain the area.
  • edge positions indicating the periphery of a closed pattern are detected, and the area of the pattern is calculated by applying a trapezoidal rule based on these edge positions.
  • the configuration of the pattern dimension measuring apparatus for measuring the area is the same as that of the apparatus described in the first embodiment, and the processing of the area measuring unit for calculating the area is different.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an outline of pattern area measurement processing.
  • the edge detection start position is detected, and in the next step S72, edge positions around the pattern are detected at predetermined intervals. Based on the detected edge position, the area of the pattern is calculated in step S73.
  • FIG. 17 is a flowchart showing a process for detecting the edge of the start position.
  • one point (point M in FIG. 15) in the region of the measurement target pattern PA is designated as a designated point.
  • an arbitrary point inside the pattern PA is designated based on the SEM image of the pattern PA whose area is to be measured.
  • a line passing from the designated point M through the point that intersects the edge of the pattern PA is set and used as a reference line for profile creation. For example, a line extending 45 degrees upward from the specified point M is set as the reference line.
  • a line profile is calculated along the reference line.
  • the calculation of the line profile is performed by the profile creation unit 21 of the control unit 20 extracting luminance information from the SEM image data.
  • the luminance data of a plurality of pixels are obtained by averaging.
  • the calculated line profile is first-order differentiated by the derivative profile creation unit 22.
  • the edge position is detected by detecting the position where the partial peak value closest to the specified point M takes the plus peak value or minus peak value based on the first-order differentiated profile. .
  • This edge position is used as a start position for edge detection around the pattern.
  • FIG. 18 is a flowchart showing an example of edge detection processing around the pattern.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining edge detection around a pattern.
  • step S91 in FIG. 18 initial setting is performed.
  • a predetermined interval for detecting the edges around the pattern (hereinafter referred to as a specified step) is specified.
  • this designation step is a distance corresponding to a predetermined number of pixels. Also, check the pattern surroundings.
  • the counter k indicating the position of the outgoing edge is set to 0.
  • step S92 to step S94 the edge position of the start position ES force is also detected at a position separated by a predetermined designated step d.
  • step S92 a temporary edge is detected at a position separated from the start position ES detected by the process of FIG. 17 by a distance of (designated step d X 2).
  • a straight line VL from the start position ES to the lower part (one Y direction) of FIG. 19 (a) is orthogonal to the position of (specified step d X 2).
  • line HL as a reference line for profile creation, create a line profile file and detect edge E. This detected edge E is used as the temporary detection edge.
  • the edge may be detected in the X direction from the start position ES.
  • the temporary detection edge E detected in step S92 is re-detected.
  • the line that is perpendicular to the position d x 2) is the reference line for profile creation.
  • the line profile on the reference line is obtained, and the temporarily detected edge position is detected again.
  • the distance from the start position ES is made closer to (specified step d X 2).
  • the first edge position is detected.
  • Edge EP is detected as the edge. Detecting edge EP (X, y) like this
  • the edge can be detected on a line near a right angle around the pattern, so that the edge position can be accurately detected.
  • the edge EP (x, y) is set as the starting point for the next edge detection.
  • the starting point is the edge EP.
  • step S96 to step S98 the specified step k k k is determined from the starting edge position EP (x, y).
  • step S96 on the straight line IL connecting the starting point EP and the re-detected temporary detection edge E. Produce an orthogonal line at a position (designated step d X 2) away from the starting point EP of
  • An edge is detected by creating a line profile as a reference line for creating a file. This detected edge is assumed to be a temporary detection edge E.
  • step S97 as in step S94, the starting point EP and the provisional detection edge position E
  • step dX 2 Directly at a position on the straight line connecting 21 and a distance of (designated step dX 2) from the starting point EP
  • the intersecting line is used as a reference line for profile creation, a line profile on this reference line is obtained, and the temporarily detected edge position is detected again.
  • the start point EP is directly connected to the re-detected temporary detection edge position E.
  • the line profile is obtained on a line orthogonal to the line IL and the intermediate position MP.
  • the EP is detected.
  • the edge EP is detected as the second edge.
  • step S99 it is determined whether or not all edges around the pattern have been detected. If it is determined that all have been detected, this process ends. If it is determined that the detection has not yet ended, the process proceeds to step S100.
  • the edge positions around the pattern are EP, EP,.
  • the area of the pattern is calculated by applying the edge position to the trapezoidal rule.
  • the area S of the pattern is calculated by the following equation (1).
  • the partial pattern of the pattern PA is defined by adjacent edges EP and EP.
  • a trapezoidal area (X X EP EP) containing PPA is defined. So adjacent
  • the area of the pattern is calculated by adding or subtracting the area of the trapezoidal shape determined by the edge.
  • the area of the shape is the area PPA (parts where the pattern PA is divided like the area (X X EP EP).
  • the area is calculated by combining the area not including the pattern) and the area not including the pattern.
  • the trapezoidal area defined by the edge position from T to T below the pattern PA
  • the area of the region not including the pattern PA is calculated.
  • the area of the region is added and specified by the edge position from T to T below the pattern P A
  • the area of the pattern PA is calculated by subtracting the area of the trapezoidal area.
  • the value of the trapezoidal shape in the range of the X-coordinate value force X -X> 0 of the edge position is k k-1
  • the area of the pattern can be calculated by the above method. That is, for the areas of Al, A2, A3, and A4 in FIG. 20, areas A3 and A4 are added twice, and area A4 is subtracted twice. Therefore, since the areas of the areas A1 and A3 are finally calculated in the areas A1 to A4, the area of the pattern PA can be calculated.
  • the edge position around the pattern is automatically detected, Based on the detected edge position, the trapezoidal rule is applied to calculate the pattern area.
  • the burden on the user who designates the target range can be reduced, and a decrease in measurement accuracy due to an erroneous range designation can be prevented.
  • the edge of the pattern is detected based on the line profile by averaging the predetermined number of pixel data. As a result, even if the luminance signal of the pixel contains noise, the position of the edge can be detected with a reduced noise value. Also, when detecting the edges around the pattern, the line profile force on the line that intersects the straight line connecting the detected edge position and the temporary edge position at a predetermined interval and the intermediate position also detects the next edge position. Yes. As a result, an edge can be detected on a line near a right angle to the periphery of the pattern, so that an accurate edge position can be detected and a pattern area can be accurately calculated.

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、前記パターンを複数の部分パ ターンに分割し、各部分パターンの面積を算出し、当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バタ 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、更に、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アイ ル作成手段とを有し、前記面積測定手段は、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及び微分プロファイルから エッジ位置を検出し、前記中心位置とエッジ位置カゝ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ぐ前 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方向の幅から 算出するようにしても良い。
[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及び微分プロファイル力 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、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 記パターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出し、検出された隣接する 2点の エッジ位置により決定され前記パターンが分割された部分パターンを含む台形形状 の領域の面積の総計から、検出された連続する 2点のエッジ位置により決定され前記 部分パターン以外の台形形状の領域の面積の総計を減算して前記パターンの面積 を算出するようにしても良ぐ更に、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 ア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し、前 記面積測定手段は、前記パターンのエッジ位置を検出して起点エッジ位置とし、該 起点エッジ位置力 所定の距離のエッジ位置を検出して仮エッジ位置とし、前記起 点エッジ位置及び仮エッジ位置を結ぶ線分の中点を通り当該線分に直角なライン上 のラインプロファイル及び微分プロファイル力もエッジ位置を検出し、当該エッジ位置 を新たに起点エッジ位置として当該エッジ位置に隣接する新たなエッジ位置を検出 すことにより前記パターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出するようにしても 良い。
[0018] 本発明では、パターンの面積測定において、パターン内の 1点を指定することにより 、自動的にパターン周囲のエッジ位置を検出し、検出されたエッジ位置を基に台形 則を適用し、パターンの面積を算出している。これにより、対象範囲を指定するユー ザの負担を軽減するとともに、誤った範囲指定による測定精度の低下を防ぐことがで きる。
[0019] また、パターンの周囲のエッジを検出する際、検出されたエッジ位置と所定の間隔 の仮エッジ位置とを結ぶ直線と、中間位置で直交するライン上のラインプロファイル 力も次のエッジ位置を検出している。これにより、パターンの周囲と直角に近いライン 上でエッジを検出できるため、正確なエッジ位置を検出することが可能となり、パター ン面積を正確に算出することが可能となる。
[0020] 本発明の他の形態によれば、上記の形態に係るパターン寸法測定装置において 実施されるパターン面積測定方法が提供される。その一形態に係るパターン面積測 定方法は、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を取得 するステップと、前記パターンを複数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含むことを特徴とする。
[0021] この形態に係るパターン面積測定方法において、前記部分パターンに分割するス テツプは、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作成するステップと、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ステップと、前記ラインプロファイル及び微分プ 口ファイルカゝら前記部分パターンのエッジ位置を検出し、前記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を含むようにしても良ぐ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、前記部分パターンに分割す るステップは、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の対向するエツ 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作成す るステップと、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ステップ と、前記ラインプロファイル及び微分プロファイルカゝら前記部分パターンのエッジ位置 を検出して、前記ラインプロファイル及び微分プロファイルカゝらエッジの位置を検出し 当該エッジ間の距離を算出するステップとを含むようにしても良い。また、前記部分パ ターンに分割するステップは、前記パターンのエッジ位置を検出して起点エッジ位置 とし、前記起点エッジ位置力 所定の距離だけ離れた位置のエッジを検出して仮エツ ジ位置とするステップと、前記起点エッジ位置と仮エッジ位置とを結ぶ線分の中点を 通り当該線分に直角なライン上のラインプロファイルを作成するステップと、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ステップと、前記ラインプロファ ィル及び微分プロファイルカゝらエッジ位置を検出するステップと、当該エッジ位置を 新たに起点エッジ位置とし、当該エッジ位置に隣接する新たなエッジ位置を検出して 前記パターンの周囲のエッジ位置を検出するステップと、隣接する 2点のエッジ位置 で決定され、前記パターンが分割された部分パターンを含む台形形状の領域に分割 するステップとを含み、前記パターンの面積を算出するステップは、前記部分パター ンを含む台形形状の領域の面積の総計から、前記部分パターン以外の台形形状の 領域の面積の総計を減算するステップであるようにしても良 、。
図面の簡単な説明
[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（その 1)である。
[図 15]図 15は、任意形状パターンの面積の測定方法を説明する図（その 2)である。
[図 16]図 16は、任意形状パターンの面積を算出する処理の概要を示すフローチヤ一 トである。
[図 17]図 17は、図 16におけるエッジ検出の開始位置を検出する処理の一例を示す フローチャートである。
[図 18]図 18は、図 16におけるパターン周囲のエッジ位置を検出する処理の一例を 示すフローチャートである。
[図 19]図 19は、パターン周囲のエッジ位置の検出方法を説明する図である。
[図 20]図 20は、任意形状パターンの面積の測定方法を説明する図（その 3)である。 発明を実施するための最良の形態
[0023] 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。
[0024] (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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] (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。
[0035] 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
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] (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。
[0043] 図 4はコンタクトホールの一例を示す図である。
[0044] 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いか小さいかでコンタクト 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
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047] 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。
[0048] 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。
[0049] 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。
[0050] 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。
[0051] 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。
[0052] 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 E1の位置が S1— 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。
[0053] 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。
[0054] 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。
[0055] 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。
[0056] 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。
[0057] 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。
[0058] 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。
[0059] 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。
[0060] 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。
[0061] 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
[0062] 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。
[0063] 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。
[0064] 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。
[0065] 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 、。
[0066] 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。
[0067] 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。
[0068] 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
[0069] 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。
[0070] 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。
[0071] (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。
[0072] 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。
[0073] 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。
[0074] 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。
[0075] 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。
[0076] 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。
[0077] 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!、。
[0078] 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。
[0079] 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。
[0080] 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。
[0081] 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。
[0082] 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。
[0083] 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。
[0084] 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。
[0085] 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。
[0086] 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。
[0087] 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。
[0088] 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
[0089] 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。
[0090] 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。
[0091] 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。
[0092] 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。
[0093] 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。
[0094] 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。
[0095] 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。
[0096] 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。
[0097] 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。
[0098] 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。
[0099] 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。
[0100] 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。
[0101] 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。
[0102] 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。
[0103] 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。
[0104] 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。
[0105] 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。
[0106] 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。
[0107] 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。 [0108] 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。
[0109] 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。
[0110] 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。
[0111] 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。
[0112] 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。
[0113] 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。
[0114] 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。
[0115] 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。
[0116] 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。
[0117] 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。
[0118] 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。 [0119] 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。
[0120] 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 [0121] 図 13は形状が複雑なパターンの一例を示す図である。
[0122] 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。
[0123] 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。
[0124] 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。
[0125] 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。
[0126] 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。 [0127] ノターン P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!、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。
[0128] 図 14の oc 1の指定領域の面積算出について説明する。
[0129] 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。
[0130] 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。
[0131] 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。
[0132] 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。
(4)第 4の実施形態
本実施形態では、第 1及び第 2の実施形態で対象としてパターン形状の組み合わ せに限らず、任意の形状のパターンを対象とした面積測定について説明する。本実 施形態では、閉じたパターンの周囲を示すエッジ位置を検出し、それらのエッジ位置 を基に台形則を適用してパターンの面積を算出する。
[0133] 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。
[0134] 以下、図 15に示す形状のパターンを例にとって図 16から図 18のフローチャートを 参照しながら説明する。
[0135] 図 16はパターンの面積測定処理の概要を示すフローチャートである。まずステップ S71に示すように、エッジ検出の開始位置を検出し、次のステップ S72においてパタ ーンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出する。検出されたエッジ位置を基に、 ステップ S73にお 、てパターンの面積を算出する。
[0136] 図 17は開始位置のエッジを検出する処理を示すフローチャートである。
[0137] まず、図 17のステップ S81において、測定対象パターン P Aの領域内の 1点（図 15 の点 M)を指定し指定点とする。この指定は、面積を測定するパターン PAの SEM画 像にぉ 、て、パターン PA内部の任意の一点を指定する。
[0138] 次のステップ S82では、指定点 Mからパターン P Aのエッジと交差する点を通るライ ンを設定し、プロファイル作成の基準線とする。例えば、指定点 Mから右 45度上方向 に延びるラインを基準線とする。
[0139] 次のステップ S83では、基準線に沿って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。また、ラインプロファイルの算出においては、第 1の実施形 態で説明したように、複数のピクセルの輝度データを加算平均して求める。算出され たラインプロファイルは、微分プロファイル作成部 22において 1次微分される。
[0140] 次のステップ S84では、 1次微分された微分プロファイルを基に指定点 Mに最も近 い部分信号量のプラスピーク値又はマイナスピーク値をとる位置を検出してエッジ位 置を検出する。このエッジ位置をパターン周囲のエッジ検出のための開始位置とする
[0141] 上記処理によって決定された開始位置 ES力 パターン周囲のエッジ位置の検出を 行う。以下に、図 18及び図 19を参照しながら、パターン周囲のエッジ検出処理につ いて説明する。図 18はパターン周囲のエッジ検出処理の一例を示すフローチャート である。また、図 19は、パターン周囲のエッジ検出を説明する図である。
[0142] まず、図 18のステップ S91では初期設定を行う。初期設定では、パターン周囲のェ ッジを検出する際の所定の間隔 (以下、指定ステップとよぶ)を指定する。例えば、こ の指定ステップは所定のピクセル数に対応する距離とする。また、パターン周囲の検 出エッジの位置を示すカウンタ kを 0と置く。
[0143] 次のステップ S92からステップ S94では、開始位置 ES力も所定の指定ステップ d離 れた位置のエッジ位置を検出する。
[0144] ステップ S92では、図 17の処理によって検出された開始位置 ESから（指定ステップ d X 2)の距離だけ離れた位置において仮エッジを検出する。具体的には、図 19 (a) に示すように、開始位置 ESから図 19 (a)の下方（一 Y方向）への直線 VLと (指定ステ ップ d X 2)の位置で直交するライン HLを、プロファイル作成の基準線として、ラインプ 口ファイルを作成してエッジ E を検出する。この検出されたエッジ E を仮検出エッジ
11 11
E とする。なお、図 19 (a)では開始位置 ESから一 Y方向にエッジを検出した力 ノ
11
ターンの形状によっては開始位置 ESから X方向にエッジを検出するようにしても良 ヽ [0145] 次のステップ S93では、ステップ S92で検出した仮検出エッジ E の再検出を行う。
11
開始位置 ESと仮検出エッジ位置 E とを結んだ直線上の開始位置 ESから（指定ステ
11
ップ d X 2)の距離だけ離れた位置で直交するラインをプロファイル作成の基準線とし
、この基準線上のラインプロファイルを求め、仮検出エッジ位置を再検出する。この仮 検出エッジ位置の再検出によって、開始位置 ESからの距離を (指定ステップ d X 2) により近づけるようにして 、る。
[0146] 次のステップ S94では、最初のエッジ位置を検出する。開始位置 ESと再検出され た仮検出エッジ位置 E とを結ぶ直線 ILと、中間位置 MPにおいて直交するライン
12 1 1
上でラインプロファイルを求め、エッジ EP (x、y )を検出する。図 19 (b)では、 1番目 k k k
のエッジとしてエッジ EPが検出される。このようにエッジ EP (X、 y )を検出すること
1 k k k
により、パターンの周囲に直角に近いライン上でエッジを検出できるため、エッジ位置 を正確に検出することが可能となる。
[0147] 次のステップ S95では、エッジ EP (x、 y )を次のエッジ検出のための起点とする。
k k k
図 19 (c)では、エッジ EPを起点としている。
1
[0148] 次のステップ S96からステップ S98では、起点エッジ位置 EP (x、 y )から指定ステ k k k
ップ離れたエッジ位置 EP (x 、y )を検出する。
k+1 k+1 k+1
[0149] ステップ S96では、起点 EPと再検出された仮検出エッジ E とを結んだ直線 IL上 の起点 EPから (指定ステップ d X 2)だけ離れた位置にぉ 、て直交するラインをプロ
1
ファイル作成の基準線として、ラインプロファイルを作成してエッジを検出する。この検 出されたエッジを仮検出エッジ E とする。
21
[0150] 次のステップ S97では、ステップ S94と同様に、起点 EPと仮検出エッジ位置 E と
1 21 を結んだ直線上の、起点 EPから（指定ステップ dX 2)の距離だけ離れた位置で直
1
交するラインをプロファイル作成の基準線とし、この基準線上のラインプロファイルを 求め、仮検出エッジ位置を再検出する。
[0151] 次のステップ S98では、起点 EPと再検出された仮検出エッジ位置 E とを結ぶ直
1 22
線 ILと、中間位置 MPにおいて直交するライン上でラインプロファイルを求め、エツ
3 2
ジ EP を検出する。図 19 (d)では、 2番目のエッジとしてエッジ EPが検出される。
k+l 2
[0152] 次のステップ S99では、パターン周囲のエッジがすべて検出されたか否かを判定す る。すべて検出されたと判定されれば、本処理は終了し、まだ検出が終了していない と判定されれば、ステップ S100に移行する。
[0153] 次のステップ S100では、 k=k+ 1とし、ステップ S95に移行して、次のエッジ位置 を検出する。
[0154] 上記処理によって図 15に示すようにパターンの周囲のエッジ位置が EP , EP , · ··
0 1
、のように検出される。
[0155] 次に、上記処理によって検出されたパターン周囲のエッジ位置を基にした、パター ンの面積算出について説明する。
[0156] 本実施形態では、エッジ位置を台形則に適用してパターンの面積を算出する。
[0157] パターンの周囲を示すエッジ EP力 個検出されたものとし、 k番目のエッジの位置 を EP (X 、 y )とする。
k k k
[0158] 検出されたすベてのエッジ位置を使用して、次に示す式（1)によりパターンの面積 Sを算出する。
[0159]
S — O x
k=\ ^ ^ x ( 1 )
ム [0160] 例えば、図 15において、隣接するエッジ EPと EPによってパターン PAの部分パタ
1 2
ーン PPAを含んだ台形形状の領域 (X X EP EP )が規定される。このように隣接する
1 2 1 2
エッジによって決まる台形形状の面積を加算又は減算することによってパターンの面 積を算出する。
[0161] 図 15の例では、パターン P Aの上側の T力も Tまでのエッジ位置で規定される台形
2 0
形状の領域は、領域 (X X EP EP )のようにパターン PAが分割された領域 PPA (部
1 2 1 2
分パターンとよぶ)及びパターンが含まれない領域を合わせた面積が算出される。ま た、パターン PAの下側の Tから Tまでのエッジ位置で規定される台形形状の領域
1 2
は、パターン PAを含まない領域の面積が算出される。
[0162] 従って、パターン P Aの上側の Tから Tまでのエッジ位置で規定される台形形状の
2 0
領域の面積を加算し、パターン P Aの下側の Tから Tまでのエッジ位置で規定される
1 2
台形形状の領域の面積を減算することによって、パターン PAの面積が算出される。
[0163] すなわち、エッジ位置の X座標の値力 X -X >0の範囲の台形形状の面積はカロ k k-1
算し、 X -X < 0の範囲の台形形状の面積は減算することによってパターンの面積 k k-1
を算出する。
[0164] なお、図 20に示すような複雑な形状 (パターンの一部が Y方向に凹部を有する形 状)のパターンであっても、上記方法によってパターンの面積を算出することが可能 である。すなわち、図 20の Al, A2, A3, A4の領域については、領域 A3と A4は 2 度加算され、領域 A4は 2度減算される。よって、 A1から A4の領域では最終的に A1 と A3の領域の面積が算出されるため、パターン PAの面積を算出することができる。
[0165] 以上説明したように、第 4の実施形態ではパターンの面積を算出する際に SEM画 像のパターン内の 1点を指定することにより、自動的にパターン周囲のエッジ位置を 検出し、検出されたエッジ位置を基に台形則を適用し、パターンの面積を算出してい る。これにより、対象範囲を指定するユーザの負担を軽減するとともに、誤った範囲指 定による測定精度の低下を防ぐことができる。
[0166] また、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パターン周 囲のエッジを検出している。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 場合であっても、ノイズを小さくした値でエッジの位置を検出することが可能になる。 また、パターンの周囲のエッジを検出する際、検出されたエッジ位置と所定の間隔 の仮エッジ位置とを結ぶ直線と、中間位置で直交するライン上のラインプロファイル 力も次のエッジ位置を検出している。これにより、パターンの周囲と直角に近いライン 上でエッジを検出できるため、正確なエッジ位置を検出することが可能となり、パター ン面積を正確に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、
前記パターンを複数の部分パターンに分割し、各部分パターンの面積を算出し、 当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] 更に、前記画像データ力も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 成手段とを有し、
前記面積測定手段は、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ツ ジと交わるライン上のラインプロファイル及び微分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力も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 2に記載のパターン 寸法測定装置。
[4] 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 2に記載のパターン寸法測定装置。
[5] 更に、前記画像データ力も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 成手段とを有し、
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及 び微分プロファイル力 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、当該各部分矩形バタ 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。
[6] 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 5に記載のパターン寸法測定装置。
[7] 前記面積測定手段は、前記パターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出し、 検出された隣接する 2点のエッジ位置により決定され前記パターンが分割された部分 パターンを含む台形形状の領域の面積の総計から、検出された連続する 2点のエツ ジ位置により決定され前記部分パターン以外の台形形状の領域の面積の総計を減 算して前記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。
[8] 更に、前記画像データ力も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 成手段とを有し、
前記面積測定手段は、前記パターンのエッジ位置を検出して起点エッジ位置とし、 該起点エッジ位置力 所定の距離のエッジ位置を検出して仮エッジ位置とし、前記 起点エッジ位置及び仮エッジ位置を結ぶ線分の中点を通り当該線分に直角なライン 上のラインプロファイル及び微分プロファイル力もエッジ位置を検出し、当該エッジ位 置を新たに起点エッジ位置として当該エッジ位置に隣接する新たなエッジ位置を検 出すことにより前記パターンの周囲のエッジ位置を所定の間隔で検出することを特徴 とする請求項 7に記載のパターン寸法測定装置。
[9] 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 8に記載のパターン 寸法測定装置。
[10] 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を取得するステップと、
前記パターンを複数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 含むことを特徴とするパターン面積測定方法。
[11] 前記部分パターンに分割するステップは、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作成するステップと、
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ステップと、 前記ラインプロファイル及び微分プロファイルカゝら前記部分パターンのエッジ位置を 検出し、前記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を含むことを特 徴とする請求項 10に記載のパターン面積測定方法。
[12] 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 11に記載のパターン面積測定方法。
[13] 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 11に記載のパターン面積測定方法。
[14] 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、 前記部分パターンに分割するステップは、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作成するステップと、
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ステップと、 前記ラインプロファイル及び微分プロファイルカゝら前記部分パターンのエッジ位置を 検出して、前記ラインプロファイル及び微分プロファイルカゝらエッジの位置を検出し当 該エッジ間の距離を算出するステップとを含むことを特徴とする請求項 10に記載の パターン面積測定方法。
[15] 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 14 に記載のパターン面積測定方法。
[16] 前記部分パターンに分割するステップは、
前記パターンのエッジ位置を検出して起点エッジ位置とし、前記起点エッジ位置か ら所定の距離だけ離れた位置のエッジを検出して仮エッジ位置とするステップと、 前記起点エッジ位置と仮エッジ位置とを結ぶ線分の中点を通り当該線分に直角な ライン上のラインプロファイルを作成するステップと、
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ステップと、 前記ラインプロファイル及び微分プロファイルカゝらエッジ位置を検出するステップと、 当該エッジ位置を新たに起点エッジ位置とし、当該エッジ位置に隣接する新たなェ ッジ位置を検出して前記パターンの周囲のエッジ位置を検出するステップと、 隣接する 2点のエッジ位置で決定され、前記パターンが分割された部分パターンを 含む台形形状の領域に分割するステップとを含み、
前記パターンの面積を算出するステップは、
前記部分パターンを含む台形形状の領域の面積の総計から、前記部分パターン 以外の台形形状の領域の面積の総計を減算するステップであることを特徴とする請 求項 10に記載のパターン面積測定方法。
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