JP2001272219A

JP2001272219A - 線幅測定方法

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Publication number: JP2001272219A
Application number: JP2000083828A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagai; 孝一永井; Takahiro Ikeda; 隆洋池田
Original assignee: Toshiba Corp; Fujitsu Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: JP4361661B2

Abstract

(57)【要約】【課題】線幅測定方法に関し、レジストに逆メサ断面形
状又はパターン繋がりが生じている場合に、そのパター
ンがクリティカルな問題かどうかを判断する処理を含む
ことを目的とする。【解決手段】サイズが既知の第１パターンについて二次
電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を
行い、それらの差である第１の計算値を求めた後に、線
幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子
による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行
い、それらの差である第２の計算値を求めて、ついで、
第１の計算値と第２の計算値を比較して比較結果を出
し、この比較結果に基づいて第２パターンの形状状態を
算出するそれらの測定結果を比較することにより第２パ
ターンの形状状態を算出することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、線幅測定方法に関
し、より詳しくは、微細なパターンの線幅を測定する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）によ
るパターンの線幅測長方法としては、電子線走査範囲(F
ield Of View）内に入射電子を走査させながら照射し、
試料上から発生した二次電子量又は反射電子の輝度を変
換してディスプレイに表示していた。この輝度レベルを
用いて画像データ、線幅データを得るのが一般的な走査
型電子顕微鏡である。

【０００３】そのような走査型電子顕微鏡を用いて半導
体集積回路装置の特性を管理する場合には、フォトレジ
ストのパターン形成後、即ち各クリティカルレイヤー毎
に、パターンの線幅の出来上がりが設計基準内に形成さ
れているか否かの確認作業を行うことが一般に採用され
ている。二次電子を使用した線幅の管理方法は、図１に
示すフローチャートに従って行われる。

【０００４】図１において、半導体ウェハ上に形成され
たレジストパターンの所定範囲をディスプレイに表示し
た後に、その表示範囲内の測長ポイントに照準を当てて
電子を照射し（図１の(a))、測長ポイントから反射され
た二次電子（ＳＥ）に基づいて輝度分布の波形（Ｌ１Ｗ
(se)）を取得する。そして、輝度波形の高レベル部分の
幅を線幅（Ｌ１(se)）と判断する（図１の(b))。その線
幅が誤差の範囲内にあるか否か判断し（図１の(c))、誤
差の範囲内であれば、次のエッチング工程に移る（図１
の(d))。また、誤差以上の線幅であれば、レジストパタ
ーン形成の処理工程に戻される（図１の(e))。

【０００５】ところで、超微細パターンを形成するた
め、フォトリソグラフィー工程では、化学増幅型レジス
トを使用するパターン形成が行われることがあるが、化
学増幅型レジストはその性質上、環境汚染等の影響を受
けやすく、レジスト断面形状が所望の形状から変化して
しまう。そのような化学増幅型レジスト断面形状の変形
については、特開平６−９５３９７号公報に記載があ
る。

【０００６】一般的なポジ型の化学増幅型レジストのパ
ターン形成方法を一例に挙げて説明する。まず、ウェハ
上にポジ型の化学増幅型レジストを塗布し、その後、化
学増幅型レジストに光（ＤＵＶ）を照射する。化学増幅
型レジスト中には酸発生剤（ＰＡＧ）が含まれているの
で、光が照射された部分では酸発生剤が光により反応し
て酸が発生する。この発生酸は、レジストポリマーの保
護基を外す作用があり、発生酸付近のポリマーは、酸の
影響により保護基が外される。保護基が外れた部分は、
アルカリ可溶になるため、後の現像液処理時に除去され
てしまう。

【０００７】以上のような手法を用いて、例えば図２
(a),(b) に示すような化学増幅型レジストのパターン１
０１、１０２がシリコン基板１０３上に形成される。そ
の化学増幅型レジストのパターン１０１のエッジが図２
(a) に示すように垂直になっている場合には精度良いパ
ターンの測長が可能であり、その二次電子の反射量の変
化は図２(a) に示すような波形となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような化学増幅型レジストは、安定したパターン形成環
境を提供することが難しく、以下のような不具合を生じ
る。第１に、化学増幅型レジスト下部で発生した酸が、
基板面からの塩基成分の影響によって中和されてしま
い、その部分の脱保護反応が発生しなくなることであ
る。第２に、化学増幅型レジスト上方からの塩基成分、
例えばアミンの影響によって、発生した酸が中和されて
しまい、その部分の脱保護反応が発生しなくなることで
ある。なお、それらの問題は、代表的ものである。

【０００９】第１の問題に関しては、化学増幅型レジス
トのパターン形状が順テーパ、若しくは裾引き形状とな
って、その後の、走査型電子顕微鏡による線幅測長時に
その情報が得られ、走査型電子顕微鏡によれば裾を含ん
だ線幅測定・管理が可能である。しかし、第２の問題に
関しては、走査型電子顕微鏡による断面形状観察・管理
が不可能な状態となる。これは、レジストのパターンの
断面形状が逆テーパ形状、又は図２(b) に示すような上
部Ｔ形状（以下、Ｔ−ｔｏｐ形状）となるため、レジス
トパターン１０２の底部が上部の張り出し１０２ａの影
響によって隠れてしまい、その底部の測長は不可能とな
るからである。走査型電子顕微鏡で捕らえられる二次電
子は、図２(b) の波形に示すように電子が当たった表面
部のパターン情報しか得られないために、その下部にあ
るパターン情報は得られない。

【００１０】つまり、化学増幅型レジストのパターン１
０２の断面がＴ−ｔｏｐ形状であっても、そのような形
状であるという判断が従来技術ではできないために、そ
のＴ−ｔｏｐ形状の上面だけの形状が線幅規格に入って
いても、そのレジストパターンをマスクにしてその下の
膜をエッチングした後に、大幅な線幅シフトが発生す
る。

【００１１】そのような問題は、再生処理や歩留低下を
ひきおこす。また、レジストパターン同士が繋がった箇
所がフォトリソグラフィー工程で発見された場合、その
ウェハ又はそのロットは再処理されるが、エッチング処
理後に全く問題がないレジストパターンであれば、これ
を再生する必要性はない。即ち、Ｔ−ｔｏｐ形状の影響
がレジストパターンに対してクリティカルかどうかの判
断が現在の技術では不可能なので、ロット再生の回数が
多くなるといった問題が生じてしまう。

【００１２】そのような問題の解決手段として次のよう
な手法も考えられるが、有効な手段とはならない。例え
ば、走査型電子顕微鏡の電子の加速電圧を一般的な４０
０〜８００Ｖから１０ｋＶ程度まで上げれば、電子の透
過性が増し、内部の情報も観測が可能であるが、高加速
条件下では、レジストの変質、昇華が生じたり、デバイ
スに悪影響を与えるので、半導体製造には使用できな
い。

【００１３】なお、そのような問題は、化学増幅型レジ
ストに生じやすいが、他の材料のレジストにも起こりう
ることである。本発明の目的は、レジストに逆メサ断面
形状又はパターン繋がりが生じている場合に、そのパタ
ーンがクリティカルな問題かどうかを判断する処理を含
む線幅測定方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、走査型
電子顕微鏡において、試料上に形成されてサイズが既知
の第１パターンを、第１の測長ポイントで、二次電子に
基づいて測長して第１の測長値を取得し、第１の測長ポ
イントで反射電子により第１パターンを測長して第２の
測長値を取得した後に、第１の測長値と第２の測長値を
比較してそれら差である第１の計算値を算出し、走査型
電子顕微鏡において、試料上に形成されて測長対象とな
る第２パターンを、第２の測長ポイントで、走査型電子
顕微鏡により二次電子に基づいて測長して第３の測長値
を取得し、第２の測長ポイントで反射電子により第２パ
ターンを測長して第４の測長値を測長した後に、第３の
測長値と第４の測長値を比較してそれらの差である第２
の計算値を算出し、第１の計算値と第２の計算値を比較
して比較結果を出し、この比較結果に基づいて第２パタ
ーンの形状状態を算出するステップを含むことにより解
決される。

【００１５】なお、上記した第１の計算値と上記した第
２の計算値の差分を求め、上記した第３の値からその差
分を引いた値を第２の測長ポイントでの第２パターンの
測長値としてもよい。また、上記した課題は、走査型電
子型顕微鏡内において、試料上に形成されてサイズが既
知の第１パターンについて、第１の測長ポイントで二次
電子に基づいて第１の二次電子ＳＥＭイメージを取得
し、第１の測長ポイントで反射電子に基づいて第１の反
射電子ＳＥＭイメージを取得し、第１の二次電子ＳＥＭ
イメージと第１の反射電子ＳＥＭイメージを比較して第
１のマッチング率を算出し、走査電子型顕微鏡内におい
て、試料上に形成されて測長対象となる第２パターンに
ついて、第２の測長ポイントで二次電子に基づいて第２
の二次電子ＳＥＭイメージを取得し、第２の測長ポイン
トで反射電子に基づいて第２の反射電子ＳＥＭイメージ
を取得し、第２の二次電子ＳＥＭイメージと第２の反射
電子ＳＥＭイメージを比較して第２のマッチング率を算
出し、第１のマッチング率と第２のマッチング率とを比
較して比較結果を出し、比較結果に基づいて第２のパタ
ーン形状状態を算出することを含む線幅測定方法によっ
て解決される。

【００１６】次に、本発明の作用について説明する。本
発明によれば、サイズが既知の第１パターンについて二
次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長
を行い、それらの差である第１の計算値を求めた後に、
線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電
子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行
い、それらの差である第２の計算値を求めて、ついで、
第１の計算値と第２の計算値を比較して比較結果を出
し、この比較結果に基づいて第２パターンの形状状態を
測長するようにしている。

【００１７】同じパターンを二次電子と反射電子により
測長するとそれらの測長値に差が現れることが多いが、
その差には、パターン上面の幅とそれよりも下方の幅の
差の成分が含まれるので、基準となる第１パターンの二
次電子と反射電子の差を知ることにより、測長対象であ
る第２パターンの下部の幅が予測できる。これにより、
第２パターンがクリティカルな問題かどうかが容易に判
断され、しかも、断面形状の如何にかかわらず、パター
ンの下部の寸法が自動的に正確に測定される。

【００１８】その第１の計算値と第２の計算値の比較方
法として、それらの差分ΔＴＬを求める方法を採用する
場合には、その差分ΔＴＬを第２パターンの二次電子に
よる測長値から差し引いてその結果を実際の測長値とし
てもよい。これにより、第２パターンがＴ−ｔｏｐ形状
の場合には、その上面の測長値からその差分ΔＴＬを差
し引くことにより、そのパターンの下部、底部の寸法を
測長することができる。

【００１９】また、上記した第２パターンの測長値を第
２パターンの設計値とその設計値の許容値と比較し、測
長値と設計値の差が許容値の範囲内の場合には、次の工
程に移行することを画面上に表示し、測長値と設計値の
差が許容値の範囲外の場合には、再処理することを画面
上に表示すると、作業者は画面上の表示に従ってロット
を処理することができ、作業者の操作ミスを低減させて
作業効率を向上することができる。

【００２０】また、別の本発明によれば、既知の第１パ
ターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電
子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメ
ージのマッチング率（重ね率）を算出し、ついで、線幅
測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子に
よるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを
取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね
率）を算出し、そして、それら２つのマッチング率を比
較することにより、第２パターンの形状状態を算出する
ようにしている。

【００２１】そのように二次電子と反射電子の各ＳＥＭ
イメージのマッチング率は、パターン上面の幅とそれよ
りも下方の半導体の差が反映されるので、基準となる第
１パターンのマッチング率と測長対象の第２パターンの
マッチング率の比較により、下部の幅を正確に予測し易
くなる。これにより、測長パターンの形状状態と形状エ
ラーを判断できることになる。

【００２２】反射電子に基づいてＳＥＭイメージを取得
する場合に、電子ビームの任意の加速電圧を変化させて
設計値との比較を行ってもよい。これは、反射電子の透
過度は加速電圧に依存するために、任意の加速電圧とそ
の反射電子情報を用いることで、必要とする深さ方向の
情報を得ることができる。ただし、電子が透過しやすい
材料、例えばレジストからパターンが形成されている場
合において好ましい結果が得られる。

【００２３】ところで、上記した既知のパターンについ
ては、管理しようとする設計線幅、即ち目標線幅の１．
１倍以上の線幅を有し、ピッチ幅も１．１倍以上の幅の
ものが選択されることが好ましい。これは、管理測定パ
ターンよりもパターンルールが緩いパターンを測長する
ことにより、Ｔ−ｔｏｐの影響具合を確認するためには
好ましいからであり、これにより、予め潜在的にもつＴ
−ｔｏｐの影響具合の確認が容易になる。

【００２４】また、第１パターンの測長ポイントに電子
ビームを照射して得られた二次電子に基づいて第１の波
形を求め、第２パターンの測長ポイントに電子ビームを
照射して得られた二次電子に基づいて第２の波形を求
め、第１の波形と第２の波形のそれぞれのエッジの傾き
を算出し、この傾きと電子ビームの最小スポット径とか
ら第２パターンが順テーパ形状か逆テーパ形状かを判断
するステップを含むようにしてもよい。

【００２５】即ち、既知の第１パターンの側面が基板面
に対して垂直であっても、二次電子を用いて測定される
その側面の角度は電子ビームのスポット径の大きさによ
って異なっており、そのスポット径が小さくなればなる
ほどその側面の角度の測定精度が高くなってくる。例え
ば、電子ビームを最小スポット径にした場合に、側面が
垂直なパターンについては、その側面は９０゜よりも僅
かに小さな角度で測定される。従って、電子ビームスポ
ット径を最小にした場合のパターン側部の垂直角度の測
定誤差を予め知ることにより、既知のパターンの側面の
実際の角度が逆テーパか順テーパになっているかを容易
に判断し易くなる。

【００２６】これにより、反射電子を用いずに、一般的
に行われている二次電子により、測定対象となるパター
ン形状が順テーパか逆テーパかの判断が容易になる。な
お、反射電子は、パターンが順・逆テーパ形状に関わら
ず、パターンを透過してイメージを出すので、順テーパ
の場合には反対に誤差が生じてしまう。以上の測長方法
は、半導体装置の製造工程において、例えばレジストパ
ターンの測長などに用いられる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。以下に述べる本発明の複数の実施形
態に使用される走査型電子顕微鏡は、例えば図３に示す
ような構成を有している。図３において、走査電子顕微
鏡３の走査電子部１Ｂは、電子ビーム進行方向に向かっ
て電子銃１ａとコンデンサレンズ１ｂと偏向コイル１ｃ
と対物レンズ１ｄと移動ステージ１ｆとを有し、電子銃
１ａから照射された荷電粒子をコンデンサレンズ１ｂ、
偏向コイル１ｃ、対物レンズ１ｄを通して移動ステージ
１ｆ上の試料Ｗに照射するようになっている。

【００２８】また、荷電粒子が照射されて試料Ｗから出
た二次電子又は反射電子の量は、電子検出器１ｇによっ
て検出され、その検出量は増幅器によって変換されて画
像表示部１Ｃで表示される。また、偏向コイル１ｃの電
子偏向量と画像表示部１Ｃの画像スキャン量は制御部１
Ａによって制御される。制御部１Ａには、測長を実行す
るための自動測長シーケンスのプログラムが格納されて
いる。その自動測長シーケンスは、二次電子による測長
と反射電子による測長のための一連の動作を行わせるも
のであり、例えば、以下の実施形態で説明するような手
順を遂行するプログラムが格納されている。

【００２９】また、試料Ｗは、図４(a) に示すように、
半導体ウェハ１０の上に膜１２が形成され、その上にレ
ジストパターン１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されたも
のを使用する。その試料Ｗの一部は図４(b) に示すよう
な平面形状となっている。レジストパターン１３ａ，１
３ｂ，１３ｃのうち第１のレジストパターン１３ａは既
知の寸法であって、第２及び第３のレジストパターン１
３ｂ，１３ｃは、管理の対象となっている。管理は、パ
ターンの測長、形状状態測定等が含まれる概念である。

【００３０】ここで、第１のレジストパターン１３ａ
は、レジストの露光、現像によって底部で高精度の線幅
が得られるパターンであってパターンサイズの大きな線
幅、例えば管理対象パターンの目標線幅の１．１倍以上
の線幅であって間隔も管理対象パターンの１．１倍以上
のパターンか、或いは孤立パターンとする。なお、第
１、第２及び第３のレジストパターン１３ａ，１３ｂ，
１３ｃは、以下の実施形態では化学増幅型レジストから
形成されているものについて説明しているが、これに限
らずノボラック、その他の材料から構成されていてもよ
い。（第１の実施の形態）本発明の第１実施形態によるパタ
ーン測長とその後の処理を図５のフローチャートに基づ
いて説明する。

【００３１】試料Ｗ上のパターンの線幅を測定するため
に、まず、図３に示した走査型電子顕微鏡の移動ステー
ジ１ｆ上に試料Ｗを載せる。最初に、第１のレジストパ
ターンの測長を次のような方法で行う。まず、図４(a)
、図５の(a) に示すように、測長箇所を第１のレジス
トパターン１３ａに合わせる。その測長箇所を第１測長
ポイントＰ₁とする。

【００３２】そして、図５の(b) に示すように、電子ビ
ームを第１測長ポイントＰ₁を横断するように走査させ
ると、試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）は電子検出器１
ｇによって検出される。制御部１Ａは、電子検出器１ｇ
によって検出された二次電子の量に基づいて輝度波形Ｌ
１Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そ
して、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって
線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの
第１の線幅Ｌ１(se)とする。

【００３３】これにより、二次電子に基づく第１の測長
ポイントの線幅が測長される。例えば、図６(a) に示す
ように、二次電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(se)は、第１
のレジストパターン１３ａの最上面の幅を反映した形状
になる。続いて、図５の(c) に示すように、再び電子ビ
ームを第１の測長ポイントＰ₁の全く同じ箇所に照射す
ると、試料Ｗから反射された反射電子（ＢＳＥ）は電子
検出器１ｇによって検出される。

【００３４】制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検
出された反射電子の量に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(bse)
を作成し、これを輝度波形データとして取り込む。そし
て、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線
幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第
２の線幅Ｌ１(bse) とする。これにより、反射電子に基
づく第１の測長ポイントの線幅が測長される。

【００３５】例えば、図６(a) に示すように、第１のレ
ジストパターン１３ａからの反射電子に基づく輝度波形
Ｌ１Ｗ(bse) の線幅Ｌ１(bse) は、第１のレジストパタ
ーン１３ａの最上面が反映されずに第１の線幅Ｌ１(se)
と異なることがある。なお、反射電子のエネルギーと二
次電子のエネルギーは相違するので、制御部１Ａはエネ
ルギーの相違によって反射電子か二次電子かを判別す
る。

【００３６】以上のように、第１のレジストパターン１
３ａにおける二次電子による線幅の測長と、反射電子に
よる線幅の測長を終えた後に、図５の(d) に示すよう
に、第１の線幅Ｌ１(se)から第２の線幅Ｌ１(bse) を差
し引き、その値を第１のオフセット値（ΔＬ１）とす
る。次に、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１
３ｃの測長を次のような方法で行う。

【００３７】まず、図５の(e) に示すように、図４(b)
の第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃに測
長ポイントを合わせる。その測長箇所を第２の測長ポイ
ントＰ₂とする。そして、図５の(f) に示すように、電
子ビーム（ＳＥ）を第２測長ポイントＰ ₂内で走査し、
これにより試料Ｗから出た二次電子は電子検出器１ｇに
よって検出される。

【００３８】制御部１Ａは、図６(b) 又は図６(c) に示
すように電子検出器１ｇによって検出された二次電子の
量に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を作成し、輝度波形デ
ータとして取り込む。そして、輝度波形データから任意
のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を、
第２又は第３のレジストパターン１３ｂの第１の線幅Ｌ
２(se)とする。

【００３９】これにより、二次電子に基づく第２の測長
ポイントＰ₂の線幅が測長される。例えば、図６(b) 又
は図６(c) に示すように、第２又は第３のレジストパタ
ーン１３ｂ，１３ｃの輝度波形の第１の線幅Ｌ２(se)は
パターンの最上面を反映した形状となる。続いて、図５
の(g) に示すように、再び電子ビームを第２の測長ポイ
ントＰ₂の全く同じ箇所に照射し、これにより試料Ｗか
ら出た反射電子（ＢＳＥ）は電子検出器１ｇによって検
出される。制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出
された反射電子の量に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) と
して変換され、輝度波形データとして取り込まれる。そ
して、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって
線幅が決定され、この線幅を第２又は第３のレジストパ
ターン１３ｂ，１３ｃの第２の線幅Ｌ２(bse) とする。

【００４０】これにより、反射電子に基づく第２の測長
ポイントＰ₂の線幅が測長される。図６(b),(c) に示す
ように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３
ｃからの反射電子に基づく輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) の第２
の線幅Ｌ２(bse) は、第２又は第３のレジストパターン
１３ｂ，１３ｃの最上面を反映せずに第１の線幅Ｌ２(s
e)と異なる場合もある。

【００４１】以上のように、第２又は第３のレジストパ
ターン１３ｂ、１３ｃにおける二次電子による線幅の測
長と、反射電子による線幅の測長を終えた後に、図５の
(h)に示すように、第２又は第３のレジストパターン１
３ｂ，１３ｃにおける第１の線幅Ｌ２(se)から第２の線
幅Ｌ２(bse) を差し引き、その差を第２のオフセット値
（ΔＬ２）とする。

【００４２】次に、上記した２つのオフセット値の比較
を次のようにして行う。まず、図５の(i) に示すよう
に、制御部１Ａは、第２のオフセット値（ΔＬ２）から
第１のオフセット値（ΔＬ１）を差し引いて、その差が
許容値内かどうかを判断する。その許容値は、任意であ
り、走査型電子顕微鏡の測長再現精度によって異なる。

【００４３】その差が、許容値内である場合には、図５
の(j) に示すように、第２又は第３のレジストパターン
１３ｂ，１３ｃの形状が良好であると判断する。そし
て、図５の(k) に示すように、レジストパターン１３
ｂ，１３ｃの断面形状が順テーパか逆テーパかを判断す
る。例えば、そのオフセット値の差が０又は負の場合に
は順テーパーと判断する。

【００４４】また、図６(b) に示すように第２のレジス
ト１３ｂの断面形状が正常であっても、第２のレジスト
パターン１３ｂの線幅が管理基準内にあるとは限らない
ので、第２のレジストパターン１３ｂの第１の線幅Ｌ２
(se)の値がその管理基準内、例えば設計値の±１０％以
内であるかどうかを制御部１Ａが判断する。そして、図
５の(l),(m) に示すように、その線幅Ｌ２(se)が線幅管
理基準内であれば、測定パターン情報、形状、線幅等の
データを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示し
て、膜１２のエッチング工程に移れるものであることを
告知する。

【００４５】これに対して、図５の(l),(r) に示すよう
に、その線幅Ｌ２(se)が線幅管理基準外であれば、測定
パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微
鏡の画像表示部１Ｃに表示して、レジストパターンの全
体の再形成が必要なことを告知する。ところで、制御部
１Ａが第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセッ
ト値（ΔＬ２）を比較する際に、その差が許容値内でな
いと判断した場合には、図５の(n) に示すように、第３
のレジストパターン１３ｃの断面形状が例えば図６(c)
に示す逆テーパであると判断する。この場合、その断面
形状が、図６(c) に示すようにＴ−ｔｏｐ形状であると
する。

【００４６】そして、第３のレジストパターン１３ｃの
断面形状がＴ−ｔｏｐとした場合に、それがクリティカ
ルな問題かどうかの判断を行う。なお、第２のレジスト
パターン１３ｂの断面形状が裾引き形状（台形状）の場
合もクリティカルかどうかの判断をおこなってもよい。
まず、図５の(n),(o) に示すように、第２のオフセット
値ΔＬ２から第１のオフセット値ΔＬ１を差し引いて、
Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅ΔＴＬを算出する。

【００４７】次に、図５の(p) に示すように、第３のレ
ジストパターン１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)から増加線
幅ΔＴＬを差し引き、第３のレジストパターン１３ｃの
ようなＴ−ｔｏｐ形状のパターンの底部の線幅ＲＬ２(s
e)を算出する。続いて、図５の(q) に示すように、Ｔ−
ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にあるかどうかの判断
を行う。そして、線幅管理基準から外れる場合には、図
５の(r) に示すように、測定パターン情報、形状、線幅
等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示
して、レジストパターンの再形成が必要なことを告知す
る。これに対し、線幅管理基準に適合している場合に
は、図５の(m) に示すように、測定パターン情報、形
状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１
Ｃに表示して、次のエッチング工程に移れるものである
ことを告知する。

【００４８】以上のように、本実施形態によれば、線幅
が既知のレジストパターンについて二次電子による線幅
の測長と、反射電子による線幅の測長を行ってオフセッ
ト値を求めた後に、線幅測長対象となるレジストパター
ンについて、二次電子による線幅の測長と、反射電子に
よる線幅の測長を行ってオフセット値を求め、それらの
測定結果を比較することにより測長対象のレジストパタ
ーンの断面形状や下部の幅を測定するようにした。

【００４９】これにより、パターンが半導体素子に対し
てクリティカルな問題かどうかを判断することが容易に
なり、しかも、断面形状の如何にかかわらず、パターン
の底部の寸法を正確に測定することができる。（第２の実施の形態）本実施形態では、画像処理の手法
を用いてパターンの測長方法を説明する。

【００５０】まず、Ｔ−ｔｏｐが発生しないパターンサ
イズの大きい線幅（目標値の１．１倍以上の線幅）、或
いは孤立パターンである第１のレジストパターン１３ａ
の測長ポイント（以下、第１の測長ポイントＰ₁とい
う。）に電子銃１ａの照準を合わせる。その照準合わせ
は、試料Ｗの移動によって行われる。次に、図７の(a)
に示すように、第１のレジストパターン１３ａの第１の
測長ポイントＰ₁に電子を走査し、その試料Ｗから出た
二次電子（ＳＥ）を電子検出器１ｇによって検出する。

【００５１】制御部１Ａは、図７の(b) に示すように、
電子検出器１ｇによって検出された二次電子量の変化に
基づいて第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)を取得す
る。その後に、図７の(c) に示すように、同じ箇所の第
１のレジストパターン１３ａに電子を照射し、その試料
Ｗで反射された反射電子量の変化に基づいて第２のＳＥ
ＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) を取得する。

【００５２】続いて、第１のＳＥＭイメージと第２のＳ
ＥＭイメージのそれぞれについて、視野内映像をある閾
値レベルで２つに分け、白黒情報の二値化処理を行う。
例えば、図６(a) の二次電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(s
e)を第１のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ₁よ
りも上を「１」とし、その下を「０」とする。また、図
６(a) の反射電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を第２
のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ₂よりも上を
「１」とし、その下を「０」とする。

【００５３】二値化された第１のＳＥＭイメージと二値
化された第２のＳＥＭイメージは、それぞれ、縦横に配
置された複数のピクセルに合わせたイメージデータを有
し、例えば「０」を「黒」、「１」を「白」とする。そ
の後、図７の(d) に示すように、二値化された第１のＳ
ＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と二値化された第２のＳＥ
ＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) を重ね、白黒がマッチング
しているピクセル数をカウントし、その重なり程度、例
えば第１のＳＥＭイメージのピクセル数に対するマッチ
ング部分のピクセル数の割合を算出し、これをマッチン
グ率（Ｍ１）とする。マッチング率Ｍ１は、その他の手
法を用いて算出したものであってもよい。

【００５４】次に、図７の(e) に示すように、図６(b)
又は図６(c) で示したような管理すべき線幅を有する第
２又は第３のレジストパターン１３ｂ, １３ｃの測長ポ
イント（以下、第２の測長ポイントＰ₂という。）に電
子銃１ａの照準を合わせる。その照準合わせは、試料Ｗ
の移動によって行われる。続いて、第２の測長ポイント
Ｐ₂で電子を走査し、その試料Ｗから出た二次電子（Ｓ
Ｅ）を電子検出器１ｇによって検出する。

【００５５】制御部１Ａは、図７の(f) に示すように、
電子検出器１ｇによって検出された二次電子量の変化に
基づいて第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)を取得す
る。その後に、図７の(g) に示すように、同じ箇所の第
２のレジストパターン１３ｃに電子を照射し、その試料
Ｗで反射された反射電子量の変化に基づいて第２のＳＥ
ＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) を取得する。

【００５６】続いて、第１のＳＥＭイメージと第２のＳ
ＥＭイメージのそれぞれについて、視野内映像をある閾
値レベルで２つに分け、白黒情報の二値化処理を行う。
例えば、図６(b) 又は図６(c) の二次電子に基づく輝度
波形Ｌ２Ｗ(se)を第１のＳＥＭイメージとすれば、その
レベルＳ₁よりも上を「１」とし、その下を「０」とす
る。また、図６(b) 又は図６(c) の反射電子に基づく輝
度波形Ｌ２Ｗ(bse) を第２のＳＥＭイメージとすれば、
そのレベルＳ₂よりも上を「１」とし、その下を「０」
とする。

【００５７】二値化された第１のＳＥＭイメージと二値
化された第２のＳＥＭイメージは、それぞれ、縦横に配
置された複数のピクセルに合わせたイメージデータを有
し、例えば「０」を「黒」、「１」を「白」とする。そ
の後、図７の(h) に示すように、二値化された第１のＳ
ＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と二値化された第２のＳＥ
ＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) を重ね、白黒がマッチング
しているピクセル数をカウントし、その重なり程度、例
えば第１のＳＥＭイメージのピクセル数に対するマッチ
ング部分のピクセル数の割合を算出し、これをマッチン
グ率（Ｍ２）とする。マッチング率Ｍ２は、その他の手
法を用いて算出したものであってもよい。

【００５８】以上のようなパターンの各測長データを取
得した後に、次のような判断処理が行われる。まず、図
７の(i) に示すように、第１のレジストパターン１３ａ
のマッチング率Ｍ１と任意設定の基準値Ｄ０とを比較
し、マッチング率Ｍ１が基準値Ｄ₀より小さな場合に
は、第１のレジストパターン１３ａの形状が良好と判断
される。

【００５９】これに対して、マッチング率Ｍ１が基準値
Ｄ₀より大きな場合には、第１のレジストパターン１３
ａの形状が不良と判断される。そして、図７の(j) に示
すように、第１のレジストパターン１３ａの形状が良好
と判断される場合には、図７の(j),(k) に示すように、
第１のレジストパターン１３ａのマッチング率Ｍ１と第
２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃのマッチ
ング率Ｍ２との差を求める。

【００６０】そして、図７の(l),(m),(n) に示すよう
に、その差が任意の設定値よりも小さな場合には、管理
線幅領域にある第３のレジストパターン１３ｃの断面形
状が良好で、垂直型であり、その判断結果が画像表示部
１Ｃに表示される。これに対して、図７の(k),(o),(p),
(q) に示すように、２つのマッチング率Ｍ１，Ｍ２の差
が、任意の設定値よりも大きな場合には、管理線幅領域
にある第３のレジストパターン１３ｃの形状が不良、劣
化し、順又は逆テーパ形状が不明であり、それらのデー
タは、図７の(r) に示すように、画像表示部１Ｃに表示
される。

【００６１】一方、図７の(i),(s),(t) に示すように、
第１のレジストパターン１３ａのマッチング率Ｍ１と任
意設定の基準値Ｄ₀とを比較し、マッチング率Ｍ１が基
準値Ｄ₀より大きな場合には、第１のレジストパターン
１３ａの形状が不良、テーパ形状であると判断される。
この場合、図７の(u) に示すように、２つのマッチング
率Ｍ１，Ｍ２の差を求める。そして、その差がマッチン
グ率Ｍ１よりも小さな場合には図７の(v) に示すよう
に、その値を画像表示部１Ｃに表示する。また、その値
がマッチング率Ｍ１よりも大きな場合には、図７の(w)
に示すように、その値を画像表示部１Ｃに表示される。

【００６２】以上のように、本実施形態によれば、線幅
が既知のレジストパターンについて二次電子によるＳＥ
Ｍイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、
それらのＳＥＭイメージに基づいて第１のマッチング率
を求めた後に、線幅測長対象となるレジストパターンに
ついて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子による
ＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージに基
づいて第２のマッチング率を求め、ついで第１のマッチ
ングイメージが許容範囲内にあるか否かを判断して、そ
の後に、第１と第２のマッチング率を比較することによ
り、測定対象となるパターンの形状と幅が良好であるか
どうかを判断するようにしている。

【００６３】これにより、測長パターンの形状状態と形
状エラーを容易に判断できる。ところで、二次電子を用
いて取得したＳＥＭイメージと反射電子を用いて取得し
たＳＥＭイメージは例えば図８、図９のようになる。図
８(a) は、二次電子を用いて取得したＳＥＭイメージ
で、写真のほぼ中央でレジストパターン（白色又は灰色
の部分）の一部が繋がっている。しかし、反射電子を用
いて取得したＳＥＭイメージは、図８(b) のようにな
り、レジストパターンの下部では各レジストパターンは
それぞれ分離していることがわかる。

【００６４】これにより、図８(a),(b) に示すようなレ
ジストパターンは、その下の膜のパターニングにそのま
ま使用できる形状となっていることが分かる。これに対
して、図９(a) に示すような二次電子を用いて取得した
ＳＥＭイメージと図９(b) に示すような反射電子を用い
て取得したＳＥＭイメージにおいて、それらのレジスト
パターンはそれぞれ一部で繋がっているために、そのよ
うなレジストパターンでは上部及び下部の一部が分離さ
れていないことが分かる。したがってそのようなレジス
トパターンは膜のパターニングにそのまま使用できない
ことになり、レジストパターンの再形成が必要となるこ
とがわかる。

【００６５】レジストパターンの再形成が必要か否か
は、上記したフローチャートに従って判断される。（第３の実施の形態）本実施形態は、第１実施形態に加
えて測長パターンが順テーパか逆テーパかの判断を加え
た測長方法を示すものである。

【００６６】まず、図１０の(a) に示すように、管理す
べき線幅の設計値と管理余裕度値を走査型電子顕微鏡の
制御部１Ａに入力する。制御部１Ａは、設計値と管理余
裕度値（許容範囲値）を記憶する。その後に、試料Ｗを
走査型電子顕微鏡の移動ステージ１ｆの上に取り付け
る。次に、図１０の(b) に示す工程に移る。

【００６７】まず、Ｔ−ｔｏｐが発生しないパターンサ
イズの大きい線幅（目標値の１．１倍以上の線幅）、或
いは孤立パターンである第１のレジストパターン１３ａ
の測長ポイント（以下、第１の測長ポイントＰ₁とい
う。）に電子銃１ａの照準を合わせる。そして、電子ビ
ームを第１測長ポイントＰ₁を横断するように走査させ
ると、試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）は電子検出器１
ｇによって検出される。

【００６８】制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検
出された二次電子に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を作成
し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形
データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定さ
れ、この線幅を第１のレジストパターンの第１の線幅Ｌ
１(se)とする。これにより、二次電子に基づく第１測長
ポイントの線幅が測長される。

【００６９】また、二次電子は、第１のレジストパター
ン１３ａの表面から出るために、そのパターン形状が順
テーパ形状の場合には、輝度波形Ｌ１Ｗ(se)にはそのテ
ーパ形状が反映される。そこで、輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を
いくつかの閾値レベルでの線幅の測長を行い、それらの
測長値に基づいて、直線近似法、１次微分法、２次微分
法等によって第１のレジストパターンの側面の傾きＬ１
Ａ(se)を算出する。

【００７０】第１のレジストパターン１３ａの側面に傾
きが生じている場合には、順テーパ形状と判断する。傾
きが無い場合には、パターン側面が垂直の場合もあるの
で、この段階ではその側面が逆テーパであるという判断
はできない。続いて、再び電子ビームを第１の測長ポイ
ントＰ₁の全く同じ箇所に照射し、試料Ｗからの反射電
子（ＢＳＥ）を電子検出器１ｇによって検出する。

【００７１】制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検
出された反射電子に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を作
成し、これを輝度波形データとして取り込む。そして、
輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が
決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第２の
線幅Ｌ１(bse) とする。そして、第１の線幅Ｌ１(se)か
ら第２の線幅Ｌ１(bse) を差し引き、その値を第１のオ
フセット値（ΔＬ１）とする。

【００７２】次に、図１０の(c) に示す工程に移る。ま
ず、図４(b) の第２又は第３のレジストパターン１３
ｂ、１３ｃに測長ポイントを合わせる。その測長箇所を
第２の測長ポイントＰ₂とする。そして、電子ビーム
（ＳＥ）を第２測長ポイントＰ₂内で走査し、これによ
り試料Ｗから出た二次電子は電子検出器１ｇによって検
出される。

【００７３】制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検
出された二次電子に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を作成
し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形
データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定さ
れ、この線幅を第２又は第３のレジストパターン１３
ｂ、１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)とする。これにより、
二次電子に基づく第２の測長ポイントの線幅が測長され
る。

【００７４】また、二次電子は、第２又は第３のレジス
トパターン１３ｂ、１３ｃの表面から出るために、その
パターン形状が順テーパ形状の場合には、輝度波形Ｌ２
Ｗ(se)にはそのテーパ形状が反映される。そこで、輝度
波形Ｌ２Ｗ(se)をいくつかの閾値レベルでの線幅の測長
を行い、それらの測長結果に基づいて第２又は第３のレ
ジストパターン１３ｂ、１３ｃの側面の傾きＬ２Ａ(se)
を直線近似法、１次微分法、２次微分法等によって算出
する。

【００７５】第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，
１３ｃの側面に傾きが生じている場合には、順テーパ形
状と判断する。その傾きが無い場合には、パターン側面
が垂直の場合もあるので、この段階ではその側面が逆テ
ーパであるという判断はできない。続いて、再び電子ビ
ームを第２の測長ポイントＰ₂の全く同じ箇所に照射
し、試料Ｗからの反射電子（ＢＳＥ）を電子検出器１ｇ
により検出する。

【００７６】制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検
出された反射電子に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) を作
成し、これを輝度波形データとして取り込む。そして、
輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が
決定され、この線幅を第２又は第３のレジストパターン
１３ｂ、１３ｃの第２の線幅Ｌ２(bse) とする。そし
て、第１の線幅Ｌ２(se)から第２の線幅Ｌ２(bse) を差
し引き、その値を第２のオフセット値（ΔＬ２）とす
る。

【００７７】次に、図１０の(d) に示すように、第１の
レジストパターン１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)が順テ
ーパ形状かどうかで処理を異ならせる。即ち、図１０の
(e) に示すように、第１のレジストパターン１３ａが順
テーパ形状と判断された場合には、図１０の(f) に示す
ように、第２又は第３のレジストパターンの二次電子に
基づく線幅Ｌ２(se)が管理基準値内にあるかどうかを判
断する。そして、その線幅Ｌ２(se)が管理基準内の場合
には、制御部１Ａは、図１０の(g) に示すように測長対
象となるレジストパターン１３ｂ、１３ｃの形状が順テ
ーパであり、測長線幅規格内にあり、さらに次のエッチ
ング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させ
る。これに対して、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合に
は、制御部１Ａは、図１０の(h) に示すように測長対象
となるレジスト形状が順テーパであり、測長線幅規格外
にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを
画像表示部１Ｃに表示させる。

【００７８】一方、第１のレジストパターン１３ａの側
部が順テーパではないと判断された場合には、図１０の
(i) に示すように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第
２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定内
であれば、図１０の(j) に示すように、制御部１Ａは、
測定対象となるレジストパターン１３ｂ，１３ｃの側部
が垂直型であると判断する。

【００７９】ついで、図１０の(k) に示すように、測長
線幅Ｌ２(se)が管理基準（規格）内であるかどうかを判
断して、その測長線幅が測長線幅Ｌ２(se)が管理基準内
である場合には、制御回路１Ａは、図１０の(l) に示す
ように、レジストパターン１３ｂ，１３ｃの形状が垂直
型で、測長線幅が規格内にあり、次のエッチング工程に
移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。

【００８０】これに対して、図１０の(k),(m) に示すよ
うに、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１
Ａは、測長対象となるレジストパターン１３ｂｂ，１３
ｃの形状が垂直形状で、測長線幅規格外にあり、さらに
レジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃ
に表示させる。また、図１０の(i) に示したように、第
１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（Δ
Ｌ２）を比較し、その差が所定の範囲から外れた場合に
は、制御部１Ａは、図１０の(o),(p) に示すように、レ
ジストパターンの形状が逆テーパ又は図６(c) に示した
Ｔ−ｔｏｐであると判断する。

【００８１】そして、図１０の(q) に示すように、第２
のオフセット値（ΔＬ２）から第１のオフセット値（Δ
Ｌ１）を差し引いて、Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅Δ
ＴＬを算出する。次に、図１０の(r) に示すように、測
長対象となるレジストパターン１３ｃの第１の線幅Ｌ２
(se)から増加線幅ΔＴＬを差し引き、第３のレジストパ
ターン１３ｃのようなＴ−ｔｏｐ形状のパターンの底部
の線幅ＲＬ２(se)を算出する。

【００８２】続いて、図１０の(s) に示すように、制御
部１Ａは、Ｔ−ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にある
かどうかの判断を行う。そして、線幅管理基準から外れ
る場合には、図１０の(t) に示すように、レジストパタ
ーンの形状が逆テーパであり、測長線幅が規格外であ
り、再生工程が必要なことを画像表示部１Ｃに表示させ
る。これに対し、線幅管理基準に適合している場合に
は、制御部１Ａは、図１０の(u) に示すように、レジス
ト形状が逆テーパであり、測長線幅が規格内であり、次
のエッチング工程に移ることを画像表示部１Ｃに表示さ
せる。

【００８３】以上のように、本実施形態においては、既
知のレジストパターンと測定対象であるレジストパター
ンとを二次電子と反射電子によって測長するとともに、
それらの側部が順テーパかどうか判断する処理を加え
た、その結果を表示するようにしたので、測長対象とな
るレジストパターンの形状の把握が容易になり、後処理
をさらに適切に行え、操作ミスが軽減される。（第４の実施の形態）図１１は、本発明の第４実施形態
のフローチャートを示している。

【００８４】本実施形態では、上記した実施形態に、さ
らに、電子を照射する際の加速電圧を変えることによ
り、反射電子によるパターンの測長部分を任意に設定す
るようにするステップを加えている。まず、図１１の
(a) に示すように、線幅を管理しようとするレジストパ
ターンの測長ポイントの設計値と管理基準値（％）を走
査型電子顕微鏡の制御部１Ａに入力し、それらを記憶部
に格納する。

【００８５】その後に、図１１の(b) に示すように、走
査型電子顕微鏡の移動ステージに載置された試料Ｗへ向
けて電子銃１ａから照射される電子の加速電圧を調整す
る。加速電圧の調整は、測長ポイントのパターンの深さ
方向や材料に適するように、入射電圧、バイアス電圧を
変えることによって行われる。本実施形態では、測長対
象となるパターンとしてレジストパターンを対象にして
いる。

【００８６】次に、上記した実施形態と同様な方法によ
って、図１１の(c) に示すような測長処理に移る。ま
ず、線幅が既知の第１のレジストパターン１３ａの一部
である第１測長ポイントに電子ビームを照射する。そし
て、二次電子に基づいて、第１のレジストパターン１３
ａの第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と第１の輝度
波形Ｌ１Ｗ(se)を取得する。続いて、第１の輝度波形Ｌ
１Ｗ(se)より第１の線幅Ｌ１(se)を取得する。

【００８７】さらに、第１測長ポイントから出た反射電
子に基づいて、第１のレジストパターン１３ａの第２の
ＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) と第２の輝度波形Ｌ１
Ｗ(bse) を取得する。続いて、第２の輝度波形Ｌ１Ｗ(b
se) より第２の線幅Ｌ１(bse) を取得する。その後に、
第３実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第
１の輝度波形Ｌ１Ｗ(se)から、第１のレジストパターン
１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)を算出し、その傾きによ
り側面が順テーパかどうか判断する。さらに、第２実施
形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１のＳＥ
ＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と反射電子に基づく第２のＳ
ＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) から第１のマッチング率
Ｍ１を求める。

【００８８】次に、図１１の(d) に示すように、加速電
圧を調整して反射電子により測定される第１のレジスト
パターン１３ａの深さ方向の位置を変えて、再び図１１
の(c) に示した処理を行う。その加速電圧の調整は所望
の値で繰り返して行ってもよく、その調整が不要になっ
た段階で、図１１の(e) に示す処理に移る。図１１の
(e) では次のよう処理を行う。

【００８９】まず、測長対象である第２又は第３のレジ
ストパターン１３ｂ、１３ｃの第２測長ポイントに電子
ビームを照射する。そして、二次電子に基づいて、第２
又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの第１のＳ
ＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(s
e)を取得する。続いて、第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(se)より
第１の線幅Ｌ２(se)を取得する。

【００９０】さらに、第２測長ポイントから出た反射電
子に基づいて、第２又は第３のレジストパターン１３
ｂ，１３ｃの第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) と
第２の輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) を取得する。続いて、第２
の輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) より第２の線幅Ｌ２(bse) を取
得する。その後に、第３実施形態と同様な方法により、
二次電子に基づく第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(se)から、第１
のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ２Ａ(se)を算
出し、その傾きにより側面が順テーパかどうか判断す
る。さらに、第２実施形態と同様な方法により、二次電
子に基づく第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と反射
電子に基づく第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) か
ら第２のマッチング率Ｍ２を求める。

【００９１】以上のような測長に関するデータを測定し
た後に、第３実施形態と同じような判断方法によって、
第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃがその
まま使えるものなのかどうかを判断することになる。次
に、図１１の(f) に示すように、第１のレジストパター
ン１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)が順テーパ形状かどう
かで判断を異ならせる。

【００９２】即ち、図１１の(g) に示すように、第１の
レジストパターン１３ａが順テーパ形状と判断された場
合には、図１１の(h) に示すように、第２又は第３のレ
ジストパターンの二次電子に基づく線幅Ｌ２(se)が管理
基準値内にあるかどうかを判断する。そして、その線幅
Ｌ２(se)が管理基準内の場合には、制御部１Ａは、図１
１の(i) に示すように測長対象となるレジストパターン
１３ｂ、１３ｃの形状が順テーパであり、測長線幅規格
内にあり、さらに次のエッチング工程に移行できること
を画像表示部１Ｃに表示させる。これに対して、線幅Ｌ
２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、図１１
の(j) に示すように測長対象となるレジスト形状が順テ
ーパであり、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再
処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させ
る。

【００９３】一方、第１のレジストパターン１３ａの側
部が順テーパではないと判断された場合には、図１１の
(k) に示すように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第
２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定内
であれば、図１１の(l) に示すように、制御部１Ａは、
測定対象となるレジストパターン１３ｂ，１３ｃの側部
が垂直型であると判断する。

【００９４】ついで、図１１の(m) に示すように、測長
線幅Ｌ２(se)が管理基準（規格）内であるかどうかを判
断して、その測長線幅が測長線幅Ｌ２(se)が管理基準内
である場合には、制御回路１Ａは、図１１の(n) に示す
ように、レジストパターン１３ｂ，１３ｃの形状が垂直
型で、測長線幅が規格内にあり、次のエッチング工程に
移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。

【００９５】これに対して、図１１の(m),(o) に示すよ
うに、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１
Ａは、測長対象となるレジストパターン１３ｂｂ，１３
ｃの形状が垂直形状で、測長線幅規格外にあり、さらに
レジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃ
に表示させる。また、図１１の(k) に示したように、第
１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（Δ
Ｌ２）を比較し、その差が所定の範囲から外れた場合に
は、制御部１Ａは、図１１の(p) に示すように、レジス
トパターンの形状が逆テーパ又は図６(c) に示したＴ−
ｔｏｐであると判断する。そして、第２のオフセット値
（ΔＬ２）から第１のオフセット値（ΔＬ１）を差し引
いて、Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅ΔＴＬを算出す
る。さらに、測長対象となるレジストパターン１３ｃの
第１の線幅Ｌ２(se)から増加線幅ΔＴＬを差し引き、第
３のレジストパターン１３ｃの底部の線幅ＲＬ２(se)を
算出する。

【００９６】続いて、図１１の(q) に示すように、制御
部１Ａは、Ｔ−ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にある
かどうかの判断を行う。そして、線幅管理基準から外れ
る場合には、図１１の(s) に示すように、レジストパタ
ーンの形状が逆テーパであり、測長線幅が規格外であ
り、再生工程が必要なことを画像表示部１Ｃに表示させ
る。これに対し、線幅管理基準に適合している場合に
は、制御部１Ａは、図１１の(r) に示すように、レジス
ト形状が逆テーパであり、測長線幅が規格内であって、
次のエッチング工程に移ることを画像表示部１Ｃに表示
させる。

【００９７】以上のように、本実施形態においては、サ
イズが既知の第１のレジストパターン１３ａの測長デー
タを測定する際に、電子ビームの加速電圧を変えて第１
のレジストパターン１３ａの深さ方向の形状の違いを詳
細に知ることができるので、順テーパか逆テーパかどう
かの判断や、Ｔーｔｏｐ形状かどうかの判断が容易にな
る。

【００９８】なお、上記した告知は、画像表示に限るも
のではなく、音声、その他の告知手段であってもよい。｛付記｝上記した線幅測定方法を用いて、パターンの
線幅を測長する工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。

【００９９】その半導体装置の製造方法において、前記
パターンは、半導体基板上の膜の上に形成されたレジス
トパターンであることを特徴とする。

【０１００】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、サイ
ズが既知の第１パターンについて二次電子による線幅の
測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差
である第１の計算値を求めた後に、線幅測長管理対象と
なる第２パターンについて、二次電子による線幅の測長
と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差であ
る第２の計算値を求めて、ついで、第１の計算値と第２
の計算値を比較して比較結果を出し、この比較結果に基
づいて第２パターンの形状状態を算出するそれらの測定
結果を比較することにより第２パターンの形状状態を算
出するようにしているので、測長しようとする第２パタ
ーンの表面の幅からそれよりも下方の幅を正確に予測し
易くなる。

【０１０１】これにより、第２パターンがクリティカル
な問題かどうかが容易に判断され、しかも、断面形状の
如何にかかわらず、パターンの下部の寸法を自動的に正
確に測定することができる。その第１の計算値と第２の
計算値の比較方法として、それらの差分ΔＴＬを求める
方法を採用する場合には、その差分ΔＴＬを第２パター
ンの二次電子による測長値から差し引いてその結果を実
際の測長値としている。

【０１０２】これにより、第２パターンがＴ−ｔｏｐ形
状の場合には、その上面の測長値からその差分ΔＴＬを
差し引くことにより、そのパターンの下部、底部の寸法
を測長することができる。また、上記した第２パターン
の測長値を第２パターンの設計値とその設計値の許容値
と比較し、測長値と設計値の差が許容値の範囲内の場合
には、次の工程に移行することを画面上に表示し、測長
値と設計値の差が許容値の範囲外の場合には、再処理す
ることを画面上に表示すると、作業者は画面上の表示に
従ってロットを処理することができ、作業者の走査ミス
を低減させて作業効率が向上する。

【０１０３】また、別の本発明によれば、既知の第１パ
ターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電
子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメ
ージのマッチング率（重ね率）を算出し、ついで、線幅
測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子に
よるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを
取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね
率）を算出し、そして、それら２つのマッチング率を比
較することにより、第２パターンの形状状態を算出する
ようにしているので、基準となる第１パターンのマッチ
ング率と測長しようとする第２パターンの下部の幅を正
確に予測し易くなる。これにより、測長パターンの形状
状態と形状エラーを判断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の測長方法を示すフローチャートであ
る。

【図２】従来技術の二次電子を用いた測長方法による測
長パターンの断面と二次電子により得られた輝度波形図
である。

【図３】本発明の実施形態に使用される走査型電子顕微
鏡の一例を示す構成図である。

【図４】本発明の実施形態の線幅の測長対象となるパタ
ーンの一例を示す断面図と平面図である。

【図５】本発明の第１実施形態を示すフローチャートで
ある。

【図６】本発明の第１実施形態の線幅の測長対象となる
パターンの断面図と、二次電子による輝度波形図と、反
射電子による輝度波形図である。

【図７】本発明の第２実施形態を示すフローチャートで
ある。

【図８】本発明の第２実施形態で得られる二次電子によ
るＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを示
す写真（その１）である。

【図９】本発明の第２実施形態で得られる二次電子によ
るＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを示
す写真（その２）である。

【図１０】本発明の第３実施形態を示すフローチャート
である。

【図１１】本発明の第４実施形態を示すフローチャート
である。

【図１２】本発明の各実施形態により得られる

【符号の説明】

１Ａ…制御部、１Ｂ…電子操作部、１Ｃ…画像表示部、
１ｆ…移動ステージ、１ｇ…電子検出器、１ｈ…増幅
器、１１…シリコン基板（半導体基板）、１２…膜、１
３ａ〜１３ｃ…レジストパターン、Ｗ…試料、Ｐ₁…第
１の測長ポイント、Ｐ₂…第２の測長ポイント。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月２８日（２０００．４．２
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【符号の説明】１Ａ…制御部、１Ｂ…電子操作部、１Ｃ…画像表示部、
１ｆ…移動ステージ、１ｇ…電子検出器、１ｈ…増幅
器、１１…シリコン基板（半導体基板）、１２…膜、１
３ａ〜１３ｃ…レジストパターン、Ｗ…試料、Ｐ₁ …第
１の測長ポイント、Ｐ₂ …第２の測長ポイント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田隆洋神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 2F067 AA26 AA54 BB01 BB04 CC17 HH06 JJ05 KK04 KK08 LL00 RR24 RR30 4M106 BA02 CA39 CA51 CA52 DB05 DB18 DH01 DH24 DH33 DH50 DJ17 DJ18 DJ20 DJ23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査型電子顕微鏡において、試料上に形成
されてサイズが既知の第１パターンを、第１の測長ポイ
ントで、二次電子に基づいて測長して第１の測長値を取
得し、前記第１の測長ポイントで反射電子により前記第
１パターンを測長して第２の測長値を取得した後に、前
記第１の測長値と第２の測長値を比較してそれら差であ
る第１の計算値を算出し、前記走査型電子顕微鏡において、前記試料上に形成され
て測長対象となる第２パターンを、第２の測長ポイント
で、走査型電子顕微鏡により二次電子に基づいて測長し
て第３の測長値を取得し、前記第２の測長ポイントで反
射電子により前記第２パターンを測長して第４の測長値
を取得した後に、前記第３の測長値と第４の測長値を比
較してそれらの差である第２の計算値を算出し、前記第１の計算値と前記第２の計算値を比較して比較結
果を出し、前記比較結果に基づいて前記第２パターンの形状状態を
算出することを含む線幅測定方法。
【請求項２】走査型電子顕微鏡において、試料上に形成
されてサイズが既知の第１パターンを、第１の測長ポイ
ントで、二次電子に基づいて測長して第１の測長値を取
得し、前記第１の測長ポイントで反射電子により前記第
１パターンを測長して第２の測長値を取得した後に、前
記第１の測長値と第２の測長値を比較してそれら差であ
る第１の計算値を算出し、前記走査型電子顕微鏡において、前記試料上に形成され
て測長対象となる第２パターンを、第２の測長ポイント
で、走査型電子顕微鏡により二次電子に基づいて測長し
て第３の測長値を取得し、前記第２の測長ポイントで反
射電子により前記第２パターンを測長して第４の測長値
を取得した後に、前記第３の測長値と第４の測長値を比
較してそれらの差である第２の計算値を算出し、前記第１の計算値と前記第２の計算値の差分を求め、前記第３の測長値から前記差分を引いた値を、前記第２
の測長ポイントでの前記第２パターンの測長値とするこ
とを特徴とする線幅測定方法。
【請求項３】前記第２パターンの設計値とその設計値の
許容値と前記第２パターンの前記測長値とを比較し、前記測長値と前記設計値の差が前記許容値の範囲内の場
合には、次の工程に移れることを表示し、前記測長値と前記設計値の差が前記許容値の範囲外の場
合には、再処理することを表示することを特徴とする請
求項２に記載の線幅測定方法。
【請求項４】走査型電子型顕微鏡内において、試料上に
形成されてサイズが既知の第１パターンについて、第１
の測長ポイントで二次電子に基づいて第１の二次電子Ｓ
ＥＭイメージを取得し、前記第１の測長ポイントで反射
電子に基づいて第１の反射電子ＳＥＭイメージを取得
し、前記第１の二次電子ＳＥＭイメージと前記第１の反射電
子ＳＥＭイメージを比較して第１のマッチング率を算出
し、前記走査電子型顕微鏡内において、前記試料上に形成さ
れて測長対象となる第２パターンについて、第２の測長
ポイントで二次電子に基づいて第２の二次電子ＳＥＭイ
メージを取得し、前記第２の測長ポイントで反射電子に
基づいて第２の反射電子ＳＥＭイメージを取得し、前記第２の二次電子ＳＥＭイメージと前記第２の反射電
子ＳＥＭイメージを比較して第２のマッチング率を算出
し、前記第１のマッチング率と前記第２のマッチング率とを
比較して比較結果を出し、前記比較結果に基づいて前記第２のパターン形状状態を
算出するステップを含むことを線幅測定方法。
【請求項５】前記第１の測長ポイントにおいて前記反射
電子を発生させるために照射する電子の加速電圧を調整
し、前記電子の照射によって前記第１の測長ポイントから出
た前記反射電子の情報と前記第１パターンの設計値とを
比較することを含む請求項４に記載の線幅測定方法。
【請求項６】前記第１パターンは、前記第２パターンの
１．１倍以上の線幅と、１．１倍以上のピッチを有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の線幅測
定方法。
【請求項７】前記第１の測長ポイントに電子ビームを照
射して得られた前記二次電子に基づいて第１の波形を求
め、前記第２の測長ポイントに前記電子ビームを照射して得
られた前記二次電子に基づいて第２の波形を求め、少なくとも前記第１の波形のエッジの傾きを算出し、前記傾きと前記電子ビームの最小スポット径とから前記
第２パターンが順テーパ形状か逆テーパ形状かを判断す
るステップを含む請求項１又は請求項４に記載の線幅測
定方法。