JP2004077422A

JP2004077422A - 試料像測長方法及び試料像測長装置

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Publication number: JP2004077422A
Application number: JP2002241737A
Authority: JP
Inventors: Kusuo Ueno; 上野　楠夫
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP4104934B2

Abstract

【課題】例えばステッパーのようなパターン形成装置のパターン形成条件により、得られる試料像にばらつきがある場合であっても、簡便、迅速、かつ、確実に、複数の基準画像と試料像のパターンとのマッチングを行うことにより測定領域を設定することのできる試料像測長方法を提供する。
【解決手段】試料上に電子線を照射し、試料から発生する荷電粒子により試料像を形成し、得られた試料像のパターンを測長する試料像測長方法において、
パターン３５の特徴的形状を抽出して複数の基準画像３６、３７を準備し、準備した複数の基準画像３６、３７に基づきそれぞれ試料像に対するパターンマッチングを行ってパターン３５に対する測定領域３８を設定し、設定した測定領域３８内で試料像のパターンの測長を行う。
【選択図】　図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の検査、測長等を行う走査型電子顕微鏡や測長ＳＥＭ等に用いられる試料像測長方法及び試料像測長装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、半導体素子等の検査では、走査型電子顕微鏡や測長ＳＥＭ等を用いて、試料像のパターンの測長を行っており、半導体素子等の検査の分野では、各種の試料像測長方法、試料像測長装置が提案されている（例えば、特開平６−２３１７１５号公報、特開平７−１３４９６５号公報、特開２００１−１４８０１６号公報等参照）。
【０００３】
従来、例えば、図１に示すように、同一形状のパターン１が複数存在する試料像の場合、例えば、図２に示すようなパターンマッチング用の正方形の基準画像２を準備している。その図２において、３は特徴パターン形状部、Ｏ１は基準画像２の対角線の交点としての中心位置である。
【０００４】
そして、図１に示すように、例えば、矢印方向に基準画像２をずらしてゆき、相関係数の最も高い位置でパターンマッチングしたと判断して、図３に示すように基準画像２の中心位置Ｏ１に対応する位置Ｏ１’を中心に測定領域４を設定する。次いで、演算制御手段（図示を略す）がこの測定領域４内でパターン１の輪郭線５の距離Ｌ１を測長する。
【０００５】
なお、パターンマッチングには公知の方法を用い、例えば、マッチング検出領域以外はマスキングを行って行う。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
ところで、例えばステッパーのようなパターン形成装置のパターン形成条件により、近付いたり、離れていたりするパターン１が形成されることがある。図４は互いに隣接するパターン１が近づきすぎている場合を示し、図５は互いに隣接するパターン１が離れすぎている場合を示している。
【０００７】
このように、試料像のパターン１が近付きすぎたり、離れすぎている場合、図２に示す１個の基準画像２を用いてパターンマッチングを行っても、正確なパターンマッチングを行うことができず、本来、マッチングすべき位置とは異なる位置でパターンがマッチングしたと判断したり、あるいは、マッチング位置を全く検出できないという不具合を生じる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、例えばステッパーのようなパターン形成装置のパターン形成条件により得られる試料像にばらつきがある場合であっても、簡便、迅速、かつ、確実に、複数の基準画像と試料像のパターンとのマッチングを行うことにより測定領域を設定することのできる試料像測長方法及び試料像測長装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の試料像測長方法は、上記課題を解決するため、試料上に電子線を照射し、試料から発生する荷電粒子により試料像を形成し、得られた試料像のパターンを測長する試料像測長方法において、
前記パターンの特徴的形状を抽出して複数の基準画像を準備し、準備した複数の基準画像に基づきそれぞれ前記試料像に対するパターンマッチングを行って前記パターンに対する測定領域を設定し、設定した測定領域内で試料像のパターンの測長を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の試料像測長方法は、前記試料像のパターンに対する倍率比較用基準画像を準備し、該倍率比較用基準画像の倍率を順次変化させて前記試料像のパターンに対するパターンマッチングを行って、前記試料像のパターンと倍率比較用基準画像とがマッチングしたときの倍率に対応させて前記基準画像に対して設定された測定領域を変更することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の試料像測長装置は、上記課題を解決するため、試料上に電子線を照射するための電子線照射手段と、該電子線照射手段による電子線が試料に照射された際に発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段と、該荷電粒子検出手段により検出された信号に基づき試料像を形成して得られた試料像のパターンを測長する画像処理手段とを有する試料像測長装置において、
前記パターンの特徴的形状が抽出された複数の基準画像が記憶されている記憶手段と、該複数の基準画像に基づきそれぞれ前記試料像に対するパターンマッチングを行って前記パターンに対する測定領域を設定して該測定領域内で試料像のパターンの測長を行う演算制御手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の試料像測長装置は、前記試料像のパターンに対する倍率比較用基準画像を記憶する記憶手段を有し、前記演算制御手段は、該倍率比較用基準画像の倍率を順次変化させて前記試料像のパターンに対するパターンマッチングを行って、前記試料像のパターンと倍率比較用基準画像とがマッチングしたときの倍率に対応させて前記基準画像に対して設定された測定領域を変更することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図６は、この発明の試料像測長装置の全体構成を示し、符号１０は半導体用のウェハまたはチップ等の試料１１を載せる円盤状の移動台である。この試料像測長装置は、走査型電子顕微鏡１２、ホストコンピュータ１３、モニタ１４から大略構成されている。
【００１５】
走査型電子顕微鏡（電子顕微鏡）１２は、鏡筒１５の上部に設けられた電子銃１６、コンデンサレンズコイル１７、Ｘ方向偏向コイル１８、Ｙ方向偏向コイル１９、検出器（荷電粒子検出手段）２０、対物レンズコイル２１から大略構成されている。
【００１６】
電子銃１６、コンデンサレンズコイル１７、Ｘ方向偏向コイル１８、Ｙ方向偏向コイル１９、対物レンズコイル２１は電子線照射手段を構成し、電子銃１６から放射された電子ビーム１６ａは、コンデンサレンズコイル１７、対物レンズコイル２１を通って試料１１に照射される。また、電子ビーム１６ａはＸ方向偏向コイル１８、Ｙ方向偏向コイル１９によって適宜偏向される。
【００１７】
そして、電子ビームの１６ａ照射により発生した試料１１からの２次電子ビーム等は検出器２０により検出され、ホストコンピュータ１３に検出信号が入力され、ホストコンピュータ（画像処理手段）１３はその検出信号を適宜画像処理し、モニタ１４に試料像が表示される。
【００１８】
移動台１０は、真空状態の試料室２２内に設置され、この移動台１０は互いに直交するＸ方向とＹ方向とに移動可能とされている。このＸ方向、Ｙ方向への移動は、図７に示すように、Ｘ方向アクチュエータ２３、Ｘ方向送りねじ２４、Ｘ方向ガイドバー２５と、Ｙ方向アクチュエータ２６、Ｙ方向送りねじ２７、Ｙ方向ガイドバー２８によって行なわれる。Ｘ方向アクチュエータ２３、Ｙ方向アクチュエータ２６には、Ｘ方向アクチュエータ制御回路２９、Ｙ方向アクチュエータ制御回路３０が接続され、Ｘ方向アクチュエータ制御回路２９、Ｙ方向アクチュエータ制御回路３０にはＸ方向移動指令値設定器３１、Ｙ方向移動指令値設定器３２が接続されている。Ｘ方向移動指令値設定器３１、Ｙ方向移動指令値設定器３２には、ホストコンピュータ１３からの制御信号が入力される。
【００１９】
移動台１０を測定したい位置に移動し、測定したい視野領域３４’への荷電粒子の照射、例えば、この図７に示す場合には、１００００倍での視野領域３４’の照射により、図８に示すように、その試料像１１ａがモニタ１４の画面１４Ａの表示領域３４に表示される。
【００２０】
その図８において、３３はカーソル、３５はその試料像１１ａの同一形状の繰り返しからなるパターンを示している。図９はその同一形状の繰り返しパターン３５の測長の説明のために使用する説明図である。なお、カーソル３３は例えば測長対象パターンの特定に用いられる。
【００２１】
ホストコンピュータ（演算制御手段）１３は、記憶手段１３ａに接続されており、記憶手段１３ａには、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、繰り返しパターン３５の特徴パターン形状部３５ａ、３５ｂを示す正方形状の第１基準画像３６、正方形の第２基準画像３７が予め記憶されている。この基準画像３６、３７は測長を行う手順（レシピ）を作成する際に作成する。
【００２２】
その図９（ａ）、図９（ｂ）において、Ｏ２は第１基準画像３６の画像中心、Ｏ３は第２基準画像の画像中心である。
【００２３】
次いで、図９（ｃ）に示すように、試料像の繰り返しパターン３５に対する第１基準画像３６についてのパターンマッチングを行う。これにより、第１基準画像３６の中心位置Ｏ２に対応する繰り返しパターン３５の位置Ｏ２’が決定される。また、試料像の繰り返しパターン３５に対する第２基準画像３７についてのパターンマッチングを行う。これにより、第２基準画像３７の中心位置Ｏ３に対応する繰り返しパターン３５の位置Ｏ３’が決定される。
【００２４】
次いで、ホストコンピュータ１３はその位置Ｏ２’と位置Ｏ３’とを結ぶ線分Ｌ上の中心位置Ｏ４’を求め、図９（ｄ）に示すようにこの中心位置Ｏ４’を対角中心とする矩形状の測定領域３８を設定する。
【００２５】
そして、この測定領域３８内で、繰り返しパターン３５の輪郭線３５ａの検出を行い、例えば、輪郭線３５ａから輪郭線３５ａまでの最短距離Ｌ１を測長する。
【００２６】
図９では、横に長い繰り返しパターン３５についてのパターンマッチングについて説明したが、縦長の試料のパターン３５の場合にも、図１０（ａ）、（ｂ）に示すようにパターン形成装置の形成条件によって試料像の繰り返しパターン３５の幅が太ったり狭まったりするため、図１０（ｃ）に示す１個の横長の基準画像３９を用いて、繰り返しパターン３５に対するパターンマッチングを行う場合、図１０（ａ）に示す繰り返しパターン３５に対してはパターンマッチングを行うことができるが、図１０（ｂ）に示すように幅の太った繰り返しパターン３５に対してはパターンマッチングが得られない。
【００２７】
そこで、図１０（ｄ）、（ｅ）に示すように、試料像の特徴パターン形状部４０ａ、４０ｂを有する正方形の第１基準画像４０、第２基準画像４１を準備し、図１０（ｆ）に示すように、パターンマッチングを行って、その結果に基づいて、図１０（ｇ）に示すように測定領域４２を設定する。その測定領域４２の中心位置Ｏ４’の求め方は、図９（ｃ）について説明したと同様の求め方でよい。なお、図１０（ｃ）において、３９ａはパターン形状部を示す。
【００２８】
測長は、その測定領域４２内で、複数の走査線４３によりパターン３５の輪郭線３５ａの検出を行って、例えばその平均値として求める。
【００２９】
図１０に示す発明の実施の形態では、図１０（ｄ）、（ｅ）に示す２個の基準画像４１、４２を用いて、パターンマッチングを行う場合について説明したが、１個の基準画像３９を用いて、繰り返しパターン３５に対するパターンマッチングが得られなかった場合には、基準画像３９の倍率を徐々に変更して、パターンマッチングが得られるまで、これを繰り返し、パターンマッチングが得られたときの倍率に対応する倍率で測定領域を変更するようにしても良い。
【００３０】
すなわち、図１０（ｃ）に示す基準画像３９を倍率比較用基準画像として用い、この倍率比較用基準画像の倍率を順次変化させて、パターン３５に対するパターンマッチングを行って、試料像のパターンと倍率比較用基準画像とがマッチングしたときの倍率に対応させて、測定領域４２を変更させても良い。
【００３１】
その図１０（ｈ）では、基準画像３９を縦横２倍にしてパターンマッチングを行った場合が例として示され、３９’はここでは２倍に拡大された基準画像を示している。基準画像３９に対応する測定領域４２は、その倍率に対応されて２倍にされ、図１０（ｉ）には、図１０（ｊ）に示す測定領域４２が基準画像３９に対して設定された横方向に測定領域４２が２倍にされた例が示されている。
【００３２】
なお、その基準画像３９は記憶手段１３ａにレシピ作成の際に登録保存され、倍率変更等はホストコンピュータ１３により行う。
【００３３】
なお、ここでは、同一形状のパターンが繰り返して存在する試料像１１ａのパターン測長について説明したが、本発明は、これに限られるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、例えば、ステッパーのようなパターン形成装置のパターン形成条件により、近付いていたり、離れていたりするパターンが形成される試料についても、簡便、迅速、かつ、確実に、複数の基準画像と試料像のパターンとのマッチングを行うことにより測定領域を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】同一形状の繰り返しパターンが存在する試料像の一例を示す図である。
【図２】図１に示す試料像のパターンマッチングに用いる基準画像の一例を示す図である。
【図３】図１に示す試料像に対するパターンマッチングに基づき設定される測定領域の一例を示す図である。
【図４】同一倍率で荷電粒子の照射条件が異なるときに得られたパターンの一例を示す説明図であって、互いに隣接するパターンが近づきすぎている場合を示す。
【図５】同一倍率で荷電粒子の照射条件が異なるときに得られたパターンの一例を示す説明図であって、互いに隣接するパターンが離れすぎている場合を示す。
【図６】この発明の試料像測長装置の全体構成図である。
【図７】この発明の試料像測長装置の移動台の構造を示す平面図である。
【図８】この発明の試料像観察装置のモニタ画面に写されている試料像の表示領域を１００００倍にして示した拡大図である。
【図９】この発明の試料像測長方法の説明図であって、（ａ）は試料像の右側の特徴的パターン部を抽出して設定した基準画像を示し、（ｂ）は試料像の左側の特徴的パターン部を抽出して設定した基準画像を示し、（ｃ）は（ａ）に示す基準画像と（ｂ）に示す基準画像とを用いてパターンマッチングを行う場合の説明図を示し、（ｄ）はそのパターンマッチングに基づいて測定領域を設定する説明図である。
【図１０】この発明の試料像測長方法の他の例の説明図であって、（ａ）は荷電粒子照射によって得られた横幅が小さい縦長のパターンを示し、（ｂ）は荷電粒子照射によって得られた横幅が大きい縦長のパターンを示し、（ｃ）は従来の１個の基準画像の一例を示し、（ｄ）は試料像の右側の特徴的パターン部を抽出して設定した基準画像を示し、（ｅ）は試料像の左側の特徴的パターン部を抽出して設定した基準画像を示し、（ｆ）は（ｅ）に示す基準画像を用いてパターンマッチングを行う場合の説明図を示し、（ｇ）はパターンマッチングにより設定された測定領域を示し、（ｈ）は（ｃ）に示す基準画像を２倍にしてパターンマッチングを行う例を示し、（ｉ）は（ｊ）に示す測定領域を横に２倍にして設定した例を示し、（ｊ）は（ｃ）に示す基準画像に対して設定された基準領域を示している。
【符号の説明】
３５…パターン
３６、３７…基準画像
３８…測定領域

Claims

試料上に電子線を照射し、試料から発生する荷電粒子により試料像を形成し、得られた試料像のパターンを測長する試料像測長方法において、
前記パターンの特徴的形状を抽出して複数の基準画像を準備し、準備した複数の基準画像に基づきそれぞれ前記試料像に対するパターンマッチングを行って前記パターンに対する測定領域を設定し、設定した測定領域内で試料像のパターンの測長を行うことを特徴とする試料像測長方法。
前記試料像のパターンに対する倍率比較用基準画像を準備し、該倍率比較用基準画像の倍率を順次変化させて前記試料像のパターンに対するパターンマッチングを行って、前記試料像のパターンと倍率比較用基準画像とがマッチングしたときの倍率に対応させて前記基準画像に対して設定された測定領域を変更することを特徴とする請求項１に記載の試料像測長方法。
試料上に電子線を照射するための電子線照射手段と、該電子線照射手段による電子線が試料に照射された際に発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段と、該荷電粒子検出手段により検出された信号に基づき試料像を形成して得られた試料像のパターンを測長する画像処理手段とを有する試料像測長装置において、
前記パターンの特徴的形状が抽出された複数の基準画像が記憶されている記憶手段と、該複数の基準画像に基づきそれぞれ前記試料像に対するパターンマッチングを行って前記パターンに対する測定領域を設定して該測定領域内で試料像のパターンの測長を行う演算制御手段とを有することを特徴とする試料像測長装置。
前記試料像のパターンに対する倍率比較用基準画像を記憶する記憶手段を有し、前記演算制御手段は、該倍率比較用基準画像の倍率を順次変化させて前記試料像のパターンに対するパターンマッチングを行って、前記試料像のパターンと倍率比較用基準画像とがマッチングしたときの倍率に対応させて前記基準画像に対して設定された測定領域を変更することを特徴とする請求項３に記載の試料像測長装置。