JP2005201810A - Dimension measuring instrument, dimension measuring method, and program - Google Patents

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Hiroshi Motoki
木 洋 本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To automatically move a position for focusing a charged beam on a sample from a measuring position, in dimension measurement for a pattern using the charged beam. <P>SOLUTION: A pattern P4 similar to the measuring objective pattern is detected within a two-dimensional image IE2, using a reference image IR2, a pattern P2 similar to a pattern for alignment is detected from the second area Rm excepting the first area Fm2 irradiated with an electron beam EB, in the measurement within an observation visual field, edge information of the pattern P2 is evaluated, and the focusing position for the electron beam EB is selected from the second area Rm, based on an evaluation result therein, and is determined. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、寸法測定装置、寸法測定方法およびプログラムに関し、例えば、電子顕微鏡を用いた半導体パターンの自動寸法測定を対象とする。   The present invention relates to a dimension measuring apparatus, a dimension measuring method, and a program, and for example, targets automatic dimension measurement of a semiconductor pattern using an electron microscope.

従来から電子顕微鏡を用いて半導体パターンの寸法測定を自動的に行う方法が各種知られている。具体例として特許文献1に記載の手法を説明する。   Conventionally, various methods for automatically measuring a dimension of a semiconductor pattern using an electron microscope are known. As a specific example, the method described in Patent Document 1 will be described.

まず、測定箇所を見出すための手がかりとなるパターンを含む画像である参照画像を測定条件ファイル中に予め記録し、測定点の座標や後述するオフセット等の情報を記述しておく。参照画像とは、試料上に作成された回路パターンの一部や位置決め用のパターン等を含む画像である。例えば図11に示す例では、十字形のマークP100を含む画像IR100が参照画像に相当する。   First, a reference image, which is an image including a pattern that serves as a clue for finding a measurement location, is recorded in advance in a measurement condition file, and information such as coordinates of measurement points and offsets to be described later is described. The reference image is an image including a part of a circuit pattern created on a sample, a positioning pattern, and the like. For example, in the example shown in FIG. 11, the image IR100 including the cross mark P100 corresponds to the reference image.

次に、XYステージを駆動して大まかな位置合わせをし、続いてパターン認識の手法で観察視野中に参照画像に含まれるパターンまたはマークを探索する。探索されたパターンまたはマークの位置を手がかりにして線幅を測定すべき位置を検出する。図11に示す例では、参照画像IR100の所定箇所、例えば一つのコーナに一致する箇所を観察視野内で特定し、この箇所を基準位置Ps100とし、この基準位置Ps100からベクトルVos100だけ離れた位置でパターンP120の線幅測定を行う。基準位置Ps100から線幅を測定すべき位置MP100に引いたベクトルVos100をオフセットという。   Next, the XY stage is driven to perform rough positioning, and then a pattern or mark included in the reference image is searched for in the observation field by a pattern recognition method. The position where the line width should be measured is detected using the searched pattern or mark position as a clue. In the example shown in FIG. 11, a predetermined portion of the reference image IR100, for example, a portion matching one corner is specified in the observation field of view, and this portion is set as a reference position Ps100. The line width of the pattern P120 is measured. The vector Vos100 drawn from the reference position Ps100 to the position MP100 where the line width is to be measured is called an offset.

このような手順により、特許文献1に記載の方法は、半導体パターンの寸法測定を自動的にかつ高精度に行うことを企図するものである。
登録特許第3333669号公報
By such a procedure, the method described in Patent Document 1 is intended to automatically and accurately measure the dimensions of a semiconductor pattern.
Japanese Patent No. 3333669

しかしながら、半導体パターンの微細化にともない、電子線を照射することによる試料表面の損傷、または真空中からのハイドロカーボン等の堆積に起因して、半導体パターンの寸法の測定値の変化が無視できなくなり、製品歩留まりが低下する問題が発生している。   However, along with the miniaturization of semiconductor patterns, changes in measured values of semiconductor patterns cannot be ignored due to damage to the sample surface caused by electron beam irradiation or deposition of hydrocarbons or the like from vacuum. There is a problem that the product yield decreases.

例えば上述した特許文献1に開示の寸法測定方法において、対物レンズの焦点合わせを行う試料上の箇所と測定すべきパターンとの間の距離が短い場合、焦点合わせの工程と観察視野の画像を取り込む工程とで電子ビームの照射領域が部分的に重なり合うことがあり、これによりウェーハが大きなダメージを受けることがある。このような問題を考慮すると、特許文献1に記載の方法の測定条件ファイルにおいて、パターン認識のための参照画像の設定と測定点までの移動量については慎重に決定する必要がある。しかしながら、従来、この点の判断は熟練したオペレータに依存していた。   For example, in the dimension measurement method disclosed in Patent Document 1 described above, when the distance between the position on the sample where the objective lens is focused and the pattern to be measured is short, the focusing process and the image of the observation field are captured. The irradiation region of the electron beam may partially overlap with the process, and the wafer may be greatly damaged. Considering such a problem, it is necessary to carefully determine the setting of the reference image for pattern recognition and the amount of movement to the measurement point in the measurement condition file of the method described in Patent Document 1. Conventionally, however, this point has been determined by skilled operators.

本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、その目的は、焦点合わせを行う位置を測定位置から自動的に移動させることができる寸法測定装置、寸法測定方法およびプログラムを提供することにある。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a dimension measuring apparatus, a dimension measuring method, and a program capable of automatically moving a focusing position from a measuring position. It is in.

また、自動焦点合わせのためには焦点合わせ時の観察視野内にパターンが存在する必要がある。従って、本発明の他の目的は、設計データと電子顕微鏡の観察視野に基づいて、自動焦点合わせを行うための最適な位置を自動的に設定する寸法測定装置、寸法測定方法およびプログラムを提供することにある。   For automatic focusing, a pattern needs to exist in the observation field at the time of focusing. Accordingly, another object of the present invention is to provide a dimension measuring apparatus, a dimension measuring method, and a program for automatically setting an optimum position for automatic focusing based on design data and an observation field of view of an electron microscope. There is.

本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。   The present invention aims to solve the above problems by the following means.

即ち、本発明によれば、
荷電粒子線を生成する荷電粒子源と、
上記荷電粒子線の軌道を偏向し、測定対象パターンおよび位置合せ用パターンが表面に形成された試料を走査する偏向器と、
上記荷電粒子線の照射により上記試料から放出される二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかを検出し、上記試料の表面の状態を表わす二次元像のデータを出力する信号処理手段と、
予め準備された参照画像を用い、上記二次元像内で上記測定対象パターンに類似する第1のパターンを検出し、かつ、観察視野内で上記第1のパターンの測定時に上記荷電粒子線を照射すべき第1の領域を除く第2の領域から上記位置合せ用パターンに類似する第2のパターンを検出するパターン認識手段と、
上記第2のパターンのエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて上記第2の領域から上記荷電粒子線の焦点を合わせるための位置である焦点合わせ位置を選択して決定する焦点合わせ位置決定手段と、
上記荷電粒子線の焦点合わせを実行する焦点合わせ手段と、
上記荷電粒子線の照射位置を移動させる照射位置移動手段と、
上記第1のパターンの寸法を測定する測定手段と、
を備える寸法測定装置が提供される。
That is, according to the present invention,
A charged particle source for generating a charged particle beam;
A deflector that deflects the trajectory of the charged particle beam and scans the sample on which the measurement target pattern and the alignment pattern are formed; and
Signal processing means for detecting at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons emitted from the sample by irradiation with the charged particle beam, and outputting data of a two-dimensional image representing the surface state of the sample When,
Using a reference image prepared in advance, a first pattern similar to the measurement target pattern is detected in the two-dimensional image, and the charged particle beam is irradiated when measuring the first pattern in the observation field of view. Pattern recognition means for detecting a second pattern similar to the alignment pattern from a second area excluding the first area to be
Focus position determination for evaluating edge information of the second pattern and selecting and determining a focus position that is a position for focusing the charged particle beam from the second region based on the evaluation result Means,
Focusing means for performing focusing of the charged particle beam;
An irradiation position moving means for moving the irradiation position of the charged particle beam;
Measuring means for measuring the dimension of the first pattern;
A dimension measuring device is provided.

また、本発明によれば、
荷電粒子線を生成する手順と、
上記荷電粒子線を偏向し、測定対象パターンおよび位置合せ用パターンが表面に形成された試料を走査する手順と、
上記荷電粒子線の照射により上記試料から放出される二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかを検出し、上記試料の表面の状態を表わす二次元像を取得する手順と、
予め準備された参照画像を用い、上記二次元像内で上記測定対象パターンに類似する第1のパターンを検出し、かつ、観察視野内で上記第1のパターンの測定時に上記荷電粒子線を照射すべき第1の領域を除く第2の領域から上記位置合せ用パターンに類似する第2のパターンを検出する手順と、
上記第2のパターンのエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて上記第2の領域から上記荷電粒子線の焦点を合わせるための位置である焦点合わせ位置を選択して決定する手順と、
上記荷電粒子線の焦点合わせを実行する手順と、
上記荷電粒子線の照射位置を移動させる手順と、
上記第1のパターンの寸法を測定する手順と、
を備える寸法測定方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A procedure for generating a charged particle beam;
A procedure for deflecting the charged particle beam and scanning a sample having a measurement target pattern and an alignment pattern formed on the surface;
A procedure of detecting at least one of secondary electrons, reflected electrons and backscattered electrons emitted from the sample by irradiation of the charged particle beam, and obtaining a two-dimensional image representing the state of the surface of the sample;
Using a reference image prepared in advance, a first pattern similar to the measurement target pattern is detected in the two-dimensional image, and the charged particle beam is irradiated when measuring the first pattern in the observation field of view. Detecting a second pattern similar to the alignment pattern from a second area excluding the first area to be
A procedure for evaluating edge information of the second pattern and selecting and determining a focusing position that is a position for focusing the charged particle beam from the second region based on the evaluation result;
A procedure for performing focusing of the charged particle beam;
A procedure for moving the irradiation position of the charged particle beam;
Measuring the dimensions of the first pattern;
A dimension measuring method is provided.

さらに、本発明によれば、上記寸法測定方法をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。   Furthermore, according to the present invention, there is provided a program that causes a computer to execute the dimension measuring method.

本発明は、以下の効果を奏する。   The present invention has the following effects.

即ち、本発明によれば、焦点合わせを行うための最適な位置を自動的に設定するので、寸法測定に際して、オペレータの熟練度に依存することなく、高い精度で焦点位置を自動的に決定することができる。   That is, according to the present invention, since the optimum position for focusing is automatically set, the focus position is automatically determined with high accuracy without depending on the skill level of the operator in the dimension measurement. be able to.

また、本発明によれば、最適に設定された焦点合わせ位置へ測定位置から荷電粒子線の走査原点を移動させるので、上記荷電粒子線の照射による試料表面の損傷やハイドロカーボン等の堆積による測定値への影響が最小限に抑制され、高い精度での寸法測定が可能になる。   Further, according to the present invention, the scanning origin of the charged particle beam is moved from the measurement position to the optimally set focusing position, so that the measurement is performed by damaging the sample surface due to the irradiation of the charged particle beam or depositing hydrocarbon or the like. The influence on the value is suppressed to the minimum, and dimension measurement with high accuracy becomes possible.

以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。なお、以下では、荷電粒子線として電子ビームを用いる場合について説明するが、本発明はこれに限ることなく、例えばイオンビームを用いる場合にも適用可能である。   Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the case where an electron beam is used as the charged particle beam will be described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to the case where an ion beam is used, for example.

(1)寸法測定装置の実施の一形態
図1は、本発明にかかる寸法測定装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す寸法測定装置1は、集束された電子ビームEBを走査することにより半導体パターンの寸法を測定する走査型電子顕微鏡である。
(1) One Embodiment of Dimension Measuring Device FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of one embodiment of a dimensional measuring device according to the present invention. The dimension measuring apparatus 1 shown in the figure is a scanning electron microscope that measures the dimensions of a semiconductor pattern by scanning a focused electron beam EB.

寸法測定装置1は、電子ビーム鏡筒10と、各種制御回路32,34,36,38と、試料であるウェーハWを支持するX−Yステージ22と、モータ24と、ステージ制御回路44と、検出器26と、画像メモリ46と、パターン認識装置42と、モニタ48と、制御コンピュータ20と、通信回路52と、シミュレーション用コンピュータ40と、予め装置に内蔵された、または着脱可能な各種記憶媒体MR2,MR4,MR6とを備える。   The dimension measuring apparatus 1 includes an electron beam column 10, various control circuits 32, 34, 36, and 38, an XY stage 22 that supports a wafer W as a sample, a motor 24, a stage control circuit 44, Detector 26, image memory 46, pattern recognition device 42, monitor 48, control computer 20, communication circuit 52, simulation computer 40, and various storage media built in or removable from the device in advance. MR2, MR4, MR6.

制御コンピュータ20は、各種制御回路32,34,36,38、ステージ制御回路44、シミュレーション用コンピュータ40、パターン認識装置42等を介して装置全体を制御する。   The control computer 20 controls the entire apparatus via various control circuits 32, 34, 36, 38, a stage control circuit 44, a simulation computer 40, a pattern recognition device 42, and the like.

記憶媒体MR2,MR4は、後述する寸法測定方法の一連の手順を記述したレシピファイルと測定条件ファイルとを格納する。これらのファイルは、予めこれらの記憶媒体に格納される他、専用回線または公衆回線に接続された通信回路52を介して外部の記憶媒体その他の装置から測定の都度取り込んでこれらの記憶媒体に格納することもできる。   The storage media MR2 and MR4 store a recipe file describing a series of procedures of a dimension measuring method to be described later and a measurement condition file. These files are stored in advance in these storage media, and are taken in from each external storage medium or other device via the communication circuit 52 connected to a dedicated line or public line and stored in these storage media. You can also

記憶媒体MR6には、測定対象のパターンに関する設計データが格納される。   The storage medium MR6 stores design data related to the pattern to be measured.

シミュレーション用コンピュータ40は、必要に応じて記憶媒体MR6から設計データを取り出し、パターンデータを加工して制御コンピュータ20に供給する。   The simulation computer 40 retrieves design data from the storage medium MR6 as necessary, processes the pattern data, and supplies it to the control computer 20.

電子ビーム鏡筒10は、電子銃12と、コンデンサレンズ14と、走査レンズ16と、対物レンズ18とを含む。電子銃12は、電子銃制御回路32から制御信号を受けて電子ビームEBを生成し、ウェーハWに照射する。コンデンサレンズ14は、コンデンサレンズ制御回路34の制御信号を受けて磁界または電界を励磁し、適切なビーム径となるように電子ビームEBを集束させる。対物レンズ18は、対物レンズ制御回路38からの制御信号により磁界または電界を励磁し、電子ビームEBがウェーハW上にジャストフォーカスで照射するように電子ビームを再度集束させる。走査レンズ16は、走査レンズ制御回路36から制御信号を受けて、電子ビームEBを偏向するための電界または磁界を励起し、これにより、ウェーハWを電子ビームEBで2次元的に走査する。モータ24は、ステージ制御回路44から制御信号を受けて動作し、X−Yステージ22をX−Y平面内で移動させる。   The electron beam column 10 includes an electron gun 12, a condenser lens 14, a scanning lens 16, and an objective lens 18. The electron gun 12 receives a control signal from the electron gun control circuit 32, generates an electron beam EB, and irradiates the wafer W. The condenser lens 14 receives a control signal from the condenser lens control circuit 34, excites a magnetic field or an electric field, and focuses the electron beam EB so as to have an appropriate beam diameter. The objective lens 18 excites a magnetic field or an electric field by a control signal from the objective lens control circuit 38 and refocuses the electron beam so that the electron beam EB is irradiated onto the wafer W with just focus. The scanning lens 16 receives a control signal from the scanning lens control circuit 36, excites an electric field or magnetic field for deflecting the electron beam EB, and thereby scans the wafer W two-dimensionally with the electron beam EB. The motor 24 operates in response to a control signal from the stage control circuit 44, and moves the XY stage 22 in the XY plane.

検出器26は、電子ビームEBの照射によってウェーハWから発生する二次電子、反射電子および後方散乱電子を検出する。検出器26の出力信号は、ウェーハWの表面の状態を表わす二次元像を構成し、この二次元像のデータが画像メモリ46に格納される。   The detector 26 detects secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons generated from the wafer W by irradiation with the electron beam EB. The output signal of the detector 26 constitutes a two-dimensional image representing the state of the surface of the wafer W, and data of this two-dimensional image is stored in the image memory 46.

二次元像のデータは、画像メモリ46からモニタ48に出力され、二次元像が表示されてウェーハ表面の観察に供されるとともに、パターン認識装置42にも出力される。   The data of the two-dimensional image is output from the image memory 46 to the monitor 48, and the two-dimensional image is displayed for observation of the wafer surface and also output to the pattern recognition device 42.

パターン認識装置42は、記憶媒体MR6から制御コンピュータ20により取り出された設計データ、またはシミュレーション用コンピュータ40により加工されたパターンデータと、画像メモリ46から供給された二次元像のデータとを比較し、実パターンの設計パターンからのずれ量を算出し、得られた値を制御コンピュータ20へ供給する。制御コンピュータ20は、走査レンズ制御回路36およびステージ制御回路44の少なくともいずれかに指令信号を供給することにより、走査レンズ16およびX−Yステージ22の少なくとも一方を用いて上記ずれ量を補正する。   The pattern recognition device 42 compares the design data extracted from the storage medium MR6 by the control computer 20 or the pattern data processed by the simulation computer 40 with the two-dimensional image data supplied from the image memory 46, The deviation amount of the actual pattern from the design pattern is calculated, and the obtained value is supplied to the control computer 20. The control computer 20 supplies the command signal to at least one of the scanning lens control circuit 36 and the stage control circuit 44, thereby correcting the deviation amount using at least one of the scanning lens 16 and the XY stage 22.

図1に示す寸法測定装置の動作を、本発明にかかる寸法測定方法の実施の形態として以下に説明する。   The operation of the dimension measuring apparatus shown in FIG. 1 will be described below as an embodiment of the dimension measuring method according to the present invention.

(2)寸法測定方法の第1の実施の形態
図2は、本発明にかかる寸法測定方法の第1の実施の形態の概略手順を示すフローチャートである。
(2) First Embodiment of Dimension Measurement Method FIG. 2 is a flowchart showing a schematic procedure of the first embodiment of the dimension measurement method according to the present invention.

まず、記憶媒体MR2,MR4から測定条件ファイルを読み出し、測定点1〜n(nは自然数)の各位置座標、パターン認識に用いる階調値等のしきい値、参照画像、オフセット等の測定条件を読み込む(ステップS1)。次に、制御コンピュータ20に内蔵されたカウンタ(図示せず)のカウントnを1にセットし(ステップS2)、読み込んだ第1測定点の位置情報をもとにX−Yステージ22を駆動し、第1測定点が観察視野の中心に位置するようウェーハWを移動させる(ステップS3)。その位置で電子線を照射し、得られた二次元像を画像メモリ46に取り込む(ステップS4)。   First, a measurement condition file is read from the storage media MR2 and MR4, and measurement conditions such as position coordinates of measurement points 1 to n (n is a natural number), a threshold value such as a gradation value used for pattern recognition, a reference image, and an offset. Is read (step S1). Next, a count n of a counter (not shown) built in the control computer 20 is set to 1 (step S2), and the XY stage 22 is driven based on the read position information of the first measurement point. The wafer W is moved so that the first measurement point is located at the center of the observation field (step S3). An electron beam is irradiated at that position, and the obtained two-dimensional image is taken into the image memory 46 (step S4).

一般に、ステップS3におけるX−Yステージ22の操作だけでは測定点および自動焦点合わせの位置を精密に特定することが困難である。そこで、観察視野の画像と参照画像とを比較して測定位置を検索し、測定位置の測定時の観察視野外の領域で、検索した測定位置に対して既知の位置関係(オフセット)にあるパターンのある位置へ電子線照射位置を移動させた後、対物レンズ18の励磁電流を制御して焦点合わせを行い、再び測定位置へ移動しパターンの線幅測定を行う。   In general, it is difficult to precisely specify the measurement point and the position of automatic focusing only by operating the XY stage 22 in step S3. Therefore, the measurement position is searched by comparing the image of the observation field with the reference image, and the pattern is in a known positional relationship (offset) with respect to the searched measurement position in the region outside the observation field at the measurement position measurement. After moving the electron beam irradiation position to a certain position, the excitation current of the objective lens 18 is controlled to perform focusing, and the movement to the measurement position is performed again to measure the line width of the pattern.

具体的には、記憶媒体MR6から直接に、またはシミュレーション用コンピュータ40による加工を経て制御コンピュータ20に供給された参照画像をパターン認識装置21が読み込み(ステップS5)、先に画像メモリ46に記憶した観察視野の画像中で参照画像と一致する箇所を検索する(ステップS6)。次に、観察視野中に参照画像と一致する箇所があるかどうか、すなわちパターンを認識できたかどうかを判定する(ステップS7)。パターンが認識できた場合は、自動焦点合わせ位置と測定位置とを決定し(ステップS8)、測定位置から自動焦点合わせ位置に引いたベクトル(オフセット)を算出し(ステップS9)、X−Yステージ22または走査レンズ16を用いて電子ビームEBの走査原点を変更し、測定位置から上記オフセットに応じて所定の方向に所定の距離だけ離れた位置の自動焦点合わせを行うべきパターン上へ電子ビームEBを移動し(ステップS11)、対物レンズ18の磁界または電界を制御して自動焦点合わせを行う(ステップS12)。   Specifically, the pattern recognition device 21 reads a reference image supplied to the control computer 20 directly from the storage medium MR6 or after being processed by the simulation computer 40 (step S5) and previously stored in the image memory 46. A part that matches the reference image in the image of the observation field is searched (step S6). Next, it is determined whether or not there is a portion that matches the reference image in the observation visual field, that is, whether or not the pattern has been recognized (step S7). If the pattern is recognized, the automatic focusing position and the measurement position are determined (step S8), a vector (offset) subtracted from the measurement position to the automatic focusing position is calculated (step S9), and the XY stage is calculated. 22 or the scanning lens 16 is used to change the scanning origin of the electron beam EB, and the electron beam EB onto the pattern to be automatically focused at a position away from the measurement position in a predetermined direction by a predetermined distance according to the offset. Is moved (step S11), and automatic focusing is performed by controlling the magnetic field or electric field of the objective lens 18 (step S12).

次に、自動焦点合わせを行った位置から上記オフセットに定める方向とは逆の方向に上記オフセットに定めた距離だけ離れた位置の測定すべきパターン上へ電子ビームEBを移動する(ステップS13)。さらに、その位置でパターンの線幅測定を行う(ステップS14)。その後、全ての測定点についての測定が終了したかどうかを判定し(ステップS15)、未だ測定すべき点が残っていればカウンタ(図示せず)のカウントを1だけ進め(ステップS16)、ステップS2に戻って同様の操作を反復する。また、ステップS7で観察視野中に参照画像と一致する箇所を見出せなかった場合、すなわちパターン認識に失敗した場合にはステップS10でエラー処理を行ったのち、ステップS15に進む。   Next, the electron beam EB is moved onto the pattern to be measured at a position away from the position where the automatic focusing is performed by a distance determined by the offset in a direction opposite to the direction determined by the offset (step S13). Further, the line width of the pattern is measured at that position (step S14). Thereafter, it is determined whether or not the measurement has been completed for all the measurement points (step S15). If there are still points to be measured, the counter (not shown) is incremented by 1 (step S16). Returning to S2, the same operation is repeated. Further, if a portion that matches the reference image cannot be found in the observation field in step S7, that is, if pattern recognition fails, error processing is performed in step S10, and then the process proceeds to step S15.

参照画像を用いて自動焦点合わせ位置と測定位置を決定する方法について図3を参照しながら説明する。図3において、(a)は参照画像の一例を示し、(b)はパターン認識時の実パターンの二次元像の一例を示す。また、同図(c)は(b)に示す実パターンに対する自動焦点合わせ時の二次元電子像を示し、同図(d)は(b)に示す実パターンを測定する時の二次元電子像を示す。   A method of determining the automatic focusing position and the measurement position using the reference image will be described with reference to FIG. In FIG. 3, (a) shows an example of a reference image, and (b) shows an example of a two-dimensional image of an actual pattern at the time of pattern recognition. 2C shows a two-dimensional electronic image at the time of automatic focusing on the actual pattern shown in FIG. 2B, and FIG. 3D shows a two-dimensional electronic image when the actual pattern shown in FIG. Indicates.

図3(a)に示す参照画像は、ウェーハW上に形成される半導体回路パターンの一部であるパターンP2およびP4の画像である。この参照画像IR2は、記憶媒体MR6に格納されたデータベースから設計データを取り出し、シミュレーション用コンピュータ40によってリソグラフィーシミュレーションを行い、得られたデータに基づいて走査型電子顕微鏡の二次電子像をさらにシミュレーションし、得られた画像データの一部を取り出したものである。リソグラフィーシミュレーションデータは、半導体の設計データ(本実施形態においてCADデータ)と半導体製造に用いる露光機のパラメータとに基づいてウェーハW上に転写した際のパターン形状をシミュレーションしたものである。ただし、シミュレーションの計算には時間がかかるため、参照画像としては走査型電子顕微鏡の二次元像のシミュレーションを省略したものを用いてもよい。また、設計データのパターンの角を丸めるなどの簡略的なリソグラフィーシミュレーションや設計データそのものでも構わない。図3に示す例では、(a)の参照画像IR2は設計データを用いて作成され、参照画像の中心、すなわちマッチング点を測定位置MP2(図中に十字線で示す)に一致させている。図3(b)の観察視野IE2内で測定位置MP2をパターン認識の手法で探し、その位置を手がかりにして自動焦点合わせをすべき位置Pf2を見出す。このとき、測定位置MP2が視野中心Cf2に合致していない原因は、ステップS3におけるX−Yステージ22の位置出し精度(+/−3μm)にある。ここで、画像メモリ46に画像を記憶させる際に測定時の観察視野Fm2内の領域にも電子ビームEBを照射することになるが、位置合せ時では測定時と比べて倍率が低いため単位面積あたりの電子の照射量は充分に低く、電子ビームEBを照射することによる試料表面の損傷、または真空中からのハイドロカーボン等の堆積による半導体パターンの寸法変化は無視できる。本実施形態ではパターン認識時の倍率を15,000倍、測定時の倍率を150,000倍としたため、パターン認識時の単位面積あたりの照射量は測定時の1/100である。図3(a)の参照画像で表される測定位置MP2を起点とし自動焦点合わせ位置Pf2を終点として引いたベクトルVos2が本実施形態におけるオフセットである。参照画像IR2上でのオフセットは既知であり、測定条件ファイル中に予め記述されている。   The reference image shown in FIG. 3A is an image of patterns P2 and P4 that are part of the semiconductor circuit pattern formed on the wafer W. The reference image IR2 is obtained by extracting design data from a database stored in the storage medium MR6, performing a lithography simulation by the simulation computer 40, and further simulating a secondary electron image of the scanning electron microscope based on the obtained data. A part of the obtained image data is extracted. The lithography simulation data is a simulation of a pattern shape when transferred onto the wafer W based on semiconductor design data (CAD data in the present embodiment) and parameters of an exposure machine used for semiconductor manufacturing. However, since the simulation calculation takes time, an image obtained by omitting the simulation of the two-dimensional image of the scanning electron microscope may be used as the reference image. Also, a simple lithography simulation such as rounding the corner of the design data pattern or the design data itself may be used. In the example shown in FIG. 3, the reference image IR2 in (a) is created using design data, and the center of the reference image, that is, the matching point is made to coincide with the measurement position MP2 (indicated by a cross line in the figure). The measurement position MP2 is searched for in the observation visual field IE2 of FIG. 3B by a pattern recognition technique, and the position Pf2 to be automatically focused is found by using the position as a clue. At this time, the reason why the measurement position MP2 does not coincide with the visual field center Cf2 is the positioning accuracy (+/− 3 μm) of the XY stage 22 in step S3. Here, when the image is stored in the image memory 46, the electron beam EB is also irradiated to the region in the observation visual field Fm2 at the time of measurement. The amount of irradiation of the surrounding electrons is sufficiently low, and damage to the sample surface due to irradiation with the electron beam EB, or dimensional change of the semiconductor pattern due to deposition of hydrocarbon or the like from vacuum can be ignored. In this embodiment, since the magnification at the time of pattern recognition is 15,000 times and the magnification at the time of measurement is 150,000 times, the irradiation amount per unit area at the time of pattern recognition is 1/100 of that at the time of measurement. A vector Vos2 obtained by subtracting the automatic focusing position Pf2 from the measurement position MP2 represented by the reference image in FIG. 3A as the starting point is an offset in the present embodiment. The offset on the reference image IR2 is known and is described in advance in the measurement condition file.

次に、自動焦点合わせ位置Pf2へ電子ビームEBの走査原点を移動させ(ステップS11)、対物レンズ18を制御して図3(c)に示すように自動焦点合わせを実行した後(ステップS12)、測定位置MP2が視野の中心になるように(図3(d)参照)電子ビームEBを移動させ(ステップS13)、測定対象パターンP4の寸法測定を実行する(ステップS14)。なお、図3(b)において符号Faf2は自動焦点合わせ時の観察視野を指示する。   Next, the scanning origin of the electron beam EB is moved to the automatic focusing position Pf2 (step S11), and the objective lens 18 is controlled to execute automatic focusing as shown in FIG. 3C (step S12). Then, the electron beam EB is moved so that the measurement position MP2 becomes the center of the field of view (see FIG. 3D) (step S13), and the dimension measurement of the measurement target pattern P4 is executed (step S14). In FIG. 3B, reference numeral Faf2 indicates an observation visual field at the time of automatic focusing.

次に、自動焦点合わせ位置の決定方法とオフセットの算出方法について、図4および図5を参照しながらより具体的に説明する。図4は、自動焦点合わせ位置の決定方法のより具体的な概略手順を示すフローチャートであり、また、図5は、自動焦点合わせ位置を探索する方法を説明する図である。   Next, a method for determining an automatic focusing position and a method for calculating an offset will be described more specifically with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a flowchart showing a more specific schematic procedure of the method for determining the autofocus position, and FIG. 5 is a diagram for explaining a method for searching for the autofocus position.

まず、CADデータ上で測定位置と測定倍率とを設定する(ステップS21)。次に、自動焦点合わせを行う倍率を設定し、自動焦点合わせ時の視野を算出する(ステップS22)。続いて、CADデータを用い、図5に示すように、電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲Rm内で、且つ、測定時の観察視野Fmを除いた領域を自動焦点合わせ時の観察視野Faf2で走査し、この観察視野Faf2に含まれるパターンのエッジ長の総和が最大となる位置を探索し、探索された位置を自動焦点合わせ位置として決定する(ステップS23)。このとき、自動焦点合わせ時の観察視野Faf2は、電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲Rmの外へ出たり、測定時の観察視野Fmと重なってはならない。図5では、観察視野Faf2の走査許容範囲を斜線の領域で示した。ここで、自動焦点合わせ時の視野Faf2内のパターンエッジ長の総和が最大となる位置が複数個存在する場合は、チャージアップの影響を考慮し測定時の観察視野Fmからの距離が最も離れている位置を選択する。   First, a measurement position and a measurement magnification are set on CAD data (step S21). Next, a magnification for performing automatic focusing is set, and a visual field at the time of automatic focusing is calculated (step S22). Subsequently, using CAD data, as shown in FIG. 5, the observation within the range Rm in which the field of view can be moved by image shift with an electron microscope and excluding the observation field Fm at the time of measurement is automatically observed. Scanning is performed in the visual field Faf2, a position where the sum of the edge lengths of the patterns included in the observation visual field Faf2 is maximized is searched, and the searched position is determined as an automatic focusing position (step S23). At this time, the observation visual field Faf2 at the time of automatic focusing must not go out of the range Rm in which the visual field can be moved by image shift with an electron microscope or overlap the observation visual field Fm at the time of measurement. In FIG. 5, the scanning allowable range of the observation visual field Faf2 is indicated by a hatched area. Here, when there are a plurality of positions where the sum of the pattern edge lengths in the visual field Faf2 at the time of automatic focusing is maximized, the distance from the observation visual field Fm at the time of measurement is the farthest in consideration of the effect of charge-up. Select the position.

自動焦点合わせでは、自動焦点合わせでの視野が寸法測定位置での観察視野と重ならず、且つ、多くのパターンエッジが存在する必要がある。本実施形態では電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲を10μm、測定倍率150,000倍、自動焦点倍率を150,000倍とした。150,0000倍での視野は0.96μm角であるから、自動焦点合わせ時の観察視野が重ならないよう、9.04μm角の領域で、且つ、測定点を中心に1.92μm角の領域を除いた領域で自動焦点合わせ位置の探索を行った。   In the automatic focusing, the visual field in the automatic focusing does not overlap with the observation visual field at the dimension measurement position, and many pattern edges need to exist. In this embodiment, the range in which the field of view can be moved by image shift with an electron microscope is 10 μm, the measurement magnification is 150,000 times, and the autofocus magnification is 150,000 times. Since the field of view at 150,000 times is 0.96 μm square, an area of 9.04 μm square and an area of 1.92 μm square centering on the measurement point are provided so that the observation fields during autofocusing do not overlap. The autofocus position was searched in the excluded area.

このように、本実施形態によれば、CADデータに基づいて、寸法測定時の観察視野と重なることなく、且つ、より多数のパターンエッジが存在する観察視野の中心を最適な焦点位置として自動的に決定するので、寸法測定において電子ビームEBの照射による試料表面の損傷または電子ビームEBの照射による真空中からのハイドロカーボン等の堆積による測定値への影響を最小限にすることできる。また、従来はオペレータの勘や経験に頼っていた焦点合わせ位置の決定を自動的に行うので、測定精度がオペレータの経験や熟練度に左右されることも無い。   As described above, according to the present embodiment, based on CAD data, the center of the observation field where there are more pattern edges does not overlap with the observation field at the time of dimension measurement and is automatically set as the optimum focus position. Therefore, in the dimension measurement, it is possible to minimize the influence on the measurement value due to the damage of the sample surface due to the irradiation of the electron beam EB or the deposition of hydrocarbon or the like from the vacuum due to the irradiation of the electron beam EB. In addition, since the focus position is automatically determined based on the operator's intuition and experience, the measurement accuracy does not depend on the operator's experience and skill level.

(2)寸法測定方法の第2の実施の形態
前述した第1の実施の形態において自動焦点合わせ位置と測定位置とを決定する手順では、CADデータ上で最適な自動焦点合わせ位置を探索したが、本実施形態の特徴は、低倍率での観察視野中でパターン認識の手法を用いた測定位置の探索に並行して、自動焦点合わせ位置も併せて探索する点にある。したがって、測定条件ファイル中には自動焦点合わせ位置やオフセット量の情報を設定する必要はない。本実施形態においてその他の手順については上述した第1の実施の形態と実質的に同一である。
(2) Second Embodiment of Dimension Measurement Method In the procedure for determining the autofocus position and the measurement position in the first embodiment described above, the optimum autofocus position is searched on the CAD data. The feature of this embodiment is that the automatic focusing position is also searched in parallel with the search of the measurement position using the pattern recognition technique in the observation field at low magnification. Therefore, it is not necessary to set information on the autofocus position and offset amount in the measurement condition file. In this embodiment, other procedures are substantially the same as those in the first embodiment described above.

本実施形態における自動焦点合わせ位置の決定方法とオフセットの算出方法について図6および図7を参照しながら説明する。   A method for determining an automatic focusing position and a method for calculating an offset in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図6は、本発明にかかる寸法測定方法の第2の実施の形態において自動焦点合わせ位置の決定手順とオフセットの算出手順とを示すフローチャートであり、図7は、本実施形態における自動焦点合わせ位置の探索方法を具体的に説明する図である。   FIG. 6 is a flowchart showing an automatic focusing position determination procedure and an offset calculation procedure in the second embodiment of the dimension measuring method according to the present invention, and FIG. 7 is an automatic focusing position in the present embodiment. It is a figure explaining the search method of this concretely.

まず、図6に示すように、測定位置近傍の低倍率画像Im4を取得する(ステップS31)。次に、図7に示すように、測定条件ファイルに予め登録されていた参照画像を用い、パターン認識の手法で測定位置MP4を探索する(ステップS32)。次いで、得られた低倍率画像Im4を微分処理することによりパターンエッジを抽出する(ステップS33)。続いて、エッジ抽出処理を行なった低倍率画像Im4内の領域であって、且つ、測定時の観察視野Fm4を除いた領域(図7において斜線で示す部分)において、自動焦点合わせ時の観察視野Faf4内でパターンエッジ部分の画素の総和が最大となる位置を探索し、自動焦点合わせ位置として決定する(ステップS34)。このとき自動焦点合わせ時の観察視野Faf4は、低倍率画像Im4の外へ出たり、寸法測定時の観察視野Fm4と重なってはならない。なお、本実施形態では、エッジ抽出に微分処理を用いたが、2値化やsobelフィルタ、ラプラシアンフィルタ等の線要素抽出処理を用いることも可能である。   First, as shown in FIG. 6, a low-magnification image Im4 near the measurement position is acquired (step S31). Next, as shown in FIG. 7, the measurement position MP4 is searched by the pattern recognition method using the reference image registered in advance in the measurement condition file (step S32). Next, a pattern edge is extracted by differentiating the obtained low-magnification image Im4 (step S33). Subsequently, in an area in the low-magnification image Im4 subjected to the edge extraction process and excluding the observation visual field Fm4 at the time of measurement (a portion indicated by hatching in FIG. 7), an observation visual field at the time of automatic focusing A position where the sum of the pixels in the pattern edge portion is maximized is searched for in Faf4 and determined as an automatic focusing position (step S34). At this time, the observation visual field Faf4 at the time of automatic focusing should not go out of the low-magnification image Im4 or overlap the observation visual field Fm4 at the time of dimension measurement. In this embodiment, differentiation processing is used for edge extraction, but line element extraction processing such as binarization, a sobel filter, and a Laplacian filter can also be used.

(3)寸法測定方法の第3の実施の形態
本実施形態の特徴は、ラインスキャンを用いてオートフォーカスを実行する点にある。本実施形態においてその他の手順については上述した第1の実施の形態と実質的に同一である。
(3) Third Embodiment of Dimension Measurement Method A feature of this embodiment is that autofocus is executed using line scanning. In this embodiment, other procedures are substantially the same as those in the first embodiment described above.

本実施形態における、ラインスキャンを用いた自動焦点合わせについて図8および図9を参照しながら説明する。図8は、本実施形態における自動焦点合わせ位置の決定手順とオフセットの算出手順を示すフローチャートであり、また、図9は、自動焦点合わせ位置の探索方法を説明する図である。   Automatic focusing using line scanning in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for determining an automatic focusing position and a procedure for calculating an offset in the present embodiment, and FIG. 9 is a diagram for explaining a method for searching for an automatic focusing position.

図8に示すように、まず、CADデータ上で測定位置MP6(図9参照)と測定倍率とを設定する(ステップS41)。次に、自動焦点合わせを行う倍率を設定し、自動焦点合わせ時にラインスキャンする領域Faf6を算出する(ステップS42)。図9の十字ラインSL6に示すように、本実施形態では交差する2本のラインスキャン方式を採用した。次に、CADデータを用いて、電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲Rm6内で、且つ、測定時の観察視野Fm6を除いた領域において、自動焦点合わせ時のラインスキャンが最も多くのエッジを横切る位置を探索する(ステップS44)。このとき、自動焦点合わせ時のラインスキャンは、電子顕微鏡でイメージシフトによる視野移動が可能な範囲Rm6の外へ出たり、測定時の観察視野Fm6と重なってはならない。   As shown in FIG. 8, first, the measurement position MP6 (see FIG. 9) and the measurement magnification are set on the CAD data (step S41). Next, a magnification for performing automatic focusing is set, and a region Faf6 for line scanning at the time of automatic focusing is calculated (step S42). As shown by the cross line SL6 in FIG. 9, in the present embodiment, two intersecting line scanning methods are employed. Next, using CAD data, line scanning at the time of automatic focusing is the largest in a range Rm6 in which the field of view can be moved by image shift with an electron microscope and excluding the observation field of view Fm6 at the time of measurement. A position that crosses the edge is searched (step S44). At this time, the line scan at the time of automatic focusing should not go out of the range Rm6 in which the field of view can be moved by image shift with the electron microscope or overlap the observation field of view Fm6 at the time of measurement.

本実施形態では十字形のラインスキャン方式を用いたが、これに限ることなく、例えば図10の説明図に示すように、視野移動が可能な範囲Rm6を横切る方向に沿って設定された一本のラインSL8を用いて走査することもできる。   In the present embodiment, the cross-shaped line scan method is used. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in the explanatory diagram of FIG. 10, one line set along the direction across the range Rm6 in which visual field movement is possible. It is also possible to scan using the line SL8.

(4)プログラム
上述した寸法測定方法の一連の手順は、コンピュータに実行させるプログラムとしてフロッピーディスクやCD−ROM等の記憶媒体に例えば上述したレシピファイルの形態で収納し、コンピュータに読込ませて実行させても良い。これにより、本発明にかかる寸法測定方法を画像処理可能な汎用コンピュータを用いて実現することができる。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記憶媒体でも良い。また、上述した寸法測定方法の一連の手順を組込んだプログラムをインターネット等の通信回線(無線通信を含む)を介して頒布しても良い。さらに、上述した寸法測定方法の一連の手順を組込んだプログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布しても良い。
(4) Program The series of steps of the dimension measurement method described above is stored in a storage medium such as a floppy disk or CD-ROM as a program to be executed by a computer, for example, in the form of the recipe file described above, and is read by the computer and executed. May be. Thereby, the dimension measuring method according to the present invention can be realized using a general-purpose computer capable of image processing. The recording medium is not limited to a portable medium such as a magnetic disk or an optical disk, but may be a fixed storage medium such as a hard disk device or a memory. Further, a program incorporating a series of procedures of the dimension measuring method described above may be distributed via a communication line (including wireless communication) such as the Internet. Furthermore, the program incorporating the above-described series of dimension measurement methods is encrypted, modulated, or compressed, and stored in a recording medium via a wired or wireless line such as the Internet. You may distribute it.

(5)半導体装置の製造方法
上述した本発明にかかる寸法測定方法のいずれかを半導体装置の製造工程において実行すれば、焦点合わせを行うための最適な位置がオペレータの熟練度に依存することなく自動的に設定され、かつ、荷電粒子線の照射による試料表面の損傷やハイドロカーボン等の堆積による測定値への影響も最小限に抑制される。これにより、高い精度での寸法測定が可能になるので、高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。
(5) Manufacturing method of semiconductor device If any of the above-described dimension measuring methods according to the present invention is executed in the manufacturing process of the semiconductor device, the optimum position for focusing does not depend on the skill level of the operator. It is automatically set, and the influence on the measurement value due to the damage of the sample surface due to the irradiation of the charged particle beam and the deposition of hydrocarbon or the like is suppressed to the minimum. As a result, it is possible to measure the dimensions with high accuracy, so that the semiconductor device can be manufactured with a high yield.

本発明にかかる寸法測定装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of one Embodiment of the dimension measuring apparatus concerning this invention. 本発明にかかる寸法測定方法の第1の実施の形態の概略手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the schematic procedure of 1st Embodiment of the dimension measuring method concerning this invention. 参照画像を用いて自動焦点位置と測定位置を決定する方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the method of determining an autofocus position and a measurement position using a reference image. 自動焦点合わせ位置の決定方法の具体的手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the determination method of an automatic focusing position. 自動焦点合わせ位置を探索する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of searching for an automatic focusing position. 本発明にかかる寸法測定方法の第2の実施の形態において自動焦点合わせ位置の決定手順とオフセットの算出手順とを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the determination procedure of an automatic focusing position, and the calculation procedure of offset in 2nd Embodiment of the dimension measuring method concerning this invention. 本発明にかかる寸法測定方法の第2の実施の形態における自動焦点合わせ位置の探索方法を具体的に説明する図である。It is a figure explaining concretely the search method of the automatic focus position in 2nd Embodiment of the dimension measuring method concerning this invention. 本発明にかかる寸法測定方法の第3の実施の形態における自動焦点合わせ位置の決定手順とオフセットの算出手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the determination procedure of the automatic focusing position in the 3rd Embodiment of the dimension measuring method concerning this invention, and the calculation procedure of offset. 本発明にかかる寸法測定方法の第3の実施の形態における自動焦点合わせ位置の探索方法を説明する図である。It is a figure explaining the search method of the automatic focus position in 3rd Embodiment of the dimension measuring method concerning this invention. 本発明にかかる寸法測定方法の第3の実施の形態における自動焦点合わせ位置の他の探索方法を説明する図である。It is a figure explaining the other search method of the automatic focusing position in 3rd Embodiment of the dimension measuring method concerning this invention. 参照画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a reference image.

符号の説明Explanation of symbols

1 走査型電子顕微鏡
10 電子ビーム鏡筒
12 電子銃
14 コンデンサレンズ
16 走査レンズ
18 対物レンズ
20 制御コンピュータ
22 X−Yステージ
24 モータ
26 検出器
40 シミュレーション用コンピュータ
42 パターン認識装置
44 ステージ制御回路
46 画像メモリ
48 モニタ
52 通信回路
EB 電子ビーム
Faf2,Faf4,Faf6 自動焦点合わせ時の観察視野
Fm2,Fm4,Fm6 測定時の観察視野
Im4 測定位置近傍の低倍率画像
MP2,MP4 測定位置
MR2,MR4,MR6 記憶媒体
P2 測定対象パターン
P4 位置合せ用パターン
Pf2 自動焦点合わせ位置
Rm2,Rm6 イメージシフトによる視野移動が可能な範囲
W ウェーハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scanning electron microscope 10 Electron beam column 12 Electron gun 14 Condenser lens 16 Scan lens 18 Objective lens 20 Control computer 22 XY stage 24 Motor 26 Detector 40 Simulation computer 42 Pattern recognition device 44 Stage control circuit 46 Image memory 48 Monitor 52 Communication Circuit EB Electron Beams Faf2, Faf4, Faf6 Observation Field of View Fm2, Fm4, Fm6 at Automatic Focusing Observation Field Im4 at Measurement Low-Magnification Image MP2, MP4 Near Measurement Position Measurement Position MR2, MR4, MR6 Storage Medium P2 Measurement target pattern P4 Positioning pattern Pf2 Automatic focusing position Rm2, Rm6 Range of visual field movement by image shift W

Claims (5)

荷電粒子線を生成する荷電粒子源と、
前記荷電粒子線の軌道を偏向し、測定対象パターンおよび位置合せ用パターンが表面に形成された試料を走査する偏向器と、
前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出される二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかを検出し、前記試料の表面の状態を表わす二次元像のデータを出力する信号処理手段と、
予め準備された参照画像を用い、前記二次元像内で前記測定対象パターンに類似する第1のパターンを検出し、かつ、観察視野内で前記第1のパターンの測定時に前記荷電粒子線を照射すべき第1の領域を除く第2の領域から前記位置合せ用パターンに類似する第2のパターンを検出するパターン認識手段と、
前記第2のパターンのエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて前記第2の領域から前記荷電粒子線の焦点を合わせるための位置である焦点合わせ位置を選択して決定する焦点合わせ位置決定手段と、
前記荷電粒子線の焦点合わせを実行する焦点合わせ手段と、
前記荷電粒子線の照射位置を移動させる照射位置移動手段と、
前記第1のパターンの寸法を測定する測定手段と、
を備える寸法測定装置。
A charged particle source for generating a charged particle beam;
A deflector that deflects the trajectory of the charged particle beam and scans a sample on which a measurement target pattern and an alignment pattern are formed; and
Signal processing means for detecting at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons emitted from the sample by irradiation with the charged particle beam, and outputting data of a two-dimensional image representing the surface state of the sample When,
Using a reference image prepared in advance, a first pattern similar to the measurement target pattern is detected in the two-dimensional image, and the charged particle beam is irradiated during measurement of the first pattern within an observation field Pattern recognition means for detecting a second pattern similar to the alignment pattern from a second area excluding the first area to be
Focus position determination for evaluating edge information of the second pattern and selecting and determining a focus position that is a position for focusing the charged particle beam from the second area based on the evaluation result Means,
Focusing means for performing focusing of the charged particle beam;
An irradiation position moving means for moving the irradiation position of the charged particle beam;
Measuring means for measuring the dimension of the first pattern;
A dimension measuring device comprising:
前記第2のパターンのエッジ情報は、前記位置合せ用パターンの設計情報に基づいて評価されることを特徴とする請求項1に記載の寸法測定装置。   The dimension measuring apparatus according to claim 1, wherein the edge information of the second pattern is evaluated based on design information of the alignment pattern. 前記第2のパターンのエッジ情報は、寸法測定時の倍率よりも低い倍率で前記荷電粒子線を前記試料に照射して得られた二次元像に基づいて評価されることを特徴とする請求項1に記載の寸法測定装置。   The edge information of the second pattern is evaluated based on a two-dimensional image obtained by irradiating the sample with the charged particle beam at a magnification lower than the magnification at the time of dimension measurement. The dimension measuring apparatus according to 1. 荷電粒子線を生成する手順と、
前記荷電粒子線を偏向し、測定対象パターンおよび位置合せ用パターンが表面に形成された試料を走査する手順と、
前記荷電粒子線の照射により前記試料から放出される二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかを検出し、前記試料の表面の状態を表わす二次元像を取得する手順と、
予め準備された参照画像を用い、前記二次元像内で前記測定対象パターンに類似する第1のパターンを検出し、かつ、観察視野内で前記第1のパターンの測定時に前記荷電粒子線を照射すべき第1の領域を除く第2の領域から前記位置合せ用パターンに類似する第2のパターンを検出する手順と、
前記第2のパターンのエッジ情報を評価し、その評価結果に基づいて前記第2の領域から前記荷電粒子線の焦点を合わせるための位置である焦点合わせ位置を選択して決定する手順と、
前記荷電粒子線の焦点合わせを実行する手順と、
前記荷電粒子線の照射位置を移動させる手順と、
前記第1のパターンの寸法を測定する手順と、
を備える寸法測定方法。
A procedure for generating a charged particle beam;
A procedure of deflecting the charged particle beam and scanning a sample on which a measurement target pattern and an alignment pattern are formed;
A procedure for detecting at least one of secondary electrons, reflected electrons and backscattered electrons emitted from the sample by irradiation of the charged particle beam, and obtaining a two-dimensional image representing the state of the surface of the sample;
Using a reference image prepared in advance, a first pattern similar to the measurement target pattern is detected in the two-dimensional image, and the charged particle beam is irradiated during measurement of the first pattern within an observation field Detecting a second pattern similar to the alignment pattern from a second area excluding the first area to be
A step of evaluating edge information of the second pattern, and selecting and determining a focusing position which is a position for focusing the charged particle beam from the second region based on the evaluation result;
A procedure for performing focusing of the charged particle beam;
A procedure for moving the irradiation position of the charged particle beam;
Measuring the dimensions of the first pattern;
A dimension measuring method comprising:
請求項4に記載の寸法測定方法をコンピュータに実行させるプログラム。   The program which makes a computer perform the dimension measuring method of Claim 4.
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