JP2005322709A - パターン検出装置及びパターン検出方法 - Google Patents

Abstract

【目的】 円（または楕円）以外の形で開口した場合においても正確な寸法計測を実施可能とすることを目的とする。
【構成】 形状の異なる複数のテンプレートを記憶する記憶装置１２８と、被検出対象物上に形成された所定のパターンの画像を取得する画像データ取得部１１１と、取得された所定のパターンの画像に基づいて、前記所定のパターンのエッジを検出するエッジ検出部１１２と、検出された所定のパターンのエッジと前記記憶された複数のテンプレートのうちの１つのテンプレートとをマッチングし、所定の相関値を満たす場合に、前記所定のパターンが前記所定の相関値を満たすテンプレート形状と認識する認識部１１３と、認識されたテンプレート形状に基づいて、前記所定のパターンに関する所定の寸法値を出力するモニタ１２６と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製品を製造する際のパターン検出装置或いはパターン検出方法に係り、特に、寸法を計測するＣＤ−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の寸法計測精度の向上を図る装置或いは方法に関するものである。

従来、コンタクトホールのようなパターンの２次元寸法計測については、以下の手順に基づき実施されてきた。ＣＤ−ＳＥＭを用いて、まず、計測対象パターンのエッジ検索を行なう。そして、上記エッジを参考に真円（または楕円）で近似する。そして、上記近似された円（または楕円）の面積を算出する。最後に、上記面積を元に直径（または楕円の長径、短径）を算出する。
近年の半導体製品の微細化および高集積度化に伴い、リソグラフィー工程で使用される光源もＫｒＦレーザー（波長が２４８ｎｍの光源）からＡｒＦレーザー（波長が１９３ｎｍの光源）と短波長化され、この露光波長で感光するために半導体基板等に塗布されるレジストもＫｒＦレーザー用レジストからＡｒＦレーザー用レジストとなる。ＡｒＦレーザー用レジストはＫｒＦレーザー用レジストと比べてエッチング耐性に乏しく、またパターンのラフネスも大きいため、エッチングされたパターンの形状は図８に示すように真円から遠ざかり、計測が難しくなる。

図８は、エッチングされたパターンの形状とパターン検出の可否を示す図である。
図８（ａ）では、楕円近似で計測ができるものの、図８（ｂ）（ｃ）では、楕円近似で計測ができない。

その他、走査型電子顕微鏡を用いた技術として、設計パターンに対する実加工パターンの忠実度を自動判別するための技術が文献に開示されている。観察パターン像において許容範囲を表示する加工予測形状を用いた走査型電子顕微鏡の検査において、レジストのホールパターンを観察した場合、ホール形成の良否を判定するに当たり、ホール径の許容最大範囲線、許容最小範囲線を同心円状に表示する。例えば、加工後のホール径として０．２μｍを理想値として加工した際、０．１８μｍから０．２２μｍの範囲にホールができあがっていれば良品と判断するとした場合、それぞれのホール円を参照パターンとして画面上に表示する。これにより、ホールの良否判定を、従来のホール径の直接測定（真円でない場合は平均値）による数値データを用いずに、視覚的、いわゆる見ただけで判定する（例えば、特許文献１参照）。

また、走査型電子顕微鏡を用いた他の技術として、歪みパターンの検出を面積から実施する技術が文献に開示されている。繰り返しパターンの配列の中で、十分な特徴を持たないパターン（例えば円形状の穴パターン）；対象画像の回転成分；パターンのスケーリングの変動；ＳＥＭ画像の歪みなどが存在する場合においても対象画像と最もその面積が近いパターンを検出し、さらに穴パターンの径を面積値から同時に算出する（例えば、特許文献２参照）。

また、走査型電子顕微鏡を用いた他の技術として、チャージアップ時のパターン認識方法、及び１つのテンプレートに対して、許容値設定を行ない、パターン認識の自由度を向上させる技術が文献に開示されている。実加工パターンに対して、パターンの面積、長径、短径、周囲長を計算し、既知のホール径（円形の１つのテンプレート）から計算される面積、長径、短径、周囲長に対し、±２０％の範囲内に入っているホールのみを抜き出すことで、ホールを検出する（例えば、特許文献３参照）。

その他、上述したような１つのテンプレートに対して、ホールを検出する技術が開示されている（例えば、特許文献４〜５参照）。
特開２０００−５８４１０号公報 特開平７−２２００７７号公報 特開２００１−８５４８７号公報 特開２００１−１２９２３号公報 特開平５−３０７６０９号公報

従来技術においては、パターンのエッジを検出後、円（または楕円）で近似を行い、この円と実際に検出されたエッジとでのモデルマッチングを行う。例えば、コンタクトホールの形状が三角形で形成されたような場合は、円（または楕円）で近似した場合、マッチングが得られないため、計測ＮＧとなり寸法値を計測できない。また仮にマッチングが成功したような場合においても、その形状がどのようなものなのかは、計測時に同時取得した画像によって判定するしかない。

本発明は、上述した従来の問題点を克服し、円（または楕円）以外の形で開口した場合においても正確な寸法計測を実施可能とすることを目的とする。例えば、コンタクトホールの形状が三角形で開口した場合においても正確な寸法計測を実施可能とするため、円（または楕円）以外に複数のマッチング用のテンプレート（例えば三角形や四角形）を準備し、自動選択して計測を行う手法を提供することを目的とする。また、寸法計測時に選択したテンプレートの形状をデータとして残すことにより、２次元パターンの形状判定を可能とすることを目的とする。

本発明のパターン検出装置は、
形状の異なる複数のテンプレートを記憶する記憶部と、
被検出対象物上に形成された所定のパターンの画像を取得する画像データ取得部と、
前記画像データ取得部により取得された所定のパターンの画像に基づいて、前記所定のパターンのエッジを検出するエッジ検出部と、
前記エッジ検出部により検出された所定のパターンのエッジと前記記憶部により記憶された複数のテンプレートのうちの１つのテンプレートとをマッチングし、所定の相関値を満たす場合に、前記所定のパターンが前記所定の相関値を満たすテンプレート形状と認識する認識部と、
前記認識部により認識されたテンプレート形状に基づいて、前記所定のパターンに関する所定の寸法値を出力する出力部と、
を備えたことを特徴とする。

記憶部が形状の異なる複数のテンプレートを記憶することで、円（または楕円）以外の形で実加工パターンが開口した場合においてもより近いテンプレートを用意することができる。そして、所定のパターンのエッジと前記記憶部により記憶された複数のテンプレートのうちのより近い形状をした１つのテンプレートとをマッチングすることで、所定の相関値をより高い基準値に設定することができる。また、認識されたテンプレート形状に基づいて、前記所定のパターンに関する所定の寸法値を出力することで、実際の形状に近い寸法値を得ることができる。

さらに、前記認識部は、マッチングしたテンプレートが所定の相関値を満たさない場合に、順次、前記記憶部により記憶された他のテンプレートと前記エッジ検出部により検出された所定のパターンのエッジとをマッチングすることを特徴とする。

マッチングが合わない場合、順次、他のテンプレートを用いてマッチングさせることで、より近い形状のテンプレートを探し出し、今まで、認識がＮＧとなり検出できなかった実加工パターンをも検出することができる。

また、前記記憶部は、さらに、前記複数のテンプレートを識別する複数の識別子を記憶し、
前記出力部は、さらに、前記記憶部により記憶された前記複数の識別子のうち、前記認識部により認識されたテンプレートを識別する識別子を出力することを特徴とする。

テンプレートを識別する識別子を出力することで、ユーザは、出力された識別子を見るだけで、実加工パターンの形状を判断することができる。

また、前記所定のパターンは、ホールパターンとドットパターンとのいずれかであると、特に有効である。

また、前記所定のパターンは、２４８ｎｍよりも短い波長の光源を用いたリソグラフィー工程により形成されたパターンであると、特に有効である。

例えば、前記光源は、ＡｒＦレーザーであると、特に有効である。

上述したように、ＡｒＦレーザー用レジストは、ＫｒＦレーザー用レジストと比べてエッチング耐性に乏しく、またパターンのラフネスも大きいため、エッチングされたホールパターンやドットパターンの形状は真円から遠ざかり、計測が難しくなるため、複数のテンプレートを用いることは、特に有効である。

また、前記所定のパターンの画像は、縦横０．７２〜１μｍとなるように取得されるとよい。

また、前記所定のパターンの画像は、９〜１１万倍の倍率となるように取得されるとよい。

後述するように、ホールパターンのようなパターンの２次元計測の場合、ピクセルサイズは、１．５〜２ｎｍが望ましい。これより小さいと情報量が不足し、逆に大きいと電子線の過剰照射によるレジストの収縮が問題となる。ここで、通常、用いるピクセル分解数が４８０であるため、前記ピクセルサイズに乗じて得た０．７２〜１μｍの表示が望ましい。倍率とすると９〜１１万倍の倍率が望ましい。

そして、前記所定のパターンの画像は、荷電粒子線応用装置により前記被検出対象物上に照射された荷電粒子線の２次荷電粒子線を検出することにより取得される。

本発明のパターン検出方法は、
形状の異なる複数のテンプレートと前記複数のテンプレートを識別する１からＭまでの値とを記憶装置に記憶する記憶工程と、
被検出対象物上に形成された所定のパターンの画像を入力し、入力された所定のパターンの画像に基づいて、前記所定のパターンのエッジを検出するエッジ検出工程と、
前記記憶装置により記憶された１からＭまでのいずれかの値Ｎのテンプレートと前記エッジ検出工程により検出された所定のパターンのエッジとをマッチングするマッチング工程と、
前記マッチングの結果、所定の相関値に基づいて、前記所定のパターンがマッチングされたテンプレート形状と認識できるかどうかを判定する認識判定工程と、
前記所定のパターンがマッチングされたテンプレート形状と認識できない場合に、値Ｎに１を加算して、前記マッチング工程に戻る加算工程と、
前記所定のパターンがマッチングされたテンプレート形状と認識できる場合に、前記マッチングされたテンプレート形状に基づいて、前記所定のパターンに関する所定の寸法値を出力する出力工程と、
を備えたことを特徴とする。

前記所定のパターンがマッチングされたテンプレート形状と認識できない場合に、値Ｎに１を加算して、前記マッチング工程に戻ることにより、マッチングが合わない場合、順次、他のテンプレートを用いてマッチングさせることで、より近い形状のテンプレートを探し出し、今まで、認識がＮＧとなり検出できなかった実加工パターンをも検出することができる。また、上述したように、より近い形状のテンプレートを探すことにより、前記所定の相関値をより高く設定することができる。

複数のテンプレートを用いることで、今まで、認識ができずＮＧとなり検出できなかった実加工パターンをも検出することができる。その結果、寸法計測が可能となる。さらに、所定の相関値をより高い基準値に設定することができるので、より正確な寸法計測が可能となる。より正確な寸法計測が可能となるため、実使用に耐え得るホールパターンやドットパターンが得られているかどうかの検査が可能となる。特に、微細化が進む半導体装置のパターン形成において、ＫｒＦレーザー用レジストと比べてエッチング耐性に乏しく、またパターンのラフネスも大きいＡｒＦレーザー用レジストを用いる場合に有効な検査をすることができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるＣＤ−ＳＥＭ装置の構成を示す図である。
図１において、パターン検出装置の一例である荷電粒子線応用装置であるＣＤ−ＳＥＭ装置１００は、電子銃１０１、コンデンサレンズ１０２、走査レンズ１０３、対物レンズ１０４、ステージ１０６、モータ１０７、検出器１０８、制御部１１０、電子銃制御回路１２１、コンデンサレンズ制御回路１２２、走査レンズ制御回路１２３、対物レンズ制御回路１２４、通信回路１２５、モニタ１２６、モータ制御回路１２７、記憶装置１２８、キーボード（Ｋ／Ｂ）１２９、制御部１１０、画像データ取得部１１１、エッジ検出部１１２、認識部１１３、計測部１１４を備えている。

電子銃１０１から放出される電子ビーム１０９はコンデンサレンズ１０２で集束され、クロスオーバした電子ビーム１０９は、対物レンズ１０４によりｘ，ｙ方向に可動するステージ１０６に載せられた基板１０５上で再度集束される。基板１０５上で集束された電子ビーム１０９は走査レンズ１０３により２次元的に走査される。ここで、電子銃１０１は電子銃制御回路１２１により制御され、コンデンサレンズ１０２はコンデンサレンズ制御回路１２２、走査レンズ１０３は走査レンズ制御回路１２３、対物レンズ１０４は対物レンズ制御回路１２４により夫々制御される。また、ステージ１０６は、モータ制御回路１２７により制御されるモータ１０７により駆動される。各部、各装置及び各制御回路は、制御部１１０により制御される。電子ビーム１０９の照射によって基板１０５から発生する２次電子、及び／或いは反射電子は、検出器１０８で捕獲され検出される。検出器１０８で検出された検出データは、制御部１１０でパターン画像として処理され、パターン検出される。パターン画像や、パターン検出結果等は、モニタ１２６に表示される。また、通信回路１２５を介して外部に通信される。例えば、プリンタ装置により紙媒体に出力される。或いは、記憶媒体に記憶される。

ここで、図１では、各制御回路が制御部１１０の外部に位置しているが、内部にあっても構わない。記憶装置１２８は、ハードディスク装置のような固定ディスクに限らず、着脱可能な記憶媒体であっても構わない。さらに、記憶装置１２８は、例えば、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）やＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）として制御部１１０の内部にあっても構わない。制御部１１０は、ＣＰＵ等のコンピュータによりソフトウェアを用いて制御される。或いは、ハードウェアとして制御しても構わない。或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせでも構わない。各部、及び各制御回路も制御部１１０とは別にＣＰＵ等のコンピュータを内蔵し、内蔵されたコンピュータにより制御されても、ハードウェアとして制御しても、前記組み合わせにて制御しても構わない。また、各部は、制御部１１０に内蔵されていても構わない。

図２は、本実施の形態１におけるパターン検出に用いる被検出対象物としての基板１０５を製造する製造工程を示す断面図である。
図２では、検出するパターンとして、コンタクトホールを想定したホールパターンを形成する。

図２（ａ）において、シリコン（Ｓｉ）基板２０１上に酸化膜（ＳｉＯ_２）２０２を３００ｎｍ形成する。形成方法は、例えば、ＣＶＤ（化学的気層成長）法等を用いればよい。その他の方法であっても構わない。

図２（ｂ）において、ＳｉＯ_２２０２上にＡｒＦレーザー用レジスト２０３を塗布する。塗布方法は、例えば、スピンコータ等を用いて塗布すればよい。その他の方法であっても構わない。そして、所定のパターンとして、ここでは、コンタクトホールパターンが形成されるようにＡｒＦレーザー光を照射して露光する。

図２（ｃ）において、露光されたＡｒＦレーザー用レジスト２０３を現像して剥離し、剥離され開口しなかったＡｒＦレーザー用レジスト２０３をマスクとしてエッチングを行う。

図２（ｄ）において、エッチング後、洗浄等の処理がされ、ホールパターン２１０が形成される。

図３は、実施の形態１におけるパターン検出方法を示すフローチャート図である。
Ｓ（ステップ）３０２において、制御部１１０は、まず、後述する認識判断工程において認識の基準となる閾値を入力し、設定する。入力は、Ｋ／Ｂ１２９から入力される。或いは図示していないマウス等の入力装置から入力されてもよい。また、通信回路１２５を介して外部から入力されてもよい。

Ｓ３０４において、記憶工程として、記憶装置１２８に、形状の異なる複数のテンプレートモデルを記憶させ、登録する。ここでは、一例として、円（或いは楕円）、三角形、四角形のテンプレートモデルを登録する。記憶装置１２８が形状の異なる複数のテンプレートを記憶することで、円（または楕円）以外の形で実加工パターンが開口した場合においてもより近いテンプレートを用意することができる。従来、円（或いは楕円）の１つのテンプレートを用いて、円以外に形成されたコンタクトホールパターンを検出しようとしたため、検出ができずＮＧとなってしまったが、形状の異なる複数のテンプレートを登録することで、円以外の形状の実加工パターンの検出をより可能とすることができる。各テンプレートモデルには、識別子として１，２，・・・，Ｍを設け、対応させて記憶させ、登録する。ここでは、円（或いは楕円）のテンプレートモデルの識別子を「１」、三角形のテンプレートモデルの識別子を「２」、四角形のテンプレートモデルの識別子を「３」として登録する。

Ｓ３０６において、検出器１０８で検出された２次電子の検出データを制御部１１０が入力し、画像データ取得部１１１において、画像データ（ＳＥＭ画像）を取得する。検出器１０８は、例えば、シンチレータ・ホトマル方式の２次電子検出器、或いは半導体検出器等を用いればよい。

Ｓ３０８において、エッジ検出工程として、エッジ検出部１１２は、取得された画像データのパターンの画像に基づいて、ホールパターン２１０のエッジを検出する。エッジの検出は、ＳＥＭ画像をピクセル（画素）分解して、黒白の濃淡度にて、エッジポイントを求める。エッジポイントは、エッジに位置するピクセルをポイントとする。例えば、エッジの全ピクセルとする。また、ここでは、例えば、ピクセルの分解数を４８０とする。ここで、ホールパターンやドットパターンを２次元計測する場合、ピクセルサイズを１．５〜２ｎｍとするのが望ましい。ピクセルサイズをかかるサイズより小さくすると情報量が不足し、逆に大きくすると電子線の過剰照射によるレジストの収縮が問題となってしまうからである。ピクセルの分解数を４８０としたので、７２０ｎｍ（＝１．５ｎｍ×４８０）〜９６０ｎｍ（＝２ｎｍ×４８０）となり、上記画像データ取得部１１１においては、縦横０．７２μｍ〜１μｍで画像を取得し、モニタ１２６に表示するようにするとよい。倍率にすると９〜１１万倍の倍率、すなわち約１０万倍の倍率が望ましい。

Ｓ３１０において、まず、以降でマッチングするテンプレートを選択する。ここでは、識別子の小さい値順にマッチングをおこなうため、Ｎに「１」を入力する。

Ｓ３１２において、マッチング工程として、識別子Ｎのテンプレートモデルとのマッチングを行なう。認識部１１３は、前記エッジ検出部１１２により検出されたホールパターン２１０のエッジと前記記憶装置１２８により記憶された複数のテンプレートのうちの１つのテンプレート、ここでは、識別子「１」の円形状のテンプレートモデルとをマッチングする。まず、円で近似を行なう。面積が同等となるような真円（若しくは楕円）にて近似する。

図４は、円にて近似を行なう場合を説明するための図である。
図４に示すように、面積が同等となるような真円（若しくは楕円）にて近似することで、実際に得られるエッジ情報が、歪んだ形状であってもその後のマッチングを行なうことができる。

そして、マッチングは、近似円と各エッジポイントにてパターンマッチングを行なう。ここでは、テンプレート画像を満点（例えば、１００点）として、ホールパターン２１０の各エッジポイントとのマッチングによる一致度を画像のスコアとして算出する。ここでは、画像を重ね合わせて行なうパターンマッチング法、例えば、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ法にて識別する。

Ｓ３１４において、認識判定工程として、認識部１１３は、前記マッチングの結果、所定の相関値に基づいて、前記所定のパターンがマッチングされたテンプレート形状と認識できるかどうかを判定する。所定の相関値を満たす場合に、前記所定のパターンが前記所定の相関値を満たすテンプレート形状と認識する。Ｓ３０２において、予め設定した相関値である閾値と比較し、ホールパターン２１０の各エッジポイントにより得られた画像のスコアが、前記閾値以上かどうかで判断する。閾値以上である場合は、ホールパターン２１０がテンプレート形状である円と認識する。認識できる場合は、Ｓ３１６に進む。認識できない場合は、Ｓ３２０に進む。

図５は、従来と比較した閾値とパターン認識との関係を示す図である。
従来、円形状とならない実加工パターンに対し、１つのテンプレートを用いて、パターンマッチングを行なっていたため、前記閾値を小さく設定しないとＮＧになってしまっていた。よって、たとえパターン認識ができたとしても近似円の精度も悪く、寸法計測の精度も低いものとなってしまう。図５（ａ）では、従来の場合を示している。例えば、閾値を５０点（一致度５０％）としてもパターン認識がＮＧとなってしまう場合を示している。図５（ｂ）では、本実施の形態１の場合を示している。本実施の形態１では、識別子「１」の円形状のテンプレートモデルとのマッチングで認識ができずＮＧとなっても、後述するように次回以降のいずれかのテンプレートモデルとのマッチングで認識できればよいので、かかる閾値を高い値に設定することができる。例えば、閾値を８０点（一致度８０％）としてもいずれかのテンプレートモデルとの間でパターン認識ができる場合を示している。

Ｓ３１６において、計測部１１４は、ホールパターン２１０の面積を算出する。面積は、ピクセルの数を計測し、計測されたピクセルの数から換算すればよい。言い換えれば、全ピクセル数に１ピクセルあたりの面積値を乗ずることにより算出する。面積を算出することで、コンタクトホールとして十分な接続ができているかどうかを判断することができる。言い換えれば、配線抵抗が大きくなり使用不可の状態になっていないかどうかを判断することができる。また、計測部１１４は、テンプレートの形状に合わせて、各種寸法を算出する。例えば、近似されたテンプレートが円（楕円）のテンプレートであれば、真円換算の直径、楕円の長径、楕円の短径を算出する。三角形のテンプレートであれば、三角形の底辺、高さ、及び真円換算の直径を算出する。四角形のテンプレートであれば、四角形の横、縦、及び真円換算の直径を算出する。ここで、いずれのテンプレートを用いた場合でも真円換算の直径を算出することで、形状の異なるパターン同士を比較することができる。

Ｓ３２０において、識別子「１」の円（楕円）テンプレートモデルでは、認識できなかた場合に、制御部１１０は、識別子「Ｎ」が「Ｍ」であるかどうかを判断する。識別子「Ｎ」が「Ｍ」である場合、Ｓ３２４に進む。識別子「Ｎ」が「Ｍ」でない場合、Ｓ３２２に進む。

Ｓ３２２において、加算工程として、制御部１１０は、Ｎに１を加算する。そして、Ｓ３１２に戻る。ＮがＭになるか、或いはいずれかのテンプレートモデルでパターン認識ができるまで、制御部１１０が、Ｎに１を加算することにより、１つ目のテンプレートモデルでパターン認識ができなくても順次、次のテンプレートモデルでパターン認識を行なうことができる。

Ｓ３１８において、出力工程として、制御部１１０は、計測された各寸法、真円換算の直径、及びマッチングで認識できたテンプレートモデルの識別子「Ｎ」を出力する。出力は、出力部の一例としてのモニタ１２６に表示してもよいし、通信回路１２５を介して外部に出力してもよい。例えば、プリンタ等に出力し、紙媒体に印刷してもよい。

Ｓ３２４において、識別子「Ｎ」が「Ｍ」である場合、制御部１１０は、さらに、パターンマッチングさせるテンプレートモデルが登録されていないため、計測ＮＧとして、パターン検出ができずに終了する。

図６は、各ＳＥＭ画像に対し、パターン認識ができた例を示す図である。
図６では、本実施の形態１の寸法計測手法を評価するため、Ｓｉウェーハ上に酸化膜３００ｎｍを形成し、この上にレジストでコンタクトホールパターンを形成し、このレジストをマスクとしてエッチングを行い、パターンを形成したサンプルを示している。サンプルの断面構造は、図２に示したものと同様である。
図６（ａ）では、楕円近似でパターン認識ができ、計測が可能であった例を示している。図６（ｂ）では、三角形近似でパターン認識ができ、計測が可能であった例を示している。図６（ｃ）では、四角形近似でパターン認識ができ、計測が可能であった例を示している。図６には、外側から中心に向かって最初に黒から白に濃淡が変化する位置にホールパターン２１０の開口部の上部が写し出されている。さらに、中心に向かって、白からグレー（薄い黒）に濃淡が変化する位置にホールパターン２１０の開口部の底部が写し出されている。ホールパターン２１０は、図２（ｄ）に示されるように、底部に向かって開口面積が小さくなるようにテーパ状に形成されてしまう。また、底部において、特に、円形状を形成するのが難しいことがわかる。本実施の形態１のように、複数のテンプレートを用いることで、円形状に形成されない実加工パターンをも計測することができる。

図７は、出力される各種項目の一例を示す図である。
図７（ａ）では、テンプレートモデルとして、識別子「１」の円（楕円）テンプレートモデルでパターン認識した場合を示している。出力項目として、Ｍｏｄｅｌ（識別子）の値「１」、真円換算の直径として２ｒ（ｎｍ）、楕円の長径としてａ（ｎｍ）、楕円の短径としてｂ（ｎｍ）を示している。図７（ｂ）では、テンプレートモデルとして、識別子「２」の三角形テンプレートモデルでパターン認識した場合を示している。出力項目として、Ｍｏｄｅｌ（識別子）の値「２」、真円換算の直径として２ｒ（ｎｍ）、三角形の底辺としてａ（ｎｍ）、三角形の高さとしてｂ（ｎｍ）を示している。図７（ｃ）では、テンプレートモデルとして、識別子「３」の四角形テンプレートモデルでパターン認識した場合を示している。出力項目として、Ｍｏｄｅｌ（識別子）の値「３」、真円換算の直径として２ｒ（ｎｍ）、四角形の横としてａ（ｎｍ）、四角形の縦としてｂ（ｎｍ）を示している。

以上のように、真円に開口しないコンタクトホールの２次元寸法計測に対して、正確に計測を行うことができる。なお、コンタクトホールに限らずＤｏｔパターン等の２次元寸法計測に対しても、正確に計測を行うことができる。すなわち、本実施の形態１は、寸法を測定する走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）にてコンタクトホールおよびＤｏｔパターン等の２次元パターンの寸法計測を行う際に、真円以外で形成された形状に対して、複数のマッチングモデルを準備し、最適なものを使用することにより、より正確な寸法計測および形状判定を実行できるように新規機能を付加したものである。

また、前記出力項目のうち、テンプレートモデルのモデルＮｏを見ることにより、コンタクトホールの形状を知ることが可能である。言い換えれば、寸法計測時に選択したテンプレートの形状をデータとして残すことにより、２次元パターンの形状判定を可能とすることができる。真円換算の直径値は従来の計測値に比べて、より精度の高いものとなり、現状では不可能な崩れたパターンでも寸法計測が可能となる。また、円（または楕円）で近似できないような形状劣化パターンを計測しない場合は登録モデルを１個（円または楕円）にしておけばよい。

ここで、前記テンプレートモデルの記憶装置への登録は、ＳＥＭにて実際に得られる画像をテンプレートとして登録してもよい。テンプレートモデルを蓄積していくことで、次回以降のパターン認識をより確実にし、精度の高い寸法計測を行なうことができる。そして、モデルの大きさ、各辺の長さ、角度は、理想条件に近いほど望ましい。

本実施の形態では、荷電粒子線として、電子線を照射したが、イオン線を含む他の荷電粒子線を用いても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、基板１０５として、シリコン等の半導体基板に形成された酸化膜パターンを検出したが、これに限るものではなく、レジストパターン、金属パターン、酸化膜以外の絶縁物パターンを検出するようにしても構わない。

また、露光光源として、２４８ｎｍよりも短い波長のＡｒＦレーザーを用いた場合に、実加工ホールパターンが円形状となりにくいため、ＡｒＦレーザーを用いてリソグラフィー工程により形成されたパターンの検出に特に有効となるが、これに限らず、露光のためのエネルギー線として、ＫｒＦエキシマレーザー、電子線、Ｘ線、イオン線等を用いて形成されたパターンの検出に本実施の形態を用いても構わない。

実施の形態１におけるＣＤ−ＳＥＭ装置の構成を示す図である。 本実施の形態１におけるパターン検出に用いる被検出対象物としての基板１０５を製造する製造工程を示す断面図である。 実施の形態１におけるパターン検出方法を示すフローチャート図である。 円にて近似を行なう場合を説明するための図である。 従来と比較した閾値とパターン認識との関係を示す図である。 各ＳＥＭ画像に対し、パターン認識ができた例を示す図である。 出力される各種項目の一例を示す図である。 エッチングされたパターンの形状とパターン検出の可否を示す図である。

符号の説明

１００ ＣＤ−ＳＥＭ装置
１０１ 電子銃
１０２ コンデンサレンズ
１０３ 走査レンズ
１０４ 対物レンズ
１０５，２０１ 基板
１０６ ステージ
１０７ モータ
１０８ 検出器
１０９ 電子ビーム
１１０ 制御部
１１１ 画像データ取得部
１１２ エッジ検出部
１１３ 認識部
１１４ 計測部
１２１ 電子銃制御回路
１２２ コンデンサレンズ制御回路
１２３ 走査レンズ制御回路
１２４ 対物レンズ制御回路
１２５ 通信回路
１２６ モニタ
１２７ モータ制御回路
１２８ 記憶装置
１２９ キーボード（K／B）
２０２ 酸化膜（ＳｉＯ_２）
２０３ レジスト
２１０ ホールパターン

Claims (9)

1. 形状の異なる複数のテンプレートを記憶する記憶部と、
   被検出対象物上に形成された所定のパターンの画像を取得する画像データ取得部と、
   前記画像データ取得部により取得された所定のパターンの画像に基づいて、前記所定のパターンのエッジを検出するエッジ検出部と、
   前記エッジ検出部により検出された所定のパターンのエッジと前記記憶部により記憶された複数のテンプレートのうちの１つのテンプレートとをマッチングし、所定の相関値を満たす場合に、前記所定のパターンが前記所定の相関値を満たすテンプレート形状と認識する認識部と、
   前記認識部により認識されたテンプレート形状に基づいて、前記所定のパターンに関する所定の寸法値を出力する出力部と、
   を備えたことを特徴とするパターン検出装置。
2. 前記認識部は、マッチングしたテンプレートが所定の相関値を満たさない場合に、順次、前記記憶部により記憶された他のテンプレートと前記エッジ検出部により検出された所定のパターンのエッジとをマッチングすることを特徴とする請求項１記載のパターン検出装置。
3. 前記記憶部は、さらに、前記複数のテンプレートを識別する複数の識別子を記憶し、
   前記出力部は、さらに、前記記憶部により記憶された前記複数の識別子のうち、前記認識部により認識されたテンプレートを識別する識別子を出力することを特徴とする請求項１記載のパターン検出装置。
4. 前記所定のパターンは、ホールパターンとドットパターンとのいずれかであることを特徴とする請求項１記載のパターン検出装置。
5. 前記所定のパターンは、２４８ｎｍよりも短い波長の光源を用いたリソグラフィー工程により形成されたパターンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のパターン検出装置。
6. 前記所定のパターンの画像は、縦横０．７２〜１μｍとなるように取得されることを特徴とする請求項１記載のパターン検出装置。
7. 前記所定のパターンの画像は、９〜１１万倍の倍率となるように取得されることを特徴とする請求項１記載のパターン検出装置。
8. 前記所定のパターンの画像は、荷電粒子線応用装置により前記被検出対象物上に照射された荷電粒子線の２次荷電粒子線を検出することにより取得されることを特徴とする請求項１記載のパターン検出装置。
9. 形状の異なる複数のテンプレートと前記複数のテンプレートを識別する１からＭまでの値とを記憶装置に記憶する記憶工程と、
   被検出対象物上に形成された所定のパターンの画像を入力し、入力された所定のパターンの画像に基づいて、前記所定のパターンのエッジを検出するエッジ検出工程と、
   前記記憶装置により記憶された１からＭまでのいずれかの値Ｎのテンプレートと前記エッジ検出工程により検出された所定のパターンのエッジとをマッチングするマッチング工程と、
   前記マッチングの結果、所定の相関値に基づいて、前記所定のパターンがマッチングされたテンプレート形状と認識できるかどうかを判定する認識判定工程と、
   前記所定のパターンがマッチングされたテンプレート形状と認識できない場合に、値Ｎに１を加算して、前記マッチング工程に戻る加算工程と、
   前記所定のパターンがマッチングされたテンプレート形状と認識できる場合に、前記マッチングされたテンプレート形状に基づいて、前記所定のパターンに関する所定の寸法値を出力する出力工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン検出方法。