JP2007192594A - パターン画像取得方法およびパターン画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は、検出対象のパターンのパターン画像を取得するパターン画像取得方法およびパターン画像取得装置に関し、マスクなどの検出対象のパターンに対して回転させて平行とならないようにしてビームを走査しそのときの信号を検出してエッジ検出してパターン画像を取得し、迅速かつ安定かつ高精度にパターン画像を取得することを目的とする。
【構成】 検出対象のパターンと平行とならないようにビームの走査方向あるいは検出対象のパターンを回転させるステップと、検出対象のパターンと平行とならないようにビームの走査方向が回転された状態で、パターンを異なる位置で横切る複数本の走査を行ってラインプロファイルを取得するステップと、取得したラインプロファイルをもとにパターンのエッジ位置を検出するステップとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検出対象のパターンのパターン画像を取得するパターン画像取得方法およびパターン画像取得装置に関するものである。

従来、走査型電子顕微鏡を用いて細い電子線ビームを、マスクのパターンを横切るように異なる位置で複数の走査をしてそのときに取得した２次電子の複数本のラインプロファイルから当該パターンのエッジ位置をそれぞれ検出し、当該エッジ位置をもとにパターンの測長を行っていた。

このため、電子線ビームがマスクのパターンを横切る部分とほぼ平行となってしまう部分ではエッジ位置の検出精度が低下してしまうという問題があった。

また、電子線ビームがパターンを横切る部分がほぼ平行となってしまう部分について、直角方向に走査していたのでは、余分の時間が必要となり、迅速にエッジ位置の検出ができないという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決するため、マスクなどの検出対象のパターンに対して回転させて平行とならないようにしてビームを走査しそのときの信号を検出してエッジ検出してパターン画像を取得するようにしている。

本発明は、マスクなどの検出対象のパターンに対して回転させて平行とならないようにしてビームを走査しそのときの信号を検出してエッジ検出してパターン画像を取得することにより、迅速かつ安定かつ高精度にパターン画像を取得することが可能となる。

本発明は、マスクなどの検出対象のパターンに対して回転させて平行とならないようにしてビームを走査しそのときの信号を検出してエッジ検出してパターン画像を取得し、迅速かつ安定かつ高精度にパターン画像の取得を実現した。

図１は、本発明のシステム構成図を示す。
図１において、電子光学系１は、細く絞った電子線ビームなどの荷電粒子線ビームを試料５の表面に照射しつつ平面走査し、放出された２次電子、光、反射された反射電子、更に、吸収された電子を検出し、表示装置２０の画面上に試料５の拡大された画像を表示させるための公知のものである。

偏向系２は、細く絞った荷電粒子線ビームを試料５の表面に照射した状態で、Ｘ方向およびＹ方向に走査するための公知のものである。

検出器３は、細く絞った荷電粒子線ビームを試料５に照射しつつ平面走査したときに放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出する公知のものであって、２次電子検出器，反射電子検出器などである。

試料室４は、試料５を真空中に保持するものであって、図示外の排気系で真空排気される公知の部屋である。

試料５は、欠陥を検査する対象の試料などであって、例えばＬＳＩ作成時に、ウェハにパターンを転写するマスクなどである。

回転機構６は、試料５を任意の角度（例えば４５°など）に回転する機構である。
ステージ７は、回転機構６を介して試料５を搭載し、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に精密移動する機構である。尚、図示しないが、ステージ７（あるいは試料５）に反射鏡を取り付けて公知のレーザ干渉計で精密に位置測定を行い、所定の位置（座標）に移動するようにしている。

ＰＣ１１は、パソコンであって、プログラムに従い各種処理を実行するものであり、ここでは、位置合わせ手段１２、回転手段１３、測定手段１４、表示手段１６、設計データファイル１７、画像ファイル１８、測定結果ファイル１９、表示装置２０、および入力装置２１などから構成されるものである。

位置合わせ手段１２は、マスクと、設計データ上の該当パターンとの位置合わせを行うものである（図２から図４参照）。

回転手段１３は、パターンを走査するビームの方向を回転させるものである（図２から図４参照）。ビームの走査方向を回転させるように指示、あるいは回転機構６に試料５を回転させるように指示し、結果としてビームがパターンを走査する方向を回転させるものである。

測定手段１４は、パターンの寸法などを測定するものである（図２から図４参照）。
表示手段１６は、画像、パターン画像を表示したり、回転手段１３で回転させた角度だけ逆方向に回転させたパターン画像を表示したりなどするものである（図２から図４参照）。

設計データファイル１７は、マスクのパターンの設計データ（ＣＡＤデータ）を格納したものである。

画像ファイル１８は、マスクのパターンについて荷電粒子線ビームで走査して発生された２次電子などを検出して生成した画像を保存するものである。

測定結果ファイル１９は、測定結果を保存するものである。
表示装置２０は、画像、パターン画像などを表示するものである。

入力装置２１は、各種指示やデータを入力するものであって、マウスやキーボードなどである。

次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。
図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

図２において、Ｓ１は、設計データ上で、測定対象のパターンを指定する。これは、図１の設計データファイル１７に格納されている設計データ（ＣＡＤデータ）上の測定対象のパターン（領域）を指定する。

Ｓ２は、設計データとマスクの位置合わせを行う。これは、Ｓ１で指定された設計データ上の測定対象の領域（パターン）と、当該設計データをもとに描画されたマスク上のパターンとの位置合わせを行う（例えばマスク上の３つのアライメントマークをもとに両者の位置合わせを行う）。

Ｓ３は、走査幅変更か判別する。これは、パターンを後述するＳ５で例えば４５°傾けて走査するのでこのときにパターンのエッジ部分で同じ走査幅（走査間隔）となるようにライン走査の幅を変更するかなどを判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ４でスキャン幅を変更し、Ｓ５に進む。ＮＯの場合には、そのままＳ５に進む。

以上のＳ１からＳ４によって、通常（デフォルト）の走査幅で走査方向を後述するＳ５で例えば４５°回転させたときの走査幅を元（デフォルト）と同じあるいは回転後に走査幅が同じになるように走査幅の変更を行うことが可能となる。

Ｓ５は、４５°回転する。これは、１例として、走査方向をマスクのパターンに対して相対的に４５°回転する（図４の（ｂ）参照）。

Ｓ６は、画像取得し、メモリに格納する。これは、図４の（ａ）のマスク上のパターンに対して４５°回転した走査方向（図４の（ｂ））で当該マスクの画像を取得してメモリに格納する。

Ｓ７は、測定方向にエッジ検出する。これは。Ｓ６でメモリに格納した例えば図４の（ｂ）の画像を取り出して公知のエッジ検出（ラインプロファイルが例えば所定閾値を横切る点の座標に所定オフセットを加算した点をエッジとして検出）する。

Ｓ８は、直線近似する。これは、Ｓ７でパターンのエッジ検出した複数のエッジ座標について公知の直線近似し、当該パターンのエッジを検出する（図４の（ｃ）の直線近似参照）。

Ｓ９は、寸法測定する。これは、Ｓ８で直線近似して算出した当該直線の間の距離を測定して当該パターンの幅などを測定する。

Ｓ１０は、３σ算出する。これは、Ｓ８で直線近似した後の直線をもとに当該直線近似に用いた複数のエッジの座標について公知の偏差（３σ）を算出する、
Ｓ１１は、３σが所定値以下か判別する。ＹＥＳの場合には、３σが所定値以下でエッジ座標の偏差が小さく、測定結果が信頼できると判明したので、終了する。ＮＯの場合には、３σが所定値以上でエッジ座標の偏差が大きく、測定結果が信頼できないと判明したので、Ｓ１２で走査間隔を狭める、又は、角度（回転角度）を変更し、Ｓ６以降を繰り返す。これは、ライン走査の間隔を狭めて回転させてパターンを横切る数を増加させてエッジの測定精度を向上させて３σを所定値以下になるようにしたり、又は、走査方向の角度が最適範囲になかったので回転角度を変更（１０度変更、−１０度変更、更にだめなときは２０度変更、−２０度変更と繰り返す）して３σが所定値以下になるようにする。

以上によって、マスクのパターン上を走査方向が当初図４の（ａ）に示すように、パターンの１辺に平行であって、当該平行なパターンの端のエッジ座標の検出精度が悪い場合であっても、４５°走査方向を回転して図４の（ｂ）のようにして画像を取得してエッジ検出、更に、複数エッジ座標を直線近似して当該直線の間の距離を測定してパターンの幅の測定などを行うことにより、１回の複数の走査ラインによって画像を取得（複数のラインプロファイルからなる画像を取得）し、パターンが矩形であってもいずれの辺のエッジも迅速かつ精度良好かつ安定的に検出して測長することが可能となる。

図２において、Ｓ２１は、４５°回転した画像を表示する。これは、Ｓ５、Ｓ６で４５°回転した走査方向で画像を取得すると図４の（ｂ）の画像となるので、この図４の（ｂ）の画像を４５°逆回転させて元の角度に戻した図４の（ｃ）の画像を生成して表示装置２０に表示する。

Ｓ２２は、寸法表示する。これは、Ｓ２１で図４の（ｃ）のように表示した画像上で、Ｓ９で算出したパターンの幅、長さなどの寸法を表示する。

以上のＳ２１、Ｓ２２によって、走査線の走査方向は例えば４５°回転させて図４の（ｂ）の画像を取得してエッジ検出、直線近似、パターンの測長を行った後、４５°逆回転させて図４の（ｃ）のように表示することで、元の図４の（ａ）のパターン（マスク上のパターン）と同じ回転角度となり、図４の（ｃ）と同じ画面上に、設計データ上のパターン（マスク上のパターンと同一向き）を併せて表示して両者の寸法の照合が極めて容易となる。

図３は、本発明の説明図（その１）を示す。
図３の（ａ）は、回転角度０°で矩形の１辺に平行となる近傍の走査線の例を示す。これは、マスク上の矩形のパターンの１辺に、回転角度０°（平行）で細く絞った電子線ビームを走査してそのときに放出された２次電子画像（ラインプロファイル）を検出する様子を示す。走査Ａは矩形のパターンのほぼ辺上を走査する様子を示す。走査Ｂは矩形のパターンの内部を走査する様子を示す。

図３の（ｂ）は、走査Ａのラインプロファイルの例を示す。図３の（ａ）の走査Ａでは、矩形のパターンの１辺に平行に当該辺上を走査するために、ビーム（電子線ビーム）が矩形の辺の端面に半分位掛かっている状態の例を示し、信号強度が変化して綺麗な波形が得られない様子を示す。このラインプロファイルからは、パターンの端（エッジ）の検出に誤差が生じて精密に算出できない。

図３の（ｃ）は、走査Ｂのラインプロファイルの例を示す。図３の（ａ）の走査Ｂでは、矩形のパターンの１辺に平行に当該パターンの内部を走査するために、ビーム（電子線ビーム）が安定して図示のように得られる様子を示す。このラインプロファイルからは、パターンの端（エッジ）の検出は、安定かつ精密に算出できる。

以上のように、図３の（ａ）の測定対象の矩形のパターンの１辺に平行にビームを走査したのでは、その辺とほぼ一緒になる走査線のときにラインプロファイルが不安定となり、パターンのエッジ検出が不安定かつ不正確となるため、直角方向に走査を行って当該辺のエッジ座標を検出する必要が生じてしまい、余分の時間が必要となり、スループットが低下してしまうという欠点がある。そのため、本実施例では、図３の（ｄ）に示すように、走査方向を例えば４５°回転させて走査することで、走査線がパターンの辺上を平行に走査することを無くし、１回（複数本の１回）の走査でパターンのエッジ検出を安定かつ高精度に実現するようにしている。

図３の（ｄ）は、パターンに対して、ビーム（電子、イオン、光）の走査方向を回転させて走査する様子を示す。パターンの辺に対して回転させて（傾けて）ビームを走査して画像（ラインプロファイル）を取得するために、ビームの走査方向とパターンの辺とが平行かつほぼ同じ位置にくることがなく、１回の走査でパターンのエッジを安定かつ高精度に検出することが可能となる。

図４は、本発明の説明図（その２）を示す。
図４の（ａ）は、パターンと回転角度０°のときの走査線の方向の例を示す。

図４の（ｂ）は、パターンと回転角度４５°のときの走査線（点線）の方向の例を示す。

図４の（ｃ）は、図４の（ｂ）の回転角度４５°で取得した画像を、回転角度４５°だけ戻して元の状態（図４の（ａ））にして表示した例を示す。これは、走査線を４５°回転させて図４の（ｂ）のような画像を取得し、当該画像上でエッジ座標を安定かつ高精度に算出し、算出したエッジ座標、更に当該複数のエッジ座標を直線近似して生成したパターンのアウトライン（輪郭線）を回転角度４５°戻した状態で表示したものである。図示のように、戻した状態でエッジ座標、パターンのアウトラインを表示することにより、図４の（ａ）の測定対象のパターンに対応する図示外の設計データのパターンとの照合（幅Ｘ０，幅Ｙ０などの一致、不一致のときはその差など）が容易に可能となる便利な機能である。

本発明は、マスクなどの検出対象のパターンに対して回転させて平行とならないようにしてビームを走査しそのときの信号を検出してエッジ検出してパターン画像を取得し、迅速かつ安定かつ高精度にパターン画像を取得するパターン画像取得方法およびパターン画像取得装置に関するものである。

本発明のシステム構成図である。 本発明の動作説明フローチャートである。 本発明の説明図（その１）である。 本発明の説明図（その２）である。

符号の説明

１：電子光学系
２：偏向系
３：検出器
４：試料室
５：試料
６：回転機構
７：ステージ
１１：ＰＣ（パソコン）
１２：位置合わせ手段
１３：回転手段
１４：測定手段
１６：表示手段
１７：設計データファイル
１８：画像ファイル
１９：測定結果ファイル
２０：表示装置
２１：入力装置

Claims (8)

1. 検出対象のパターンのパターン画像を取得するパターン画像取得方法において、
   検出対象のパターンと平行とならないようにビームの走査方向あるいは検出対象のパターンを回転させるステップと、
   前記検出対象のパターンと平行とならないようにビームの走査方向が回転された状態で、当該パターンを異なる位置で横切る複数本の走査を行ってラインプロファイルを取得するステップと、
   前記取得したラインプロファイルをもとに前記パターンのエッジ位置を検出するステップと
   を有するパターン画像取得方法。
2. 前記検出したパターンのエッジ位置をもとに当該パターンの輪郭線を算出するステップを有することを特徴とする請求項１記載のパターン画像取得方法。
3. 前記回転として、前記ビームの走査方向を回転あるいは前記検出対象のパターンを回転させることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載のパターン画像取得方法。
4. 前記回転として、ビームがパターンとの平行から１０度以上回転させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のパターン画像取得方法。
5. 前記算出したパターンの輪郭線の画像について、逆方向に同じ角度だけ回転させて表示することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のパターン画像取得方法。
6. 前記検出したパターンのエッジ位置あるいは前記輪郭線をもとに当該パターンの測長を行うことを特徴とする請求項１から請求項５記載のパターン画像取得方法。
7. 前記回転させたときに、当該回転によってビームがパターンを横切る間隔がほぼ等しくなるように当該ビームの走査間隔を調整することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のパターン画像取得方法。
8. 検出対象のパターンのパターン画像を取得するパターン画像取得装置において、
   検出対象のパターンと平行とならないようにビームの走査方向あるいは検出対象のパターンを回転させる手段と、
   前記検出対象のパターンと平行とならないようにビームの走査方向が回転された状態で、当該パターンを異なる位置で横切る複数本の走査を行ってラインプロファイルを取得する手段と、
   前記取得したラインプロファイルをもとに前記パターンのエッジ位置を検出する手段と
   を備えたことを特徴とするパターン画像取得装置。

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