JP2013092440A - パターン測定装置及びパターン測定方法 - Google Patents

パターン測定装置及びパターン測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パターンの線幅を精度よく測定できるパターン測定装置及びパターン測定方法を提供する。
【解決手段】試料の設計データ３０を参照して、設計データ３０上のパターンのエッジの段差がない部分に測定領域３５を設定するとともに、その設計データ３０から特徴部としてエッジ３６ｃ、３６ｄを検出する。また、二次電子像４０から、設計データ３０の特徴部に対応する特徴部としてエッジ４６ｃ、４６ｄを検出する。そして、設計データ３０のエッジ３６ｃ、３６ｄと、二次電子像のエッジ４６ｃ、４６ｄとの位置関係に基づいて測定領域３５を二次電子像４０上に位置合わせして配置する。このようにして配置された測定領域４５内のエッジ間の距離に基づいてパターンの幅を測定する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、パターン測定装置及びパターン測定方法に関し、特に電子ビームを試料表面に照射してパターンの測定を行うパターン測定装置及びパターン測定方法に関する。
近年の半導体装置の微細化に伴い、半導体装置の露光プロセスには、光による近接効果を考慮したＯＰＣ（Optical Proximity effect Correction；光近接効果補正）マスクが用いられている。このＯＰＣマスクには高い精度が求められることから、実際に作製されたＯＰＣマスクが設計通りの線幅を有するか否かを確認するための測定が行われる。
従来、パターンの線幅は、パターンの二次電子像を参照しながら、このパターンと交差するように、ＲＯＩ（Region of Interest）と呼ばれる矩形状の測定領域を設定し、その測定領域内でパターンのエッジ間の距離を測定して求める。この測定領域内にパターンの角部が含まれると正確な線幅の測定を行えないことから、測定領域はパターンの直線部分を選んで設定される。
ところで、ＯＰＣマスクのパターンは、設計データ上では複数の小さなパターン（ブロック）をつなげて形成しているため、これらのパターンの繋ぎ目の部分で段部が生じる。そのため、二次電子像上では直線状に見える部分でも、設計データ上では小さな段部が形成されている場合がある。したがって、二次電子像のみに基づいて直線状の部分を探して測定領域を設定するだけでは、正確な線幅の測定が行えない。
特開２０１１−１６９８３５号公報
そこで、パターンの線幅を精度よく測定できるパターン測定装置及びパターン測定方法を提供することを目的とする。
一観点によれば、電子ビームを試料の表面に照射する電子ビーム照射部と、前記試料の表面で発生した二次電子を検出する検出器と、前記検出器の検出信号に基づいて前記試料表面の二次電子像を生成する信号処理部と、前記試料の設計データを参照して、前記設計データ上に測定領域を設定する測定領域設定部と、前記設計データの特徴部を検出する第１の検出部と、前記二次電子像の特徴部を検出する第２の検出部と、前記設計データの特徴部と前記二次電子像の特徴部との位置関係に基づいて、前記設計データ上の測定領域を前記二次電子像上に位置決めして配置するアライメント部と、前記二次電子像の測定領域内のパターンのエッジの位置に基づいてパターンの幅を測定する測定部と、を備えるパターン測定装置が提供される。
また、別の一観点によれば、二次電子像に測定領域を設定し、該測定領域内のパターンのエッジの位置から前記パターンの線幅を求めるパターン測定方法であって、前記二次電子像の視野に対応する設計データ上に測定領域を設定するステップと、前記設計データの特徴部を検出するステップと、前記二次電子像の特徴部を検出するステップと、前記設計データの特徴部と前記二次電子像の特徴部との位置関係に基づいて、前記設計データ上の測定領域を前記二次電子像上に位置決めして配置するステップと、を有するパターン測定方法が提供される。
上記観点によれば、設計データを参照して測定領域を設定し、その測定領域を設計データ上の特徴部と二次電子像上の特徴部との位置関係に基づいて二次電子像上に位置決めして配置する。これにより、設計データに基づいて設定した測定領域を、二次電子像上で設計データと同じ位置に配置できるので、パターンの線幅をより正確に測定できる。
図１（ａ）は、二次電子像に基づく測定領域の設定例を示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に対応する部分の設計データを示す図である。 図２は、第１実施形態に係るパターン測定装置のブロック図である。 図３は、図２のパターン測定装置を用いたパターン測定方法を示すフローチャートである。 図４（ａ）は、第１実施形態に係る設計データ上での測定領域の設定方法を示すフローチャートであり、図４（ｂ）は図４（ａ）の方法で設計データ上に設定された測定領域の一例を示す図である。 図５は、設計データ上で設定された測定領域を位置決めせずに二次電子像上に配置した例を示す図である。 図６は、第１実施形態に係るパターン測定方法において、設計データ上の特徴部の検出方法を示すフローチャートである。 図７（ａ）は、第１実施形態において、設計データからエッジを特徴部として検出した例を示す図であり、図７（ｂ）は、第１位実施形態において、設計データから角部を特徴部として検出した例を示す図である。 図８（ａ）は、第１実施形態において二次電子像からエッジを特徴部として検出した例を示す図であり、図８（ｂ）は第１実施形態において二次電子像からエッジの変曲点を特徴部として検出した例を示す図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る変曲点の検出方法を示す図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係るパターン測定方法において、２つの特徴部を用いて測定領域を二次電子像上に位置決めする方法を示す図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係るパターン測定方法において１つの特徴部を用いて測定領域を二次電子像上に位置決めする方法を示す図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、測定領域の長さ調整を行わない場合の問題を説明する図である。 図１３（ａ）は、第１実施形態に係るパターン測定方法での測定領域のサイズの調整方法を示すフローチャートであり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の方法で測定領域のサイズを調整した例を示す図である。 図１４は、第２実施形態に係るパターン測定装置を示すブロック図である。 図１５は、設計データの一例を示す図である。 図１６は、第２実施形態に係る測定対象の指定方法を示すフローチャートである。 図１７（ａ）は、第２実施形態に係るパターン測定装置の測定対象指定部による設計データの各ブロックの数を幅及び長さ毎に集計した結果を示す表であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の表に基づいて長さ０．１μｍのパターンが選択された場合に測定対象となるブロックを示す図である。 図１８は、段部付近での設計データ及び実際のパターンのエッジを示す図である。 図１９は、第３実施形態に係るパターン測定方法における、測定対象の指定方法を示すフローチャートである。 図２０（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態における測定対象の指定方法を示す図である。
実施形態の説明に先立って、基礎となる予備的事項について説明する。
図１（ａ）は、二次電子像に基づく測定領域の設定例を示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に対応する部分の設計データに基づく図である。
図１（ａ）の二次電子像では、その視野内にパターン８１ａ、８１ｂとスペース８２とが形成されており、それらの境界部分には、他の部分よりも輝度が高いホワイトバンドと呼ばれる帯状のエッジ８４ａ、８４ｂが現れる。
図の中央付近のスペース８２の幅を測定する場合には、パターン８１ａ、８１ｂのエッジ８４ａ、８４ｂを含むように、ＲＯＩ（Region Of Interest）と呼ばれる矩形状の測定領域８５を設定する。次に、測定領域８５内で、幅方向（Ｙ方向）に延在するラインに沿った二次電子像の輝度値の分布であるラインプロファイルを求める。そして、スペース８２の幅を、このラインプロファイルの輝度値の極大値間の距離を測定することで求める。
ところで、ＯＰＣマスクのパターンは、設計データ上では、小さなパターン（ブロック）８２ａ、８２ｂ（又は８２ｃ、８２ｄ）をつなげて形成されるため、ブロックの繋ぎ目の部分で段部が生じる場合がある。そのため、二次電子像では直線状に見える部分であっても、図１（ｂ）ように、設計データを参照すると、小さな段部８８が形成されている場合がある。
本願発明者らの調査では、設計データにおいて、大きさが数ｎｍ程度の段部は、二次電子像では検出できず、二次電子像のみに基づいて測定する場合には設計データの段部８８を避けることは困難であることが判明した。そのため、測定領域内に段部が含まれてしまい、線幅の測定を正確に行うことができない。
本願発明者らは、以上の知見に基づいて、下記の実施形態を着想するに至った。
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係るパターン測定装置のブロック図である。
図２に示すように、本実施形態に係るパターン測定装置１００は、試料８を収容するチャンバー２と、試料８に電子ビームを照射する電子走査部１と、電子走査部１及びチャンバー２の制御並びにデータ処理を行う制御部１０とを備える。
チャンバー２には、支持体７ａを上部に備えたステージ７が設けられており、その支持体７ａ上にはウェハやフォトマスクなどの試料８が保持される。ステージ７は、その位置をレーザー干渉計７ｂで測定しつつ、駆動部７ｃによって駆動することで、試料８を所定の位置に移動させる。また、試料８の表面には位置決めマークが形成されており、その位置決めマークを観察することで試料８の位置座標が決定される。
電子走査部１の電子銃３からは電子ビーム３ａが放出され、その電子ビーム３ａはコンデンサレンズ４で収束された後、偏向コイル５で走査されつつ、対物レンズ６を経て試料８の表面に照射される。電子ビーム３ａの照射によって試料８の表面から放出された二次電子は検出器９によって検出されて電気信号に変換される。
制御部１０は、上記の電子走査部１及びチャンバー２の各部に制御信号を出力する。
また、制御部１０は、信号処理部１１と、設計データ処理部１２と、二次電子像処理部１３とを備える。このうち、信号処置部１１は、検出器９からのアナログ信号をデジタル信号に変換し、電子ビームの照射位置毎の二次電子の検出量を輝度で表した二次電子像を生成する。
設計データ処理部１２は、測定領域設定部１４及び第１の検出部１５を備える。測定領域設定部１４では、二次電子像の視野に対応する部分の設計データを抽出し、抽出した設計データのパターンの段部や角部のない部分に矩形状の測定領域を設定する。また、第１の検出部１５は、設計データのパターンから、測定領域を位置決めするための特徴部を検出する。この特徴部としては、パターンのエッジや角部が検出される。
二次電子像処理部１３は、第２の検出部１６とアライメント部１７とサイズ調整部１８と測定部１９とにより二次電子像を処理して試料８のパターンの測長を行う。このうち、第２の検出部１６は、二次電子像のパターンから、測定領域の位置決めのための特徴部を検出する。この特徴部としては、パターンのエッジや、エッジの変曲点が検出される。
また、アライメント部１７は、二次電子像上の特徴部と設計データ上の特徴部との位置関係に基づいて、設計データ上の測定領域を二次電子像上で位置決めして配置する。さらに、サイズ調整部１８は、アライメント部１７が配置した測定領域に二次電子像上のパターンの角部付近の湾曲部分が含まれる場合には、その湾曲部分を測定領域から除くべく測定領域のサイズを調整する。
測定部１９は、二次電子像上に配置された測定領域のラインプロファイルを求め、そのラインプロファイルの輝度の極大値間の距離をパターンの線幅として測定する。
また、上記の制御部１０には表示部２０及び入力部２１が接続されている。表示部２０では二次電子像等が表示される。また入力部２１からは測定条件等の入力が行われる。
以下、パターン測定装置１００を用いたパターン測定方法について説明する。
図３は、本実施形態に係るパターン測定方法を示すフローチャートである。
まず、図３のステップＳ１０において、パターン測定装置１００（図２参照）により試料８の表面の二次電子像を取得する。
次に、ステップＳ２０において、設計データ処理部１２の測定領域設定部１４（図２参照）が設計データを参照して、パターンの段部や角部のない部分に測定領域を設定する。
図４（ａ）は、本実施形態に係る測定領域設定部１４による測定領域の設定方法を示すフローチャートであり、図４（ｂ）は図４（ａ）の方法で設定された測定領域の一例を示す図である。
まず、図４（ａ）のステップＳ２１において、測定領域設定部１４は二次電子像の視野に対応する部分の設計データを抽出する。ここでは、図４（ｂ）に示すような設計データ３０が抽出されるものとする。なお、設計データ３０では、パターン及びスペースが矩形状の複数のブロック３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｅを繋げて形成されており、それらのブロックの繋ぎ目には段部３７ａ、３７ｂがある。ここで抽出された設計データ３０は、表示部２０の表示画面に表示される。
次いで、図４（ａ）のステップＳ２２において、測定領域設定部１４は測定領域３５を配置すべき測定対象（ブロック）を指定する。
ここでは、操作者が、表示部２０に表示された図４（ｂ）の設計データ３０に基づいて、設計データ３０上の何れかの部分を選択すると、測定領域設定部１４がいずれのブロックが選択されたかを検出する。そして、検出したブロックを測定対象とする。
図４（ｂ）では、ブロック３２ｂが測定対象となるブロックに指定されたものとする。
次に、図４（ａ）のステップＳ２３において、測定領域設定部１４は測定対象となるブロックの中心に、測定領域の中心を設定する。例えば、図４（ｂ）の場合には、ブロック３２ｂの中心の座標が測定領域３５の中心３５ａの座標に設定される。
次に、図４（ａ）のステップＳ２４において、測定領域設定部１４は測定領域３５の幅及び長さを設定する。
ここでは、図４（ｂ）に示すように、測定領域設定部１４は、測定対象となるブロック３２ｂの２つのエッジ３３ａ、３３ｂを検出し、それらのエッジ３３ａ、３３ｂと直交する方向（図のＹ方向）を測定領域３５の幅方向とし、エッジ３３ａ、３３ｂに平行な方向（図のＸ方向）を測定領域３５の長さ方向とする。
次に、測定領域設定部１４は、エッジ３３ａ、３３ｂの間隔Ｗ2を求め、その間隔Ｗ2よりも大きい幅Ｗ1を測定領域３５の幅とする。幅Ｗ1は、例えばブロック３２ｂの幅Ｗ2の１．５倍程度とすればよい。
次いで、測定領域設定部１４は、ブロック３２ｂの長さＬ2を求め、その長さＬ2よりも小さい長さＬ1を測定領域３５の長さに設定する。ここでは、長さＬ1は、例えばブロック３２ｂの長さＬ2の０．９倍以下とすればよい。このように、測定領域３５の中心をブロック３２ｂの中心と一致させ、且つ測定領域３５の長さＬ1をブロック３２ｂの長さＬ2よりも小さくすることで、測定領域３５をパターンの段部３７ａ、３７ｂや角部３８ａ、３８ｂのない部分に設定できる。
以上により、設計データ３０への測定領域３５の設定が完了する。
ところで、設計データ３０に設定された測定領域３５をそのまま二次電子像上に配置する場合には以下のような問題が生ずる。
図５は、設計データ上で設定された測定領域を二次電子像上に配置する場合の問題点を示す図である。図５において、一点鎖線で示す部分は、設計データ３０上で意図していた測定領域３５の設置位置であり、実線で示す部分は設計データ３０の測定領域３５の座標をそのまま用いて二次電子像４０に配置した測定領域４５の位置を示す。
図５に示すように、設計データ３０上で設定した測定領域３５を、位置決めせずに二次電子像４０上に配置すると、二次電子像４０の測定領域４５の位置が設計データ３０で意図していた測定領域３５の位置と異なってしまう。このような測定領域３５と測定領域４５との位置ずれは、パターン測定装置１００のレーザー干渉計７ｂによるステージ７の位置の検出の誤差等によって発生するものと考えられる。
そのため、測定領域３５を位置決めせずに二次電子像４０に配置しても、段部や角部を含まない部分に測定領域４５を配置できるとは限らない。
そこで、本実施形態のパターン測定方法では、図３のステップＳ３０〜ステップＳ５０において、測定領域の位置決めを行う。
まず、ステップＳ３０において、設計データ処理部１２の第１の検出部１５（図２参照）が、設計データのパターンの特徴部を検出する。この特徴部は、測定領域を二次電子像上に位置決めするための目印であり、ここでは設計データ上のパターンのエッジ又は角部を特徴部として検出する。
以下、特徴部の検出方法について具体的に説明する。
図６は、本実施形態に係る第１の検出部１５における設計データ上の特徴部の検出方法を示すフローチャートである。また、図７（ａ）は、設計データ上のパターンのエッジを特徴部として検出した例を示す図であり、図７（ｂ）は設計データ上のパターンの角部を変曲点として検出した例を示す図である。
まず、図６のステップＳ３１において、設計データ処理部１２の第１の検出部１５が、設計データのパターンを参照して、測定領域の幅方向に延在するエッジのうち、所定長さ以上のものを検出する。ここでは、例えば長さが２５ｎｍ以上のエッジを検出するものとする。
例えば、図７（ａ）の設計データ３０の場合には、第１の検出部１５は測定領域３５の幅方向（Ｙ方向）に延在するエッジ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを特徴部として検出する。このような設計データ上で幅方向に延在する２５ｎｍ以上の長さのエッジ３６ａ〜３６ｄは、二次電子像上で対応するエッジの検出が容易であるとともにエッジの長さ（図７（ａ）のＸ方向）方向の位置を正確に求めることができる。そのため、エッジ３６ａ〜３６ｄは、測定領域３５の長さ方向の位置決めのための特徴部として好適である。
一方、段部３７ａ、３７ｂのエッジのように、長さが２５ｎｍ未満のエッジは、二次電子像上で対応するエッジを確実に検出できないおそれがある。そのため、段部３７ａ、３７ｂのエッジは、ステップＳ３１での検出対象からは除外される。
次に、図６のステップＳ３２において、第１の検出部１５がステップＳ３１でエッジが検出されたか否かを判断する。エッジが検出されたと判断された場合（ＹＥＳ）には、設計データの特徴部の検出処理を終了する。
一方、パターンによっては、ステップＳ３１においてエッジが検出されない場合もある。このような場合には、ステップＳ３２においてＮＯと判断され、次のステップＳ３３に移行する。
ステップＳ３３では、第１の検出部１５は所定の大きさ以上の段部の角部を特徴部として検出する。ここでは、例えば５ｎｍ以上の段部の角部を特徴部として検出するものとする。
図７（ｂ）に示す設計データ３０では、第１の検出部１５によりパターン３１の角部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄが検出される。ただし、段部３７ａ、３７ｂのような５ｎｍ以下の小さな段部の角部は、二次電子像上で対応する特徴部を確実に検出できない。そのため、段部３７ａ、３７ｂの角部は、ステップＳ３３の検出対象から除外される。
以上により、設計データからの特徴部の検出が完了する。
次に、図３のステップＳ４０において、二次電子像処理部１３の第２の検出部１６（図２参照）が二次電子像のパターンの特徴部を検出する。
図８（ａ）は、二次電子像上のエッジを特徴部として検出した例を示す図であり、図８（ｂ）は、二次電子像上の変曲点を特徴部として検出した例を示す図である。
設計データ３０のパターンのエッジが特徴部として検出された場合には、図８（ａ）に示すように、第２の検出部１６は二次電子像４０のパターン４１ａ、４１ｂの幅方向に延在するエッジ４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄを特徴部として検出する。
また、設計データ３０のパターンの角部が特徴部として検出された場合には、図８（ｂ）に示すように、第２の検出部１６は二次電子像４０のパターン４１ａ、４１ｂのエッジが曲がり始める変曲点４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄを特徴部として検出する。
なお、変曲点は以下の方法で検出できる。
図９（ａ）は、エッジの角度に基づいて変曲点を検出する方法を示す図であり、図９（ｂ）はエッジ位置の幅方向への変化量に基づいて変曲点を検出する方法を示す図である。なお、図９（ａ）、図９（ｂ）は、図８（ｂ）の破線Ｎに囲まれた部分に対応している。
図９（ａ）に示すように、第２の検出部１６は、Ｘ方向に一定ピクセル毎にパターンのエッジと重なる点４３を配置する。次に、隣接する点４３間を結ぶ線分４４を引き、それらの線分と長さ方向（Ｘ方向）に延在するライン４４ａとの成す角度θをそれぞれ求める。そして、角度θが所定の基準値を超える線分４４に隣接す点４３を、変曲点４８ａとして検出する。
また、変曲点は、図９（ｂ）に示すようにエッジの幅方向への変化量に基づいて検出してもよい。
この場合にも、第２の検出部１６は、Ｘ方向に一定のピクセル毎にパターンのエッジと重なる点４３を配置する。次に、各点４３間の幅方向（Ｙ方向）の変化量ΔＹをそれぞれ求める。そして、変化量ΔＹが所定の基準値を超える点４３を変曲点４８ａとして検出する。
以上のようにして、第２の検出部１６による二次電子像のパターンの特徴部の検出が完了する。
次に、図３のステップＳ５０において、二次電子像処理部１３のアライメント部１７（図２参照）が、設計データのパターンの特徴部と二次電子像のパターンの特徴部との位置関係に基づいて、測定領域を二次電子像上に位置決めして配置する。
以下、測定領域の位置決めについて具体的に説明する。
図１０（ａ）は、設計データ３０上での特徴部３６ｃ、３６ｄと測定領域３５との位置を示す図であり、図１０（ｂ）は、アライメント部１７による二次電子像上への測定領域の位置決め方法を説明する図である。
まず、アライメント部１７は、図１０（ａ）に示すように、設計データ３０を参照して、測定領域の長さ方向（Ｘ方向）に離れた２つの特徴部を抽出する。ここでは、特徴部として２つのエッジ３６ｃ、３６ｄを抽出するものとする。
次に、アライメント部１７は、２つのエッジ３６ｃ、３６ｄ間の長さ方向（Ｘ方向）の距離Ａを求める。また、アライメント部１７は、一方のエッジ３６ｃと測定領域３５の中心３５ａとの間の長さ方向（Ｘ方向）の距離Ｂを求める。そして、距離Ａと距離Ｂとの比Ｂ／Ａを求める。
次に、アライメント部１７は、図１０（ｂ）のように、二次電子像４０を参照して、設計データ３０のパターンの特徴部に対応する２つの特徴部であるエッジ４６ｃ、４６ｄを抽出する。
続いて、アライメント部１７は、エッジ４６ｃ、４６ｄ間の距離Ｃを求める。そして、配置すべき測定領域４５の中心４５ａとエッジ４６ｃとの距離Ｄを、Ｂ／Ａ＝Ｄ／Ｃの関係式を満たすように定める。このようにして求めた距離Ｄを、エッジ４６ｃのＸ座標に加算することで、二次電子像での測定領域４５の中心のＸ方向の位置座標が求まる。これにより、測定領域４５の長さ方向（Ｘ方向）の位置決めが完了する。
なお、上記の説明では、距離Ａと距離Ｂの比及び距離Ｃと距離Ｄの比に着目して位置決めしたが、下記に説明するように距離Ａと距離Ｃとのオフセット量に着目して位置決めしてもよい。
すなわち、設計データ上のエッジ間の距離Ａ（図１０（ａ）参照）と二次電子像上のエッジ間の距離Ｃ（図１０（ｂ）参照）とに差がある場合について考える。この場合には、まず距離Ｃから距離Ａを差し引いて両者のオフセット量（Ｃ−Ａ）を求める。次に、二次電子像上の距離Ｄ（図１０（ｂ）参照）を、（Ｃ−Ａ）÷２＋Ｂとして求める。そして、このようにして求めた距離Ｄをエッジ４６ｃのＸ座標に加算して、二次電子像での測定領域４５の中心のＸ座標を求める。
なお、測定領域４５の位置が幅方向にずれていても測定結果に誤差は生じないため、本実施形態では測定領域４５の幅方向（Ｙ方向）の位置決めは行わず、設計データ３０の測定領域３５の中心３５ａのＹ座標をそのまま用いる。
その後、アライメント部１７は、中心４５ａを中心とし、幅及び長さが測定領域３５と同じ大きさの矩形状の領域を測定領域４５として配置する。
これにより、測定領域４５の位置決め及び配置が完了する。
上記のように、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す方法では、測定領域３５の長さ方向に離れた２つの特徴部の位置関係に基づいて測定領域４５の位置決めを行う。そのため、設計データ３０と二次電子像４０との間の位置ずれ及び倍率のずれがある場合であっても、精度よく測定領域４５を位置決めして配置できる。
なお、パターンの形状によっては、設計データ及び二次電子像において１つの特徴部しか検出できない場合がある。この場合には、以下の方法で位置決めを行うものとする。
図１１（ａ）は、設計データ３０上での特徴部３６ｃと測定領域３５との位置を示す図であり、図１１（ｂ）は、アライメント部１７における１つの特徴部を用いて測定領域の位置決めを行う方法を示す図である。
図１１（ａ）に示すように、ここでは設計データ３０においてエッジ３６ｃを特徴部として位置決めを行う場合を例に説明する。この場合には、アライメント部１７は、測定領域３５の中心３５ａとエッジ３６ｃとの長さ方向（Ｘ方向）の距離Ｅを求める。
次に、図１１（ｂ）に示すように、アライメント部１７は、二次電子像４０を参照して、設計データ３０の特徴部（エッジ３６ｃ）に対応する特徴部であるエッジ４６ｃを抽出する。
続いて、アライメント部１７は、二次電子像４０上での測定領域４５の中心４５ａの長さ方向（Ｘ方向）の位置座標を、エッジ４６ｃの長さ方向（Ｘ方向）の座標に距離Ｅを加算して求める。
なお、測定領域４５の中心４５ａの幅方向（Ｙ方向）の位置座標は、設計データ３０の測定領域３５の中心３５ａの幅方向（Ｙ方向）の位置座標と同じとする。
以上の方法によれば、特徴部が１つしか検出できない場合であっても位置決めを行うことができる。
以上により、ステップＳ５０（図３参照）におけるアライメント部１７による二次電子像上への測定領域の位置決め及び配置が完了する。
なお、以上の説明ではエッジを特徴部とした場合を例に説明したが、パターンの角部及び変曲点を特徴部とする場合であっても同様の方法で測定領域４５の位置決めを行うことができる。
以上のステップＳ５０で二次電子像上に配置される測定領域のサイズは、設計データ上で設定された測定領域と同じサイズである。そのため、測定領域のサイズによっては下記のような問題が生じる。
図１２（ａ）は、設計データ上の測定領域の一例を示す図であり、図１２（ｂ）は二次電子像上の測定領域を図１２（ａ）で設定された測定領域と同じサイズとした例を示す図である。
図１２（ａ）に示すように、設計データ３０上の設計領域３５は、パターン３１の角部３９ａ、３９ｂを含まないように配置されている。
ところが、図１２（ｂ）の二次電子像４０に示すように、設計データ３０に基づいて実際のパターン４１を作製すると、角部４９ａ、４９ｂが曲率を帯びる。そのため、測定領域３５が大きすぎる場合又は、角部４９ａ、４９ｂの曲率が大きい場合には、測定領域４５にパターンの角部４９ａ、４９ｂの丸みを帯びた部分が含まれてしまい、スペース４２の幅が実際よりも大きく測定されるなどして、測定精度が低下する。
そこで、上記の問題を防ぐために、本実施形態では、図３のステップＳ６０において、二次電子像処理部１２のサイズ調整部１８（図２参照）により測定領域のサイズ（長さ）を調整する。
図１３（ａ）は、本実施形態に係るサイズ調整部１８における測定領域のサイズ調整方法を示すフローチャートであり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の方法で測定領域のサイズを調整した例を示す図である。
まず、図１３（ａ）のステップＳ６１において、サイズ調整部１８は二次電子像を参照して測定領域の周辺の角部の変曲点を検出する。例えば、図１３（ｂ）の二次電子像４０の場合には、角部４９ａ、４９ｂの変曲点が検出される。なお、変曲点は、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照しつつ説明した方法で検出する。
次に、図１３（ａ）のステップＳ６２において、サイズ調整部１８は、二次電子像上の測定領域内に変曲点が含まれるか否かを調べる。ステップＳ６２において、測定領域内に変曲点が含まれないと判断された場合には（ＮＯ）、測定領域のサイズの調整を行わずに処理を終了する。
一方、ステップＳ６２において、測定領域内に変曲点が含まれる場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ６３に移行して測定領域のサイズ調整を行う。図１３（ｂ）の場合には、測定領域４５内に２つの角部４９ａ、４９ｂの変曲点が含まれるため、ステップＳ６２においてＹＥＳと判定される。
次に、図１３（ａ）のステップＳ６３において、サイズ調整部１８は、測定領域の中心に最も近い変曲点までの長さ方向の距離を求める。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、測定領域４５の中心４５ａに最も近い変曲点までの長さ方向（図中のＹ方向）の距離Ｌａを求める。
次に、図１３（ａ）のステップＳ６４において、サイズ調整部１８は測定領域の長さを、測定領域の中心から変曲点までの長さ方向の距離の２倍またはそれ以下に設定する。例えば、図１３（ｂ）のように、測定領域４５の長さ（Ｙ方向の長さ）を測定領域４５の中心４５ａから角部４９ａ（又は角部４９ｂ）の変曲点までの距離の２×Ｌａとする。
これにより、測定領域４５から角部４９ａ、４９ｂの曲率を帯びた部分を除くことができる。
以上により、サイズ調整部１８による測定領域４５のサイズ調整が完了する。
その後、図３のステップＳ７０において、二次電子像処理部１３の測定部１９により測定領域４５内のパターン（又はスペース）の線幅の測定を行う。
すなわち、二次電子像４０上に配置された測定領域４５から、幅方向に沿ったラインプロファイルを抽出する。ここでは、エッジの凹凸による影響を減らすために、測定領域の長さ方向に離れた複数の部分でラインプロファイルを求め、それらを平均化したラインプロファイルを求める。そして、平均化したラインプロファイルの輝度の極大値間の距離を検出することでパターンの線幅を求める。
以上により、本実施形態のパターン測定装置１００によるパターンの測定が完了する。
本実施形態では、上記のように、設計データを参照して段部が無い部分に測定領域を設定する。そして、測定領域を、設計データのパターンの特徴部及び二次電子像のパターンの特徴部との位置に基づいて、二次電子像上に位置決めして配置する。
そのため、二次電子像と設計データとの間で位置座標がずれている場合であっても、二次電子像上において、段部のない部分に正確に測定領域を配置できる。
さらに、サイズ修正部１８により、測定領域に角部付近の変曲点が含まないように測定領域のサイズに調整するため、測定領域に段部や角部付近のエッジが湾曲した部分が含まれるのを防止できる。
その結果、パターンのエッジが直線状の部分にのみ測定領域を配置できるので、パターンの線幅を精度よく測定できる。
（第２実施形態）
上記の第１の実施形態では、測定対象を操作者が手動で指定するため、測定対象となるブロックが多数ある場合には、作業が煩雑となる。そこで、以下に測定対象が複数ある場合に、より簡単に測定対象を指定する方法について説明する。
図１４は、第２実施形態に係るパターン測定装置を示すブロック図である。
図１４に示すように、本実施形態のパターン測定装置２００は、制御部１０の設計データ処理部１２に測定対象指定部２２を備えている点で図２のパターン測定装置１００と異なる。なお、パターン測定装置２００のその他の構成はパターン測定装置１００と同じであり、同一の構成には同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のパターン測定装置２００の測定対象指定部２２（図１４参照）は、設計データ上のパターン及びスペースを構成するブロックの幅及び長さを集計するとともに、指定された幅又は長さを有する全てのブロックを測定対象に指定する。
以下、本実施形態に係る測定対象指定部２２による測定対象の指定方法について説明する。
図１５は、本実施形態に係るパターン測定装置１００の設計データ処理部１２に入力される設計データの一例を示す図である。ここでは、図１５に示すような設計データ７０が設計データ処理部１２に入力された場合を例に説明する。
図１５において、斜線を付した部分がパターン７１であり、それ以外の部分はスペース７２である。スペース７２はそれぞれ矩形状のブロック７２ａを繋ぎ合わせて形成されている。また、これらのブロック７２ａの繋ぎ目の部分に様々な大きさの段部が現れている。
図１６は、本実施形態に係るパターン測定装置２００による測定対象の指定方法を示すフローチャートである。図１７（ａ）は、本実施形態に係るパターン測定装置２００の測定対象指定部２２により、スペース７２に含まれるブロック７２ａを集計した結果を示す表であり、図１７（ｂ）は測定対象指定部２２により測定対象を指定した例を示す図である。
図１６に示すように、まず、ステップＳ８１において、測定対象指定部２２がスペース７２に含まれるブロックの数を長さ及び幅毎に集計する。そして、図１７（ａ）に示すように、長さ及び幅毎の各ブロックの数を表した表を作成する。
次に、ステップＳ８２において、測定対象指定部２２はステップＳ８１で作製した表をパターン測定装置２００の表示部２０（図１４参照）に表示させる。
なお、ＯＰＣマスクのように、段部が多いパターンの場合には、パターン（又はスペース）の長さが短い部分ほど、実際のパターンを設計データ通りに形成することが困難となる。そのため、ブロックの中でも長さが短い部分の線幅の管理が相対的に重要になる。
したがって、図１７（ａ）に示すようにブロックの長さ及び幅毎に集計した結果を表示することにより、操作者が測定対象とすべきブロックを把握しやすくなる。
次のステップＳ８３において、測定対象指定部２２は操作者によるブロックの長さ及び幅の入力を待つ。
操作者が、表示部２０の表示画面に表示された表（図１７（ａ）参照）に基づいて、測定対象とすべきブロックの長さ（又は幅）を指定すると、次のステップＳ８４に移行する。
ステップＳ８４において、測定対象指定部２２は、指定された長さ又は幅を有する全てのブロックを測定対象に指定する。
例えば、図１７（ａ）の表に基づいて、長さ０．１μｍのブロックが指定された場合には、図１７（ｂ）で斜線を付して示すように、設計データ７０において、長さが０．１μｍの全てのブロック７２ａが測定対象に含まれる。
以上により、本実施形態の測定対象指定部２２による測定対象の指定が完了する。
その後、ステップＳ８４で測定対象に指定されたブロック７２ａのそれぞれについて、図３〜図１３を参照しつつ説明した方法で測定領域３５を配置し、線幅の測定を行なう。その際には、図１７（ｂ）の設計データ７０のエッジ７３を、測定領域の位置決めのための特徴部として用いることができる。
上記のように、本実施形態によれば、ブロックの長さ又は幅を指定することにより、その長さ又は幅を有する複数のブロックを一括して測定対象とすることができる。そのため、各ブロックを個々に手動で選択する場合に比べて、迅速かつ簡単に測定部位の指定を行うことができる。
（第３実施形態）
第３実施形態では、パターンの段部の大きさに基づいて自動的に測定対象を指定する方法について説明する。
本実施形態に用いるパターン測定装置は、図１４のパターン測定装置２００（第２実施形態）と同様であり、また、設計データの形式も図１５と同様であるので、これらの説明は省略する。
図１８は、パターンに大きな段部がある部分の設計データ及び実際に作製されたパターンのエッジ位置を示す図である。
図１８において、斜線を付した部分が設計データ７５上のパターン７６であり、それらのパターン７６の間にスペース７７が形成されている。これらのパターン７６には段部７６ａが形成されている。
また、図中の破線は、設計データに基づいて実際に作製されたパターンのエッジ７８の位置を示している。図示のように比較的大きな段部７６ａの近傍では、設計データ上のエッジの位置と、実際に作製されたパターンのエッジ７８の位置との間のずれが大きくなる。
そのため、マスクパターンをより精度よく作製するためには、比較的大きな段部７６ａの近傍でのパターンの線幅の管理が重要となる。
そこで、本実施形態では以下に説明するように、設計データで所定の基準値以上の大きさの段部を検出し、その段部の近傍のブロックを測定対象に指定する。
図１９は、本実施形態に係るパターン測定方法における測定対象の指定方法を示すフローチャートである。図２０（ａ）は、図１９の方法で検出された段部の一例を示す図であり、図２０（ｂ）は及び図２０（ｃ）は、それぞれ図２０（ａ）の領域Ｐ及び領域Ｑにおける測定対象の指定方法を示す図である。
まず、図１９のステップＳ９１において、パターン測定装置２００の測定対象指定部２２（図１４参照）は、設計データ中で規定値以上の大きさの段部を検出する。ここでは例えば２５ｎｍ以上の段部を検出する。
図２０（ａ）に示す設計データ７０の場合には、段部７６ａ、７６ｂ、７６ｃが規定値以上の大きさの段部として検出される。
次に、図１９のステップＳ９２において、測定対象指定部２２は検出された段部７６ａ、７６ｂ、７６ｃのエッジに隣接するブロックと、そのブロックの周囲のブロックを測定対象に指定する。
図２０（ｂ）に示すように、領域Ｐでは検出された段部７６ａのエッジに隣接するブロック７７ａが測定対象に指定される。続いて、ブロック７７ａの周囲のブロック７７ｃ〜７７ｈが測定対象に追加される。
また、図２０（ｃ）に示すように、領域Ｑでは段部７６ｂ、７６ｃのエッジに隣接するブロック７８ａが測定対象に指定される。続いて、ブロック７８ａの周囲のブロック７８ｂ〜７８Ｉが測定対象に指定される。
以上のように、本実施形態によれば、線幅のずれが生じやすい比較的大きな段部に隣接するブロック及びその周囲のブロックを測定対象とすることができる。これにより、多数の段部を有するＯＰＣマスクにおいて、線幅の管理が必要な部位を自動的に測定対象に指定できる。
１…電子走査部、２…チャンバー、３…電子銃、３ａ…電子ビーム、４…コンデンサレンズ、５…偏向コイル、６…対物レンズ、７…ステージ、７ａ…支持体、７ｂ…レーザー干渉計、７ｃ…駆動部、８…試料、９…検出器、１０…制御部、１１…信号処理部、１２…設計データ処理部、１３…二次電子像処理部、１４…測定領域設定部、１５…第１の検出部、１６…第２の検出部、１７…アライメント部、１８…サイズ調整部、１９…測定部、２０…表示部、２１…入力部、２２…測定対象指定部、３０、７０…設計データ、４０…二次電子像、３１、４１、７１…パターン、３２、４２、７２…スペース、３５、４５…測定領域、３７ａ、３７ｂ、７６ａ〜７６ｄ…段部、３８ａ〜３８ｄ…角部、３６ａ〜３６ｄ、４６ａ〜４６ｄ、７３…エッジ、４８ａ〜４８ｄ…変曲点、３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｅ、７２ａ、７７ａ〜７７ｈ、７８ａ〜７８ｉ…ブロック、１００、２００…パターン測定装置。

Claims (16)

  1. 電子ビームを試料の表面に照射する電子ビーム照射部と、
    前記試料の表面で発生した二次電子を検出する検出器と、
    前記検出器の検出信号に基づいて前記試料表面の二次電子像を生成する信号処理部と、
    前記試料の設計データを参照して、前記設計データ上に測定領域を設定する測定領域設定部と、
    前記設計データの特徴部を検出する第１の検出部と、
    前記二次電子像の特徴部を検出する第２の検出部と、
    前記設計データの特徴部と前記二次電子像の特徴部との位置関係に基づいて、前記設計データ上の測定領域を前記二次電子像上に位置決めして配置するアライメント部と、
    前記二次電子像の測定領域内のパターンのエッジの位置に基づいてパターンの幅を測定する測定部と、
    を備えることを特徴とするパターン測定装置。
  2. 前記第１の検出部及び前記第２の検出部は前記測定領域の測長方向に延在するエッジを特徴部として検出することを特徴とする請求項１に記載のパターン測定装置。
  3. 前記第１の検出部は前記設計データにおいてパターンの角部を特徴部として検出し、前記第２の検出部は前記二次電子像においてパターンのエッジの変曲点を特徴部として検出することを特徴とする請求項１に記載のパターン測定装置。
  4. 前記アライメント部は、前記設計データ及び前記二次電子像における２つの特徴部の位置関係に基づいて前記測定領域の位置決めを行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパターン測定装置。
  5. 前記二次電子像上に配置された測定領域に前記パターンのエッジの変曲点が含まれる場合には、前記測定領域の長さを前記測定領域の中心から前記変曲点までの距離の２倍以下に調整するサイズ調整部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパターン測定装置。
  6. 前記測定領域設定部は、前記設計データのパターンにおいて線幅が変化する段部のない部分に前記測定領域を配置することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のパターン測定装置。
  7. 前記設計データは、パターン及びスペースが矩形状の複数のブロックに分割されてなり、前記設計データ中の前記ブロックのうち所定の長さ又は幅のブロックを一括して測定領域の設定を行う測定対象に指定する測定対象指定部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のパターン測定装置。
  8. 前記設計データは、パターン及びスペースが矩形状の複数のブロックに分割されてなり、前記設計データから規定値以上の大きさの段部を検出し、検出された前記段部と隣接するブロック及びその周囲のブロックを測定領域の設定を行う測定対象に指定する測定対象指定部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のパターン測定装置。
  9. 二次電子像に測定領域を設定し、該測定領域内のパターンのエッジの位置から前記パターンの線幅を求めるパターン測定方法であって、
    前記二次電子像の視野に対応する設計データ上に測定領域を設定するステップと、
    前記設計データの特徴部を検出するステップと、
    前記二次電子像の特徴部を検出するステップと、
    前記設計データの特徴部と前記二次電子像の特徴部との位置関係に基づいて、前記設計データ上の測定領域を前記二次電子像上に位置決めして配置するステップと、
    を有することを特徴とするパターン測定方法。
  10. 前記設計データの特徴部及び前記二次電子像の特徴部は、前記測定領域の測長方向に延在するエッジであることを特徴とする請求項９に記載のパターン測定方法。
  11. 前記設計データの特徴部は前記設計データ上のパターンの角部であり、前記二次電子像の特徴部は前記二次電子像上のパターンのエッジの変曲点であることを特徴とする請求項９に記載のパターン測定方法。
  12. 前記測定領域の位置決めは、前記設計データ及び前記二次電子像における２つの特徴部の位置関係に基づいて行うことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載のパターン測定方法。
  13. 前記二次電子像上に配置された測定領域に前記パターンのエッジの変曲点が含まれる場合には、前記測定領域の長さを前記測定領域の中心から前記変曲点までの距離の２倍以下に調整するステップを有することを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載のパターン測定方法。
  14. 前記設計データのパターンにおいて線幅が変化する段部のない部分に前記測定領域を配置することを特徴とする請求項９乃至請求項１３の何れか１項に記載のパターン測定方法。
  15. 前記設計データは、パターン及びスペースが矩形状の複数のブロックに分割されてなり、
    前記設計データ中の前記ブロックのうち所定の長さ又は幅のブロックを一括して測定領域の設定を行う測定対象に指定するステップを更に有することを特徴とする請求項９乃至請求項１４の何れか１項に記載のパターン測定方法。
  16. 前記設計データは、パターン及びスペースが矩形状の複数のブロックに分割されてなり、
    前記設計データから規定値以上の大きさの段部を検出するステップと、
    検出された前記段部と隣接するブロック及びその周囲のブロックを測定領域の設定を行う測定対象に指定するステップとを更に有することを特徴とする請求項９乃至請求項１４の何れか１項に記載のパターン測定方法。
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