JP2014020975A - パターン測定装置、及び輪郭線抽出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンシフト等に依らず、適正な位置に適正な大きさの測長ボックス、或いは輪郭線抽出のためのエッジ抽出領域の設定を行うことが出来るパターン測定装置、及び輪郭線抽出装置を提案する。
【解決手段】所定のエッジ抽出領域内の輝度プロファイルの取得に基づいて、所定のエッジ抽出領域についてピーク検出を行い、ピークを基準ピークとしてエッジ抽出領域に他のピークが有るか否かの判定を行い、エッジ抽出領域に他のピークが存在する場合には、他のピークが含まれなくなるまで、エッジ抽出領域の輝度プロファイルの取得方向の間隔を狭める。
【選択図】図４

Description

本発明は、パターンを測定するパターン測定装置、及び輪郭線抽出装置に係り、特にエッジ抽出に基づいて、パターンの測定、或いは輪郭線の抽出を行うパターン測定装置、及び輪郭線抽出装置に関する。

昨今の半導体デバイスの微細化に伴い、パターンの測定や検査の重要性が高まりつつある。特許文献１には、荷電粒子線装置の一態様である走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｏｃｐｅ：ＳＥＭ）を用いたパターン測定装置が開示されている。特許文献１に開示されているように、パターンの寸法を測定するために、パターンのエッジ部分に測長ボックスを設定し、当該測長ボックス内の輝度プロファイルを用いたエッジ抽出が行われている。

特開２００９−７１２７１号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２００９／００５２７６５）

一方、昨今の半導体デバイスのパターンの集積化に伴い、光近接効果（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｅｆｆｅｃｔ：ＯＰＥ）によるパターンのシフトが発生するようになってきた。パターンシフトが発生すると、設計データ上、パターンがない個所にパターンが存在することになり、例えば、設計データを用いてパターンの測定条件を決定する場合、エッジのない部分に測長ボックスを設定してしまったり、測定対象ではないエッジが測長ボックスに含まれてしまうことになる。測定対象ではないエッジが測長ボックスに含まれてしまうと、本来の測定対象ではないパターンを測定してしまうことがある。また、エッジ抽出領域内のエッジ抽出に基づいて、パターンの輪郭線を形成するような場合は、関係のないエッジを輪郭線化してしまうことになる。

以下に、パターンシフト等に依らず、適正な位置に適正な大きさの測長ボックス、或いは輪郭線抽出のためのエッジ抽出領域の設定を行うことを目的とするパターン測定装置、及び輪郭線抽出装置を提案する。

上記目的を達成するために一態様として、以下に所定のエッジ抽出領域内の輝度プロファイルの取得に基づいて、パターンの測定を実行するパターン測定装置であって、所定のエッジ抽出領域についてピーク検出を行い、当該ピークを基準ピークとして前記エッジ抽出領域に他のピークが有るか否かの判定を行い、当該エッジ抽出領域に前記他のピークが存在する場合には、当該他のピークが含まれなくなるまで、前記エッジ抽出領域の前記輝度プロファイルの取得方向の間隔を狭めるパターン測定装置を提案する。

また、上記目的を達成するための他の態様として、以下に所定のエッジ抽出領域内の輝度プロファイルの取得に基づいて、パターンの輪郭線を形成する輪郭線形成装置であって、所定のエッジ抽出領域についてピーク検出を行い、当該ピークを基準ピークとして前記エッジ抽出領域に他のピークが有るか否かの判定を行い、当該エッジ抽出領域に前記他のピークが存在する場合には、当該他のピークが含まれなくなるまで、前記エッジ抽出領域の前記輝度プロファイルの取得方向の間隔を狭める輪郭線形成装置を提案する。

上記構成によれば、測長用或いは輪郭線形成用の輝度プロファイルを形成する場合に、ノイズや他のエッジ情報を含むことなくプロファイルを形成することができるので、高精度な測長や輪郭線形成を行うことが可能となる。

一次元測長で使用したエッジ抽出パラメータを輪郭線抽出のエッジ抽出パラメータとして自動設定し輪郭線抽出結果を出力する工程を示すブロック図。 輪郭線抽出工程を示すフローチャート。 ＳＥＭ画像に測長カーソル配置した例を示す図。 測長カーソルサイズ算出工程を示すフローチャート。 信号波形の一例を示す図。 ＳＥＭを含む測定システムの一例を示す図。

以下に説明する実施例は、高精度な測長法、或いは高精度な輪郭線抽出法に関する。特に、輪郭線抽出はＯＰＣモデルの高精度補正・２次元形状評価・パターン欠陥判定を支援するためにＳＥＭ画像からパターン形状の輪郭線を抽出するためには、非常に重要であり、高精度化と共に、自動化が望まれている。輪郭線抽出には、エッジ抽出領域の大きさ等のパラメータの設定が必要である。エッジ抽出領域の大きさは、パターンのエッジを十分に含むように、且つ過度に大きくならないように設定する必要がある。このように高精度な輪郭線を抽出にはＳＥＭ画像およびパターン形状に合わせたパラメータ調整が必要とされる。

一方、輪郭線を抽出する際に必要となるパラメータは、手動によって設定しようとすると、設定が煩雑となり高精度な輪郭線抽出結果を得ることができない場合がある。輪郭線抽出において測長カーソルパラメータ（エッジ抽出領域）は、ＳＥＭ画像の部位に関係なく同じ値が使用される。そのため部位ごとのパターンの太さや画像の鮮明度により高精度な輪郭線抽出結果を得ることができない場合がある。

以下に、適正な大きさのエッジ抽出領域を自動設定する演算処理装置を備えたパターン測定装置、及び輪郭線抽出装置について、図面を用いて説明する。

図６は、ＳＥＭを含む測定システムの詳細説明図であり、エッジ抽出領域を設定する演算処理装置が含まれている。本システムには、ＳＥＭ本体６０１、当該ＳＥＭ本体の制御装置６０３、及び演算処理装置６０３からなる走査電子顕微鏡システムが含まれている。演算処理装置６０３には、演算処理部１３０３と、得された画像情報や、レシピ情報を記憶するメモリ１３０４が内蔵されている。なお、本実施例では、制御装置６０２と演算処理装置６０３が別体のものとして説明するが一体型の制御装置であっても良い。

試料から放出された電子、或いは変換電極にて発生した電子は、検出器６０６にて捕捉され、制御装置６０２に内蔵されたA/D変換器でデジタル信号に変換される。演算処理装置６０３に内蔵されるＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の画像処理ハードウェアによって、目的に応じた画像処理が行われる。

演算処理装置６０３には、入力装置６０５によって入力された測定条件等に基づいて、設計データ記憶媒体６０４から設計データを読み出し、必要に応じて、ベクトルデータからレイアウトデータに変換する設計データ抽出部６１３が内蔵されている。また、取得された信号波形（輝度プロファイル）に基づいて、パターンの寸法を測定するパターン測定部１３０８が内蔵されている。パターン測定部１３０８では、所定の閾値法、微分法等を用いて輝度プロファイルのピーク位置を同定するピーク検出部６１０によるピーク位置同定に基づいて、ピーク間の寸法測定が実行する。また、輪郭線抽出部６１１では、パターンを形成するエッジに交差する方向に輝度プロファイルのエッジ検出に基づいて、パターンの輪郭点を抽出し、当該輪郭点を繋ぎ合わせるようにして、輪郭線を形成する。

エッジ抽出領域設定部６０９では、入力装置６０５から入力された測定位置条件や輪郭線形成条件に基づいて、パターンを構成するエッジに交差する方向に、エッジ抽出領域を設定する。エッジ抽出領域設定部６０９では、メモリ６０８等に記憶された初期値、或いは入力装置６０５によって入力された設定値に基づいて、エッジ抽出領域の大きさを設定する。ピーク検出部６１０では、エッジ抽出領域にて、エッジに交差する方向に輝度プロファイルを形成すると共に、エッジ抽出領域内のエッジの各部位にて形成された輝度プロファイルをエッジ方向に加算平均することによって、当該エッジ抽出領域の輝度プロファイルを形成する。即ち、エッジ抽出領域の大きさが適正に設定されていないと、関係のないエッジを含んでしまったり、逆に信号量が不足したりする可能性がある。

以下に説明する実施例では、主にこのエッジ抽出領域の大きさを適正且つ自動に設定することによって、高精度なパターン測定や輪郭線形成を実現する例について説明する。

なお，演算処理装置６０３における制御や処理の一部又は全てを，ＣＰＵや画像の蓄積が可能なメモリを搭載した電子計算機等に割り振って処理・制御することも可能である。また，入力装置６０５は，検査等に必要とされる電子デバイスの座標，パターンの種類、撮影条件（光学条件やステージの移動条件）を含む測定条件を、撮像レシピとして設定する撮像レシピ作成装置としても機能する。また、入力装置６０５は、入力された座標情報や、パターンの種類に関する情報を、設計データのレイヤ情報やパターンの識別情報と照合し、必要な情報を設計データ記憶媒体６０４から読み出す機能も備えている。

設計データ記憶媒体６０４に記憶される設計データは、ＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。また、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、図形データは、設計データに基づいて形成されるパターンの理想形状を示す線分画像情報に替えて、露光シミュレーションを施すことによって、実パターンに近くなるような変形処理が施された線分画像情報であっても良い。
図１は、一次元測長で使用したエッジ抽出パラメータを輪郭線抽出のエッジ抽出パラメータとして自動設定し輪郭線抽出結果を出力するデータフローを示す。

ユーザは、測長結果情報１０１より輪郭線を抽出するＳＥＭ画像１０３を選択する。輪郭線抽出処理は選択されたＳＥＭ画像１０３に付随する測長パラメータ１０５のエッジ検出パラメータ１０６を輪郭線抽出処理１０８の輪郭線抽出対象ＳＥＭ画像の初期値エッジ検出パラメータとして取得する。ユーザは、エッジ検出以外の輪郭線抽出ユーザ設定パラメータ１０７を入力し輪郭線抽出処理１０８を実行する。輪郭線抽出処理１０８は、ＳＥＭ画像１０３、画像付帯情報１０４、エッジ検出パラメータ１０８および輪郭線抽出ユーザ設定パラメータ１０７を入力データとして輪郭線抽出処理を実施し輪郭線抽出結果ファイル１０９を出力する。

ＳＥＭ画像輪郭線抽出において輪郭線抽出を実施しながら基準ＳＥＭエッジ単位に測長カーソルサイズを算出し輪郭線抽出処理のパラメータと使用し高精度な輪郭線抽出する。図２は、ＳＥＭエッジ単位に測長カーソルサイズを生成し輪郭線抽出を行う概略処理フローを示す。以下に図２の処理フローを説明する。

ＳＥＭ画像輪郭線抽出処理は、読み込み処理２０１で輪郭線抽出対象のSEM画像と付帯情報を読み込む。ＳＥＭ画像輪郭線抽出処理は、SEM基準線抽出処理２０２でｐｉｘｅｌ単位のＳＥＭ基準線を抽出する。

ＳＥＭ画像輪郭線抽出処理は、ＳＥＭ基準線のｐｉｘｅｌ数分の１ｐｉｘｅｌ単位で測長カーソルサイズ算出処理２０３およびＳＥＭエッジ点抽出処理２０４を実施する。ＳＥＭエッジ点抽出処理２０４は、測長カーソルサイズ算出処理２０３で算出した測長カーソルサイズを利用しＳＥＭエッジ点抽出を実施する。エッジ抽出領域設定部６０９は、最初に設定したエッジ抽出領域からピーク検出部６１０によって検出されたピーク位置から抽出されるＳＥＭ基準線に対し、垂直な方向に、エッジ抽出領域を再設定することによって、高精度な輪郭線形成を実現する。そして、ＳＥＭ画像輪郭線抽出処理は、ＳＥＭエッジ点抽出処理２０４で抽出してＳＥＭエッジ点を輪郭線抽結果としてファイル出力する。

図３に図２の測長カーソルサイズ算出２０３で算出した測長カーソル３０１をＳＥＭ画像に配置したイメージを示す。測長カーソル３０１は、ＳＥＭエッジ点を抽出するＳＥＭ基準線３０２のみを含み他のＳＥＭ基準線を含まないように設定する必要があるが、初期設定の段階では含まれてしまう可能性がある。

なお、測長カーソルの長さは、ＳＥＭ画像輪郭線抽出対象となるＳＥＭ基準線１ｐｉｘｅｌ分から垂直にプロファイル方向および逆方向に存在する異なる１ｐｉｘｅｌ分のＳＥＭ基準線の手前までとする。プロファイル方向および逆方向にＳＥＭエッジが存在せずＳＥＭ画像のフレームへ到達した場合、ＳＥＭ画像のＳＥＭ画像内の位置までの長さとする。測長カーソルの長さが最大長を超えた場合は、輪郭線抽出処理が任意で持つ測長カーソル最大長を採用する。

図４は、測長カーソルサイズ（エッジ抽出領域の大きさ）を算出する処理フローを示す。以下に図４の処理フローを説明する。

プロファイル方向の距離算出工程（ステップ４０１）でＳＥＭ基準線１ｐｉｘｅｌからプロファイル方向に対し他のＳＥＭ基準線までの距離を算出する。他のＳＥＭ基準線が存在した場合、ＳＥＭ基準線から他のＳＥＭ基準線までをSEM基準線１ｐｉｘｅｌからプロファイル方向の距離とする。他のＳＥＭ基準線が見つからずＳＥＭ画像を超えた場合、ＳＥＭ基準線からＳＥＭ画像内までをＳＥＭ基準線１ｐｉｘｅｌからプロファイル方向の距離とする。

プロファイル逆方向距離算出工程（ステップ４０２）でＳＥＭ基準線１ｐｉｘｅｌからプロファイルの逆方向に対し他のＳＥＭ基準線を検索する。他のＳＥＭ基準線が存在した場合、ＳＥＭ基準線から他のＳＥＭ基準線までの距離をプロファイル逆方向の距離とする。

他のＳＥＭ基準線が見つからずＳＥＭ画像を超えた場合、ＳＥＭ基準線からＳＥＭ画像内までの距離をプロファイル逆方向の距離とする。

測長カーソル長算出工程（ステップ４０３）でプロファイル方向の距離算出工程（ステップ４０１）およびプロファイル逆方向距離算出工程（ステップ４０２）で算出した値を加算し測長カーソルの長さする。

測長カーソルの長さが任意の測長カーソル最大長を超えた場合、測長カーソル最大長設定工程（ステップ４０４）で測長カーソルの長さを測長カーソル最大長に設定する。

エッジ抽出領域設定部６０９では、測長カーソルの長さと任意の測長カーソル幅を用いた測長カーソル内にＳＥＭエッジ抽出対象のＳＥＭ基準線のみ存在することを確認する。エッジ抽出領域設定部６０９では例えばＳＥＭ基準線以外に、所定値以上の輝度を持つ部分がないか、所定の閾値の設定に基づき判断する。他のＳＥＭ基準線が存在した場合、測長カーソル長調整工程（ステップ４０５）にて任意の縮小比率にて測長カーソルの長さを短くする。再度測長カーソル内にＳＥＭエッジ抽出対象のＳＥＭ基準線のみが存在することを確認する。測長カーソル内にＳＥＭエッジ抽出対象のＳＥＭ基準線のみ存在するまで処理を繰り返す。

測長カーソル長算出工程（ステップ４０８）で算出した測長カーソルの長さと測長カーソルの任意幅をも用い測長カーソル内のプロファイルを取得する。取得したプロファイルのSEM基準線1pixel付近にのみピークが存在した場合、測長カーソルサイズの算出は終了する。(例：図５のＳＥＭ基準線１ｐｉｘｅｌ付近にのみピーク有５０１。)
プロファイルの基準エッジ付近にピークが存在しない場合、測長カーソル幅増加部４０７で測長カーソルの幅を任意量加算する。(例：図５のＳＥＭ基準線１ｐｉｘｅｌ付近にのみピーク無５０３。)
プロファイルの開始付近にピークが存在しない場合、プロファイル取得工程（ステップ部４０６）を実施する。ピークが存在した場合、測長カーソル調整部４０５より処理を行う。(例：図５のプロファイル開始位置付近にピーク有。)
ＳＥＭ基準線１ｐｉｘｅｌごとに対応した測長カーソルサイズを作成しながら輪郭線抽出を実施し高精度化を実現する。また、エッジ抽出領域のピーク間の測定を行うときにも高精度な測長を行うことが可能となる。

なお、本実施例では、一次元測長で使用したエッジ抽出パラメータを輪郭線抽出のエッジ抽出パラメータとして自動設定するようにしても良い。例えば、パターンの或る部分の測定を実行し、その際、閾値法、或いは微分法のようなピーク位置決定法、或いは上述のような測長カーソルの大きさを選択、決定する。この条件を測定部以外のパターン部位にも適用し、その条件によって抽出されたエッジ位置を輪郭線として定義する。

一次元測長と同じパラメータを輪郭線抽出の入力パラメータとして自動設定し輪郭抽出を実施することでパラメータ入力の煩雑さを解消しかつ高精度な輪郭線抽出結果を得ることができる。また、部位単位の測長カーソルパラメータを生成し輪郭線を抽出することで測長カーソルパラメータの調整が不要となりまた高精度な輪郭線抽出結果を得ることができる。

１０１・・・測長結果情報、１０２・・・測長結果、１０３・・・ＳＥＭ画像、
１０４・・・画像付帯情報、１０５・・・測長パラメータ、１０６・・・エッジ検出パラメータ、１０７・・・輪郭線抽出ユーザ設定パラメータ、１０８・・・輪郭線抽出処理、１０９・・・輪郭線抽出結果、２０１・・・ＳＥＭ画像・画像付帯情報読み込み工程、２０２・・・ＳＥＭ基準線抽出工程、２０３・・・測長カーソルサイズ算出工程、２０４・・・ＳＥＭエッジ点抽出工程、２０５・・・輪郭線抽出ファイル出力工程、３０１・・・測長カーソル、３０２・・・エッジ抽出対象ＳＥＭ基準線１ｐｉｘｅｌ、４０１・・・プロファイル方向距離算出工程、４０２・・・プロファイル逆方向距離算出工程、４０３・・・測長カーソル長算出工程、４０４・・・測長カーソル最大長設定工程、４０５・・・測長カーソル長調整工程、４０６・・・プロファイル取得工程、４０７・・・測長カーソル幅増加工程

Claims (4)

1. 所定のエッジ抽出領域内の輝度プロファイルの取得に基づいて、パターンの測定を実行する演算処理装置を備えたパターン測定装置において、
   当該演算処理装置は、所定のエッジ抽出領域についてピーク検出を行い、当該ピークを基準ピークとして前記エッジ抽出領域に他のピークが有るか否かの判定を行い、当該エッジ抽出領域に前記他のピークが存在する場合には、当該他のピークが含まれなくなるまで、前記エッジ抽出領域の前記輝度プロファイルの取得方向の間隔を狭めることを特徴とするパターン測定装置。
2. 請求項１において、
   前記演算処理装置は、前記エッジ抽出領域を段階的に狭め、前記他のピークが含まれなくなったエッジ抽出領域を用いて、前記パターンの測定を実行することを特徴とするパターン測定装置。
3. 所定のエッジ抽出領域内の輝度プロファイルの取得に基づいて、パターンの輪郭線を形成する演算処理装置を備えた輪郭線形成装置において、
   当該演算処理装置は、所定のエッジ抽出領域についてピーク検出を行い、当該ピークを基準ピークとして前記エッジ抽出領域に他のピークが有るか否かの判定を行い、当該エッジ抽出領域に前記他のピークが存在する場合には、当該他のピークが含まれなくなるまで、前記エッジ抽出領域の前記輝度プロファイルの取得方向の間隔を狭めることを特徴とする輪郭線形成装置。
4. 請求項３において、
   前記演算処理装置は、前記パターンの任意の位置のエッジ抽出領域の設定に基づき、当該パターンの測定を実行し、前記他のピークが含まれなくなったエッジ抽出領域と同じ大きさのエッジ抽出領域を他のエッジ部分に設定することによって、前記輪郭線抽出を実行することを特徴とする輪郭線形成装置。