JP2017096625A - パターン測定装置、及びコンピュータープログラム - Google Patents

パターン測定装置、及びコンピュータープログラム Download PDF

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康隆 豊田
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Abstract

【課題】
本発明は回路上に存在するパターン変形の存在がもたらす影響を定量的に評価することパターン測定装置、及びコンピュータープログラムの提供を目的とする。
【解決手段】
上記目的を達成するために、測定対象パターンデータの第１のエッジと、当該測定対象パターンに対応する基準パターンの前記第１のエッジに対応する第２のエッジとの間の第１の間隔の寸法測定を実行するパターン測定装置であって、前記第１のエッジ及び前記第２のエッジに隣接すると共に、当該第１のエッジ及び第２のエッジとは異なる第３のエッジと、前記第１のエッジ及び第２のエッジの少なくとも一方との間の第２の間隔の寸法と、前記第１の間隔の寸法に基づいて、前記第１のエッジ或いは前記測定対象パターンのスコアを算出するパターン測定装置を提案する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターン測定装置、及びコンピュータープログラムに係り、特に、電子デバイスの回路パターンと基準パターンの比較によって、当該回路パターンの出来栄えを評価するパターン測定装置、コンピュータープログラム、及び半導体計測システムに関するものである。
近年の半導体は微細化、多層化が進み、論理も複煩雑化しているため、その製造が極めて困難な状況にある。その結果として、製造プロセスに起因する欠陥が多発する傾向にあり、その欠陥を正確に検査することが重要になっている。
光学式検査装置等で検出された欠陥の座標情報に基づいて、欠陥をレビューするレビューＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）や、検出された信号に基づいて形成される波形情報に基づいて、パターンの寸法を測定するＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−ＳＥＭ）はこれら欠陥の詳細な検査や測定に用いられる。これらのＳＥＭ検査装置は、半導体製造プロセスのシミュレーションに基づく検査座標や、光学検査装置の検査結果に基づく検査座標に対応する回路パターンを検査する。検査手法は様々提案されているが、特に６５ｎｍ以下の幅を持つパターンを形成するための半導体製造プロセスでは、光近接効果による欠陥の状態を正確に把握する目的で、基準パターンとの形状比較によって欠陥を検出する手法（特許文献１、特許文献２）や、回路パターンの分析によって欠陥を検出する手法（特許文献３）が提案されている。
特開２００４−１６３４２０号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，０４５，７８５） 特開２００７−２４８０８７号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，０１９，１６１） 特開２００２−１４８０３１号公報
微細化により、設計データ通りに回路パターンをウエハに転写することが困難になっている。このため、半導体デバイスの動作に影響が無い部位の形状変形は許容し、問題ある形状変形を欠陥として厳しく検査することが、今後要求されると考えられる。特に回路パターンの密度が高い部位と低い部位で検査基準を変更することが求められる。特許文献１、２に説明されているような比較検査を行うと、回路パターンのいかなる部位も同様の基準で検査してしまうため、特に半導体デバイスの動作に影響が無い部位の形状変形を欠陥として誤判定してしまう可能性がある。
また、特許文献３では回路パターンのエッジの間隔を検査に用いることができるが、基準パターンとの比較が行われないため、半導体製造装置の問題によって一律に回路パターンの間隔が大きくなっている、または小さくなっているという欠陥が検出できない場合がある。
以下に、欠陥の存在がもたらす影響を定量的に評価、或いは欠陥の存在がもたらす影響に応じて、高効率に測定や検査を行うことを目的とするパターン測定装置、及びコンピュータープログラムを提案する。
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子線装置にて得られた測定対象パターンデータの第１のエッジと、当該測定対象パターンに対応する基準パターンの前記第１のエッジに対応する第２のエッジとの間の第１の間隔の寸法測定を実行する演算装置を備えたパターン測定装置であって、演算装置は、前記第１のエッジ及び前記第２のエッジに隣接すると共に、当該第１のエッジ及び第２のエッジとは異なる第３のエッジと、前記第１のエッジ及び第２のエッジの少なくとも一方との間の第２の間隔の寸法と、前記第１の間隔の寸法に基づいて、前記第１のエッジ或いは前記測定対象パターンのスコアを算出するパターン測定装置、及び上記処理をコンピューターに実行させるコンピュータープログラムを提案する。
上記構成によれば、パターンに発生する欠陥を、回路に与える影響に応じた定量的な評価結果の出力が可能となる。
基準パターンとパターンエッジの比較によって回路パターンを検査する手順を示すフローチャートである。 半導体計測システムの構成を示す図である。 基準パターンと形状変形を含む回路パターンを重ね合わせた図である。 計測手順を説明するための図である。 半導体計測システムの詳細構成を示す図である。 計測手順を示すフローチャートである。 検査結果の画面を示す図である。 輪郭線の抽出手順を示すフローチャートである。 輪郭線の抽出手順を説明するための図である。 エッジスコアを求める手順を示すフローチャートである。 形状スコアを求める手順を示すフローチャートである。 回路パターンの良否判定手順を示すフローチャートである。 基準パターンの分析手順を示すフローチャートである。 回路内外の間隔とスコア計算に用いる重みの関係を示した図である。 パターン間の短絡の可能性を指標値化する手法を説明する図。 パターンの断線の可能性を指標値化する手法を説明する図。 設計データと輪郭線データの比較に基づいて、欠陥状態をスコア化する工程を示すフローチャート。 測定対象パターンのスコアを算出する工程を示すフローチャート。 基準パターンデータと輪郭線データ（測定対象パターンデータ）を用いて、最小パターン間隔、或いは最小スペース間隔を求める例を説明する図。
以下に、基準パターンに含まれた回路のサイズや隣接した回路との間隔に基づいて基準パターンと回路パターンの比較によって得られたパターン間誤差を評価することで、回路の配置状態に適した回路パターンの良否判定を行う半導体計測装置（パターン測定装置）を説明する。
以下に説明する実施例は、主にエッジ情報と基準パターンとの形状比較によって、欠陥検出を行うパターン測定装置に関するものである。欠陥検出の手順は、まず、検査オペレータが好ましい形状の回路パターンを基準パターンとして定義する。基準パターンとしては、設計データや実際に製造される回路パターンをシミュレーションによって生成した回路パターンや、製造した回路パターンの中から検査オペレータが選択したゴールデンパターン等を利用する。次にエッジ検出処理等を用いて、撮影画像から回路パターンのエッジを抽出する。次に基準パターンと回路パターンのエッジを重ね合わせる。重ね合わせは手動調整やパターンマッチングによる自動調整法を用いる。
回路パターンの形状は、半導体の製造条件や回路レイアウトによって様々な形に変形する。このため、それらの変形の程度を的確に捉える目的で、検査座標を含む２次元の領域に計測領域を設定し、計測領域に含まれた基準パターンと回路パターンのエッジの間隔（以下、エッジ誤差とする。）を回路パターン上に所定の間隔で設定された点毎に網羅的に計測する。次に計測領域から得た複数のエッジ誤差の代表値や平均値をその計測領域の測定値とし、所定の閾値との比較によって回路パターンの正常もしくは欠陥を判定する。
また、基準パターンを用いない欠陥検出は以下の手順で行う。まず、回路パターンの撮影画像からパターンエッジを抽出し、画像内に含まれるパターンエッジの間隔を網羅的に計測する。次にその間隔値に応じて撮影画像の領域を分割する。次に分割された領域毎にその間隔値に対応した検査パラメータを用いて欠陥を検出する。回路パターンは密度が高くなると欠陥が生じやすくなるため、パターンエッジの間隔に応じて検査方法を変更することで検査の正確性を高めるものである。
一方、上述のような計測法を経て求められた測定結果は、パターンの変形の程度を示す指標値であるが、パターン変形の指標値が持つ意味は、その変形が存在する周囲の状況によって変化する。例えばパターン変形は同じであっても、周囲のパターンの配列等によって、回路に与える影響が変化する。そこで、以下に説明する実施例では、そのような回路に与える影響を定量評価する指標値を算出するパターン測定装置について説明する。
本実施例では、主に電子デバイスの回路パターンと基準パターンの比較によって、基準パターンに対するエッジ位置の誤差を計測し、基準パターンに含まれた回路のサイズや隣接した回路との間隔に基づいてエッジ位置の誤差を評価することで、回路の配置状態に応じた適切な回路パターンの良否判定が可能とするパターン測定装置について説明する。より具体的には、基準パターンの回路サイズと回路間隔を用いて撮像画像と基準パターンの比較によって求められたエッジ誤差をスコア化し、そのスコアを所定の閾値と比較して欠陥の有無を判定する半導体計測装置について、説明する。
以下、図面を用いてパターン計測装置、及び半導体計測システムの具体例について説明する。
図２は半導体計測システムの概要を示す図である。半導体計測システムは回路パターンの画像データを取得する走査型電子顕微鏡２０１（ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ：以下，ＳＥＭ）と画像データの分析によって回路パターンを検査する制御装置２１４で構成されている。ＳＥＭ２０１は電子デバイスが製造されたウエハ等の試料２０３に電子線２０２を照射し、試料２０３から放出された電子を二次電子検出器２０４や反射電子検出器２０５、２０６で捕捉し，Ａ／Ｄ変換器２０７でデジタル信号に変換する。デジタル信号は制御装置２１４に入力されてメモリ２０８に格納され，ＣＰＵ２０９やＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の画像処理ハードウェア２１０で目的に応じた画像処理が行われ、回路パターンが検査される。
更に制御装置２１４は，入力手段を備えたディスプレイ２１１と接続され，ユーザに対して画像や検査結果等を表示するＧＵＩ（ＧＲＡＰＨＩＣＡＬ ＵＳＥＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ）等の機能を有する。なお、制御装置２１４における制御の一部又は全てを，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，制御装置２１４は，検査に必要とされる電子デバイスの座標，検査位置決めに利用するパターンマッチング用のテンプレート，撮影条件等を含む撮像レシピを手動もしくは，電子デバイスの設計データ２１３を活用して作成する撮像レシピ作成装置２１２とネットワークまたはバス等を介して接続される。
図５は、制御部２１４に内蔵される演算処理装置をより詳細に示した図である。図５に例示する半導体計測システムは、走査電子顕微鏡本体５０１、走査電子顕微鏡本体を制御する制御装置５０４、制御装置５０４へ所定の動作プログラム（レシピ）に基づいて制御信号を伝達すると共に、走査電子顕微鏡によって得られた信号（二次電子や後方散乱電子等）からパターンの形状評価を実行する演算処理装置５０５、半導体デバイスの設計データが格納された設計データ記憶媒体５１５、設計データの作成やシミュレーションを用いた設計データの修正等を行う設計装置５１６、及び所定の半導体評価条件を入力したり、測定結果や欠陥判定結果を出力したりする入出力装置５１７が含まれている。
演算処理装置５０５は、得られた画像からパターンの形状を評価するためのデータ処理装置として機能する。制御装置５０４は、レシピ実行部５０６からの指示に基づいて、走査電子顕微鏡本体５０１内の試料ステージや偏向器を制御し、所望の位置への走査領域（視野）の位置づけを実行する。制御装置５０４からは設定倍率や視野の大きさに応じた走査信号が走査偏向器５０２に供給される。走査偏向器５０２は、供給される信号に応じて、所望の大きさに視野の大きさ（倍率）を変化させる。
演算処理装置５０５に含まれる画像処理部５０７は、走査偏向器５０２の走査と同期して、検出器５０３による検出信号を配列することによって得られる画像を処理する画像処理部５０７を備えている。また、演算処理装置５０５には、必要な動作プログラムや画像データ、測定結果等が記憶されるメモリ５０９が内蔵されている。
また、演算処理装置５０５には、予め記憶されたテンプレートを用いて画像内の評価対象を特定するためのマッチング処理部５１０、後述するように画像データから輪郭線を抽出する輪郭線抽出部５１１、基準パターンに含まれる回路間の間隔と回路サイズを計測する基準パターン測定部５１２、輪郭線抽出部５１１から得られた輪郭線と基準パターンと、基準パターン測定部５１２からの回路パターンのサイズや間隔の値を用いて、回路パターンの形状スコアを求める形状評価部５１２、形状評価部５１４からのスコアに基づいて欠陥の有無を判定する欠陥判定部が含まれている。
試料から放出された電子は、検出器５０３にて捕捉され、制御装置５０４に内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。画像処理部２０７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５０５は、入出力装置５１７と接続され、当該入出力装置５１７に設けられた表示装置に、操作者に対して画像や検査結果等を表示するＧＵＩ（ＧＲＡＰＨＩＣＡＬ ＵＳＥＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ）等の機能を有する。
また、入出力装置５１７は，測定、検査等に必要とされる電子デバイスの座標、位置決めに利用するパターンマッチング用のテンプレート、撮影条件等を含む撮像レシピを手動もしくは，電子デバイスの設計データ記憶媒体５１５に記憶された設計データを活用して作成する撮像レシピ作成装置としても機能する。
入出力装置５１７は、設計データに基づいて形成される線図画像の一部を切り出して、テンプレートとするテンプレート作成部を備えており、マッチング処理部５１０におけるテンプレートマッチングのテンプレートとして、メモリ５０９に登録される。テンプレートマッチングは、位置合わせの対象となる撮像画像と、テンプレートが一致する個所を、正規化相関法等を用いた一致度判定に基づいて特定する手法であり、マッチング処理部５１０は、一致度判定に基づいて、撮像画像の所望の位置を特定する。なお、本実施例では、テンプレートと画像との一致の度合いを一致度や類似度という言葉で表現するが、両者の一致の程度を示す指標という意味では同じものである。また、不一致度や非類似度も一致度や類似度の一態様である。
また、画像処理部５０７には、ＳＥＭによって得られた信号を積算して積算画像を形成する画像積算部５０８が内蔵されている。電子を補足する検出器５０３が複数あるようなケースでは、複数の検出器によって得られた複数の信号を組み合わせた画像を作成する。これにより、検査の目的に応じた像を生成することができる。また、一つの検出器で得られた複数の画像を積算することで個々の画像に含まれるノイズを抑えた画像を生成できる。
輪郭線抽出部５１１は、例えば図８に例示するようなフローチャートに沿って画像データから輪郭線を抽出する。図９はその輪郭線抽出の概要を示す図である。
まず、ＳＥＭ画像を取得する（ステップ８０１）。次に、ホワイトバンドの輝度分布に基づいて、第１の輪郭線を形成する（ステップ８０２）。ここではホワイトバンド法等を用いてエッジ検出を行う。次に、形成された第１の輪郭線に対して所定の方向に輝度分布を求め、所定の輝度値を持つ部分を抽出する（ステップ８０３）。ここで言うところの所定の方向とは、第１の輪郭線に対して垂直な方向であることが望ましい。図９に例示するように、ラインパターン９０１のホワイトバンド９０２に基づいて、第１の輪郭線９０３を形成し、当該第１の輪郭線９０３に対し、輝度分布取得領域（９０４〜９０６）を設定することによって、第１の輪郭線に対し垂直な方向の輝度分布（９０７〜９０９）を取得する。
第１の輪郭線９０３は粗い輪郭線であるが、パターンのおおよその形状を示しているため、この輪郭線を基準としてより高精度な輪郭線を形成するために、当該輪郭線を基準として輝度分布を検出する。輪郭線に対し垂直方向に輝度分布を検出することによって、プロファイルのピーク幅を狭めることができ、結果として正確なピーク位置等を検出することが可能となる。例えばピークトップの位置を繋ぎ合わせるようにすれば、高精度な輪郭線（第２の輪郭線）を形成する（ステップ９０５）ことが可能となる。また、ピークトップを検出するのではなく、所定の明るさ部分を繋ぎ合わせるようにして、輪郭線を形成するようにしても良い。
更に、第２の輪郭線を作成するために、第１の輪郭線９０３に対して、垂直な方向に電子ビームを走査することによってプロファイルを形成（ステップ９０４）し、当該プロファイルに基づいて、第２の輪郭線を形成することも可能である。
図６は、半導体パターンの検査手順を示すフローチャートである。本実施例では、外観検査装置や半導体のプロセスシミュレーションの評価等で予め特定されたウエハ上の欠陥可能性部位の検査に半導体計測を適用する例を説明する。欠陥可能性部位とは、欠陥の発生が予測される部位である。
最初にオペレータがレシピ作成装置２１２を利用してウエハ上の回路パターンを撮影、計測するための検査条件を設定する（ステップ６０１）。検査条件とは，ＳＥＭ２０１の撮影倍率や検査対象となる回路パターンの座標（以下、検査座標とする）等である。
次に設定された検査条件に基づき、撮影レシピを生成する（ステップ６０２）。撮影レシピはＳＥＭ２０１を制御するためのデータであり、検査オペレータが設定した検査条件や、撮影画像から検査位置を特定するためのテンプレートが定義される。次にレシピに基づき，ＳＥＭ２０１で回路パターンを撮影し、位置決め用のテンプレートを用いてパターンマッチングを行って、撮影画像内の検査ポイントを特定する（ステップ６０３）。
次に回路パターンを計測する（ステップ６０４）。計測の対象となる画像は前述したように複数の検出器から得られた信号の組み合わせによって生成された画像でもよいし、一つの検出器から得られた画像の積算によって生成された画像でもよい。最後に回路パターンの計測値を用いて回路パターンの良否を判定する（ステップ６０５）。
以下、回路パターンの計測手順（ステップ６０４）の詳細を説明する。図１は、半導体パターンの計測手順を示すフローチャートであり、形状評価部５１３で実行される。図３および図４の回路パターンの例を用いて計測手順を説明する。
図３は検査対象の回路パターン３０２の撮影画像に基準パターン３０１を重ね合わせた図である。図３（Ａ）（Ｂ）の撮影画像にはそれぞれ２つの隣接した回路が含まれている。基準パターン３０１との比較でわかるように図３（Ａ）の回路には凸変形３０５、３０６が含まれており、図３（Ｂ）には凹変形３０７、３０８が含まれている。凸変形は回路部３０３が非回路部３０４に突き出た変形であり、回路の短絡欠陥につながる。また凹変形は回路部３０３が凹んだ変形であり、回路の断線欠陥につながるものである。説明の都合上、欠陥３０５〜３０８は同サイズの欠陥とする。図３（Ａ）には同サイズの凸変形が２つ含まれているが、その変形が回路に及ぼす影響は異なる。凸変形は隣接する回路との間隔が狭い部位に発生するほど、その変形が回路の悪影響を及ぼす。
このため、図３（Ａ）の例では凸変形３０６よりも隣接する回路パターンがある凸変形３０５の欠陥度が高い。一方、凹変形は回路サイズが小さい部位に発生するほど、その変形が回路の悪影響を及ぼす。このため、図３（Ｂ）の例では凹変形３０８よりも凹変形３０７の欠陥度が高い。
このような回路サイズや隣接した回路パターンによって変化する欠陥度を回路パターンと基準パターンの比較によって導き出すために、図１の手順により回路パターンを計測する。図４を用いて詳細を説明する。
図４は回路パターン４０４と基準パターン４０３を重ね合わせた図である。なお回路部は４０１であり、非回路部は４０２である。重ね合わせ位置はマッチング処理部５１０で基準パターン４０３と回路パターン４０４のマッチングにより求める。なお、計測に用いる基準パターンと画像撮影時に実施したマッチング用のテンプレートが異なる場合は、再度基準パターン４０３と回路パターン４０４のマッチングを行うことで、計測に有効な重ね合わせ位置を特定できる。図１の計測手順では、最初に基準パターン４０３を構成するエッジ（以下基準エッジ４０５とする）と回路パターン４０４を構成するエッジ（以下、検査エッジ４０６とする）の間隔４０９（以下形状誤差値とする）を測定する（ステップ１０１）。
次に、間隔４０９の測定値について、間隔値４０７と間隔値４０８を参照する（ステップ１０２）。間隔値４０７は、左側のパターンの右側の基準エッジ４０５と、右側のパターンの左側の基準エッジ４１０との間隔（回路外間隔値）である。間隔値４０７は、非回路部（非パターン部）の寸法に相当する。また、間隔値４０８は、右側のパターンの左の基準エッジ４１０と、右側のパターンの右の基準エッジ４１１との間の寸法に相当する。
間隔値４０７と間隔値４０８はいずれも右側のパターンの左エッジの位置に応じた値である。左側パターンの右エッジの基準エッジと検査エッジ間の測定値（検査エッジの基準エッジに対する乖離の程度）は、隣接するエッジの位置によって、その重みが変化する。本実施例では、基準パターンとの乖離を測定する検査エッジに隣接するエッジに関する基準データを参照して、スコアを算出する（ステップ１０３）ことによって、検査エッジの欠陥の程度（正常である度合い）の指標値を求める手法を提案する。このようなスコア算出法によれば、パターンの断線や短絡のような欠陥となる可能性を数値化することが可能となる。スコアの算出法については後述する。
なお回路外間隔値は例えば基準エッジと、基準エッジ位置の非回路部の寸法や寸法に基づく数値であり、回路内間隔値は例えば基準エッジと、基準エッジ位置の回路部の寸法や寸法に基づく数値である。ただし、回路パターンが複雑に変形するような回路パターンでは、その変形に合わせて適切に測定された値が望ましく、これに限定されるものではない。
回路外間隔値と回路内間隔値の参照は、例えば、検査の前に予め基準パターンに含まれる基準エッジについて、回路内間隔と回路外間隔を計測し、メモリ５０９に保存していたものを参照してもよいし、基準パターンが設定されるたびに計測したものを参照してもよい。回路内間隔と回路外間隔は例えば図１３に示す手順で計測可能であり、基準パターン測定部５１２で実行される。
図１３の基準パターンの測定手順を説明する。最初に基準パターンを入力する（ステップ１３０１）。次に基準パターンを構成する基準エッジ点を設定する。基準パターンのデータが画像の場合は、図８に示したような手順で基準パターンのエッジを検出し、そのエッジ上に基準エッジ点を設定する（ステップ１３０２）。基準パターンがＧＤＳなどのベクトルデータの場合は、回路を構成する線分上に例えば１ｎｍ間隔おき等のルールを決めて基準エッジ点を設定する。次に基準エッジ点の周囲に存在する基準パターンのエッジを参照し、回路内間隔を測定する（ステップ１３０３）。次に基準エッジ点の周囲に存在する基準パターンのエッジを参照し、回路外間隔を測定する（ステップ１３０４）。
基準パターンがＧＤＳ等の設計データもしくはプロセスシミュレーションによるデータである場合は、そのデータに回路部、非回路部の情報が定義されているため、基準パターンが構成する領域が回路部なのか、非回路部なのかを容易に判別できる。しかし、基準パターンが画像データの場合は画像から得られた情報のみでは回路部と非回路部を判別することが難しい。このような場合は、マッチング処理部５１０にて回路部と非回路部が定義された設計データとのマッチングを行い、マッチング結果に基づいて設計データの図形と画像の図形の対応を求め、設計データの回路部と非回路部の情報を基準パターンの画像領域に対応付ける。
例えば、画像座標のエッジ点Ａ(Ｘ１，Ｙ１)からエッジ点Ｂ（Ｘ２，Ｙ２）まで連続したエッジで囲まれた領域は回路部といったような画像の付帯情報を生成し、その付帯情報に基づいて回路内間隔値、回路外間隔値を決定することができる。
なお、回路部、非回路部の変形を個別に評価する必要が無い場合は回路部、非回路部の情報は不要であり、単に近接する基準エッジ間の間隔値を測定すればよい。
基準パターンを構成する各エッジ点について回路内間隔と回路外間隔の計測が完了したかを確認し（ステップ１３０５）、回路内間隔値と回路外間隔値をメモリ５０９に保存する（ステップ１３０６）。次に形状誤差と回路内間隔値と回路外間隔値から検査エッジを評価するための指標（以下、エッジスコアとする）を算出する。エッジスコアの算出は例えば数１〜３のように計算される。
エッジスコア１＝Ｗ＊Ｅ／Ｐ・・〔数１〕
エッジスコア２＝Ｗ＊Ｅ／Ｓ・・〔数２〕
エッジスコア３＝Ｗ＊Ｅ／Ｒ・・〔数３〕
Ｅ：基準エッジと検査エッジの間隔（ＰＩＸＥＬ，ｎｍ等）
Ｗ：係数
Ｐ：基準エッジ位置の回路内間隔（ＰＩＸＥＬ，ｎｍ等）、あるいは回路内間隔に基づく値
Ｓ：基準エッジ位置の回路外間隔（ＰＩＸＥＬ，ｎｍ等）、あるいは回路外間隔に基づく値
Ｒ：基準エッジ位置に近接したエッジとの間隔（ＰＩＸＥＬ，ｎｍ等）、あるいは間隔に基づく値
数１は検査エッジが基準パターンの回路内部側に存在する場合に用いられる。検査エッジが回路外部側に存在した場合は０とする。つまり形状誤差を回路内間隔値や回路内間隔値に基づく値で割ることにより、回路内間隔が小さいほどエッジスコアが大きくなる。一方、数２は検査エッジが基準パターンの回路外部に存在する場合に用いられる。検査エッジが回路内部に存在した場合は０とする。つまり形状誤差を回路外間隔値や回路外間隔値に基づく値で割ることにより、回路外間隔が小さいほどエッジスコアが大きくなる。数３は回路内間隔、回路外間隔の情報がなく、単なる回路間隔のみの情報を用いてエッジスコアを求める計算式である。Ｒは基準エッジと近接したエッジ間の間隔である。
Ｗは係数である。回路内間隔、回路外間隔に応じたＷの設定例を図１４に示す。グラフａはＷ＝１．０であり、回路内間隔、回路外間隔に対して常に一定値をとる。グラフｂはＷが回路内間隔、回路外間隔がある数値を超えた場合にＷの値が切り替わる例である。回路パターンの間隔やサイズがある数値以下の部位に生じた形状変形を特に厳しく評価するような場合に用いる。グラフｃはＷを回路内間隔、回路外間隔に応じて段階的に変更する例である。このように、Ｗを用いることで、様々な検査用途に合わせた良否判定が可能になる。
以上のように求めたエッジスコアと所定の閾値を比較して検査パターンの良否を判定する（ステップ６０５）。欠陥判定は欠陥判定部５１４で行う。具体的には数１や数２のエッジスコアとそれぞれ個別に設定された閾値を比較し、閾値以上であれば欠陥、閾値よりも小さい場合は正常と判定するような処理を行い、結果をメモリ５０９に保存する。
以上のように、荷電粒子線装置にて得られた測定対象パターンデータの第１のエッジと、当該測定対象パターンに対応する基準パターンの前記第１のエッジに対応する第２のエッジとの間の第１の間隔の寸法測定を実行する際に、第１のエッジ及び前記第２のエッジに隣接すると共に、当該第１のエッジ及び第２のエッジとは異なる第３のエッジと、第１のエッジ及び第２のエッジの少なくとも一方との間の第２の間隔の寸法と、第１の間隔の寸法に基づいて、前記第１のエッジ或いは前記測定対象パターンのスコアを算出することによって、欠陥となり得るパターン形状を定量評価することが可能となる。
また、図１０に示した計測フローでも欠陥判定が可能である。最初に基準エッジと検査エッジの間隔を計測する（ステップ１００１）。次に回路外間隔と回路内間隔を参照する（ステップ１００２）。最後にエッジ間隔、回路外間隔、回路内間隔についてそれぞれ設定された所定の閾値と比較して欠陥を判定する（ステップ１００３）。例えば、回路外間隔と回路内間隔がそれぞれ１０画素以下の場合は、エッジ間隔が５画素以上の検査エッジを欠陥と判定し、エッジ間隔が１０画素よりも大きい場合はエッジ間隔が１０画素以上の検査エッジを欠陥と判定する。
次に、基準エッジ情報だけではなく、測定対象エッジに隣接する実際のパターンと測定対象エッジとの関係に基づいてスコアを求める手法について説明する。本実施例では電子顕微鏡の視野（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）内のパターン間隔、スペース間隔を網羅的に計測し、「最小パターン間隔」、「最小スペース間隔」という指標を算出し、上述した指標（重みづけスコア）との組み合わせ評価で最終的に欠陥を特定する。この最小パターン間隔、最小スペース間隔をスコア算出に反映すべく、検査パターンのエッジ間の測定値が小さいほど、スコアが高くなる計算式を予めメモリ５０９等に記憶しておき、形状評価部５１３にて、記憶された計算式を用いた演算を実行する。形状評価部５１３では、例えば以下の演算式に基づいて、スコアを算出する。
エッジスコア４＝Ｗ＊Ｅ／(Ｐ−Ｄｉｎ)・・〔数４〕
エッジスコア５＝Ｗ＊Ｅ／(Ｓ−Ｄｏｕｔ)・・〔数５〕
Ｅ：基準エッジと検査エッジの間隔（ＰＩＸＥＬ，ｎｍ等）
Ｗ：係数
Ｐ：基準エッジ位置の回路内間隔（ＰＩＸＥＬ，ｎｍ等）、あるいは回路内間隔に基づく値
Ｓ：基準エッジ位置の回路外間隔（ＰＩＸＥＬ，ｎｍ等）、あるいは回路外間隔に基づく値
Ｄｉｎ：回路を構成する検査エッジの間隔
Ｄｏｕｔ：回路間（スペース）を構成する検査エッジの間隔
図１８、図１９を用いて、演算処理装置５０５によるエッジスコア算出の具体例を説明する。まず、走査電子顕微鏡を用いてＳＥＭ画像を取得（ステップ１８０１）し、そのＳＥＭ画像のエッジ部分に相当する輪郭線を抽出する（ステップ１８０２）。そして輪郭線データと基準パターンデータ（基準エッジ）との間で、位置合わせ処理を実行する（ステップ１８０３）。位置合わせ処理は例えば基準エッジと輪郭線間の距離が最も小さくなるように、輪郭線データ及び基準パターンデータの少なくとも１つの位置を調整することで実行するようにすると良い。図１９は、基準パターンデータと輪郭線データとの間で位置合わせを行うことによって、両者を重畳させた例を示す図である。線分１９０１は、測定対象となるエッジの基準エッジである。また、線分１９０２は測定対象エッジ（検査エッジ）の輪郭線輪郭線、線分１９０３は測定対象エッジが属するパターンの他方のエッジの輪郭線である。線分１９０２と線分１９０３はそれぞれ１本のラインパターンの右エッジと左エッジに相当する。線分１９０４は、線分１９０２と線分１９０３によって形成されるラインパターンに隣接するパターンの左エッジの輪郭線である。なお、線分１９０３と線分１９０４に対応する基準エッジは図示を省略した。
図１９のように位置合わせされた基準パターンと輪郭線との間で、寸法測定を実行する（ステップ１８０４）。本例の場合、測定点１〜９について、線分１９０１と線分１９０２との間の寸法測定を実施し、Ｅ1〜Ｅ9を求める。更に、測定対象となるエッジ（輪郭線）と隣接するエッジ（輪郭線）との間の寸法測定を実施する（ステップ１８０５）。本例の場合、線分１９０２が測定対象となるエッジであるため、線分１９０２と線分１９０３との間の寸法（Ｄｉｎ1〜Ｄｉｎ9）、及び線分１９０２と線分１９０４との間の寸法（Ｄｏｕｔ1〜Ｄｏｕｔ9）を求める。
次に、Ｄｉｎ−Ｅ、Ｄｏｕｔ−Ｅをそれぞれの測定点で求め、その中で最小の値を示すものをそれぞれ「最小パターン間隔」、「最小スペース間隔」とする。「Ｄｉｎ−Ｅ」を演算する場合、線分１９０２が線分１９０１に対し、パターン内部側（図面左側）にある場合は、Ｅは正であり、外部側にある場合は負となる。また「Ｄｏｕｔ−Ｅ」を演算する場合、線分１９０２が線分１９０１に対し、パターン外部側（図面右側）にある場合は、Ｅは正であり、内部側にある場合は負となる。
本例の場合、「最小パターン間隔」は「Ｄｉｎ4−Ｅ4」であり、「最小スペース間隔」は「Ｄｏｕｔ8−Ｅ8」であるため、これらの値と数４、５に基づいてスコアを算出する（ステップ１８０６）。
以上のようにして求められたスコアは、測定対象となるエッジの形状と、隣接するエッジとの関係を反映したものであるため、断線や短絡の可能性を的確に示す指標値となる。更に、実パターンのエッジ間の距離（絶対寸法）だけではなく、基準パターンとの乖離の程度にも応じた指標値を算出することによって、欠陥のリスクを定量的に評価することが可能となる。
次に、更に他のスコア算出法について説明する。図１５は、ＳＥＭの視野内に少なくとも２つのパターンがあり、一方のパターンに変形がある場合のパターン評価例を示す図である。図１５は、細いパターン１５０１と、太いパターン１５０２が並んで形成されている例を示している。また、点線１５０４は、設計データを示している。図１５では、パターンごとにそれぞれの２本のエッジ（点線）が示されており、更に、設計データ（レイアウトデータや設計データに基づくシミュレーションデータ）と、ＳＥＭ画像から得られた輪郭線データとの間で位置合わせが行われた例を示している。
図１５（ａ）では、細いパターン１５０１の左エッジ１５０５と右エッジ１５０６、及び太いパターン１５０２の左エッジ１５０７と右エッジ１５０８が示されている。一点鎖線（例えば一点鎖線１５０３）は、設計データのエッジを示す点線から所定距離に配置されており、本例では、エッジがこの一点鎖線を超えて形成されている場合に、その超えたエッジ部分を欠陥候補と定義する。図１５（ａ）では、右エッジ１５０６の一部が、所定の閾値を超えた凸部状に形成される例を示している。
以下に、所定値以上の変形が認められた部位と、隣接するエッジ（図１５の場合、隣接するパターンの左エッジ）を選択的に測定することによって、測定の効率化と、パターン変形の回路に与える危険度の定量評価を行う例について説明する。図１５（ａ）の例では、右エッジ１５０６の凸部と左エッジ１５０７が或る程度離間しているのに対し、図１５（ｂ）の例では、右エッジ１５０６の凸部と、左エッジ１５０９が近接している（Ｄ１＞Ｄ２）。これは左エッジ１５０９が右エッジ１５０７に対して相対的に細いパターン１５０１に近接して形成されているためである。
このように、細いパターンの変形の程度が同じであっても、太いパターンのエッジの出来によっては、パターン間が短絡する可能性が変化する。そこで、パターンの変形が回路に与える影響を評価すべく、所定の変形が認められた部位について、その変形の方向に向かって、隣接するエッジとの距離を評価することによって、その指標値を求める。この指標値は短絡の可能性を示す指標値であり、欠陥の可能性を定量値化することが可能となる。
図１６の例は、細いパターン１５０１の右エッジ１６０１が内側に向かって抉れている例を示している。このようにエッジに凹部が形成されている場合、図１６（ａ）に例示するように、細いパターン１５０１の反対側のエッジである左エッジ１５０５との距離（Ｄ３）が十分にあれば良いが、図１６（ｂ）に例示するように、右エッジ１６０１と左エッジ１６０２との距離（Ｄ４）が短い場合、細いパターン１５０１の断線の可能性が増大する。そこで、凹部が所定値以上の大きさを持つ場合（一点鎖線で表現する閾値を超えて突出している場合）、当該部分の突出方向に向かって、エッジ間の距離を測定し、当該測定結果に基づいて断線の可能性の指標値を求める。
以上のような構成によれば、パターンの変形に基づく回路欠陥の可能性を指標値化することができ、欠陥の可能性に応じた効率の良い回路評価を行うことが可能となる。
なお、指標値は、エッジ間の距離、設計データ上のエッジ間の間隔と実際のパターンエッジ間の間隔の比率、或いは距離の程度を示すスコアであっても良い。特に、パターンの短絡や断線は、エッジ間の距離がゼロになった状態であるため、距離が短くなるほど、大きくなる（或いは小さくなる）スコアを出力するようにプログラムし、スコアが所定値以上（或いは所定値以下）となったときに、短絡や断線の可能性が高いことを示す警告を発生するようにしても良い。
図１７は、図１５、図１６を用いて説明した指標値（スコア）を求める工程を示すフローチャートである。図１７のステップ１７０１〜１７０４は、上述した図１８のステップ１８０１〜１８０４と同じである。図１７の例では、輪郭線データのエッジと、基準パターンデータのエッジとの乖離が所定値以上の測定点について、選択的にスコアを算出する例について説明する。例えば図１５の例では、点線で表記した基準パターンのエッジに対し、所定距離離間した位置に、一点鎖線で表記した閾値を設定し、当該閾値を超えた部分について、選択的に他のエッジとの関係を評価する。図１５の例では、右エッジ１５０６の一部は図面右側（正側）に突出しているため、突出側に他のエッジが存在するか否かの判定を行う。近接した位置に他のエッジがない場合は、エッジ間の接触による断線や短絡の可能性が低いと考えられる。
エッジの一部が突出した方向に他のエッジ（隣接するパターンのエッジ、或いは測定対象パターンのエッジと共に１の閉図形を形成する他のエッジ）が存在する場合には、その測定対象エッジと他のエッジとの間の寸法測定を実行する（ステップ１７０６）。図１５の場合、右エッジ１５０６の突出部と、右エッジ１５０７、１５０９との間の寸法測定を実行する。この測定結果に基づいてスコアを算出する（ステップ１７０７）。図１５（ａ）に対し、エッジ間の間隔が狭い図１５（ｂ）の状態の方が欠陥（短絡）となる可能性が高い。よって、Ｄが小さい程、欠陥の可能性を示すスコアが大きくなるような演算式を用いてスコアを算出する。本例の場合、例えば数６に基づいて、スコアを算出する。
エッジスコア６＝Ｇ−Ｄ・・〔数６〕
Ｇ：設計データ上のエッジ間の距離（パターン間のギャップ）
Ｄ：突出部と隣接するエッジ間の距離（測定値）
また、図１６に例示するように、パターンの短絡の可能性を示すスコアを求める場合には例えば数７に基づいて、スコアを算出する。
エッジスコア７＝Ｗ−Ｄ・・〔数７〕
Ｗ：設計データ上のエッジ間の距離（パターン幅）
Ｄ：突出部と隣接するエッジ間の距離（測定値）
以上のように、測定対象となるエッジの基準データとの乖離の程度と、測定対象となるエッジに隣接するエッジに関する寸法値に基づいて、スコアを算出することによって、パターンの変形部の欠陥の可能性を定量化することが可能となる。
図１２はエッジスコアから求めた形状スコアを用いて欠陥を判定するフローチャートである。具体的に説明する。まず基準パターンと検査パターンを入力する（ステップ１２０１）。基準パターンが画像の場合は基準パターンのエッジを抽出する（ステップ１２０２）。次に基準パターンのエッジ間隔を測定し、各エッジ点における回路内間隔と回路外間隔を求める（ステップ１２０３）。次に基準パターンと検査パターンの重ね合わせ位置をパターンマッチング等により特定する（ステップ１２０４）。検査パターンが画像の場合は検査パターンのエッジを抽出する（ステップ１２０５）。次に検査パターンを構成する検査エッジ点と検査エッジ点に対応する基準パターンの基準エッジ点間の距離を全て計測し、実施例１に示した手順で、各検査エッジ点のエッジ点スコアを求める（ステップ１２０８）。次に検査エッジスコア群から形状スコアを求める（ステップ１２０９）。
検査パターンのエッジデータから形状スコアを求める手順を図１１のフローチャートに示す。最初に検査パターンのエッジデータを入力する（ステップ１１０１）。次に検査パターンを構成する各エッジ点について、基準エッジと検査エッジの間隔の測定（ステップ１１０２）、基準エッジ点における回路内間隔、回路外間隔の参照（ステップ１１０３）し、エッジの間隔、回路内間隔、回路外間隔を用いたエッジスコアの生成（ステップ１１０４）を行う。計測対象となる検査エッジのエッジスコアが全て生成（ステップ１１０５）された後、そのエッジスコア群を用いて形状スコアを算出する（ステップ１１０６）。形状スコアとは、エッジスコアから抽出された数値である。例えば、エッジスコア群の最大値、最小値、平均値、分散値，標準偏差等である。また、エッジスコアを降順にならべ、上位Ｎ個分のエッジスコアの平均値を形状スコアとしてもよい。
これら形状スコアは基準パターンに対する検査パターンの二次元的な形状変形を示し、この形状スコアを欠陥判定に用いることで、二次元的な形状変形に基づく欠陥判定が可能になる。
最後に形状スコアを所定の閾値と比較して検査パターンの良否を判定する（ステップ１２１０）。欠陥判定は例えばエッジスコア群から算出された平均値と標準偏差等複数の指標を個別に設定された閾値で比較して総合判定することもできる。
以上のような回路パターンの測定、欠陥判定等は、専用のハードウェアによって実行するようにしても良いし、汎用のコンピューターに上述、或いは後述するような処理を実行させるようにしても良い。
２０１…ＳＥＭ，２０２…電子線，２０３…試料，２０４…二次電子検出器，２０５…反射電子検出器１，２０６…反射電子検出器２，２０７…Ａ／Ｄ変換器，２０８…メモリ，２０９…ＣＰＵ，２１０…ハードウェア，２１１…表示手段，２１２…レシピ生成システム，２１３…設計データ、２１４…制御装置、３００…計測領域，３０１…基準パターン、３０２…検査対象の回路パターン、３０３…回路部、３０４…非回路部、３０５〜３０８…形状変形部、４０１…回路部、４０２…非回路部、４０３…基準パターン、４０４…検査対象の回路パターン、４０５…基準エッジ、４０６…検査エッジ、４０７…回路外間隔、４０８…回路内間隔、４０９…検査エッジと基準エッジの間隔、５０１…走査電子顕微鏡本体、５０２…走査偏向器、５０３…検出器、５０４…制御装置、５０５…演算処理装置、５０６…レシピ実行部、５０７…画像処理部、５０８…画像積算部、５０９…メモリ、５１０…マッチング処理部、５１１…輪郭線抽出部、５１２…基準パターン測定部、５１３…形状評価部、５１４…欠陥判定部、５１５…設計データ記憶媒体、５１６…設計装置、５１７…入出力装置５１７、７００…ディスプレイ、７０１…検査ウィンドウ、７０２…基準パターン、７０３…検査パターン、７０４…形状変形部、７０５…検査結果ウィンドウ、９０１…ラインパターン、９０２…ホワイトバンド、９０３…第１の輪郭線、９０４〜９０６…輝度分布取得領域、９０７〜９０９…第１の輪郭線に対し垂直な方向の輝度分布

Claims (7)

  1. 荷電粒子線装置にて得られた測定対象パターンデータの第１のエッジと、当該測定対象パターンに対応する基準パターンの前記第１のエッジに対応する第２のエッジとの間の第１の間隔の寸法測定を実行する演算装置を備えたパターン測定装置において、
    前記演算装置は、前記第１のエッジ及び前記第２のエッジに隣接すると共に、当該第１のエッジ及び第２のエッジとは異なる第３のエッジと、前記第１のエッジ及び第２のエッジの少なくとも一方との間の第２の間隔の寸法と、前記第１の間隔の寸法に基づいて、前記第１のエッジ或いは前記測定対象パターンのスコアを算出す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、
    前記演算装置は、以下の演算式を用いて、前記スコアを算出することを特徴とするパターン測定装置。
    スコア＝係数×第１の間隔の寸法／第２の間隔の寸法
  3. 請求項２において、
    前記演算装置は、以下の演算式の少なくとも１つを用いて、前記スコアを算出することを特徴とするパターン測定装置。
    スコア１＝Ｗ＊Ｅ／Ｐ
    スコア２＝Ｗ＊Ｅ／Ｓ
    Ｅ：第１の間隔の寸法
    Ｗ：係数
    Ｐ：第２の間隔の寸法（基準パターン幅）
    Ｓ：第２の間隔の寸法（基準パターン間間隔）
  4. 請求項１において、
    前記演算装置は、以下の演算式を用いて、前記スコアを算出することを特徴とするパターン測定装置。
    スコア＝係数×第１の間隔の寸法／（基準パターンのエッジ間間隔−測定対象パターンのエッジ間間隔）
  5. 請求項４において、
    前記演算装置は、以下の演算式の少なくとも１つを用いて、前記スコアを算出することを特徴とするパターン測定装置。
    スコア１＝Ｗ＊Ｅ／(Ｐ−Ｄｉｎ)
    スコア２＝Ｗ＊Ｅ／(Ｓ−Ｄｏｕｔ)
    Ｅ：第１の間隔の寸法
    Ｗ：係数
    Ｐ：第２の間隔の寸法（基準パターン幅）
    Ｓ：第２の間隔の寸法（基準パターン間間隔）
    Ｄｉｎ：測定対象パターン幅
    Ｄｏｕｔ：測定対象パターン間間隔
  6. 請求項１において、
    前記演算装置は、前記スコアを複数求め、当該複数のスコアの統計値を算出することを特徴とするパターン測定装置。
  7. 荷電粒子線装置にて得られた測定対象パターンデータの第１のエッジと、当該測定対象パターンに対応する基準パターンの前記第１のエッジに対応する第２のエッジとの間の第１の間隔の寸法測定をコンピューターに実行させるコンピュータープログラムにおいて、
    当該プログラムは、前記コンピューターに、前記第１のエッジ及び前記第２のエッジに隣接すると共に、当該第１のエッジ及び第２のエッジとは異なる第３のエッジと、前記第１のエッジ及び第２のエッジの少なくとも一方との間の第２の間隔の寸法と、前記第１の間隔の寸法に基づいて、前記第１のエッジ或いは前記測定対象パターンのスコアを算出させることを特徴とするコンピュータープログラム。
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