JP4040809B2 - 微細パターン測定方法、微細パターン測定装置及び微細パターン測定プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンプルのパターン形状を測定する微細パターン測定方法、微細パターン測定装置及び微細パターン測定プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのプロセスの評価においては、ウェハ上のパターンを走査電子顕微鏡等で観察し、パターンの所定の寸法を測定するということが広く行われている。最近では、デバイスの高集積化に伴い、パターンの形状も多様化している。このため、従来の１次元の寸法測定が必ずしもデバイスの特性を決定するパラメータを測定することにはなっておらず、周囲長や面積等の２次元の寸法測定が重要となってきている。
【０００３】
一方、パターンの微細化に伴い、パターン形状を形成するリソグラフィプロセスの際に露光装置のレンズの収差等の影響を受ける場合がある。この場合、例えば真円になるべきパターンがゆがんでいたりする。このような場合にある一定方向の直径のみを測定したとしても、その測定値はこのパターンの形状を正しく表現しているとはいえない。従って、この点からも面積を測定することの意義は大きくなってきている。また、レジスト等の評価にパターンエッジのラフネスを測定することは重要であるが、ラインパターン等の場合には簡便に求められるのに対して、ホールパターン等曲率のあるパターンに対してはラフネスを求めることができなかった。
【０００４】
このような問題に対して例えば特開平７−２７５４８号公報に記載されているように、ホールパターンの画像を極座標展開し、展開された画像に対して角度方向にライン加算を行い、エッジ位置を検出することによりそのホールパターンの全方向を反映した直径・半径・面積等を求めるというものがある。しかしながら、この手法においては、真円に近いホールパターンに対しては極座標展開した際にホールパターンのエッジに相当する部分がほぼ一直線に並ぶのに対し、ラフネスの大きなパターンや楕円等の場合は直線にはならず、前記ライン加算の際にエッジがなまる可能性があり、また、エッジに対して垂直ではない方向にエッジを検出するため検出精度が悪いという問題があった。
【０００５】
この問題点を図１８を用いて説明する。図１８は、サンプルであるウェハ上にテーパ状のホールパターンが形成されており、そのホールの穴底に対応する領域が穴底領域１０１，テーパ部に対応する領域が穴縁領域１０２，これら以外の領域が外側領域１０３となっており、このような領域１０１〜１０３を有する画像が得られる。得られた画像に対して矢印に示す直線の方向に濃度分布を求め、エッジを検出する。この場合、図１８（ａ）ではエッジに対して斜め方向にエッジ検出を行う場合は垂直に行う図１８（ｂ）の場合に比較して濃度変化のコントラストが悪い。従って、検出精度は図１８（ａ）に示す場合の方が悪くなる。
【０００６】
また、特開平１０−２７６０４３号公報においては、楕円のパターンに対して大小２つの楕円で囲まれる領域に対して、この領域の湾曲方向を横切る直線上でのピークからエッジを求め、これに基づいて楕円の幅や高さ、面積等を求める例が挙げられているが、得られたエッジも上記従来例と同様に、エッジに対して垂直ではない方向でエッジ検出されているため、得られたエッジ位置の検出精度が悪いという問題がある。また、求めたエッジに垂直な方向に指定範囲濃度データを取得し、濃度データを基にパターンのテーパ異常を検出するという例があるが、この濃度データを用いたエッジ検出は行われていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の微細パターン測定方法では、画像データから求められたエッジに対して垂直ではない方向でエッジ検出されているため、得られたエッジ位置の検出精度が悪いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、パターンのエッジを正確に検出することにより高精度な微細パターンの測定を可能とする微細パターン測定方法、微細パターン測定装置及び微細パターン測定プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微細パターン測定方法は、微細パターンが形成されたサンプルのパターン画像を取得する工程と、前記パターン画像に対してパターン形状を反映する図形を作成する工程と、この図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得する工程と、前記濃度分布データからパターンエッジ座標を検出する工程と、前記パターンエッジ座標を基に前記パターンの形状を測定する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
【００１１】
（１）パターン形状を反映する図形の作成は、画像濃度の違いに基づくラベリングを用いる。
【００１２】
（２）パターンの代表点と測定領域を設定し、該測定領域内で代表点を中心として所定の指定角度毎に濃度分布を求め、該濃度分布中のピーク位置を求め、このピーク位置に基づいて前記パターンのおおよその輪郭を求め、該輪郭に基づいて前記図形を作成する。
【００１３】
（３）（２）における測定領域は、互いに交わらない２つの閉曲線のうち、小さい閉曲線の外側で、かつ大きい閉曲線の内側である。
【００１４】
（４）パターンの形状の特徴に基づいて、前記濃度分布データの取得の方向及び間隔を決定し、該決定された方向及び間隔に基づいて濃度分布データを取得する。
【００１５】
（５）（４）におけるパターンの形状の特徴は、前記図形の輪郭を規定する座標と、該座標が位置する前記パターンの重心からの角度との関係を用いる。
【００１６】
また、方法に係る本発明は、コンピュータに当該発明に相当する機能を実現させるための微細パターン測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても成立する。
【００１７】
また、本発明に係る微細パターン測定装置は、サンプルのパターン画像を取得するパターン画像取得部と、前記パターン画像に対してパターン形状を反映する図形を作成する図形作成部と、前記図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得する濃度分布データ取得部と、前記濃度分布データに基づいてパターンエッジ座標を検出するエッジ検出部と、前記エッジ座標を基に前記パターンの形状を測定する形状測定部とを具備してなることを特徴とする。
【００１８】
（作用）
本発明では、パターン形状を反映する図形を作成し、この図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得し、これに基づいてエッジ座標を検出する。これにより、常にパターンの輪郭に対して垂直な方向にエッジを検出することができるため、エッジの検出精度が高くなる。従って、エッジに基づいて算出される面積や周囲長等の形状パラメータの計測精度が著しく向上する。また、曲率を持ったパターンであっても簡便にエッジラフネスの測定を行うことが可能となる。
【００１９】
また、パターンの代表点と測定領域を設定し、該測定領域内で代表点を中心として所定の指定角度毎に濃度分布を求め、該濃度分布中のピーク位置を求め、このピーク位置に基づいて前記パターンのおおよその輪郭を求めてパターン形状を反映する図形を作成する。これにより、エッジ付近の情報のみがパターンの形状の特徴の抽出に利用されるため、よりノイズの影響の少ない測定が可能となる。また、測定領域を、互いに交わらない２つの閉曲線で規定することにより、様々な形状のパターンを測定することが可能となり、規格外の大きさのパターンを測定する時間を大幅に短縮することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る微細パターン測定装置の全体構成を示す図である。本実施形態では測長ＳＥＭを用いて説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡は、電子ビームを放出する電子銃、放出した電子ビームを測定対象である試料（サンプル１１）表面に照射する電子光学系、試料表面から放出される２次電子を検出する２次電子検出機構とに大別される。
【００２３】
サンプル１１に電子ビームを放出する電子銃１から照射された電子ビーム１’の進路には、その進行方向に向かってガンアライメントコイル２，コンデンサレンズ３，対物レンズアライメントコイル４，スティグマコイル５，走査コイル６，対物絞り７，２次電子検出器８，対物レンズ９からなる電子光学系が順に設けられている。ガンアライメントコイル２及び対物レンズアライメントコイル４は、コンデンサレンズ３，対物レンズ９を補正するために設けられ、走査コイル６は２対の電磁コイルからなり、各コイルにそれぞれ異なった周期の電源を供給して一方にＸ方向の、他方にＹ方向の鋸歯状波形信号を与えて電子ビーム１’を走査する。
【００２４】
また、電子銃１から照射された電子ビーム１’が電子光学系を通過すると、ステージ１０上に載置されたサンプル１１に照射される。また、２次電子検出機構として、サンプル１１から所定距離離れた位置に２次電子検出器８が配置され、サンプル１１表面から放出される２次電子を検出する。
【００２５】
電子銃１には加速電圧制御用電源２１が接続されており、この加速電圧制御用電源２１により、電子銃１からの電子ビーム１’を所望の加速エネルギーで放出することができる。ガンアライメントコイル２，対物レンズアライメントコイル４はビームアライメント制御回路２２に接続され、スティグマコイル５にはスティグマ制御回路２３が接続されており、これらビームアライメント制御回路２２及びスティグマ制御回路２３によりビーム形状の補正を行う。
【００２６】
また、走査コイル６は偏向増幅器２４に接続され、さらにこの偏向増幅器２４に接続された偏向信号発生器２４’で発生させた偏向信号を偏向増幅器２４により増幅させて走査コイル６に電圧が与えられる。対物レンズ９には対物レンズ励磁電圧電源２５が接続され、この電源２５により対物レンズ９に励磁電圧が与えられる。ステージ１０にはステージコントローラ２６が接続され、このコントローラ２６によりステージ１０が駆動する。これら２１〜２３，２４’及び２６からなる制御系はホストコンピュータ２７で制御される。
【００２７】
また、２次電子検出器８で検出された測定データは、増幅器２８を介してスキャンコンバータ２９に入力され、２次元画像としてＣＲＴ３０に拡大されて表示される。
【００２８】
偏向信号発生器２４’には偏向増幅器３１が接続され、さらにこの偏向増幅器３１に走査コイル３２が接続されている。偏向信号増幅器３１からの増幅された偏向信号により走査コイル３２を制御することにより、ＣＲＴ３０のビーム走査がサンプル１１上の走査に同期してなされる。
【００２９】
スキャンコンバータ２９の出力信号は画像処理装置３３に入力される。スキャンコンバータ２９で２次元画像とされた２次電子検出信号は画像処理装置３３で所望の画像処理がなされる。この画像処理装置３３は、ホストコンピュータ２７に接続され、ホストコンピュータ２７の指令に基づいて画像処理を行う。
【００３０】
なお、ホストコンピュータ２７は、予め定められたレシピファイル３４に基づいて制御系の制御や画像処理装置３３における画像処理を制御する。
【００３１】
図２は画像処理装置３３の詳細な構成を示す図である。スキャンコンバータ２９により２次元信号とされた画像データは、画像取得部３３１で取得される。画像取得部３３１で得られた画像データは図形作成部３３２に出力され、パターンの形状を反映するような図形が作成される。作成された図形データは濃度分布データ取得部３３３に出力される。この濃度分布データ取得部３３３では、図形データに基づいて濃度分布データが作成される。得られた濃度分布データはエッジ検出部３３４に出力され、パターンのエッジが検出される。得られたパターンのエッジはパターン形状測定部３３５に出力される。パターン形状測定部３３５はパターンのエッジに基づいてパターン形状、具体的にはパターンの面積、周囲長やエッジラフネス等を測定する。
【００３２】
次に、図１〜図８を用いて本実施形態に係る微細パターン測定方法を説明する。例として、楕円形のホールパターンを測定する場合について説明する。
【００３３】
まず、楕円形のホールパターンが形成されたサンプル１１（ウェハ）を図１に示す測定装置内に搬送する。アライメント操作等によりサンプル１１のローテーションを補正した後、電子ビーム１’を走査し、目的のパターンが視野内に来るようにステージ１０を移動する。
【００３４】
この際得られるホールパターンのＳＥＭ画像を図３に示す。図３に示すように、楕円形のホールパターンのうち、ホールの穴底に相当する部分が穴底領域４１，ホールパターンのテーパに相当する部分が穴縁領域４２，これら穴底領域４１及び穴縁領域４２以外の領域を外側領域４３となる。穴底領域４１は暗く（黒色）、穴縁領域４２は明るく（白色）、外側領域４３はやや明るく（灰色）なった画像が得られる。
【００３５】
得られたＳＥＭ画像データは図形作成部３３２に出力される。図形作成部３３２では、ＳＥＭ画像データに基づいてホールパターンの形状を反映するような図形が作成される。例えば、所定のしきい値で３値化処理を行い、しきい値で区切られる黒色、白色及び灰色の３つの領域にラベリングし、黒色と白色との境界を抽出する。これにより、ホールパターンの穴底領域の外縁、すなわち輪郭に相当する部分を抽出することが可能である。
【００３６】
なお、３値化処理以外にも、例えばＳＥＭ画像データに対して微分処理を行い、得られた微分画像の濃度の高い部分のみをスレッショルド処理により抽出してもよいし、あるいは穴縁領域４２が白く明るくなることを利用して、穴縁領域４２とそれ以外の領域とで２値化処理を行い抽出してもよい。
【００３７】
いずれの反映図形の作成手法を用いた場合であっても、ＳＥＭ画像にはごま塩雑音のようなノイズが多く含まれる。そこで、フーリエ変換等の処理を用いて輪郭上の細かいノイズを取り除くことにより、ホールパターンの形状を反映する図形が得られる。このホールパターンの形状を反映する図形の一例を図４に示す。図４に示すように、反映図形５１は穴底領域４１の輪郭に相当する形状とほぼ同じ形状を有しているのが分かる。
【００３８】
得られた反映図形５１は濃度分布データ取得部３３３に出力される。濃度分布データ取得部３３３では、反映図形５１に基づいて濃度分布データを作成する。その具体的手法を図５を用いて以下説明する。
【００３９】
まず、反映図形５１の重心位置５１１を求める。次に、重心位置５１１を通る基準直線５１２を設定する。そして、重心位置５１１から基準直線５１２に対して指定角度θ毎に反映図形５１に対して直線５１３を引く。図５では直線５１３は説明の便宜のため１本のみを示しているが、例えば指定角度θを２°に設定すれば、直線５１３は１８０本得られる。そして、この直線５１３と反映図形５１の輪郭の交点５１４を求め、この交点５１４における反映図形５１の接線５１５の傾きを微分により求める。そして、得られた接線５１５の傾きに対して直交する方向に、濃度取得直線５１６を引く。そして、この濃度取得直線５１６上の濃度分布データを取得する。
【００４０】
図６は画像取得部３３１で得られたＳＥＭ画像と濃度取得直線５１６を示す。濃度取得直線５１６のうち、実際に濃度分布を取得するのは、交点５１４を挟んで所定の距離にある領域（以下、濃度取得領域５１７と称する）のみである。この濃度分布取得領域５１７は、少なくとも交点５１３を挟んで穴底領域４１内の点から、外側領域４３内の点までを含み、穴縁領域４２の内周から外周までを横断するように設定される。
【００４１】
このように設定された濃度分布取得領域５１７で得られた濃度分布曲線６１を図７に示す。横軸は位置、縦軸は濃度であり、位置が０に近い側が穴底領域４１、位置が０から遠い側が外側領域４３の濃度を示している。得られた濃度分布曲線６１は、図５に示すように指定角度θにおける１本の直線５１２のみについて得られた濃度分布を示すものであり、この濃度分布曲線６１を指定角度毎に求め、各指定角度に対して展開すると図８のようになる。横軸は位置、縦軸は角度である。図８における横軸は、図７に示した横軸と正負逆になっている。従って、位置が０に近い側が外側領域４３，位置が０から遠い側が穴底領域４１である。
【００４２】
指定角度に展開された濃度分布データは、エッジ検出部３３４に出力される。エッジ検出部３３４では、展開された濃度分布データに基づいて、通常のラインパターンの寸法測定と同様に、直線近似法等によりエッジ位置を検出する。得られたエッジ位置を元の画像、すなわち指定角度毎に展開する前の２次元画像に変換すると、穴底の輪郭に近い部分を抽出することができる。
【００４３】
得られたエッジ位置を示すデータは、パターン形状測定部３３５に出力される。パターン形状測定部３３５は、パターンのエッジ位置から得られるパターンの輪郭から、パターンの面積や周囲長等を計測する。なお、パターン形状測定部３３５は、前述の展開画像のエッジ位置の分散を調べることにより、ホールパターンのエッジのラフネスを算出することもできる。すなわち、指定角度に対して検出されたエッジ位置のばらつきを求めてやればよい。
【００４４】
このように本実施形態によれば、パターンの輪郭に対して垂直な方向にエッジを検出することが可能となるため、エッジの検出精度が高くなる。従って、その検出されたエッジに基づいて算出される面積や周囲長等の形状パラメータの計測精度が向上する。また、曲率を持ったパターンであってもより簡便にエッジラフネスの測定を行うことが可能となる。特に、ラベリングを利用することにより、簡便にパターン形状を反映する図形を作成することができる。
【００４５】
なお、本実施形態においては図８に示すような濃度分布曲線を展開した図形を一旦作成し、その図形に基づいてエッジ位置を検出する場合を示したが、このような工程を省略することも可能である。すなわち、各指定角度毎に複数求められた濃度分布曲線から基準点をそれぞれ算出し、これら複数の基準点を２次元画像上に直接プロットすれば展開図形は不要となる。
【００４６】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の変形例に係わる。第１実施形態では、ホールパターンを含む画像全体に対して画像処理を行いパターン形状を反映する図形を抽出したが、ＳＥＭ画像はごま塩雑音が多く図形の抽出の際にもこの影響を受けやすい。そこで以下に示す手法を用いてパターン形状を反映する図形を抽出してもよい。なお、本実施形態の説明において第１実施形態と共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００４７】
まず、ホールパターンが形成されたサンプル１１（ウェハ）を図１に示すような測定装置内に搬送する。次に、アライメント操作等によりサンプル１１のローテーションを補正した後、電子ビーム１’を走査し、目的とするパターンが視野内に来るようにステージ１０を移動する。ここまでは第１実施形態と同じである。
【００４８】
次に、電子ビーム１’でサンプル１１上を走査し、サンプル１１のＳＥＭ画像を画像取得部３３１で得る。そして、得られた画像データは画像取得部３３１から図形作成部３３２に出力される。図形作成部３３２では、以下に示す動作が行われる。まず、得られた画像データに対して予め画像処理装置３３の図示しないメモリ内に記憶させておいた参照画像を用いて目的のパターンの中心座標を求める。
【００４９】
図９は参照画像の一例を示す図である。得られる画像データとほぼ同じ形状の画像、すなわち穴底領域４１’、穴縁領域４２’及び外側領域４３’を有し、穴底領域４１’の中心にはパターンの中心座標の基準とする基準座標４４’が記憶されている。この参照画像と実際に得られたＳＥＭ画像を比較し、両者の相関係数を求め、予め定められたしきい値以上の位置をそのパターンの中心座標として設定する。
【００５０】
次に得られたパターンの中心座標を中心として測定範囲を設定する。図１０は測定範囲の一例を示す図である。図１０に示すように、穴底領域４１，穴縁領域４２及び外側領域４３からなる画像データにおいて、穴底領域４１の中心には中心座標４４が与えられ、この中心座標４４を中心とした２つの閉曲線（大小２つの楕円６２及び６３）が設定される。この大小２つの楕円６２及び６３で規定される領域、すなわち小さな楕円６２の外側でかつ大きな楕円６３の内側の領域が測定範囲である。この測定範囲には、ホールパターンの穴の縁の部分、すなわち穴縁領域４２のすべての領域が含まれているように楕円６２及び６３の大きさが設定される。
【００５１】
この楕円６２及び６３の形状は、例えば参照画像を構成する穴底領域４１’や穴縁領域４２’の外縁により規定される楕円等と同じ形状を用いればよく、閉曲線であれば楕円でなくてもよく、例えば長方形であってもよい。また、この閉曲線を求めるために、例えば３値化処理によりパターンの輪郭を抽出し、得られた輪郭のデータをある一定量拡大又は縮小して２つの閉曲線を作成するものであってもよい。また、測定されるパターンサイズ変化の許容量が予め定められている場合には、測定範囲の内側を規定する閉曲線は許容されるサイズの下限の大きさに、測定範囲の外側を規定する閉曲線は許容されるサイズの上限の大きさに設定しておけば、許容範囲外の大きさのパターンに対しては測定が行われないで済むため、測定時間を短縮することができる。
【００５２】
次に、定められた測定範囲における濃度分布データを取得する。図１１は濃度分布データの取得方法を説明するための図である。図１１に示すように、中止座標４４を通る基準直線７１に対して所定の角度θをなし、中心座標４４を通り、測定範囲を横断する直線７２を設定し、この直線７２上でかつ測定範囲内の領域の濃度分布データ７３を取得する。この直線７２は、基準直線７１に対して指定された角度毎に複数本与えられ、すべての直線７２に対して濃度分布曲線７３が得られる。
【００５３】
図１２は得られた濃度分布曲線７３を示す図である。横軸は位置、縦軸は濃度である。この濃度分布曲線７３から例えば濃度の一番高くなっている座標を抽出する。そして、各指定角度毎に同様の操作を繰り返すと、濃度の最大値の集合が得られる。得られた最大値の集合をつなぎ合わせ、ノイズの除去を行うことにより、パターンの形状を反映する図形を作成することができる。得られた図形を図１３に示す。
【００５４】
なお、濃度の最大値を取得するようにしたがパターンの形状を反映する図形が作成するようにするためには例えば最大値から５０％濃度の小さくなった点等を用いてもよい。
【００５５】
その後は第１実施形態と同様に、得られた反映図形データを濃度分布データ取得部３３３に出力し、指定角度毎に微分を行い、得られた傾きと直交する方向に濃度分布データを取得し、得られた濃度分布データからパターンのエッジを検出し面積、周囲長、エッジラフネス等の測定を行う。
【００５６】
このように本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、エッジ付近の情報のみがパターンの形状の特徴の抽出に利用されるため、よりノイズの影響の少ない測定が可能となる。また、穴縁領域４２を挟んで与えられ、測定範囲を規定する２つの閉曲線を用いることにより様々な形状のパターンを測定することが可能となる。また、規格外の大きさのパターンを測定する時間を大幅に短縮することができる。
【００５７】
（第３実施形態）
本実施形態は第１実施形態の変形例に関わり、濃度分布データの作成に特徴がある。本実施形態では、第１実施形態と異なる形状のホールパターンを測定する場合について説明する。
【００５８】
まず、第１，２実施形態と同様にサンプル１１を装置内に搬入し、ＳＥＭ画像を取得し、画像取得部３３１に出力する。図１４は本実施形態のホールパターンのＳＥＭ画像データを示す図である。図１４に示すように、画像データは穴底領域８１、穴縁領域８２及び外側領域８３から構成される点は第１実施形態と同じであるが、その形状が異なり、楕円形ではなく、その周縁に直線部分を含む。
【００５９】
得られた画像データは画像取得部３３１から図形作成部３３２に出力される。図形作成部３３２は、図１４に示す画像データに基づいて第１，２実施形態いずれかの手法を用いてパターンの形状を反映する図形を作成し、濃度分布データ取得部３３３に出力する。
【００６０】
図１５は濃度分布データ取得方法を説明するための図である。図１５に示すように、濃度分布データ取得部３３３は、まずパターンの形状を反映する図形の重心８４を求める。そして、得られた重心８４を中心として指定角度毎にｘ，ｙ座標を求めていく。
【００６１】
得られたｘ，ｙ座標と、基準直線との角度θとの関係を図１６に示す。図１６においてｙ座標に注目すると範囲９１においてはその変動が他の部分に比べて小さくなっていることが分かる。図１７は図１６に示したｘ，ｙ座標を基準直線との角度θで微分したものである。ｙ座標を微分した値、すなわちｄｙ／ｄθは、範囲９１においてその値がほぼ０になっている。すなわち、この範囲９１においては図形の輪郭はほぼ水平になっていることを示している。従って、この範囲９１においては図１５に示すように、基準直線に対して垂直な方向に濃度分布データを取得すればよい。範囲９１以外の範囲９２においては、第１，２実施形態と同様にそれぞれの位置において図形の輪郭を微分し、得られた傾きと直交する方向に濃度分布データを取得する。
【００６２】
そして、得られた濃度分布データからパターンのエッジを検出し面積、周囲長やエッジラフネスを測定する点は第１，２実施形態と同様である。
【００６３】
このように本実施形態によれば、サンプリングの間隔を効率よく定めることができるため、測定時間を短縮することができる。特に、部分的に曲率の小さくなっている形状のパターンの測定の際に測定時間を短縮することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では測定対象とするパターンの輪郭に直線部分を含む場合について説明したが、パターンの輪郭が所定の関数で表されるものであれば、パターンの各部位における輪郭の接線を求め、その接線に垂直な直線上の濃度分布データを取得するという手間を省き、輪郭を表す関数の傾きを自動的に求め、その傾きに基づいて濃度分布データ取得の方向及び間隔を定めることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、常にパターンの輪郭に対して垂直な方向にエッジを検出することができるため、エッジの検出精度が高くなる。従って、エッジに基づいて算出される面積や周囲長等の形状パラメータの計測精度が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る本発明の第１実施形態に係る微細パターン測定装置の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態に係る画像処理装置の詳細な構成を示す図
【図３】同実施形態で得られるホールパターンのＳＥＭ画像を示す図。
【図４】同実施形態に係るホールパターンの形状を反映する図形の一例を示す図。
【図５】同実施形態に係る濃度分布データ作成手法を説明するための図。
【図６】同実施形態に係る画像取得部で得られたＳＥＭ画像と濃度取得直線を示す図。
【図７】同実施形態に係る濃度分布取得領域における濃度分布曲線を示す図。
【図８】同実施形態に係る濃度分布曲線を指定角度に対して展開した図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る参照画像を示す図。
【図１０】同実施形態に係る反映図形の取得における測定範囲の一例を示す図。
【図１１】同実施形態に係る濃度分布データの取得方法を説明するための図。
【図１２】同実施形態に係る濃度分布データを示す図。
【図１３】同実施形態により得られたパターンの形状を反映する図形を示す図。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るホールパターンのＳＥＭ画像データを示す図。
【図１５】同実施形態に係る濃度分布データ取得方法を説明するための図。
【図１６】同実施形態に係るｘ，ｙ座標と、基準直線との角度θとの関係を示す図。
【図１７】同実施形態の図１６に示すｘ，ｙ座標を基準直線との角度θで微分した曲線を示す図。
【図１８】従来のパターンエッジ検出の問題点を説明するための図。
【符号の説明】
１…電子銃
１’…電子ビーム
２…ガンアライメントコイル
３…コンデンサレンズ
４…対物レンズアライメントコイル
５…スティグマコイル
６…走査コイル
７…対物絞り
８…２次電子検出器
９…対物レンズ
１０…ステージ
１１…サンプル
２１…加速電圧制御用電源
２２…ビームアライメント制御回路２２
２３…スティグマ制御回路
２４，３１…偏向増幅器
２４’…偏向信号発生器
２５…対物レンズ励磁電圧電源
２６…ステージコントローラ
２７…ホストコンピュータ
２８…増幅器
２９…スキャンコンバータ
３０…ＣＲＴ
３２…走査コイル
３３…画像処理装置
３４…レシピファイル
４１，８１…穴底領域
４２，８２…穴縁領域
４３，８３…外側領域
８４…重心
９１，９２…範囲
５１…反映図形
６１，７３…濃度分布曲線
６２，６３…楕円
７１…基準直線
７２…直線
３３１…画像取得部
３３２…図形作成部
３３３…濃度分布データ取得部
３３４…エッジ検出部
３３５…パターン形状測定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンプルのパターン形状を測定する微細パターン測定方法、微細パターン測定装置及び微細パターン測定プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのプロセスの評価においては、ウェハ上のパターンを走査電子顕微鏡等で観察し、パターンの所定の寸法を測定するということが広く行われている。最近では、デバイスの高集積化に伴い、パターンの形状も多様化している。このため、従来の１次元の寸法測定が必ずしもデバイスの特性を決定するパラメータを測定することにはなっておらず、周囲長や面積等の２次元の寸法測定が重要となってきている。
【０００３】
一方、パターンの微細化に伴い、パターン形状を形成するリソグラフィプロセスの際に露光装置のレンズの収差等の影響を受ける場合がある。この場合、例えば真円になるべきパターンがゆがんでいたりする。このような場合にある一定方向の直径のみを測定したとしても、その測定値はこのパターンの形状を正しく表現しているとはいえない。従って、この点からも面積を測定することの意義は大きくなってきている。また、レジスト等の評価にパターンエッジのラフネスを測定することは重要であるが、ラインパターン等の場合には簡便に求められるのに対して、ホールパターン等曲率のあるパターンに対してはラフネスを求めることができなかった。
【０００４】
このような問題に対して例えば特開平７−２７５４８号公報に記載されているように、ホールパターンの画像を極座標展開し、展開された画像に対して角度方向にライン加算を行い、エッジ位置を検出することによりそのホールパターンの全方向を反映した直径・半径・面積等を求めるというものがある。しかしながら、この手法においては、真円に近いホールパターンに対しては極座標展開した際にホールパターンのエッジに相当する部分がほぼ一直線に並ぶのに対し、ラフネスの大きなパターンや楕円等の場合は直線にはならず、前記ライン加算の際にエッジがなまる可能性があり、また、エッジに対して垂直ではない方向にエッジを検出するため検出精度が悪いという問題があった。
【０００５】
この問題点を図１８を用いて説明する。図１８は、サンプルであるウェハ上にテーパ状のホールパターンが形成されており、そのホールの穴底に対応する領域が穴底領域１０１，テーパ部に対応する領域が穴縁領域１０２，これら以外の領域が外側領域１０３となっており、このような領域１０１〜１０３を有する画像が得られる。得られた画像に対して矢印に示す直線の方向に濃度分布を求め、エッジを検出する。この場合、図１８（ａ）ではエッジに対して斜め方向にエッジ検出を行う場合は垂直に行う図１８（ｂ）の場合に比較して濃度変化のコントラストが悪い。従って、検出精度は図１８（ａ）に示す場合の方が悪くなる。
【０００６】
また、特開平１０−２７６０４３号公報においては、楕円のパターンに対して大小２つの楕円で囲まれる領域に対して、この領域の湾曲方向を横切る直線上でのピークからエッジを求め、これに基づいて楕円の幅や高さ、面積等を求める例が挙げられているが、得られたエッジも上記従来例と同様に、エッジに対して垂直ではない方向でエッジ検出されているため、得られたエッジ位置の検出精度が悪いという問題がある。また、求めたエッジに垂直な方向に指定範囲濃度データを取得し、濃度データを基にパターンのテーパ異常を検出するという例があるが、この濃度データを用いたエッジ検出は行われていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の微細パターン測定方法では、画像データから求められたエッジに対して垂直ではない方向でエッジ検出されているため、得られたエッジ位置の検出精度が悪いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、パターンのエッジを正確に検出することにより高精度な微細パターンの測定を可能とする微細パターン測定方法、微細パターン測定装置及び微細パターン測定プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微細パターン測定方法は、微細パターンが形成されたサンプルのパターン画像を取得する工程と、前記パターン画像に対してパターン形状を反映する図形を作成する工程と、この図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得する工程と、前記濃度分布データからパターンエッジ座標を検出する工程と、前記パターンエッジ座標を基に前記パターンの形状を測定する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
【００１１】
（１）パターン形状を反映する図形の作成は、画像濃度の違いに基づくラベリングを用いる。
【００１２】
（２）パターンの代表点と測定領域を設定し、該測定領域内で代表点を中心として所定の指定角度毎に濃度分布を求め、該濃度分布中のピーク位置を求め、このピーク位置に基づいて前記パターンのおおよその輪郭を求め、該輪郭に基づいて前記図形を作成する。
【００１３】
（３）（２）における測定領域は、互いに交わらない２つの閉曲線のうち、小さい閉曲線の外側で、かつ大きい閉曲線の内側である。
【００１４】
（４）パターンの形状の特徴に基づいて、前記濃度分布データの取得の方向及び間隔を決定し、該決定された方向及び間隔に基づいて濃度分布データを取得する。
【００１５】
（５）（４）におけるパターンの形状の特徴は、前記図形の輪郭を規定する座標と、該座標が位置する前記パターンの重心からの角度との関係を用いる。
【００１６】
また、方法に係る本発明は、コンピュータに当該発明に相当する機能を実現させるための微細パターン測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても成立する。
【００１７】
また、本発明に係る微細パターン測定装置は、サンプルのパターン画像を取得するパターン画像取得部と、前記パターン画像に対してパターン形状を反映する図形を作成する図形作成部と、前記図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得する濃度分布データ取得部と、前記濃度分布データに基づいてパターンエッジ座標を検出するエッジ検出部と、前記エッジ座標を基に前記パターンの形状を測定する形状測定部とを具備してなることを特徴とする。
【００１８】
（作用）
本発明では、パターン形状を反映する図形を作成し、この図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得し、これに基づいてエッジ座標を検出する。これにより、常にパターンの輪郭に対して垂直な方向にエッジを検出することができるため、エッジの検出精度が高くなる。従って、エッジに基づいて算出される面積や周囲長等の形状パラメータの計測精度が著しく向上する。また、曲率を持ったパターンであっても簡便にエッジラフネスの測定を行うことが可能となる。
【００１９】
また、パターンの代表点と測定領域を設定し、該測定領域内で代表点を中心として所定の指定角度毎に濃度分布を求め、該濃度分布中のピーク位置を求め、このピーク位置に基づいて前記パターンのおおよその輪郭を求めてパターン形状を反映する図形を作成する。これにより、エッジ付近の情報のみがパターンの形状の特徴の抽出に利用されるため、よりノイズの影響の少ない測定が可能となる。また、測定領域を、互いに交わらない２つの閉曲線で規定することにより、様々な形状のパターンを測定することが可能となり、規格外の大きさのパターンを測定する時間を大幅に短縮することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る微細パターン測定装置の全体構成を示す図である。本実施形態では測長ＳＥＭを用いて説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡は、電子ビームを放出する電子銃、放出した電子ビームを測定対象である試料（サンプル１１）表面に照射する電子光学系、試料表面から放出される２次電子を検出する２次電子検出機構とに大別される。
【００２３】
サンプル１１に電子ビームを放出する電子銃１から照射された電子ビーム１’の進路には、その進行方向に向かってガンアライメントコイル２，コンデンサレンズ３，対物レンズアライメントコイル４，スティグマコイル５，走査コイル６，対物絞り７，２次電子検出器８，対物レンズ９からなる電子光学系が順に設けられている。ガンアライメントコイル２及び対物レンズアライメントコイル４は、コンデンサレンズ３，対物レンズ９を補正するために設けられ、走査コイル６は２対の電磁コイルからなり、各コイルにそれぞれ異なった周期の電源を供給して一方にＸ方向の、他方にＹ方向の鋸歯状波形信号を与えて電子ビーム１’を走査する。
【００２４】
また、電子銃１から照射された電子ビーム１’が電子光学系を通過すると、ステージ１０上に載置されたサンプル１１に照射される。また、２次電子検出機構として、サンプル１１から所定距離離れた位置に２次電子検出器８が配置され、サンプル１１表面から放出される２次電子を検出する。
【００２５】
電子銃１には加速電圧制御用電源２１が接続されており、この加速電圧制御用電源２１により、電子銃１からの電子ビーム１’を所望の加速エネルギーで放出することができる。ガンアライメントコイル２，対物レンズアライメントコイル４はビームアライメント制御回路２２に接続され、スティグマコイル５にはスティグマ制御回路２３が接続されており、これらビームアライメント制御回路２２及びスティグマ制御回路２３によりビーム形状の補正を行う。
【００２６】
また、走査コイル６は偏向増幅器２４に接続され、さらにこの偏向増幅器２４に接続された偏向信号発生器２４’で発生させた偏向信号を偏向増幅器２４により増幅させて走査コイル６に電圧が与えられる。対物レンズ９には対物レンズ励磁電圧電源２５が接続され、この電源２５により対物レンズ９に励磁電圧が与えられる。ステージ１０にはステージコントローラ２６が接続され、このコントローラ２６によりステージ１０が駆動する。これら２１〜２３，２４’及び２６からなる制御系はホストコンピュータ２７で制御される。
【００２７】
また、２次電子検出器８で検出された測定データは、増幅器２８を介してスキャンコンバータ２９に入力され、２次元画像としてＣＲＴ３０に拡大されて表示される。
【００２８】
偏向信号発生器２４’には偏向増幅器３１が接続され、さらにこの偏向増幅器３１に走査コイル３２が接続されている。偏向信号増幅器３１からの増幅された偏向信号により走査コイル３２を制御することにより、ＣＲＴ３０のビーム走査がサンプル１１上の走査に同期してなされる。
【００２９】
スキャンコンバータ２９の出力信号は画像処理装置３３に入力される。スキャンコンバータ２９で２次元画像とされた２次電子検出信号は画像処理装置３３で所望の画像処理がなされる。この画像処理装置３３は、ホストコンピュータ２７に接続され、ホストコンピュータ２７の指令に基づいて画像処理を行う。
【００３０】
なお、ホストコンピュータ２７は、予め定められたレシピファイル３４に基づいて制御系の制御や画像処理装置３３における画像処理を制御する。
【００３１】
図２は画像処理装置３３の詳細な構成を示す図である。スキャンコンバータ２９により２次元信号とされた画像データは、画像取得部３３１で取得される。画像取得部３３１で得られた画像データは図形作成部３３２に出力され、パターンの形状を反映するような図形が作成される。作成された図形データは濃度分布データ取得部３３３に出力される。この濃度分布データ取得部３３３では、図形データに基づいて濃度分布データが作成される。得られた濃度分布データはエッジ検出部３３４に出力され、パターンのエッジが検出される。得られたパターンのエッジはパターン形状測定部３３５に出力される。パターン形状測定部３３５はパターンのエッジに基づいてパターン形状、具体的にはパターンの面積、周囲長やエッジラフネス等を測定する。
【００３２】
次に、図１〜図８を用いて本実施形態に係る微細パターン測定方法を説明する。例として、楕円形のホールパターンを測定する場合について説明する。
【００３３】
まず、楕円形のホールパターンが形成されたサンプル１１（ウェハ）を図１に示す測定装置内に搬送する。アライメント操作等によりサンプル１１のローテーションを補正した後、電子ビーム１’を走査し、目的のパターンが視野内に来るようにステージ１０を移動する。
【００３４】
この際得られるホールパターンのＳＥＭ画像を図３に示す。図３に示すように、楕円形のホールパターンのうち、ホールの穴底に相当する部分が穴底領域４１，ホールパターンのテーパに相当する部分が穴縁領域４２，これら穴底領域４１及び穴縁領域４２以外の領域を外側領域４３となる。穴底領域４１は暗く（黒色）、穴縁領域４２は明るく（白色）、外側領域４３はやや明るく（灰色）なった画像が得られる。
【００３５】
得られたＳＥＭ画像データは図形作成部３３２に出力される。図形作成部３３２では、ＳＥＭ画像データに基づいてホールパターンの形状を反映するような図形が作成される。例えば、所定のしきい値で３値化処理を行い、しきい値で区切られる黒色、白色及び灰色の３つの領域にラベリングし、黒色と白色との境界を抽出する。これにより、ホールパターンの穴底領域の外縁、すなわち輪郭に相当する部分を抽出することが可能である。
【００３６】
なお、３値化処理以外にも、例えばＳＥＭ画像データに対して微分処理を行い、得られた微分画像の濃度の高い部分のみをスレッショルド処理により抽出してもよいし、あるいは穴縁領域４２が白く明るくなることを利用して、穴縁領域４２とそれ以外の領域とで２値化処理を行い抽出してもよい。
【００３７】
いずれの反映図形の作成手法を用いた場合であっても、ＳＥＭ画像にはごま塩雑音のようなノイズが多く含まれる。そこで、フーリエ変換等の処理を用いて輪郭上の細かいノイズを取り除くことにより、ホールパターンの形状を反映する図形が得られる。このホールパターンの形状を反映する図形の一例を図４に示す。図４に示すように、反映図形５１は穴底領域４１の輪郭に相当する形状とほぼ同じ形状を有しているのが分かる。
【００３８】
得られた反映図形５１は濃度分布データ取得部３３３に出力される。濃度分布データ取得部３３３では、反映図形５１に基づいて濃度分布データを作成する。その具体的手法を図５を用いて以下説明する。
【００３９】
まず、反映図形５１の重心位置５１１を求める。次に、重心位置５１１を通る基準直線５１２を設定する。そして、重心位置５１１から基準直線５１２に対して指定角度θ毎に反映図形５１に対して直線５１３を引く。図５では直線５１３は説明の便宜のため１本のみを示しているが、例えば指定角度θを２°に設定すれば、直線５１３は１８０本得られる。そして、この直線５１３と反映図形５１の輪郭の交点５１４を求め、この交点５１４における反映図形５１の接線５１５の傾きを微分により求める。そして、得られた接線５１５の傾きに対して直交する方向に、濃度取得直線５１６を引く。そして、この濃度取得直線５１６上の濃度分布データを取得する。
【００４０】
図６は画像取得部３３１で得られたＳＥＭ画像と濃度取得直線５１６を示す。濃度取得直線５１６のうち、実際に濃度分布を取得するのは、交点５１４を挟んで所定の距離にある領域（以下、濃度取得領域５１７と称する）のみである。この濃度分布取得領域５１７は、少なくとも交点５１３を挟んで穴底領域４１内の点から、外側領域４３内の点までを含み、穴縁領域４２の内周から外周までを横断するように設定される。
【００４１】
このように設定された濃度分布取得領域５１７で得られた濃度分布曲線６１を図７に示す。横軸は位置、縦軸は濃度であり、位置が０に近い側が穴底領域４１、位置が０から遠い側が外側領域４３の濃度を示している。得られた濃度分布曲線６１は、図５に示すように指定角度θにおける１本の直線５１２のみについて得られた濃度分布を示すものであり、この濃度分布曲線６１を指定角度毎に求め、各指定角度に対して展開すると図８のようになる。横軸は位置、縦軸は角度である。図８における横軸は、図７に示した横軸と正負逆になっている。従って、位置が０に近い側が外側領域４３，位置が０から遠い側が穴底領域４１である。
【００４２】
指定角度に展開された濃度分布データは、エッジ検出部３３４に出力される。エッジ検出部３３４では、展開された濃度分布データに基づいて、通常のラインパターンの寸法測定と同様に、直線近似法等によりエッジ位置を検出する。得られたエッジ位置を元の画像、すなわち指定角度毎に展開する前の２次元画像に変換すると、穴底の輪郭に近い部分を抽出することができる。
【００４３】
得られたエッジ位置を示すデータは、パターン形状測定部３３５に出力される。パターン形状測定部３３５は、パターンのエッジ位置から得られるパターンの輪郭から、パターンの面積や周囲長等を計測する。なお、パターン形状測定部３３５は、前述の展開画像のエッジ位置の分散を調べることにより、ホールパターンのエッジのラフネスを算出することもできる。すなわち、指定角度に対して検出されたエッジ位置のばらつきを求めてやればよい。
【００４４】
このように本実施形態によれば、パターンの輪郭に対して垂直な方向にエッジを検出することが可能となるため、エッジの検出精度が高くなる。従って、その検出されたエッジに基づいて算出される面積や周囲長等の形状パラメータの計測精度が向上する。また、曲率を持ったパターンであってもより簡便にエッジラフネスの測定を行うことが可能となる。特に、ラベリングを利用することにより、簡便にパターン形状を反映する図形を作成することができる。
【００４５】
なお、本実施形態においては図８に示すような濃度分布曲線を展開した図形を一旦作成し、その図形に基づいてエッジ位置を検出する場合を示したが、このような工程を省略することも可能である。すなわち、各指定角度毎に複数求められた濃度分布曲線から基準点をそれぞれ算出し、これら複数の基準点を２次元画像上に直接プロットすれば展開図形は不要となる。
【００４６】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の変形例に係わる。第１実施形態では、ホールパターンを含む画像全体に対して画像処理を行いパターン形状を反映する図形を抽出したが、ＳＥＭ画像はごま塩雑音が多く図形の抽出の際にもこの影響を受けやすい。そこで以下に示す手法を用いてパターン形状を反映する図形を抽出してもよい。なお、本実施形態の説明において第１実施形態と共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００４７】
まず、ホールパターンが形成されたサンプル１１（ウェハ）を図１に示すような測定装置内に搬送する。次に、アライメント操作等によりサンプル１１のローテーションを補正した後、電子ビーム１’を走査し、目的とするパターンが視野内に来るようにステージ１０を移動する。ここまでは第１実施形態と同じである。
【００４８】
次に、電子ビーム１’でサンプル１１上を走査し、サンプル１１のＳＥＭ画像を画像取得部３３１で得る。そして、得られた画像データは画像取得部３３１から図形作成部３３２に出力される。図形作成部３３２では、以下に示す動作が行われる。まず、得られた画像データに対して予め画像処理装置３３の図示しないメモリ内に記憶させておいた参照画像を用いて目的のパターンの中心座標を求める。
【００４９】
図９は参照画像の一例を示す図である。得られる画像データとほぼ同じ形状の画像、すなわち穴底領域４１’、穴縁領域４２’及び外側領域４３’を有し、穴底領域４１’の中心にはパターンの中心座標の基準とする基準座標４４’が記憶されている。この参照画像と実際に得られたＳＥＭ画像を比較し、両者の相関係数を求め、予め定められたしきい値以上の位置をそのパターンの中心座標として設定する。
【００５０】
次に得られたパターンの中心座標を中心として測定範囲を設定する。図１０は測定範囲の一例を示す図である。図１０に示すように、穴底領域４１，穴縁領域４２及び外側領域４３からなる画像データにおいて、穴底領域４１の中心には中心座標４４が与えられ、この中心座標４４を中心とした２つの閉曲線（大小２つの楕円６２及び６３）が設定される。この大小２つの楕円６２及び６３で規定される領域、すなわち小さな楕円６２の外側でかつ大きな楕円６３の内側の領域が測定範囲である。この測定範囲には、ホールパターンの穴の縁の部分、すなわち穴縁領域４２のすべての領域が含まれているように楕円６２及び６３の大きさが設定される。
【００５１】
この楕円６２及び６３の形状は、例えば参照画像を構成する穴底領域４１’や穴縁領域４２’の外縁により規定される楕円等と同じ形状を用いればよく、閉曲線であれば楕円でなくてもよく、例えば長方形であってもよい。また、この閉曲線を求めるために、例えば３値化処理によりパターンの輪郭を抽出し、得られた輪郭のデータをある一定量拡大又は縮小して２つの閉曲線を作成するものであってもよい。また、測定されるパターンサイズ変化の許容量が予め定められている場合には、測定範囲の内側を規定する閉曲線は許容されるサイズの下限の大きさに、測定範囲の外側を規定する閉曲線は許容されるサイズの上限の大きさに設定しておけば、許容範囲外の大きさのパターンに対しては測定が行われないで済むため、測定時間を短縮することができる。
【００５２】
次に、定められた測定範囲における濃度分布データを取得する。図１１は濃度分布データの取得方法を説明するための図である。図１１に示すように、中止座標４４を通る基準直線７１に対して所定の角度θをなし、中心座標４４を通り、測定範囲を横断する直線７２を設定し、この直線７２上でかつ測定範囲内の領域の濃度分布データ７３を取得する。この直線７２は、基準直線７１に対して指定された角度毎に複数本与えられ、すべての直線７２に対して濃度分布曲線７３が得られる。
【００５３】
図１２は得られた濃度分布曲線７３を示す図である。横軸は位置、縦軸は濃度である。この濃度分布曲線７３から例えば濃度の一番高くなっている座標を抽出する。そして、各指定角度毎に同様の操作を繰り返すと、濃度の最大値の集合が得られる。得られた最大値の集合をつなぎ合わせ、ノイズの除去を行うことにより、パターンの形状を反映する図形を作成することができる。得られた図形を図１３に示す。
【００５４】
なお、濃度の最大値を取得するようにしたがパターンの形状を反映する図形が作成するようにするためには例えば最大値から５０％濃度の小さくなった点等を用いてもよい。
【００５５】
その後は第１実施形態と同様に、得られた反映図形データを濃度分布データ取得部３３３に出力し、指定角度毎に微分を行い、得られた傾きと直交する方向に濃度分布データを取得し、得られた濃度分布データからパターンのエッジを検出し面積、周囲長、エッジラフネス等の測定を行う。
【００５６】
このように本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、エッジ付近の情報のみがパターンの形状の特徴の抽出に利用されるため、よりノイズの影響の少ない測定が可能となる。また、穴縁領域４２を挟んで与えられ、測定範囲を規定する２つの閉曲線を用いることにより様々な形状のパターンを測定することが可能となる。また、規格外の大きさのパターンを測定する時間を大幅に短縮することができる。
【００５７】
（第３実施形態）
本実施形態は第１実施形態の変形例に関わり、濃度分布データの作成に特徴がある。本実施形態では、第１実施形態と異なる形状のホールパターンを測定する場合について説明する。
【００５８】
まず、第１，２実施形態と同様にサンプル１１を装置内に搬入し、ＳＥＭ画像を取得し、画像取得部３３１に出力する。図１４は本実施形態のホールパターンのＳＥＭ画像データを示す図である。図１４に示すように、画像データは穴底領域８１、穴縁領域８２及び外側領域８３から構成される点は第１実施形態と同じであるが、その形状が異なり、楕円形ではなく、その周縁に直線部分を含む。
【００５９】
得られた画像データは画像取得部３３１から図形作成部３３２に出力される。図形作成部３３２は、図１４に示す画像データに基づいて第１，２実施形態いずれかの手法を用いてパターンの形状を反映する図形を作成し、濃度分布データ取得部３３３に出力する。
【００６０】
図１５は濃度分布データ取得方法を説明するための図である。図１５に示すように、濃度分布データ取得部３３３は、まずパターンの形状を反映する図形の重心８４を求める。そして、得られた重心８４を中心として指定角度毎にｘ，ｙ座標を求めていく。
【００６１】
得られたｘ，ｙ座標と、基準直線との角度θとの関係を図１６に示す。図１６においてｙ座標に注目すると範囲９１においてはその変動が他の部分に比べて小さくなっていることが分かる。図１７は図１６に示したｘ，ｙ座標を基準直線との角度θで微分したものである。ｙ座標を微分した値、すなわちｄｙ／ｄθは、範囲９１においてその値がほぼ０になっている。すなわち、この範囲９１においては図形の輪郭はほぼ水平になっていることを示している。従って、この範囲９１においては図１５に示すように、基準直線に対して垂直な方向に濃度分布データを取得すればよい。範囲９１以外の範囲９２においては、第１，２実施形態と同様にそれぞれの位置において図形の輪郭を微分し、得られた傾きと直交する方向に濃度分布データを取得する。
【００６２】
そして、得られた濃度分布データからパターンのエッジを検出し面積、周囲長やエッジラフネスを測定する点は第１，２実施形態と同様である。
【００６３】
このように本実施形態によれば、サンプリングの間隔を効率よく定めることができるため、測定時間を短縮することができる。特に、部分的に曲率の小さくなっている形状のパターンの測定の際に測定時間を短縮することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では測定対象とするパターンの輪郭に直線部分を含む場合について説明したが、パターンの輪郭が所定の関数で表されるものであれば、パターンの各部位における輪郭の接線を求め、その接線に垂直な直線上の濃度分布データを取得するという手間を省き、輪郭を表す関数の傾きを自動的に求め、その傾きに基づいて濃度分布データ取得の方向及び間隔を定めることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、常にパターンの輪郭に対して垂直な方向にエッジを検出することができるため、エッジの検出精度が高くなる。従って、エッジに基づいて算出される面積や周囲長等の形状パラメータの計測精度が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る本発明の第１実施形態に係る微細パターン測定装置の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態に係る画像処理装置の詳細な構成を示す図
【図３】同実施形態で得られるホールパターンのＳＥＭ画像を示す図。
【図４】同実施形態に係るホールパターンの形状を反映する図形の一例を示す図。
【図５】同実施形態に係る濃度分布データ作成手法を説明するための図。
【図６】同実施形態に係る画像取得部で得られたＳＥＭ画像と濃度取得直線を示す図。
【図７】同実施形態に係る濃度分布取得領域における濃度分布曲線を示す図。
【図８】同実施形態に係る濃度分布曲線を指定角度に対して展開した図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る参照画像を示す図。
【図１０】同実施形態に係る反映図形の取得における測定範囲の一例を示す図。
【図１１】同実施形態に係る濃度分布データの取得方法を説明するための図。
【図１２】同実施形態に係る濃度分布データを示す図。
【図１３】同実施形態により得られたパターンの形状を反映する図形を示す図。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るホールパターンのＳＥＭ画像データを示す図。
【図１５】同実施形態に係る濃度分布データ取得方法を説明するための図。
【図１６】同実施形態に係るｘ，ｙ座標と、基準直線との角度θとの関係を示す図。
【図１７】同実施形態の図１６に示すｘ，ｙ座標を基準直線との角度θで微分した曲線を示す図。
【図１８】従来のパターンエッジ検出の問題点を説明するための図。
【符号の説明】
１…電子銃
１’…電子ビーム
２…ガンアライメントコイル
３…コンデンサレンズ
４…対物レンズアライメントコイル
５…スティグマコイル
６…走査コイル
７…対物絞り
８…２次電子検出器
９…対物レンズ
１０…ステージ
１１…サンプル
２１…加速電圧制御用電源
２２…ビームアライメント制御回路２２
２３…スティグマ制御回路
２４，３１…偏向増幅器
２４’…偏向信号発生器
２５…対物レンズ励磁電圧電源
２６…ステージコントローラ
２７…ホストコンピュータ
２８…増幅器
２９…スキャンコンバータ
３０…ＣＲＴ
３２…走査コイル
３３…画像処理装置
３４…レシピファイル
４１，８１…穴底領域
４２，８２…穴縁領域
４３，８３…外側領域
８４…重心
９１，９２…範囲
５１…反映図形
６１，７３…濃度分布曲線
６２，６３…楕円
７１…基準直線
７２…直線
３３１…画像取得部
３３２…図形作成部
３３３…濃度分布データ取得部
３３４…エッジ検出部
３３５…パターン形状測定部
Claims (8)
- 微細パターンが形成されたサンプルのパターン画像を取得する工程と、前記パターン画像に対してパターン形状を反映する図形を作成する工程と、この図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得する工程と、前記濃度分布データからパターンエッジ座標を検出する工程と、前記パターンエッジ座標を基に前記パターンの形状を測定する工程とを有することを特徴とする微細パターン測定方法。
- 前記図形の作成は、画像濃度の違いに基づくラベリングを用いることを特徴とする請求項１に記載の微細パターン測定方法。
- 前記パターンの代表点と測定領域を設定し、該測定領域内で前記代表点を中心として所定の指定角度毎に濃度分布を求め、該濃度分布中の基準位置を求め、この基準位置に基づいて前記パターンのおおよその輪郭を求め、該輪郭に基づいて前記図形を作成することを特徴とする請求項１に記載の微細パターン測定方法。
- 前記測定領域は、互いに交わらない２つの閉曲線のうち、小さい閉曲線の外側で、かつ大きい閉曲線の内側であることを特徴とする請求項３に記載の微細パターン測定方法。
- 前記パターンの形状の特徴に基づいて、前記濃度分布データの取得の方向及び間隔を決定し、該決定された方向及び間隔に基づいて前記濃度分布データを取得することを特徴とする請求項１に記載の微細パターン測定方法。
- 前記パターンの形状の特徴の抽出は、前記図形の輪郭を規定する座標と、該座標が位置する前記パターンの重心からの角度との関係を用いて行うことを特徴とする請求項５に記載の微細パターン測定方法。
- サンプルのパターン画像を取得するパターン画像取得部と、前記パターン画像に対してパターン形状を反映する図形を作成する図形作成部と、前記図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得する濃度分布データ取得部と、前記濃度分布データに基づいてパターンエッジ座標を検出するエッジ検出部と、前記エッジ座標を基に前記パターンの形状を測定する形状測定部とを具備してなることを特徴とする微細パターン測定装置。
- 微細パターンが形成されたサンプルのパターン形状をコンピュータによって測定するためのプログラムを記録した記録媒体であって、
コンピュータに、前記サンプルのパターン画像を取得する機能と、前記パターン画像に対してパターン形状を反映する図形を作成する機能と、前記図形の輪郭の接線に対して垂直な直線上の濃度分布データを取得する機能と、前記濃度分布データに基づいてパターンエッジ座標を検出する機能と、前記エッジ座標を基に前記パターンの形状を測定する機能と、を実現させるための微細パターン測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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