JP4361661B2 - 線幅測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線幅測定方法に関し、より詳しくは、微細なパターンの線幅を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）によるパターンの線幅測長方法としては、電子線走査範囲(Field Of View）内に入射電子を走査させながら照射し、試料上から発生した二次電子量又は反射電子の輝度を変換してディスプレイに表示していた。この輝度レベルを用いて画像データ、線幅データを得るのが一般的な走査型電子顕微鏡である。
【０００３】
そのような走査型電子顕微鏡を用いて半導体集積回路装置の特性を管理する場合には、フォトレジストのパターン形成後、即ち各クリティカルレイヤー毎に、パターンの線幅の出来上がりが設計基準内に形成されているか否かの確認作業を行うことが一般に採用されている。
二次電子を使用した線幅の管理方法は、図１に示すフローチャートに従って行われる。
【０００４】
図１において、半導体ウェハ上に形成されたレジストパターンの所定範囲をディスプレイに表示した後に、その表示範囲内の測長ポイントに照準を当てて電子を照射し（図１の(a))、測長ポイントから反射された二次電子（ＳＥ）に基づいて輝度分布の波形（Ｌ１Ｗ(se)）を取得する。そして、輝度波形の高レベル部分の幅を線幅（Ｌ１(se)）と判断する（図１の(b))。その線幅が誤差の範囲内にあるか否か判断し（図１の(c))、誤差の範囲内であれば、次のエッチング工程に移る（図１の(d))。また、誤差以上の線幅であれば、レジストパターン形成の処理工程に戻される（図１の(e))。
【０００５】
ところで、超微細パターンを形成するため、フォトリソグラフィー工程では、化学増幅型レジストを使用するパターン形成が行われることがあるが、化学増幅型レジストはその性質上、環境汚染等の影響を受けやすく、レジスト断面形状が所望の形状から変化してしまう。
そのような化学増幅型レジスト断面形状の変形については、特開平６−９５３９７号公報に記載がある。
【０００６】
一般的なポジ型の化学増幅型レジストのパターン形成方法を一例に挙げて説明する。
まず、ウェハ上にポジ型の化学増幅型レジストを塗布し、その後、化学増幅型レジストに光（ＤＵＶ）を照射する。化学増幅型レジスト中には酸発生剤（ＰＡＧ）が含まれているので、光が照射された部分では酸発生剤が光により反応して酸が発生する。この発生酸は、レジストポリマーの保護基を外す作用があり、発生酸付近のポリマーは、酸の影響により保護基が外される。保護基が外れた部分は、アルカリ可溶になるため、後の現像液処理時に除去されてしまう。
【０００７】
以上のような手法を用いて、例えば図２(a),(b) に示すような化学増幅型レジストのパターン１０１、１０２がシリコン基板１０３上に形成される。その化学増幅型レジストのパターン１０１のエッジが図２(a) に示すように垂直になっている場合には精度良いパターンの測長が可能であり、その二次電子の反射量の変化は図２(a) に示すような波形となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような化学増幅型レジストは、安定したパターン形成環境を提供することが難しく、以下のような不具合を生じる。
第１に、化学増幅型レジスト下部で発生した酸が、基板面からの塩基成分の影響によって中和されてしまい、その部分の脱保護反応が発生しなくなることである。第２に、化学増幅型レジスト上方からの塩基成分、例えばアミンの影響によって、発生した酸が中和されてしまい、その部分の脱保護反応が発生しなくなることである。なお、それらの問題は、代表的ものである。
【０００９】
第１の問題に関しては、化学増幅型レジストのパターン形状が順テーパ、若しくは裾引き形状となって、その後の、走査型電子顕微鏡による線幅測長時にその情報が得られ、走査型電子顕微鏡によれば裾を含んだ線幅測定・管理が可能である。
しかし、第２の問題に関しては、走査型電子顕微鏡による断面形状観察・管理が不可能な状態となる。これは、レジストのパターンの断面形状が逆テーパ形状、又は図２(b) に示すような上部Ｔ形状（以下、Ｔ−ｔｏｐ形状）となるため、レジストパターン１０２の底部が上部の張り出し１０２ａの影響によって隠れてしまい、その底部の測長は不可能となるからである。走査型電子顕微鏡で捕らえられる二次電子は、図２(b) の波形に示すように電子が当たった表面部のパターン情報しか得られないために、その下部にあるパターン情報は得られない。
【００１０】
つまり、化学増幅型レジストのパターン１０２の断面がＴ−ｔｏｐ形状であっても、そのような形状であるという判断が従来技術ではできないために、そのＴ−ｔｏｐ形状の上面だけの形状が線幅規格に入っていても、そのレジストパターンをマスクにしてその下の膜をエッチングした後に、大幅な線幅シフトが発生する。
【００１１】
そのような問題は、再生処理や歩留低下をひきおこす。
また、レジストパターン同士が繋がった箇所がフォトリソグラフィー工程で発見された場合、そのウェハ又はそのロットは再処理されるが、エッチング処理後に全く問題がないレジストパターンであれば、これを再生する必要性はない。
即ち、Ｔ−ｔｏｐ形状の影響がレジストパターンに対してクリティカルかどうかの判断が現在の技術では不可能なので、ロット再生の回数が多くなるといった問題が生じてしまう。
【００１２】
そのような問題の解決手段として次のような手法も考えられるが、有効な手段とはならない。
例えば、走査型電子顕微鏡の電子の加速電圧を一般的な４００〜８００Ｖから１０ｋＶ程度まで上げれば、電子の透過性が増し、内部の情報も観測が可能であるが、高加速条件下では、レジストの変質、昇華が生じたり、デバイスに悪影響を与えるので、半導体製造には使用できない。
【００１３】
なお、そのような問題は、化学増幅型レジストに生じやすいが、他の材料のレジストにも起こりうることである。
本発明の目的は、レジストに逆メサ断面形状又はパターン繋がりが生じている場合に、そのパターンがクリティカルな問題かどうかを判断する処理を含む線幅測定方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、走査型電子顕微鏡において、試料上に形成されてサイズが既知の第１パターンを、第１の測長ポイントで、二次電子に基づいて測長して第１の測長値を取得し、第１の測長ポイントで反射電子により第１パターンを測長して第２の測長値を取得した後に、第１の測長値と第２の測長値を比較してそれらの差である第１の計算値を算出し、走査型電子顕微鏡において、試料上に形成されて測長対象となる第２パターンを、第２の測長ポイントで、走査型電子顕微鏡により二次電子に基づいて測長して第３の測長値を取得し、第２の測長ポイントで反射電子により第２パターンを測長して第４の測長値を取得した後に、第３の測長値と第４の測長値を比較してそれらの差である第２の計算値を算出し、第２の計算値から第１の計算値を差し引いた差分を算出し、当該差分が許容値内のときは、第２パターンの形状状態が良好であると判断し、当該差分が０又は負のときは第２パターンの形状が順テーパと判断し、当該差分が正のときは第２パターンの形状が逆テーパと判断することを含む線幅測定方法によって解決される。
【００１５】
なお、上記した第１の計算値と上記した第２の計算値の差分を求め、上記した第３の値からその差分を引いた値を第２の測長ポイントでの第２パターンの測長値としてもよい。また、上記した課題は、走査型電子顕微鏡内において、試料上に形成されてサイズが既知の第１パターンについて、第１の測長ポイントで二次電子に基づいて第１の二次電子ＳＥＭイメージを取得し、第１の測長ポイントで反射電子に基づいて第１の反射電子ＳＥＭイメージを取得し、第１の二次電子ＳＥＭイメージと第１の反射電子ＳＥＭイメージを比較して第１のマッチング率を算出し、走査型電子顕微鏡内において、試料上に形成されて測長対象となる第２パターンについて、第２の測長ポイントで二次電子に基づいて第２の二次電子ＳＥＭイメージを取得し、第２の測長ポイントで反射電子に基づいて第２の反射電子ＳＥＭイメージを取得し、第２の二次電子ＳＥＭイメージと第２の反射電子ＳＥＭイメージを比較して第２のマッチング率を算出し、第１のマッチング率と第２のマッチング率との差分を求め、当該差分が設定値よりも小さいときは前記第２パターンの形状が良好で垂直型と判断し、当該差分が前記設定値よりも大きいときは前記第２パターンの形状が不良であると判断することを含む線幅測定方法によって解決される。
【００１６】
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、サイズが既知の第１パターンについて二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差である第１の計算値を求めた後に、線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差である第２の計算値を求めて、ついで、第１の計算値と第２の計算値を比較して比較結果を出し、この比較結果に基づいて第２パターンの形状状態を測長するようにしている。
【００１７】
同じパターンを二次電子と反射電子により測長するとそれらの測長値に差が現れることが多いが、その差には、パターン上面の幅とそれよりも下方の幅の差の成分が含まれるので、基準となる第１パターンの二次電子と反射電子の差を知ることにより、測長対象である第２パターンの下部の幅が予測できる。
これにより、第２パターンがクリティカルな問題かどうかが容易に判断され、しかも、断面形状の如何にかかわらず、パターンの下部の寸法が自動的に正確に測定される。
【００１８】
その第１の計算値と第２の計算値の比較方法として、それらの差分ΔＴＬを求める方法を採用する場合には、その差分ΔＴＬを第２パターンの二次電子による測長値から差し引いてその結果を実際の測長値としてもよい。
これにより、第２パターンがＴ−ｔｏｐ形状の場合には、その上面の測長値からその差分ΔＴＬを差し引くことにより、そのパターンの下部、底部の寸法を測長することができる。
【００１９】
また、上記した第２パターンの測長値を第２パターンの設計値とその設計値の許容値と比較し、測長値と設計値の差が許容値の範囲内の場合には、次の工程に移行することを画面上に表示し、測長値と設計値の差が許容値の範囲外の場合には、再処理することを画面上に表示すると、作業者は画面上の表示に従ってロットを処理することができ、作業者の操作ミスを低減させて作業効率を向上することができる。
【００２０】
また、別の本発明によれば、既知の第１パターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね率）を算出し、ついで、線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね率）を算出し、そして、それら２つのマッチング率を比較することにより、第２パターンの形状状態を算出するようにしている。
【００２１】
そのように二次電子と反射電子の各ＳＥＭイメージのマッチング率は、パターン上面の幅とそれよりも下方の半導体の差が反映されるので、基準となる第１パターンのマッチング率と測長対象の第２パターンのマッチング率の比較により、下部の幅を正確に予測し易くなる。これにより、測長パターンの形状状態と形状エラーを判断できることになる。
【００２２】
反射電子に基づいてＳＥＭイメージを取得する場合に、電子ビームの任意の加速電圧を変化させて設計値との比較を行ってもよい。これは、反射電子の透過度は加速電圧に依存するために、任意の加速電圧とその反射電子情報を用いることで、必要とする深さ方向の情報を得ることができる。ただし、電子が透過しやすい材料、例えばレジストからパターンが形成されている場合において好ましい結果が得られる。
【００２３】
ところで、上記した既知のパターンについては、管理しようとする設計線幅、即ち目標線幅の１．１倍以上の線幅を有し、ピッチ幅も１．１倍以上の幅のものが選択されることが好ましい。これは、管理測定パターンよりもパターンルールが緩いパターンを測長することにより、Ｔ−ｔｏｐの影響具合を確認するためには好ましいからであり、これにより、予め潜在的にもつＴ−ｔｏｐの影響具合の確認が容易になる。
【００２４】
また、第１パターンの測長ポイントに電子ビームを照射して得られた二次電子に基づいて第１の波形を求め、第２パターンの測長ポイントに電子ビームを照射して得られた二次電子に基づいて第２の波形を求め、第１の波形と第２の波形のそれぞれのエッジの傾きを算出し、この傾きと電子ビームの最小スポット径とから第２パターンが順テーパ形状か逆テーパ形状かを判断するステップを含むようにしてもよい。
【００２５】
即ち、既知の第１パターンの側面が基板面に対して垂直であっても、二次電子を用いて測定されるその側面の角度は電子ビームのスポット径の大きさによって異なっており、そのスポット径が小さくなればなるほどその側面の角度の測定精度が高くなってくる。例えば、電子ビームを最小スポット径にした場合に、側面が垂直なパターンについては、その側面は９０゜よりも僅かに小さな角度で測定される。従って、電子ビームスポット径を最小にした場合のパターン側部の垂直角度の測定誤差を予め知ることにより、既知のパターンの側面の実際の角度が逆テーパか順テーパになっているかを容易に判断し易くなる。
【００２６】
これにより、反射電子を用いずに、一般的に行われている二次電子により、測定対象となるパターン形状が順テーパか逆テーパかの判断が容易になる。なお、反射電子は、パターンが順・逆テーパ形状に関わらず、パターンを透過してイメージを出すので、順テーパの場合には反対に誤差が生じてしまう。
以上の測長方法は、半導体装置の製造工程において、例えばレジストパターンの測長などに用いられる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
以下に述べる本発明の複数の実施形態に使用される走査型電子顕微鏡は、例えば図３に示すような構成を有している。
図３において、走査電子顕微鏡３の走査電子部１Ｂは、電子ビーム進行方向に向かって電子銃１ａとコンデンサレンズ１ｂと偏向コイル１ｃと対物レンズ１ｄと移動ステージ１ｆとを有し、電子銃１ａから照射された荷電粒子をコンデンサレンズ１ｂ、偏向コイル１ｃ、対物レンズ１ｄを通して移動ステージ１ｆ上の試料Ｗに照射するようになっている。
【００２８】
また、荷電粒子が照射されて試料Ｗから出た二次電子又は反射電子の量は、電子検出器１ｇによって検出され、その検出量は増幅器によって変換されて画像表示部１Ｃで表示される。また、偏向コイル１ｃの電子偏向量と画像表示部１Ｃの画像スキャン量は制御部１Ａによって制御される。
制御部１Ａには、測長を実行するための自動測長シーケンスのプログラムが格納されている。その自動測長シーケンスは、二次電子による測長と反射電子による測長のための一連の動作を行わせるものであり、例えば、以下の実施形態で説明するような手順を遂行するプログラムが格納されている。
【００２９】
また、試料Ｗは、図４(a) に示すように、半導体ウェハ１０の上に膜１２が形成され、その上にレジストパターン１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されたものを使用する。その試料Ｗの一部は図４(b) に示すような平面形状となっている。
レジストパターン１３ａ，１３ｂ，１３ｃのうち第１のレジストパターン１３ａは既知の寸法であって、第２及び第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃは、管理の対象となっている。管理は、パターンの測長、形状状態測定等が含まれる概念である。
【００３０】
ここで、第１のレジストパターン１３ａは、レジストの露光、現像によって底部で高精度の線幅が得られるパターンであってパターンサイズの大きな線幅、例えば管理対象パターンの目標線幅の１．１倍以上の線幅であって間隔も管理対象パターンの１．１倍以上のパターンか、或いは孤立パターンとする。
なお、第１、第２及び第３のレジストパターン１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、以下の実施形態では化学増幅型レジストから形成されているものについて説明しているが、これに限らずノボラック、その他の材料から構成されていてもよい。
（第１の実施の形態）
本発明の第１実施形態によるパターン測長とその後の処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
試料Ｗ上のパターンの線幅を測定するために、まず、図３に示した走査型電子顕微鏡の移動ステージ１ｆ上に試料Ｗを載せる。
最初に、第１のレジストパターンの測長を次のような方法で行う。
まず、図４(a) 、図５の(a) に示すように、測長箇所を第１のレジストパターン１３ａに合わせる。その測長箇所を第１測長ポイントＰ1 とする。
【００３２】
そして、図５の(b) に示すように、電子ビームを第１測長ポイントＰ1 を横断するように走査させると、試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）は電子検出器１ｇによって検出される。
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された二次電子の量に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第１の線幅Ｌ１(se)とする。
【００３３】
これにより、二次電子に基づく第１の測長ポイントの線幅が測長される。例えば、図６(a) に示すように、二次電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(se)は、第１のレジストパターン１３ａの最上面の幅を反映した形状になる。
続いて、図５の(c) に示すように、再び電子ビームを第１の測長ポイントＰ1 の全く同じ箇所に照射すると、試料Ｗから反射された反射電子（ＢＳＥ）は電子検出器１ｇによって検出される。
【００３４】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された反射電子の量に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を作成し、これを輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第２の線幅Ｌ１(bse) とする。
これにより、反射電子に基づく第１の測長ポイントの線幅が測長される。
【００３５】
例えば、図６(a) に示すように、第１のレジストパターン１３ａからの反射電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) の線幅Ｌ１(bse) は、第１のレジストパターン１３ａの最上面が反映されずに第１の線幅Ｌ１(se)と異なることがある。
なお、反射電子のエネルギーと二次電子のエネルギーは相違するので、制御部１Ａはエネルギーの相違によって反射電子か二次電子かを判別する。
【００３６】
以上のように、第１のレジストパターン１３ａにおける二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を終えた後に、図５の(d) に示すように、第１の線幅Ｌ１(se)から第２の線幅Ｌ１(bse) を差し引き、その値を第１のオフセット値（ΔＬ１）とする。
次に、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの測長を次のような方法で行う。
【００３７】
まず、図５の(e) に示すように、図４(b) の第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃに測長ポイントを合わせる。その測長箇所を第２の測長ポイントＰ2 とする。
そして、図５の(f) に示すように、電子ビーム（ＳＥ）を第２測長ポイントＰ2 内で走査し、これにより試料Ｗから出た二次電子は電子検出器１ｇによって検出される。
【００３８】
制御部１Ａは、図６(b) 又は図６(c) に示すように電子検出器１ｇによって検出された二次電子の量に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を、第２又は第３のレジストパターン１３ｂの第１の線幅Ｌ２(se)とする。
【００３９】
これにより、二次電子に基づく第２の測長ポイントＰ2 の線幅が測長される。例えば、図６(b) 又は図６(c) に示すように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの輝度波形の第１の線幅Ｌ２(se)はパターンの最上面を反映した形状となる。
続いて、図５の(g) に示すように、再び電子ビームを第２の測長ポイントＰ2 の全く同じ箇所に照射し、これにより試料Ｗから出た反射電子（ＢＳＥ）は電子検出器１ｇによって検出される。制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された反射電子の量に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) として変換され、輝度波形データとして取り込まれる。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの第２の線幅Ｌ２(bse) とする。
【００４０】
これにより、反射電子に基づく第２の測長ポイントＰ2 の線幅が測長される。図６(b),(c) に示すように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃからの反射電子に基づく輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) の第２の線幅Ｌ２(bse) は、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの最上面を反映せずに第１の線幅Ｌ２(se)と異なる場合もある。
【００４１】
以上のように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃにおける二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を終えた後に、図５の(h) に示すように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃにおける第１の線幅Ｌ２(se)から第２の線幅Ｌ２(bse) を差し引き、その差を第２のオフセット値（ΔＬ２）とする。
【００４２】
次に、上記した２つのオフセット値の比較を次のようにして行う。
まず、図５の(i) に示すように、制御部１Ａは、第２のオフセット値（ΔＬ２）から第１のオフセット値（ΔＬ１）を差し引いて、その差が許容値内かどうかを判断する。その許容値は、任意であり、走査型電子顕微鏡の測長再現精度によって異なる。
【００４３】
その差が、許容値内である場合には、図５の(j) に示すように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの形状が良好であると判断する。そして、図５の(k) に示すように、レジストパターン１３ｂ，１３ｃの断面形状が順テーパか逆テーパかを判断する。例えば、そのオフセット値の差が０又は負の場合には順テーパーと判断する。
【００４４】
また、図６(b) に示すように第２のレジスト１３ｂの断面形状が正常であっても、第２のレジストパターン１３ｂの線幅が管理基準内にあるとは限らないので、第２のレジストパターン１３ｂの第１の線幅Ｌ２(se)の値がその管理基準内、例えば設計値の±１０％以内であるかどうかを制御部１Ａが判断する。
そして、図５の(l),(m) に示すように、その線幅Ｌ２(se)が線幅管理基準内であれば、測定パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示して、膜１２のエッチング工程に移れるものであることを告知する。
【００４５】
これに対して、図５の(l),(r) に示すように、その線幅Ｌ２(se)が線幅管理基準外であれば、測定パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示して、レジストパターンの全体の再形成が必要なことを告知する。
ところで、制御部１Ａが第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較する際に、その差が許容値内でないと判断した場合には、図５の(n) に示すように、第３のレジストパターン１３ｃの断面形状が例えば図６(c) に示す逆テーパであると判断する。この場合、その断面形状が、図６(c) に示すようにＴ−ｔｏｐ形状であるとする。
【００４６】
そして、第３のレジストパターン１３ｃの断面形状がＴ−ｔｏｐとした場合に、それがクリティカルな問題かどうかの判断を行う。なお、第２のレジストパターン１３ｂの断面形状が裾引き形状（台形状）の場合もクリティカルかどうかの判断をおこなってもよい。
まず、図５の(n),(o) に示すように、第２のオフセット値ΔＬ２から第１のオフセット値ΔＬ１を差し引いて、Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅ΔＴＬを算出する。
【００４７】
次に、図５の(p) に示すように、第３のレジストパターン１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)から増加線幅ΔＴＬを差し引き、第３のレジストパターン１３ｃのようなＴ−ｔｏｐ形状のパターンの底部の線幅ＲＬ２(se)を算出する。
続いて、図５の(q) に示すように、Ｔ−ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にあるかどうかの判断を行う。そして、線幅管理基準から外れる場合には、図５の(r) に示すように、測定パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示して、レジストパターンの再形成が必要なことを告知する。これに対し、線幅管理基準に適合している場合には、図５の(m) に示すように、測定パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示して、次のエッチング工程に移れるものであることを告知する。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、線幅が既知のレジストパターンについて二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行ってオフセット値を求めた後に、線幅測長対象となるレジストパターンについて、二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行ってオフセット値を求め、それらの測定結果を比較することにより測長対象のレジストパターンの断面形状や下部の幅を測定するようにした。
【００４９】
これにより、パターンが半導体素子に対してクリティカルな問題かどうかを判断することが容易になり、しかも、断面形状の如何にかかわらず、パターンの底部の寸法を正確に測定することができる。
（第２の実施の形態）
本実施形態では、画像処理の手法を用いてパターンの測長方法を説明する。
【００５０】
まず、Ｔ−ｔｏｐが発生しないパターンサイズの大きい線幅（目標値の１．１倍以上の線幅）、或いは孤立パターンである第１のレジストパターン１３ａの測長ポイント（以下、第１の測長ポイントＰ1 という。）に電子銃１ａの照準を合わせる。その照準合わせは、試料Ｗの移動によって行われる。
次に、図７の(a) に示すように、第１のレジストパターン１３ａの第１の測長ポイントＰ1 に電子を走査し、その試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）を電子検出器１ｇによって検出する。
【００５１】
制御部１Ａは、図７の(b) に示すように、電子検出器１ｇによって検出された二次電子量の変化に基づいて第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)を取得する。
その後に、図７の(c) に示すように、同じ箇所の第１のレジストパターン１３ａに電子を照射し、その試料Ｗで反射された反射電子量の変化に基づいて第２のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) を取得する。
【００５２】
続いて、第１のＳＥＭイメージと第２のＳＥＭイメージのそれぞれについて、視野内映像をある閾値レベルで２つに分け、白黒情報の二値化処理を行う。例えば、図６(a) の二次電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を第１のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ1 よりも上を「１」とし、その下を「０」とする。また、図６(a) の反射電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を第２のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ2 よりも上を「１」とし、その下を「０」とする。
【００５３】
二値化された第１のＳＥＭイメージと二値化された第２のＳＥＭイメージは、それぞれ、縦横に配置された複数のピクセルに合わせたイメージデータを有し、例えば「０」を「黒」、「１」を「白」とする。
その後、図７の(d) に示すように、二値化された第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と二値化された第２のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) を重ね、白黒がマッチングしているピクセル数をカウントし、その重なり程度、例えば第１のＳＥＭイメージのピクセル数に対するマッチング部分のピクセル数の割合を算出し、これをマッチング率（Ｍ１）とする。マッチング率Ｍ１は、その他の手法を用いて算出したものであってもよい。
【００５４】
次に、図７の(e) に示すように、図６(b) 又は図６(c) で示したような管理すべき線幅を有する第２又は第３のレジストパターン１３ｂ, １３ｃの測長ポイント（以下、第２の測長ポイントＰ2 という。）に電子銃１ａの照準を合わせる。その照準合わせは、試料Ｗの移動によって行われる。
続いて、第２の測長ポイントＰ2 で電子を走査し、その試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）を電子検出器１ｇによって検出する。
【００５５】
制御部１Ａは、図７の(f) に示すように、電子検出器１ｇによって検出された二次電子量の変化に基づいて第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)を取得する。
その後に、図７の(g) に示すように、同じ箇所の第２のレジストパターン１３ｃに電子を照射し、その試料Ｗで反射された反射電子量の変化に基づいて第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) を取得する。
【００５６】
続いて、第１のＳＥＭイメージと第２のＳＥＭイメージのそれぞれについて、視野内映像をある閾値レベルで２つに分け、白黒情報の二値化処理を行う。例えば、図６(b) 又は図６(c) の二次電子に基づく輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を第１のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ1 よりも上を「１」とし、その下を「０」とする。また、図６(b) 又は図６(c) の反射電子に基づく輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) を第２のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ2 よりも上を「１」とし、その下を「０」とする。
【００５７】
二値化された第１のＳＥＭイメージと二値化された第２のＳＥＭイメージは、それぞれ、縦横に配置された複数のピクセルに合わせたイメージデータを有し、例えば「０」を「黒」、「１」を「白」とする。
その後、図７の(h) に示すように、二値化された第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と二値化された第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) を重ね、白黒がマッチングしているピクセル数をカウントし、その重なり程度、例えば第１のＳＥＭイメージのピクセル数に対するマッチング部分のピクセル数の割合を算出し、これをマッチング率（Ｍ２）とする。マッチング率Ｍ２は、その他の手法を用いて算出したものであってもよい。
【００５８】
以上のようなパターンの各測長データを取得した後に、次のような判断処理が行われる。
まず、図７の(i) に示すように、第１のレジストパターン１３ａのマッチング率Ｍ１と任意設定の基準値Ｄ０とを比較し、マッチング率Ｍ１が基準値Ｄ0 より小さな場合には、第１のレジストパターン１３ａの形状が良好と判断される。
【００５９】
これに対して、マッチング率Ｍ１が基準値Ｄ0 より大きな場合には、第１のレジストパターン１３ａの形状が不良と判断される。
そして、図７の(j) に示すように、第１のレジストパターン１３ａの形状が良好と判断される場合には、図７の(j),(k) に示すように、第１のレジストパターン１３ａのマッチング率Ｍ１と第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃのマッチング率Ｍ２との差を求める。
【００６０】
そして、図７の(l),(m),(n) に示すように、その差が任意の設定値よりも小さな場合には、管理線幅領域にある第３のレジストパターン１３ｃの断面形状が良好で、垂直型であり、その判断結果が画像表示部１Ｃに表示される。
これに対して、図７の(k),(o),(p),(q) に示すように、２つのマッチング率Ｍ１，Ｍ２の差が、任意の設定値よりも大きな場合には、管理線幅領域にある第３のレジストパターン１３ｃの形状が不良、劣化し、順又は逆テーパ形状が不明であり、それらのデータは、図７の(r) に示すように、画像表示部１Ｃに表示される。
【００６１】
一方、図７の(i),(s),(t) に示すように、第１のレジストパターン１３ａのマッチング率Ｍ１と任意設定の基準値Ｄ0 とを比較し、マッチング率Ｍ１が基準値Ｄ0 より大きな場合には、第１のレジストパターン１３ａの形状が不良、テーパ形状であると判断される。この場合、図７の(u) に示すように、２つのマッチング率Ｍ１，Ｍ２の差を求める。そして、その差がマッチング率Ｍ１よりも小さな場合には図７の(v) に示すように、その値を画像表示部１Ｃに表示する。また、その値がマッチング率Ｍ１よりも大きな場合には、図７の(w) に示すように、その値を画像表示部１Ｃに表示される。
【００６２】
以上のように、本実施形態によれば、線幅が既知のレジストパターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージに基づいて第１のマッチング率を求めた後に、線幅測長対象となるレジストパターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージに基づいて第２のマッチング率を求め、ついで第１のマッチングイメージが許容範囲内にあるか否かを判断して、その後に、第１と第２のマッチング率を比較することにより、測定対象となるパターンの形状と幅が良好であるかどうかを判断するようにしている。
【００６３】
これにより、測長パターンの形状状態と形状エラーを容易に判断できる。
ところで、二次電子を用いて取得したＳＥＭイメージと反射電子を用いて取得したＳＥＭイメージは例えば図８、図９のようになる。
図８(a) は、二次電子を用いて取得したＳＥＭイメージで、写真のほぼ中央でレジストパターン（白色又は灰色の部分）の一部が繋がっている。しかし、反射電子を用いて取得したＳＥＭイメージは、図８(b) のようになり、レジストパターンの下部では各レジストパターンはそれぞれ分離していることがわかる。
【００６４】
これにより、図８(a),(b) に示すようなレジストパターンは、その下の膜のパターニングにそのまま使用できる形状となっていることが分かる。
これに対して、図９(a) に示すような二次電子を用いて取得したＳＥＭイメージと図９(b) に示すような反射電子を用いて取得したＳＥＭイメージにおいて、それらのレジストパターンはそれぞれ一部で繋がっているために、そのようなレジストパターンでは上部及び下部の一部が分離されていないことが分かる。したがってそのようなレジストパターンは膜のパターニングにそのまま使用できないことになり、レジストパターンの再形成が必要となることがわかる。
【００６５】
レジストパターンの再形成が必要か否かは、上記したフローチャートに従って判断される。
（第３の実施の形態）
本実施形態は、第１実施形態に加えて測長パターンが順テーパか逆テーパかの判断を加えた測長方法を示すものである。
【００６６】
まず、図１０の(a) に示すように、管理すべき線幅の設計値と管理余裕度値を走査型電子顕微鏡の制御部１Ａに入力する。制御部１Ａは、設計値と管理余裕度値（許容範囲値）を記憶する。
その後に、試料Ｗを走査型電子顕微鏡の移動ステージ１ｆの上に取り付ける。
次に、図１０の(b) に示す工程に移る。
【００６７】
まず、Ｔ−ｔｏｐが発生しないパターンサイズの大きい線幅（目標値の１．１倍以上の線幅）、或いは孤立パターンである第１のレジストパターン１３ａの測長ポイント（以下、第１の測長ポイントＰ1 という。）に電子銃１ａの照準を合わせる。
そして、電子ビームを第１測長ポイントＰ1 を横断するように走査させると、試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）は電子検出器１ｇによって検出される。
【００６８】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された二次電子に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第１の線幅Ｌ１(se)とする。
これにより、二次電子に基づく第１測長ポイントの線幅が測長される。
【００６９】
また、二次電子は、第１のレジストパターン１３ａの表面から出るために、そのパターン形状が順テーパ形状の場合には、輝度波形Ｌ１Ｗ(se)にはそのテーパ形状が反映される。
そこで、輝度波形Ｌ１Ｗ(se)をいくつかの閾値レベルでの線幅の測長を行い、それらの測長値に基づいて、直線近似法、１次微分法、２次微分法等によって第１のレジストパターンの側面の傾きＬ１Ａ(se)を算出する。
【００７０】
第１のレジストパターン１３ａの側面に傾きが生じている場合には、順テーパ形状と判断する。傾きが無い場合には、パターン側面が垂直の場合もあるので、この段階ではその側面が逆テーパであるという判断はできない。
続いて、再び電子ビームを第１の測長ポイントＰ1 の全く同じ箇所に照射し、試料Ｗからの反射電子（ＢＳＥ）を電子検出器１ｇによって検出する。
【００７１】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された反射電子に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を作成し、これを輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第２の線幅Ｌ１(bse) とする。
そして、第１の線幅Ｌ１(se)から第２の線幅Ｌ１(bse) を差し引き、その値を第１のオフセット値（ΔＬ１）とする。
【００７２】
次に、図１０の(c) に示す工程に移る。
まず、図４(b) の第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃに測長ポイントを合わせる。その測長箇所を第２の測長ポイントＰ2 とする。
そして、電子ビーム（ＳＥ）を第２測長ポイントＰ2 内で走査し、これにより試料Ｗから出た二次電子は電子検出器１ｇによって検出される。
【００７３】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された二次電子に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)とする。
これにより、二次電子に基づく第２の測長ポイントの線幅が測長される。
【００７４】
また、二次電子は、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの表面から出るために、そのパターン形状が順テーパ形状の場合には、輝度波形Ｌ２Ｗ(se)にはそのテーパ形状が反映される。
そこで、輝度波形Ｌ２Ｗ(se)をいくつかの閾値レベルでの線幅の測長を行い、それらの測長結果に基づいて第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの側面の傾きＬ２Ａ(se)を直線近似法、１次微分法、２次微分法等によって算出する。
【００７５】
第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの側面に傾きが生じている場合には、順テーパ形状と判断する。その傾きが無い場合には、パターン側面が垂直の場合もあるので、この段階ではその側面が逆テーパであるという判断はできない。
続いて、再び電子ビームを第２の測長ポイントＰ2 の全く同じ箇所に照射し、試料Ｗからの反射電子（ＢＳＥ）を電子検出器１ｇにより検出する。
【００７６】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された反射電子に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) を作成し、これを輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの第２の線幅Ｌ２(bse) とする。 そして、第１の線幅Ｌ２(se)から第２の線幅Ｌ２(bse) を差し引き、その値を第２のオフセット値（ΔＬ２）とする。
【００７７】
次に、図１０の(d) に示すように、第１のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)が順テーパ形状かどうかで処理を異ならせる。
即ち、図１０の(e) に示すように、第１のレジストパターン１３ａが順テーパ形状と判断された場合には、図１０の(f) に示すように、第２又は第３のレジストパターンの二次電子に基づく線幅Ｌ２(se)が管理基準値内にあるかどうかを判断する。そして、その線幅Ｌ２(se)が管理基準内の場合には、制御部１Ａは、図１０の(g) に示すように測長対象となるレジストパターン１３ｂ、１３ｃの形状が順テーパであり、測長線幅規格内にあり、さらに次のエッチング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。これに対して、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、図１０の(h) に示すように測長対象となるレジスト形状が順テーパであり、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００７８】
一方、第１のレジストパターン１３ａの側部が順テーパではないと判断された場合には、図１０の(i) に示すように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定内であれば、図１０の(j) に示すように、制御部１Ａは、測定対象となるレジストパターン１３ｂ，１３ｃの側部が垂直型であると判断する。
【００７９】
ついで、図１０の(k) に示すように、測長線幅Ｌ２(se)が管理基準（規格）内であるかどうかを判断して、その測長線幅が測長線幅Ｌ２(se)が管理基準内である場合には、制御回路１Ａは、図１０の(l) に示すように、レジストパターン１３ｂ，１３ｃの形状が垂直型で、測長線幅が規格内にあり、次のエッチング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００８０】
これに対して、図１０の(k),(m) に示すように、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、測長対象となるレジストパターン１３ｂｂ，１３ｃの形状が垂直形状で、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させる。
また、図１０の(i) に示したように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定の範囲から外れた場合には、制御部１Ａは、図１０の(o),(p) に示すように、レジストパターンの形状が逆テーパ又は図６(c) に示したＴ−ｔｏｐであると判断する。
【００８１】
そして、図１０の(q) に示すように、第２のオフセット値（ΔＬ２）から第１のオフセット値（ΔＬ１）を差し引いて、Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅ΔＴＬを算出する。
次に、図１０の(r) に示すように、測長対象となるレジストパターン１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)から増加線幅ΔＴＬを差し引き、第３のレジストパターン１３ｃのようなＴ−ｔｏｐ形状のパターンの底部の線幅ＲＬ２(se)を算出する。
【００８２】
続いて、図１０の(s) に示すように、制御部１Ａは、Ｔ−ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にあるかどうかの判断を行う。そして、線幅管理基準から外れる場合には、図１０の(t) に示すように、レジストパターンの形状が逆テーパであり、測長線幅が規格外であり、再生工程が必要なことを画像表示部１Ｃに表示させる。これに対し、線幅管理基準に適合している場合には、制御部１Ａは、図１０の(u) に示すように、レジスト形状が逆テーパであり、測長線幅が規格内であり、次のエッチング工程に移ることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００８３】
以上のように、本実施形態においては、既知のレジストパターンと測定対象であるレジストパターンとを二次電子と反射電子によって測長するとともに、それらの側部が順テーパかどうか判断する処理を加えた、その結果を表示するようにしたので、測長対象となるレジストパターンの形状の把握が容易になり、後処理をさらに適切に行え、操作ミスが軽減される。
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４実施形態のフローチャートを示している。
【００８４】
本実施形態では、上記した実施形態に、さらに、電子を照射する際の加速電圧を変えることにより、反射電子によるパターンの測長部分を任意に設定するようにするステップを加えている。
まず、図１１の(a) に示すように、線幅を管理しようとするレジストパターンの測長ポイントの設計値と管理基準値（％）を走査型電子顕微鏡の制御部１Ａに入力し、それらを記憶部に格納する。
【００８５】
その後に、図１１の(b) に示すように、走査型電子顕微鏡の移動ステージに載置された試料Ｗへ向けて電子銃１ａから照射される電子の加速電圧を調整する。加速電圧の調整は、測長ポイントのパターンの深さ方向や材料に適するように、入射電圧、バイアス電圧を変えることによって行われる。本実施形態では、測長対象となるパターンとしてレジストパターンを対象にしている。
【００８６】
次に、上記した実施形態と同様な方法によって、図１１の(c) に示すような測長処理に移る。
まず、線幅が既知の第１のレジストパターン１３ａの一部である第１測長ポイントに電子ビームを照射する。そして、二次電子に基づいて、第１のレジストパターン１３ａの第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と第１の輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を取得する。続いて、第１の輝度波形Ｌ１Ｗ(se)より第１の線幅Ｌ１(se)を取得する。
【００８７】
さらに、第１測長ポイントから出た反射電子に基づいて、第１のレジストパターン１３ａの第２のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) と第２の輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を取得する。続いて、第２の輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) より第２の線幅Ｌ１(bse) を取得する。
その後に、第３実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１の輝度波形Ｌ１Ｗ(se)から、第１のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)を算出し、その傾きにより側面が順テーパかどうか判断する。さらに、第２実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と反射電子に基づく第２のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) から第１のマッチング率Ｍ１を求める。
【００８８】
次に、図１１の(d) に示すように、加速電圧を調整して反射電子により測定される第１のレジストパターン１３ａの深さ方向の位置を変えて、再び図１１の(c) に示した処理を行う。その加速電圧の調整は所望の値で繰り返して行ってもよく、その調整が不要になった段階で、図１１の(e) に示す処理に移る。
図１１の(e) では次のよう処理を行う。
【００８９】
まず、測長対象である第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの第２測長ポイントに電子ビームを照射する。そして、二次電子に基づいて、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を取得する。続いて、第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(se)より第１の線幅Ｌ２(se)を取得する。
【００９０】
さらに、第２測長ポイントから出た反射電子に基づいて、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) と第２の輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) を取得する。続いて、第２の輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) より第２の線幅Ｌ２(bse) を取得する。
その後に、第３実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(se)から、第１のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ２Ａ(se)を算出し、その傾きにより側面が順テーパかどうか判断する。さらに、第２実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と反射電子に基づく第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) から第２のマッチング率Ｍ２を求める。
【００９１】
以上のような測長に関するデータを測定した後に、第３実施形態と同じような判断方法によって、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃがそのまま使えるものなのかどうかを判断することになる。
次に、図１１の(f) に示すように、第１のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)が順テーパ形状かどうかで判断を異ならせる。
【００９２】
即ち、図１１の(g) に示すように、第１のレジストパターン１３ａが順テーパ形状と判断された場合には、図１１の(h) に示すように、第２又は第３のレジストパターンの二次電子に基づく線幅Ｌ２(se)が管理基準値内にあるかどうかを判断する。そして、その線幅Ｌ２(se)が管理基準内の場合には、制御部１Ａは、図１１の(i) に示すように測長対象となるレジストパターン１３ｂ、１３ｃの形状が順テーパであり、測長線幅規格内にあり、さらに次のエッチング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。これに対して、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、図１１の(j) に示すように測長対象となるレジスト形状が順テーパであり、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００９３】
一方、第１のレジストパターン１３ａの側部が順テーパではないと判断された場合には、図１１の(k) に示すように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定内であれば、図１１の(l) に示すように、制御部１Ａは、測定対象となるレジストパターン１３ｂ，１３ｃの側部が垂直型であると判断する。
【００９４】
ついで、図１１の(m) に示すように、測長線幅Ｌ２(se)が管理基準（規格）内であるかどうかを判断して、その測長線幅が測長線幅Ｌ２(se)が管理基準内である場合には、制御回路１Ａは、図１１の(n) に示すように、レジストパターン１３ｂ，１３ｃの形状が垂直型で、測長線幅が規格内にあり、次のエッチング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００９５】
これに対して、図１１の(m),(o) に示すように、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、測長対象となるレジストパターン１３ｂｂ，１３ｃの形状が垂直形状で、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させる。
また、図１１の(k) に示したように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定の範囲から外れた場合には、制御部１Ａは、図１１の(p) に示すように、レジストパターンの形状が逆テーパ又は図６(c) に示したＴ−ｔｏｐであると判断する。そして、第２のオフセット値（ΔＬ２）から第１のオフセット値（ΔＬ１）を差し引いて、Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅ΔＴＬを算出する。さらに、測長対象となるレジストパターン１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)から増加線幅ΔＴＬを差し引き、第３のレジストパターン１３ｃの底部の線幅ＲＬ２(se)を算出する。
【００９６】
続いて、図１１の(q) に示すように、制御部１Ａは、Ｔ−ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にあるかどうかの判断を行う。そして、線幅管理基準から外れる場合には、図１１の(s) に示すように、レジストパターンの形状が逆テーパであり、測長線幅が規格外であり、再生工程が必要なことを画像表示部１Ｃに表示させる。これに対し、線幅管理基準に適合している場合には、制御部１Ａは、図１１の(r) に示すように、レジスト形状が逆テーパであり、測長線幅が規格内であって、次のエッチング工程に移ることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００９７】
以上のように、本実施形態においては、サイズが既知の第１のレジストパターン１３ａの測長データを測定する際に、電子ビームの加速電圧を変えて第１のレジストパターン１３ａの深さ方向の形状の違いを詳細に知ることができるので、順テーパか逆テーパかどうかの判断や、Ｔーｔｏｐ形状かどうかの判断が容易になる。
【００９８】
なお、上記した告知は、画像表示に限るものではなく、音声、その他の告知手段であってもよい。
｛付 記｝
上記した線幅測定方法を用いて、パターンの線幅を測長する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００９９】
その半導体装置の製造方法において、前記パターンは、半導体基板上の膜の上に形成されたレジストパターンであることを特徴とする。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、サイズが既知の第１パターンについて二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差である第１の計算値を求めた後に、線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差である第２の計算値を求めて、ついで、第１の計算値と第２の計算値を比較して比較結果を出し、この比較結果に基づいて第２パターンの形状状態を算出するそれらの測定結果を比較することにより第２パターンの形状状態を算出するようにしているので、測長しようとする第２パターンの表面の幅からそれよりも下方の幅を正確に予測し易くなる。
【０１０１】
これにより、第２パターンがクリティカルな問題かどうかが容易に判断され、しかも、断面形状の如何にかかわらず、パターンの下部の寸法を自動的に正確に測定することができる。
その第１の計算値と第２の計算値の比較方法として、それらの差分ΔＴＬを求める方法を採用する場合には、その差分ΔＴＬを第２パターンの二次電子による測長値から差し引いてその結果を実際の測長値としている。
【０１０２】
これにより、第２パターンがＴ−ｔｏｐ形状の場合には、その上面の測長値からその差分ΔＴＬを差し引くことにより、そのパターンの下部、底部の寸法を測長することができる。
また、上記した第２パターンの測長値を第２パターンの設計値とその設計値の許容値と比較し、測長値と設計値の差が許容値の範囲内の場合には、次の工程に移行することを画面上に表示し、測長値と設計値の差が許容値の範囲外の場合には、再処理することを画面上に表示すると、作業者は画面上の表示に従ってロットを処理することができ、作業者の走査ミスを低減させて作業効率が向上する。
【０１０３】
また、別の本発明によれば、既知の第１パターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね率）を算出し、ついで、線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね率）を算出し、そして、それら２つのマッチング率を比較することにより、第２パターンの形状状態を算出するようにしているので、基準となる第１パターンのマッチング率と測長しようとする第２パターンの下部の幅を正確に予測し易くなる。これにより、測長パターンの形状状態と形状エラーを判断できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の測長方法を示すフローチャートである。
【図２】従来技術の二次電子を用いた測長方法による測長パターンの断面と二次電子により得られた輝度波形図である。
【図３】本発明の実施形態に使用される走査型電子顕微鏡の一例を示す構成図である。
【図４】本発明の実施形態の線幅の測長対象となるパターンの一例を示す断面図と平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態の線幅の測長対象となるパターンの断面図と、二次電子による輝度波形図と、反射電子による輝度波形図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態で得られる二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを示す写真（その１）である。
【図９】本発明の第２実施形態で得られる二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを示す写真（その２）である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１Ａ…制御部、１Ｂ…電子操作部、１Ｃ…画像表示部、１ｆ…移動ステージ、１ｇ…電子検出器、１ｈ…増幅器、１１…シリコン基板（半導体基板）、１２…膜、１３ａ〜１３ｃ…レジストパターン、Ｗ…試料、Ｐ1 …第１の測長ポイント、Ｐ2 …第２の測長ポイント。
【発明の属する技術分野】
本発明は、線幅測定方法に関し、より詳しくは、微細なパターンの線幅を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）によるパターンの線幅測長方法としては、電子線走査範囲(Field Of View）内に入射電子を走査させながら照射し、試料上から発生した二次電子量又は反射電子の輝度を変換してディスプレイに表示していた。この輝度レベルを用いて画像データ、線幅データを得るのが一般的な走査型電子顕微鏡である。
【０００３】
そのような走査型電子顕微鏡を用いて半導体集積回路装置の特性を管理する場合には、フォトレジストのパターン形成後、即ち各クリティカルレイヤー毎に、パターンの線幅の出来上がりが設計基準内に形成されているか否かの確認作業を行うことが一般に採用されている。
二次電子を使用した線幅の管理方法は、図１に示すフローチャートに従って行われる。
【０００４】
図１において、半導体ウェハ上に形成されたレジストパターンの所定範囲をディスプレイに表示した後に、その表示範囲内の測長ポイントに照準を当てて電子を照射し（図１の(a))、測長ポイントから反射された二次電子（ＳＥ）に基づいて輝度分布の波形（Ｌ１Ｗ(se)）を取得する。そして、輝度波形の高レベル部分の幅を線幅（Ｌ１(se)）と判断する（図１の(b))。その線幅が誤差の範囲内にあるか否か判断し（図１の(c))、誤差の範囲内であれば、次のエッチング工程に移る（図１の(d))。また、誤差以上の線幅であれば、レジストパターン形成の処理工程に戻される（図１の(e))。
【０００５】
ところで、超微細パターンを形成するため、フォトリソグラフィー工程では、化学増幅型レジストを使用するパターン形成が行われることがあるが、化学増幅型レジストはその性質上、環境汚染等の影響を受けやすく、レジスト断面形状が所望の形状から変化してしまう。
そのような化学増幅型レジスト断面形状の変形については、特開平６−９５３９７号公報に記載がある。
【０００６】
一般的なポジ型の化学増幅型レジストのパターン形成方法を一例に挙げて説明する。
まず、ウェハ上にポジ型の化学増幅型レジストを塗布し、その後、化学増幅型レジストに光（ＤＵＶ）を照射する。化学増幅型レジスト中には酸発生剤（ＰＡＧ）が含まれているので、光が照射された部分では酸発生剤が光により反応して酸が発生する。この発生酸は、レジストポリマーの保護基を外す作用があり、発生酸付近のポリマーは、酸の影響により保護基が外される。保護基が外れた部分は、アルカリ可溶になるため、後の現像液処理時に除去されてしまう。
【０００７】
以上のような手法を用いて、例えば図２(a),(b) に示すような化学増幅型レジストのパターン１０１、１０２がシリコン基板１０３上に形成される。その化学増幅型レジストのパターン１０１のエッジが図２(a) に示すように垂直になっている場合には精度良いパターンの測長が可能であり、その二次電子の反射量の変化は図２(a) に示すような波形となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような化学増幅型レジストは、安定したパターン形成環境を提供することが難しく、以下のような不具合を生じる。
第１に、化学増幅型レジスト下部で発生した酸が、基板面からの塩基成分の影響によって中和されてしまい、その部分の脱保護反応が発生しなくなることである。第２に、化学増幅型レジスト上方からの塩基成分、例えばアミンの影響によって、発生した酸が中和されてしまい、その部分の脱保護反応が発生しなくなることである。なお、それらの問題は、代表的ものである。
【０００９】
第１の問題に関しては、化学増幅型レジストのパターン形状が順テーパ、若しくは裾引き形状となって、その後の、走査型電子顕微鏡による線幅測長時にその情報が得られ、走査型電子顕微鏡によれば裾を含んだ線幅測定・管理が可能である。
しかし、第２の問題に関しては、走査型電子顕微鏡による断面形状観察・管理が不可能な状態となる。これは、レジストのパターンの断面形状が逆テーパ形状、又は図２(b) に示すような上部Ｔ形状（以下、Ｔ−ｔｏｐ形状）となるため、レジストパターン１０２の底部が上部の張り出し１０２ａの影響によって隠れてしまい、その底部の測長は不可能となるからである。走査型電子顕微鏡で捕らえられる二次電子は、図２(b) の波形に示すように電子が当たった表面部のパターン情報しか得られないために、その下部にあるパターン情報は得られない。
【００１０】
つまり、化学増幅型レジストのパターン１０２の断面がＴ−ｔｏｐ形状であっても、そのような形状であるという判断が従来技術ではできないために、そのＴ−ｔｏｐ形状の上面だけの形状が線幅規格に入っていても、そのレジストパターンをマスクにしてその下の膜をエッチングした後に、大幅な線幅シフトが発生する。
【００１１】
そのような問題は、再生処理や歩留低下をひきおこす。
また、レジストパターン同士が繋がった箇所がフォトリソグラフィー工程で発見された場合、そのウェハ又はそのロットは再処理されるが、エッチング処理後に全く問題がないレジストパターンであれば、これを再生する必要性はない。
即ち、Ｔ−ｔｏｐ形状の影響がレジストパターンに対してクリティカルかどうかの判断が現在の技術では不可能なので、ロット再生の回数が多くなるといった問題が生じてしまう。
【００１２】
そのような問題の解決手段として次のような手法も考えられるが、有効な手段とはならない。
例えば、走査型電子顕微鏡の電子の加速電圧を一般的な４００〜８００Ｖから１０ｋＶ程度まで上げれば、電子の透過性が増し、内部の情報も観測が可能であるが、高加速条件下では、レジストの変質、昇華が生じたり、デバイスに悪影響を与えるので、半導体製造には使用できない。
【００１３】
なお、そのような問題は、化学増幅型レジストに生じやすいが、他の材料のレジストにも起こりうることである。
本発明の目的は、レジストに逆メサ断面形状又はパターン繋がりが生じている場合に、そのパターンがクリティカルな問題かどうかを判断する処理を含む線幅測定方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、走査型電子顕微鏡において、試料上に形成されてサイズが既知の第１パターンを、第１の測長ポイントで、二次電子に基づいて測長して第１の測長値を取得し、第１の測長ポイントで反射電子により第１パターンを測長して第２の測長値を取得した後に、第１の測長値と第２の測長値を比較してそれらの差である第１の計算値を算出し、走査型電子顕微鏡において、試料上に形成されて測長対象となる第２パターンを、第２の測長ポイントで、走査型電子顕微鏡により二次電子に基づいて測長して第３の測長値を取得し、第２の測長ポイントで反射電子により第２パターンを測長して第４の測長値を取得した後に、第３の測長値と第４の測長値を比較してそれらの差である第２の計算値を算出し、第２の計算値から第１の計算値を差し引いた差分を算出し、当該差分が許容値内のときは、第２パターンの形状状態が良好であると判断し、当該差分が０又は負のときは第２パターンの形状が順テーパと判断し、当該差分が正のときは第２パターンの形状が逆テーパと判断することを含む線幅測定方法によって解決される。
【００１５】
なお、上記した第１の計算値と上記した第２の計算値の差分を求め、上記した第３の値からその差分を引いた値を第２の測長ポイントでの第２パターンの測長値としてもよい。また、上記した課題は、走査型電子顕微鏡内において、試料上に形成されてサイズが既知の第１パターンについて、第１の測長ポイントで二次電子に基づいて第１の二次電子ＳＥＭイメージを取得し、第１の測長ポイントで反射電子に基づいて第１の反射電子ＳＥＭイメージを取得し、第１の二次電子ＳＥＭイメージと第１の反射電子ＳＥＭイメージを比較して第１のマッチング率を算出し、走査型電子顕微鏡内において、試料上に形成されて測長対象となる第２パターンについて、第２の測長ポイントで二次電子に基づいて第２の二次電子ＳＥＭイメージを取得し、第２の測長ポイントで反射電子に基づいて第２の反射電子ＳＥＭイメージを取得し、第２の二次電子ＳＥＭイメージと第２の反射電子ＳＥＭイメージを比較して第２のマッチング率を算出し、第１のマッチング率と第２のマッチング率との差分を求め、当該差分が設定値よりも小さいときは前記第２パターンの形状が良好で垂直型と判断し、当該差分が前記設定値よりも大きいときは前記第２パターンの形状が不良であると判断することを含む線幅測定方法によって解決される。
【００１６】
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、サイズが既知の第１パターンについて二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差である第１の計算値を求めた後に、線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差である第２の計算値を求めて、ついで、第１の計算値と第２の計算値を比較して比較結果を出し、この比較結果に基づいて第２パターンの形状状態を測長するようにしている。
【００１７】
同じパターンを二次電子と反射電子により測長するとそれらの測長値に差が現れることが多いが、その差には、パターン上面の幅とそれよりも下方の幅の差の成分が含まれるので、基準となる第１パターンの二次電子と反射電子の差を知ることにより、測長対象である第２パターンの下部の幅が予測できる。
これにより、第２パターンがクリティカルな問題かどうかが容易に判断され、しかも、断面形状の如何にかかわらず、パターンの下部の寸法が自動的に正確に測定される。
【００１８】
その第１の計算値と第２の計算値の比較方法として、それらの差分ΔＴＬを求める方法を採用する場合には、その差分ΔＴＬを第２パターンの二次電子による測長値から差し引いてその結果を実際の測長値としてもよい。
これにより、第２パターンがＴ−ｔｏｐ形状の場合には、その上面の測長値からその差分ΔＴＬを差し引くことにより、そのパターンの下部、底部の寸法を測長することができる。
【００１９】
また、上記した第２パターンの測長値を第２パターンの設計値とその設計値の許容値と比較し、測長値と設計値の差が許容値の範囲内の場合には、次の工程に移行することを画面上に表示し、測長値と設計値の差が許容値の範囲外の場合には、再処理することを画面上に表示すると、作業者は画面上の表示に従ってロットを処理することができ、作業者の操作ミスを低減させて作業効率を向上することができる。
【００２０】
また、別の本発明によれば、既知の第１パターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね率）を算出し、ついで、線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね率）を算出し、そして、それら２つのマッチング率を比較することにより、第２パターンの形状状態を算出するようにしている。
【００２１】
そのように二次電子と反射電子の各ＳＥＭイメージのマッチング率は、パターン上面の幅とそれよりも下方の半導体の差が反映されるので、基準となる第１パターンのマッチング率と測長対象の第２パターンのマッチング率の比較により、下部の幅を正確に予測し易くなる。これにより、測長パターンの形状状態と形状エラーを判断できることになる。
【００２２】
反射電子に基づいてＳＥＭイメージを取得する場合に、電子ビームの任意の加速電圧を変化させて設計値との比較を行ってもよい。これは、反射電子の透過度は加速電圧に依存するために、任意の加速電圧とその反射電子情報を用いることで、必要とする深さ方向の情報を得ることができる。ただし、電子が透過しやすい材料、例えばレジストからパターンが形成されている場合において好ましい結果が得られる。
【００２３】
ところで、上記した既知のパターンについては、管理しようとする設計線幅、即ち目標線幅の１．１倍以上の線幅を有し、ピッチ幅も１．１倍以上の幅のものが選択されることが好ましい。これは、管理測定パターンよりもパターンルールが緩いパターンを測長することにより、Ｔ−ｔｏｐの影響具合を確認するためには好ましいからであり、これにより、予め潜在的にもつＴ−ｔｏｐの影響具合の確認が容易になる。
【００２４】
また、第１パターンの測長ポイントに電子ビームを照射して得られた二次電子に基づいて第１の波形を求め、第２パターンの測長ポイントに電子ビームを照射して得られた二次電子に基づいて第２の波形を求め、第１の波形と第２の波形のそれぞれのエッジの傾きを算出し、この傾きと電子ビームの最小スポット径とから第２パターンが順テーパ形状か逆テーパ形状かを判断するステップを含むようにしてもよい。
【００２５】
即ち、既知の第１パターンの側面が基板面に対して垂直であっても、二次電子を用いて測定されるその側面の角度は電子ビームのスポット径の大きさによって異なっており、そのスポット径が小さくなればなるほどその側面の角度の測定精度が高くなってくる。例えば、電子ビームを最小スポット径にした場合に、側面が垂直なパターンについては、その側面は９０゜よりも僅かに小さな角度で測定される。従って、電子ビームスポット径を最小にした場合のパターン側部の垂直角度の測定誤差を予め知ることにより、既知のパターンの側面の実際の角度が逆テーパか順テーパになっているかを容易に判断し易くなる。
【００２６】
これにより、反射電子を用いずに、一般的に行われている二次電子により、測定対象となるパターン形状が順テーパか逆テーパかの判断が容易になる。なお、反射電子は、パターンが順・逆テーパ形状に関わらず、パターンを透過してイメージを出すので、順テーパの場合には反対に誤差が生じてしまう。
以上の測長方法は、半導体装置の製造工程において、例えばレジストパターンの測長などに用いられる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
以下に述べる本発明の複数の実施形態に使用される走査型電子顕微鏡は、例えば図３に示すような構成を有している。
図３において、走査電子顕微鏡３の走査電子部１Ｂは、電子ビーム進行方向に向かって電子銃１ａとコンデンサレンズ１ｂと偏向コイル１ｃと対物レンズ１ｄと移動ステージ１ｆとを有し、電子銃１ａから照射された荷電粒子をコンデンサレンズ１ｂ、偏向コイル１ｃ、対物レンズ１ｄを通して移動ステージ１ｆ上の試料Ｗに照射するようになっている。
【００２８】
また、荷電粒子が照射されて試料Ｗから出た二次電子又は反射電子の量は、電子検出器１ｇによって検出され、その検出量は増幅器によって変換されて画像表示部１Ｃで表示される。また、偏向コイル１ｃの電子偏向量と画像表示部１Ｃの画像スキャン量は制御部１Ａによって制御される。
制御部１Ａには、測長を実行するための自動測長シーケンスのプログラムが格納されている。その自動測長シーケンスは、二次電子による測長と反射電子による測長のための一連の動作を行わせるものであり、例えば、以下の実施形態で説明するような手順を遂行するプログラムが格納されている。
【００２９】
また、試料Ｗは、図４(a) に示すように、半導体ウェハ１０の上に膜１２が形成され、その上にレジストパターン１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されたものを使用する。その試料Ｗの一部は図４(b) に示すような平面形状となっている。
レジストパターン１３ａ，１３ｂ，１３ｃのうち第１のレジストパターン１３ａは既知の寸法であって、第２及び第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃは、管理の対象となっている。管理は、パターンの測長、形状状態測定等が含まれる概念である。
【００３０】
ここで、第１のレジストパターン１３ａは、レジストの露光、現像によって底部で高精度の線幅が得られるパターンであってパターンサイズの大きな線幅、例えば管理対象パターンの目標線幅の１．１倍以上の線幅であって間隔も管理対象パターンの１．１倍以上のパターンか、或いは孤立パターンとする。
なお、第１、第２及び第３のレジストパターン１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、以下の実施形態では化学増幅型レジストから形成されているものについて説明しているが、これに限らずノボラック、その他の材料から構成されていてもよい。
（第１の実施の形態）
本発明の第１実施形態によるパターン測長とその後の処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
試料Ｗ上のパターンの線幅を測定するために、まず、図３に示した走査型電子顕微鏡の移動ステージ１ｆ上に試料Ｗを載せる。
最初に、第１のレジストパターンの測長を次のような方法で行う。
まず、図４(a) 、図５の(a) に示すように、測長箇所を第１のレジストパターン１３ａに合わせる。その測長箇所を第１測長ポイントＰ1 とする。
【００３２】
そして、図５の(b) に示すように、電子ビームを第１測長ポイントＰ1 を横断するように走査させると、試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）は電子検出器１ｇによって検出される。
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された二次電子の量に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第１の線幅Ｌ１(se)とする。
【００３３】
これにより、二次電子に基づく第１の測長ポイントの線幅が測長される。例えば、図６(a) に示すように、二次電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(se)は、第１のレジストパターン１３ａの最上面の幅を反映した形状になる。
続いて、図５の(c) に示すように、再び電子ビームを第１の測長ポイントＰ1 の全く同じ箇所に照射すると、試料Ｗから反射された反射電子（ＢＳＥ）は電子検出器１ｇによって検出される。
【００３４】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された反射電子の量に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を作成し、これを輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第２の線幅Ｌ１(bse) とする。
これにより、反射電子に基づく第１の測長ポイントの線幅が測長される。
【００３５】
例えば、図６(a) に示すように、第１のレジストパターン１３ａからの反射電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) の線幅Ｌ１(bse) は、第１のレジストパターン１３ａの最上面が反映されずに第１の線幅Ｌ１(se)と異なることがある。
なお、反射電子のエネルギーと二次電子のエネルギーは相違するので、制御部１Ａはエネルギーの相違によって反射電子か二次電子かを判別する。
【００３６】
以上のように、第１のレジストパターン１３ａにおける二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を終えた後に、図５の(d) に示すように、第１の線幅Ｌ１(se)から第２の線幅Ｌ１(bse) を差し引き、その値を第１のオフセット値（ΔＬ１）とする。
次に、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの測長を次のような方法で行う。
【００３７】
まず、図５の(e) に示すように、図４(b) の第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃに測長ポイントを合わせる。その測長箇所を第２の測長ポイントＰ2 とする。
そして、図５の(f) に示すように、電子ビーム（ＳＥ）を第２測長ポイントＰ2 内で走査し、これにより試料Ｗから出た二次電子は電子検出器１ｇによって検出される。
【００３８】
制御部１Ａは、図６(b) 又は図６(c) に示すように電子検出器１ｇによって検出された二次電子の量に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を、第２又は第３のレジストパターン１３ｂの第１の線幅Ｌ２(se)とする。
【００３９】
これにより、二次電子に基づく第２の測長ポイントＰ2 の線幅が測長される。例えば、図６(b) 又は図６(c) に示すように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの輝度波形の第１の線幅Ｌ２(se)はパターンの最上面を反映した形状となる。
続いて、図５の(g) に示すように、再び電子ビームを第２の測長ポイントＰ2 の全く同じ箇所に照射し、これにより試料Ｗから出た反射電子（ＢＳＥ）は電子検出器１ｇによって検出される。制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された反射電子の量に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) として変換され、輝度波形データとして取り込まれる。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの第２の線幅Ｌ２(bse) とする。
【００４０】
これにより、反射電子に基づく第２の測長ポイントＰ2 の線幅が測長される。図６(b),(c) に示すように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃからの反射電子に基づく輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) の第２の線幅Ｌ２(bse) は、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの最上面を反映せずに第１の線幅Ｌ２(se)と異なる場合もある。
【００４１】
以上のように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃにおける二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を終えた後に、図５の(h) に示すように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃにおける第１の線幅Ｌ２(se)から第２の線幅Ｌ２(bse) を差し引き、その差を第２のオフセット値（ΔＬ２）とする。
【００４２】
次に、上記した２つのオフセット値の比較を次のようにして行う。
まず、図５の(i) に示すように、制御部１Ａは、第２のオフセット値（ΔＬ２）から第１のオフセット値（ΔＬ１）を差し引いて、その差が許容値内かどうかを判断する。その許容値は、任意であり、走査型電子顕微鏡の測長再現精度によって異なる。
【００４３】
その差が、許容値内である場合には、図５の(j) に示すように、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの形状が良好であると判断する。そして、図５の(k) に示すように、レジストパターン１３ｂ，１３ｃの断面形状が順テーパか逆テーパかを判断する。例えば、そのオフセット値の差が０又は負の場合には順テーパーと判断する。
【００４４】
また、図６(b) に示すように第２のレジスト１３ｂの断面形状が正常であっても、第２のレジストパターン１３ｂの線幅が管理基準内にあるとは限らないので、第２のレジストパターン１３ｂの第１の線幅Ｌ２(se)の値がその管理基準内、例えば設計値の±１０％以内であるかどうかを制御部１Ａが判断する。
そして、図５の(l),(m) に示すように、その線幅Ｌ２(se)が線幅管理基準内であれば、測定パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示して、膜１２のエッチング工程に移れるものであることを告知する。
【００４５】
これに対して、図５の(l),(r) に示すように、その線幅Ｌ２(se)が線幅管理基準外であれば、測定パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示して、レジストパターンの全体の再形成が必要なことを告知する。
ところで、制御部１Ａが第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較する際に、その差が許容値内でないと判断した場合には、図５の(n) に示すように、第３のレジストパターン１３ｃの断面形状が例えば図６(c) に示す逆テーパであると判断する。この場合、その断面形状が、図６(c) に示すようにＴ−ｔｏｐ形状であるとする。
【００４６】
そして、第３のレジストパターン１３ｃの断面形状がＴ−ｔｏｐとした場合に、それがクリティカルな問題かどうかの判断を行う。なお、第２のレジストパターン１３ｂの断面形状が裾引き形状（台形状）の場合もクリティカルかどうかの判断をおこなってもよい。
まず、図５の(n),(o) に示すように、第２のオフセット値ΔＬ２から第１のオフセット値ΔＬ１を差し引いて、Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅ΔＴＬを算出する。
【００４７】
次に、図５の(p) に示すように、第３のレジストパターン１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)から増加線幅ΔＴＬを差し引き、第３のレジストパターン１３ｃのようなＴ−ｔｏｐ形状のパターンの底部の線幅ＲＬ２(se)を算出する。
続いて、図５の(q) に示すように、Ｔ−ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にあるかどうかの判断を行う。そして、線幅管理基準から外れる場合には、図５の(r) に示すように、測定パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示して、レジストパターンの再形成が必要なことを告知する。これに対し、線幅管理基準に適合している場合には、図５の(m) に示すように、測定パターン情報、形状、線幅等のデータを走査型電子顕微鏡の画像表示部１Ｃに表示して、次のエッチング工程に移れるものであることを告知する。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、線幅が既知のレジストパターンについて二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行ってオフセット値を求めた後に、線幅測長対象となるレジストパターンについて、二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行ってオフセット値を求め、それらの測定結果を比較することにより測長対象のレジストパターンの断面形状や下部の幅を測定するようにした。
【００４９】
これにより、パターンが半導体素子に対してクリティカルな問題かどうかを判断することが容易になり、しかも、断面形状の如何にかかわらず、パターンの底部の寸法を正確に測定することができる。
（第２の実施の形態）
本実施形態では、画像処理の手法を用いてパターンの測長方法を説明する。
【００５０】
まず、Ｔ−ｔｏｐが発生しないパターンサイズの大きい線幅（目標値の１．１倍以上の線幅）、或いは孤立パターンである第１のレジストパターン１３ａの測長ポイント（以下、第１の測長ポイントＰ1 という。）に電子銃１ａの照準を合わせる。その照準合わせは、試料Ｗの移動によって行われる。
次に、図７の(a) に示すように、第１のレジストパターン１３ａの第１の測長ポイントＰ1 に電子を走査し、その試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）を電子検出器１ｇによって検出する。
【００５１】
制御部１Ａは、図７の(b) に示すように、電子検出器１ｇによって検出された二次電子量の変化に基づいて第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)を取得する。
その後に、図７の(c) に示すように、同じ箇所の第１のレジストパターン１３ａに電子を照射し、その試料Ｗで反射された反射電子量の変化に基づいて第２のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) を取得する。
【００５２】
続いて、第１のＳＥＭイメージと第２のＳＥＭイメージのそれぞれについて、視野内映像をある閾値レベルで２つに分け、白黒情報の二値化処理を行う。例えば、図６(a) の二次電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を第１のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ1 よりも上を「１」とし、その下を「０」とする。また、図６(a) の反射電子に基づく輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を第２のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ2 よりも上を「１」とし、その下を「０」とする。
【００５３】
二値化された第１のＳＥＭイメージと二値化された第２のＳＥＭイメージは、それぞれ、縦横に配置された複数のピクセルに合わせたイメージデータを有し、例えば「０」を「黒」、「１」を「白」とする。
その後、図７の(d) に示すように、二値化された第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と二値化された第２のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) を重ね、白黒がマッチングしているピクセル数をカウントし、その重なり程度、例えば第１のＳＥＭイメージのピクセル数に対するマッチング部分のピクセル数の割合を算出し、これをマッチング率（Ｍ１）とする。マッチング率Ｍ１は、その他の手法を用いて算出したものであってもよい。
【００５４】
次に、図７の(e) に示すように、図６(b) 又は図６(c) で示したような管理すべき線幅を有する第２又は第３のレジストパターン１３ｂ, １３ｃの測長ポイント（以下、第２の測長ポイントＰ2 という。）に電子銃１ａの照準を合わせる。その照準合わせは、試料Ｗの移動によって行われる。
続いて、第２の測長ポイントＰ2 で電子を走査し、その試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）を電子検出器１ｇによって検出する。
【００５５】
制御部１Ａは、図７の(f) に示すように、電子検出器１ｇによって検出された二次電子量の変化に基づいて第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)を取得する。
その後に、図７の(g) に示すように、同じ箇所の第２のレジストパターン１３ｃに電子を照射し、その試料Ｗで反射された反射電子量の変化に基づいて第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) を取得する。
【００５６】
続いて、第１のＳＥＭイメージと第２のＳＥＭイメージのそれぞれについて、視野内映像をある閾値レベルで２つに分け、白黒情報の二値化処理を行う。例えば、図６(b) 又は図６(c) の二次電子に基づく輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を第１のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ1 よりも上を「１」とし、その下を「０」とする。また、図６(b) 又は図６(c) の反射電子に基づく輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) を第２のＳＥＭイメージとすれば、そのレベルＳ2 よりも上を「１」とし、その下を「０」とする。
【００５７】
二値化された第１のＳＥＭイメージと二値化された第２のＳＥＭイメージは、それぞれ、縦横に配置された複数のピクセルに合わせたイメージデータを有し、例えば「０」を「黒」、「１」を「白」とする。
その後、図７の(h) に示すように、二値化された第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と二値化された第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) を重ね、白黒がマッチングしているピクセル数をカウントし、その重なり程度、例えば第１のＳＥＭイメージのピクセル数に対するマッチング部分のピクセル数の割合を算出し、これをマッチング率（Ｍ２）とする。マッチング率Ｍ２は、その他の手法を用いて算出したものであってもよい。
【００５８】
以上のようなパターンの各測長データを取得した後に、次のような判断処理が行われる。
まず、図７の(i) に示すように、第１のレジストパターン１３ａのマッチング率Ｍ１と任意設定の基準値Ｄ０とを比較し、マッチング率Ｍ１が基準値Ｄ0 より小さな場合には、第１のレジストパターン１３ａの形状が良好と判断される。
【００５９】
これに対して、マッチング率Ｍ１が基準値Ｄ0 より大きな場合には、第１のレジストパターン１３ａの形状が不良と判断される。
そして、図７の(j) に示すように、第１のレジストパターン１３ａの形状が良好と判断される場合には、図７の(j),(k) に示すように、第１のレジストパターン１３ａのマッチング率Ｍ１と第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃのマッチング率Ｍ２との差を求める。
【００６０】
そして、図７の(l),(m),(n) に示すように、その差が任意の設定値よりも小さな場合には、管理線幅領域にある第３のレジストパターン１３ｃの断面形状が良好で、垂直型であり、その判断結果が画像表示部１Ｃに表示される。
これに対して、図７の(k),(o),(p),(q) に示すように、２つのマッチング率Ｍ１，Ｍ２の差が、任意の設定値よりも大きな場合には、管理線幅領域にある第３のレジストパターン１３ｃの形状が不良、劣化し、順又は逆テーパ形状が不明であり、それらのデータは、図７の(r) に示すように、画像表示部１Ｃに表示される。
【００６１】
一方、図７の(i),(s),(t) に示すように、第１のレジストパターン１３ａのマッチング率Ｍ１と任意設定の基準値Ｄ0 とを比較し、マッチング率Ｍ１が基準値Ｄ0 より大きな場合には、第１のレジストパターン１３ａの形状が不良、テーパ形状であると判断される。この場合、図７の(u) に示すように、２つのマッチング率Ｍ１，Ｍ２の差を求める。そして、その差がマッチング率Ｍ１よりも小さな場合には図７の(v) に示すように、その値を画像表示部１Ｃに表示する。また、その値がマッチング率Ｍ１よりも大きな場合には、図７の(w) に示すように、その値を画像表示部１Ｃに表示される。
【００６２】
以上のように、本実施形態によれば、線幅が既知のレジストパターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージに基づいて第１のマッチング率を求めた後に、線幅測長対象となるレジストパターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージに基づいて第２のマッチング率を求め、ついで第１のマッチングイメージが許容範囲内にあるか否かを判断して、その後に、第１と第２のマッチング率を比較することにより、測定対象となるパターンの形状と幅が良好であるかどうかを判断するようにしている。
【００６３】
これにより、測長パターンの形状状態と形状エラーを容易に判断できる。
ところで、二次電子を用いて取得したＳＥＭイメージと反射電子を用いて取得したＳＥＭイメージは例えば図８、図９のようになる。
図８(a) は、二次電子を用いて取得したＳＥＭイメージで、写真のほぼ中央でレジストパターン（白色又は灰色の部分）の一部が繋がっている。しかし、反射電子を用いて取得したＳＥＭイメージは、図８(b) のようになり、レジストパターンの下部では各レジストパターンはそれぞれ分離していることがわかる。
【００６４】
これにより、図８(a),(b) に示すようなレジストパターンは、その下の膜のパターニングにそのまま使用できる形状となっていることが分かる。
これに対して、図９(a) に示すような二次電子を用いて取得したＳＥＭイメージと図９(b) に示すような反射電子を用いて取得したＳＥＭイメージにおいて、それらのレジストパターンはそれぞれ一部で繋がっているために、そのようなレジストパターンでは上部及び下部の一部が分離されていないことが分かる。したがってそのようなレジストパターンは膜のパターニングにそのまま使用できないことになり、レジストパターンの再形成が必要となることがわかる。
【００６５】
レジストパターンの再形成が必要か否かは、上記したフローチャートに従って判断される。
（第３の実施の形態）
本実施形態は、第１実施形態に加えて測長パターンが順テーパか逆テーパかの判断を加えた測長方法を示すものである。
【００６６】
まず、図１０の(a) に示すように、管理すべき線幅の設計値と管理余裕度値を走査型電子顕微鏡の制御部１Ａに入力する。制御部１Ａは、設計値と管理余裕度値（許容範囲値）を記憶する。
その後に、試料Ｗを走査型電子顕微鏡の移動ステージ１ｆの上に取り付ける。
次に、図１０の(b) に示す工程に移る。
【００６７】
まず、Ｔ−ｔｏｐが発生しないパターンサイズの大きい線幅（目標値の１．１倍以上の線幅）、或いは孤立パターンである第１のレジストパターン１３ａの測長ポイント（以下、第１の測長ポイントＰ1 という。）に電子銃１ａの照準を合わせる。
そして、電子ビームを第１測長ポイントＰ1 を横断するように走査させると、試料Ｗから出た二次電子（ＳＥ）は電子検出器１ｇによって検出される。
【００６８】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された二次電子に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第１の線幅Ｌ１(se)とする。
これにより、二次電子に基づく第１測長ポイントの線幅が測長される。
【００６９】
また、二次電子は、第１のレジストパターン１３ａの表面から出るために、そのパターン形状が順テーパ形状の場合には、輝度波形Ｌ１Ｗ(se)にはそのテーパ形状が反映される。
そこで、輝度波形Ｌ１Ｗ(se)をいくつかの閾値レベルでの線幅の測長を行い、それらの測長値に基づいて、直線近似法、１次微分法、２次微分法等によって第１のレジストパターンの側面の傾きＬ１Ａ(se)を算出する。
【００７０】
第１のレジストパターン１３ａの側面に傾きが生じている場合には、順テーパ形状と判断する。傾きが無い場合には、パターン側面が垂直の場合もあるので、この段階ではその側面が逆テーパであるという判断はできない。
続いて、再び電子ビームを第１の測長ポイントＰ1 の全く同じ箇所に照射し、試料Ｗからの反射電子（ＢＳＥ）を電子検出器１ｇによって検出する。
【００７１】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された反射電子に基づいて輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を作成し、これを輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第１のレジストパターンの第２の線幅Ｌ１(bse) とする。
そして、第１の線幅Ｌ１(se)から第２の線幅Ｌ１(bse) を差し引き、その値を第１のオフセット値（ΔＬ１）とする。
【００７２】
次に、図１０の(c) に示す工程に移る。
まず、図４(b) の第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃに測長ポイントを合わせる。その測長箇所を第２の測長ポイントＰ2 とする。
そして、電子ビーム（ＳＥ）を第２測長ポイントＰ2 内で走査し、これにより試料Ｗから出た二次電子は電子検出器１ｇによって検出される。
【００７３】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された二次電子に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を作成し、輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)とする。
これにより、二次電子に基づく第２の測長ポイントの線幅が測長される。
【００７４】
また、二次電子は、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの表面から出るために、そのパターン形状が順テーパ形状の場合には、輝度波形Ｌ２Ｗ(se)にはそのテーパ形状が反映される。
そこで、輝度波形Ｌ２Ｗ(se)をいくつかの閾値レベルでの線幅の測長を行い、それらの測長結果に基づいて第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの側面の傾きＬ２Ａ(se)を直線近似法、１次微分法、２次微分法等によって算出する。
【００７５】
第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの側面に傾きが生じている場合には、順テーパ形状と判断する。その傾きが無い場合には、パターン側面が垂直の場合もあるので、この段階ではその側面が逆テーパであるという判断はできない。
続いて、再び電子ビームを第２の測長ポイントＰ2 の全く同じ箇所に照射し、試料Ｗからの反射電子（ＢＳＥ）を電子検出器１ｇにより検出する。
【００７６】
制御部１Ａは、電子検出器１ｇによって検出された反射電子に基づいて輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) を作成し、これを輝度波形データとして取り込む。そして、輝度波形データから任意のアルゴリズムによって線幅が決定され、この線幅を第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの第２の線幅Ｌ２(bse) とする。 そして、第１の線幅Ｌ２(se)から第２の線幅Ｌ２(bse) を差し引き、その値を第２のオフセット値（ΔＬ２）とする。
【００７７】
次に、図１０の(d) に示すように、第１のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)が順テーパ形状かどうかで処理を異ならせる。
即ち、図１０の(e) に示すように、第１のレジストパターン１３ａが順テーパ形状と判断された場合には、図１０の(f) に示すように、第２又は第３のレジストパターンの二次電子に基づく線幅Ｌ２(se)が管理基準値内にあるかどうかを判断する。そして、その線幅Ｌ２(se)が管理基準内の場合には、制御部１Ａは、図１０の(g) に示すように測長対象となるレジストパターン１３ｂ、１３ｃの形状が順テーパであり、測長線幅規格内にあり、さらに次のエッチング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。これに対して、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、図１０の(h) に示すように測長対象となるレジスト形状が順テーパであり、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００７８】
一方、第１のレジストパターン１３ａの側部が順テーパではないと判断された場合には、図１０の(i) に示すように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定内であれば、図１０の(j) に示すように、制御部１Ａは、測定対象となるレジストパターン１３ｂ，１３ｃの側部が垂直型であると判断する。
【００７９】
ついで、図１０の(k) に示すように、測長線幅Ｌ２(se)が管理基準（規格）内であるかどうかを判断して、その測長線幅が測長線幅Ｌ２(se)が管理基準内である場合には、制御回路１Ａは、図１０の(l) に示すように、レジストパターン１３ｂ，１３ｃの形状が垂直型で、測長線幅が規格内にあり、次のエッチング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００８０】
これに対して、図１０の(k),(m) に示すように、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、測長対象となるレジストパターン１３ｂｂ，１３ｃの形状が垂直形状で、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させる。
また、図１０の(i) に示したように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定の範囲から外れた場合には、制御部１Ａは、図１０の(o),(p) に示すように、レジストパターンの形状が逆テーパ又は図６(c) に示したＴ−ｔｏｐであると判断する。
【００８１】
そして、図１０の(q) に示すように、第２のオフセット値（ΔＬ２）から第１のオフセット値（ΔＬ１）を差し引いて、Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅ΔＴＬを算出する。
次に、図１０の(r) に示すように、測長対象となるレジストパターン１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)から増加線幅ΔＴＬを差し引き、第３のレジストパターン１３ｃのようなＴ−ｔｏｐ形状のパターンの底部の線幅ＲＬ２(se)を算出する。
【００８２】
続いて、図１０の(s) に示すように、制御部１Ａは、Ｔ−ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にあるかどうかの判断を行う。そして、線幅管理基準から外れる場合には、図１０の(t) に示すように、レジストパターンの形状が逆テーパであり、測長線幅が規格外であり、再生工程が必要なことを画像表示部１Ｃに表示させる。これに対し、線幅管理基準に適合している場合には、制御部１Ａは、図１０の(u) に示すように、レジスト形状が逆テーパであり、測長線幅が規格内であり、次のエッチング工程に移ることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００８３】
以上のように、本実施形態においては、既知のレジストパターンと測定対象であるレジストパターンとを二次電子と反射電子によって測長するとともに、それらの側部が順テーパかどうか判断する処理を加えた、その結果を表示するようにしたので、測長対象となるレジストパターンの形状の把握が容易になり、後処理をさらに適切に行え、操作ミスが軽減される。
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４実施形態のフローチャートを示している。
【００８４】
本実施形態では、上記した実施形態に、さらに、電子を照射する際の加速電圧を変えることにより、反射電子によるパターンの測長部分を任意に設定するようにするステップを加えている。
まず、図１１の(a) に示すように、線幅を管理しようとするレジストパターンの測長ポイントの設計値と管理基準値（％）を走査型電子顕微鏡の制御部１Ａに入力し、それらを記憶部に格納する。
【００８５】
その後に、図１１の(b) に示すように、走査型電子顕微鏡の移動ステージに載置された試料Ｗへ向けて電子銃１ａから照射される電子の加速電圧を調整する。加速電圧の調整は、測長ポイントのパターンの深さ方向や材料に適するように、入射電圧、バイアス電圧を変えることによって行われる。本実施形態では、測長対象となるパターンとしてレジストパターンを対象にしている。
【００８６】
次に、上記した実施形態と同様な方法によって、図１１の(c) に示すような測長処理に移る。
まず、線幅が既知の第１のレジストパターン１３ａの一部である第１測長ポイントに電子ビームを照射する。そして、二次電子に基づいて、第１のレジストパターン１３ａの第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と第１の輝度波形Ｌ１Ｗ(se)を取得する。続いて、第１の輝度波形Ｌ１Ｗ(se)より第１の線幅Ｌ１(se)を取得する。
【００８７】
さらに、第１測長ポイントから出た反射電子に基づいて、第１のレジストパターン１３ａの第２のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) と第２の輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) を取得する。続いて、第２の輝度波形Ｌ１Ｗ(bse) より第２の線幅Ｌ１(bse) を取得する。
その後に、第３実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１の輝度波形Ｌ１Ｗ(se)から、第１のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)を算出し、その傾きにより側面が順テーパかどうか判断する。さらに、第２実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(se)と反射電子に基づく第２のＳＥＭイメージＬ１ＳＥＭ(bse) から第１のマッチング率Ｍ１を求める。
【００８８】
次に、図１１の(d) に示すように、加速電圧を調整して反射電子により測定される第１のレジストパターン１３ａの深さ方向の位置を変えて、再び図１１の(c) に示した処理を行う。その加速電圧の調整は所望の値で繰り返して行ってもよく、その調整が不要になった段階で、図１１の(e) に示す処理に移る。
図１１の(e) では次のよう処理を行う。
【００８９】
まず、測長対象である第２又は第３のレジストパターン１３ｂ、１３ｃの第２測長ポイントに電子ビームを照射する。そして、二次電子に基づいて、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(se)を取得する。続いて、第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(se)より第１の線幅Ｌ２(se)を取得する。
【００９０】
さらに、第２測長ポイントから出た反射電子に基づいて、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃの第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) と第２の輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) を取得する。続いて、第２の輝度波形Ｌ２Ｗ(bse) より第２の線幅Ｌ２(bse) を取得する。
その後に、第３実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１の輝度波形Ｌ２Ｗ(se)から、第１のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ２Ａ(se)を算出し、その傾きにより側面が順テーパかどうか判断する。さらに、第２実施形態と同様な方法により、二次電子に基づく第１のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(se)と反射電子に基づく第２のＳＥＭイメージＬ２ＳＥＭ(bse) から第２のマッチング率Ｍ２を求める。
【００９１】
以上のような測長に関するデータを測定した後に、第３実施形態と同じような判断方法によって、第２又は第３のレジストパターン１３ｂ，１３ｃがそのまま使えるものなのかどうかを判断することになる。
次に、図１１の(f) に示すように、第１のレジストパターン１３ａの側面の傾きＬ１Ａ(se)が順テーパ形状かどうかで判断を異ならせる。
【００９２】
即ち、図１１の(g) に示すように、第１のレジストパターン１３ａが順テーパ形状と判断された場合には、図１１の(h) に示すように、第２又は第３のレジストパターンの二次電子に基づく線幅Ｌ２(se)が管理基準値内にあるかどうかを判断する。そして、その線幅Ｌ２(se)が管理基準内の場合には、制御部１Ａは、図１１の(i) に示すように測長対象となるレジストパターン１３ｂ、１３ｃの形状が順テーパであり、測長線幅規格内にあり、さらに次のエッチング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。これに対して、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、図１１の(j) に示すように測長対象となるレジスト形状が順テーパであり、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００９３】
一方、第１のレジストパターン１３ａの側部が順テーパではないと判断された場合には、図１１の(k) に示すように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定内であれば、図１１の(l) に示すように、制御部１Ａは、測定対象となるレジストパターン１３ｂ，１３ｃの側部が垂直型であると判断する。
【００９４】
ついで、図１１の(m) に示すように、測長線幅Ｌ２(se)が管理基準（規格）内であるかどうかを判断して、その測長線幅が測長線幅Ｌ２(se)が管理基準内である場合には、制御回路１Ａは、図１１の(n) に示すように、レジストパターン１３ｂ，１３ｃの形状が垂直型で、測長線幅が規格内にあり、次のエッチング工程に移行できることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００９５】
これに対して、図１１の(m),(o) に示すように、線幅Ｌ２(se)が管理基準外の場合には、制御部１Ａは、測長対象となるレジストパターン１３ｂｂ，１３ｃの形状が垂直形状で、測長線幅規格外にあり、さらにレジスト再処理を行う必要があることを画像表示部１Ｃに表示させる。
また、図１１の(k) に示したように、第１のオフセット値（ΔＬ１）と第２のオフセット値（ΔＬ２）を比較し、その差が所定の範囲から外れた場合には、制御部１Ａは、図１１の(p) に示すように、レジストパターンの形状が逆テーパ又は図６(c) に示したＴ−ｔｏｐであると判断する。そして、第２のオフセット値（ΔＬ２）から第１のオフセット値（ΔＬ１）を差し引いて、Ｔ−ｔｏｐ形状による増加線幅ΔＴＬを算出する。さらに、測長対象となるレジストパターン１３ｃの第１の線幅Ｌ２(se)から増加線幅ΔＴＬを差し引き、第３のレジストパターン１３ｃの底部の線幅ＲＬ２(se)を算出する。
【００９６】
続いて、図１１の(q) に示すように、制御部１Ａは、Ｔ−ｔｏｐの底部の線幅が管理基準内にあるかどうかの判断を行う。そして、線幅管理基準から外れる場合には、図１１の(s) に示すように、レジストパターンの形状が逆テーパであり、測長線幅が規格外であり、再生工程が必要なことを画像表示部１Ｃに表示させる。これに対し、線幅管理基準に適合している場合には、制御部１Ａは、図１１の(r) に示すように、レジスト形状が逆テーパであり、測長線幅が規格内であって、次のエッチング工程に移ることを画像表示部１Ｃに表示させる。
【００９７】
以上のように、本実施形態においては、サイズが既知の第１のレジストパターン１３ａの測長データを測定する際に、電子ビームの加速電圧を変えて第１のレジストパターン１３ａの深さ方向の形状の違いを詳細に知ることができるので、順テーパか逆テーパかどうかの判断や、Ｔーｔｏｐ形状かどうかの判断が容易になる。
【００９８】
なお、上記した告知は、画像表示に限るものではなく、音声、その他の告知手段であってもよい。
｛付 記｝
上記した線幅測定方法を用いて、パターンの線幅を測長する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００９９】
その半導体装置の製造方法において、前記パターンは、半導体基板上の膜の上に形成されたレジストパターンであることを特徴とする。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、サイズが既知の第１パターンについて二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差である第１の計算値を求めた後に、線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子による線幅の測長と、反射電子による線幅の測長を行い、それらの差である第２の計算値を求めて、ついで、第１の計算値と第２の計算値を比較して比較結果を出し、この比較結果に基づいて第２パターンの形状状態を算出するそれらの測定結果を比較することにより第２パターンの形状状態を算出するようにしているので、測長しようとする第２パターンの表面の幅からそれよりも下方の幅を正確に予測し易くなる。
【０１０１】
これにより、第２パターンがクリティカルな問題かどうかが容易に判断され、しかも、断面形状の如何にかかわらず、パターンの下部の寸法を自動的に正確に測定することができる。
その第１の計算値と第２の計算値の比較方法として、それらの差分ΔＴＬを求める方法を採用する場合には、その差分ΔＴＬを第２パターンの二次電子による測長値から差し引いてその結果を実際の測長値としている。
【０１０２】
これにより、第２パターンがＴ−ｔｏｐ形状の場合には、その上面の測長値からその差分ΔＴＬを差し引くことにより、そのパターンの下部、底部の寸法を測長することができる。
また、上記した第２パターンの測長値を第２パターンの設計値とその設計値の許容値と比較し、測長値と設計値の差が許容値の範囲内の場合には、次の工程に移行することを画面上に表示し、測長値と設計値の差が許容値の範囲外の場合には、再処理することを画面上に表示すると、作業者は画面上の表示に従ってロットを処理することができ、作業者の走査ミスを低減させて作業効率が向上する。
【０１０３】
また、別の本発明によれば、既知の第１パターンについて二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね率）を算出し、ついで、線幅測長管理対象となる第２パターンについて、二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを取得し、それらのＳＥＭイメージのマッチング率（重ね率）を算出し、そして、それら２つのマッチング率を比較することにより、第２パターンの形状状態を算出するようにしているので、基準となる第１パターンのマッチング率と測長しようとする第２パターンの下部の幅を正確に予測し易くなる。これにより、測長パターンの形状状態と形状エラーを判断できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の測長方法を示すフローチャートである。
【図２】従来技術の二次電子を用いた測長方法による測長パターンの断面と二次電子により得られた輝度波形図である。
【図３】本発明の実施形態に使用される走査型電子顕微鏡の一例を示す構成図である。
【図４】本発明の実施形態の線幅の測長対象となるパターンの一例を示す断面図と平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態の線幅の測長対象となるパターンの断面図と、二次電子による輝度波形図と、反射電子による輝度波形図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態で得られる二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを示す写真（その１）である。
【図９】本発明の第２実施形態で得られる二次電子によるＳＥＭイメージと反射電子によるＳＥＭイメージを示す写真（その２）である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１Ａ…制御部、１Ｂ…電子操作部、１Ｃ…画像表示部、１ｆ…移動ステージ、１ｇ…電子検出器、１ｈ…増幅器、１１…シリコン基板（半導体基板）、１２…膜、１３ａ〜１３ｃ…レジストパターン、Ｗ…試料、Ｐ1 …第１の測長ポイント、Ｐ2 …第２の測長ポイント。
Claims (6)
- 走査型電子顕微鏡において、試料上に形成されてサイズが既知の第１パターンを、第１の測長ポイントで、二次電子に基づいて測長して第１の測長値を取得し、前記第１の測長ポイントで反射電子により前記第１パターンを測長して第２の測長値を取得した後に、前記第１の測長値と第２の測長値を比較してそれらの差である第１の計算値を算出し、
前記走査型電子顕微鏡において、前記試料上に形成されて測長対象となる第２パターンを、第２の測長ポイントで、走査型電子顕微鏡により二次電子に基づいて測長して第３の測長値を取得し、前記第２の測長ポイントで反射電子により前記第２パターンを測長して第４の測長値を取得した後に、前記第３の測長値と第４の測長値を比較してそれらの差である第２の計算値を算出し、
前記第２の計算値から前記第１の計算値を差し引いた差分を算出し、当該差分が許容値内のときは、前記第２パターンの形状状態が良好であると判断し、当該差分が０又は負のときは前記第２パターンの形状が順テーパと判断し、当該差分が正のときは前記第２パターンの形状が逆テーパと判断することを含む線幅測定方法。 - 走査型電子顕微鏡において、試料上に形成されてサイズが既知の第１パターンを、第１の測長ポイントで、二次電子に基づいて測長して第１の測長値を取得し、前記第１の測長ポイントで反射電子により前記第１パターンを測長して第２の測長値を取得した後に、前記第１の測長値と第２の測長値を比較してそれらの差である第１の計算値を算出し、
前記走査型電子顕微鏡において、前記試料上に形成されて測長対象となる第２パターンを、第２の測長ポイントで、走査型電子顕微鏡により二次電子に基づいて測長して第３の測長値を取得し、前記第２の測長ポイントで反射電子により前記第２パターンを測長して第４の測長値を取得した後に、前記第３の測長値と第４の測長値を比較してそれらの差である第２の計算値を算出し、
前記第１の計算値と前記第２の計算値の差分を求め、
当該差分が許容値内にないときは前記第２パターンの形状はＴ−ｔｏｐ形状であると判断し、前記第３の測長値から前記差分を引いた値を、前記第２の測長ポイントでの前記第２のパターンの測長値とすることを特徴とする線幅測定方法。 - 前記第２パターンの設計値とその設計値の許容値と前記第２パターンの前記測長値とを比較し、
前記測長値と前記設計値の差が前記許容値の範囲内の場合には、次の工程に移れることを表示し、
前記測長値と前記設計値の差が前記許容値の範囲外の場合には、レジストパターンを再形成することを表示することを特徴とする請求項２に記載の線幅測定方法。 - 走査型電子顕微鏡内において、試料上に形成されてサイズが既知の第１パターンについて、第１の測長ポイントで二次電子に基づいて第１の二次電子ＳＥＭイメージを取得し、前記第１の測長ポイントで反射電子に基づいて第１の反射電子ＳＥＭイメージを取得し、
前記第１の二次電子ＳＥＭイメージと前記第１の反射電子ＳＥＭイメージを比較して第１のマッチング率を算出し、
前記走査型電子顕微鏡内において、前記試料上に形成されて測長対象となる第２パターンについて、第２の測長ポイントで二次電子に基づいて第２の二次電子ＳＥＭイメージを取得し、前記第２の測長ポイントで反射電子に基づいて第２の反射電子ＳＥＭイメージを取得し、
前記第２の二次電子ＳＥＭイメージと前記第２の反射電子ＳＥＭイメージを比較して第２のマッチング率を算出し、
前記第１のマッチング率と前記第２のマッチング率との差分を求め、当該差分が設定値よりも小さいときは前記第２パターンの形状が良好で垂直型と判断し、当該差分が設定値よりも大きいときは前記第２パターンの形状が不良であると判断することを含む線幅測定方法。 - 前記第１の測長ポイントにおいて前記反射電子を発生させるパターンの深さ方向の位置の深浅を加速電圧の強弱で調整することを含む請求項４に記載の線幅測定方法。
- 前記第１パターンは、前記第２パターンの１．１倍以上の線幅と、１．１倍以上のピッチを有することを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の線幅測定方法。
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