JP5066252B2 - パターン測長装置及びパターン測長方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビームによるパターン測長装置及び測長方法に関し、特に、パターンのエッジ間の距離を再現性良く測定することのできるパターン測長装置及びパターン測長方法に関する。

パターンの線幅測定方法として、走査型電子顕微鏡による測定が行われている。走査型電子顕微鏡では、電子線走査範囲内に入射電子を走査させながら照射し、シンチレータを介して試料から放出される２次電子を取得し、取得した電子の電子量を輝度に変換して画像データを取得し、表示装置に表示している。

このような走査型電子顕微鏡を用いて半導体装置の特性を管理する場合に、ラインパターンの線幅やパターンとパターンとの間の距離が設計基準値内に形成されているか否かの作業を行うことが一般に採用されている。パターンの線幅やパターン間の距離の管理は、次のような手順によって行われている。フォトマスク上に形成されたパターンの所定位置にXYステージで移動した後、測定位置を中心に指定範囲内に電子ビームを照射し、照射ポイントから反射された二次電子に基づいて輝度分布の画像を取得する。そして、測定ポイントの輝度情報から輝度分布の波形を取得しこれを解析してパターンエッジ位置を求め線幅とする。また、取得した画像データの値から、２つのパターンのエッジ間の距離を算出する。このパターンの線幅やパターン間の距離が許容誤差の範囲内にあるか否かを判断し、フォトマスク品質の良否判定の基準としたり、前工程へのプロセスフィードバック情報として使用する。

このように、パターンの線幅やパターン間の距離の測定は、フォトマスクの製造工程において重要であり、線幅等を測定するための種々の手法が提案されている。

一般的に、２次電子量に対応する輝度の傾きが最大となる位置をパターンのエッジ位置としているが、特許文献１では、２次電子信号が極小値をとる位置をエッジ位置とみなすエッジ検出方法が開示されている。

上述したように、走査型電子顕微鏡を使用してパターンの線幅測定をする場合には、輝度の傾きが最大となる位置をエッジ位置としたり、２次電子信号が極小値をとる位置をエッジ位置とする方法が採用されている。

このようなパターンのエッジ検出においては、エッジを測定する範囲を広くして、複数の検出値を用いてエッジ位置を決定している。これにより、測定対象として指定する領域が多少ずれていてもエッジ位置が再現性良く検出される。

しかし、例えばラインパターンの末端部のように幅が狭い部分のエッジ位置を検出する場合には、測定範囲を広くとることができず、安定したエッジ位置の検出をすることが困難である。また、測定対象として指定する領域がずれることによって、パターンのコーナー部分の湾曲部を含むときや含まないときがあり、エッジ位置を再現性良く検出することが困難となる。
特開平５−２９６７５４号公報

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、目的は、パターンのエッジ位置を安定して検出し、パターンのエッジ間の距離を再現性良くかつ精度良く測定することのできるパターン測長装置及びパターン測長方法を提供することである。

上記した課題は、電子ビームを試料上に走査しながら照射する電子ビーム照射部と、前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上から発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像を取得する画像データ取得部と、前記パターンの画像のエッジを含む一対の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、前記測定領域内のパターンのエッジ形状を検出し、前記一対の測定領域内のパターンのエッジ間の距離を算出する制御部とを有し、前記制御部は、前記測定対象領域内のパターンエッジが所定の間隔の測定点の位置座標で示されたエッジプロファイルの平坦部の検出を行い、前記平坦部が検出されなかったとき、前記パターンの幅の設計値から、前記パターンを形成したときにコーナーが湾曲状に形成されると想定される長さを引いた値を移動平均幅に設定し、前記エッジプロファイルを該移動平均幅で移動平均してエッジ特性曲線を算出し、当該エッジ特性曲線のピーク値の位置を前記測定領域内におけるパターンのエッジ間の距離を算出するためのエッジ位置とすることを特徴とするパターン測長装置により解決する。

また、この形態に係るパターン測長装置において、前記制御部は、ｙ軸方向に対向する前記一対の測定領域のうち、一方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｙ座標の値がｙ１であり、他方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｙ座標の値がｙ２であり、ｙ１＞ｙ２のとき、ｙ１−ｙ２をエッジ間のｙ軸方向の距離とするようにしてもよく、前記制御部は、ｘ軸方向に対向する前記一対の測定領域のうち、一方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｘ座標の値がｘ１であり、他方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｘ座標の値がｘ２であり、ｘ１＜ｘ２のとき、ｘ２−ｘ１をエッジ間のｘ軸方向の距離とするようにしてもよい。

本発明では、パターンのエッジ間の測長において、指定された測定領域内のパターンのエッジの形状を位置座標で表したエッジプロファイルから、平坦部を検出してその平均位置をエッジ位置として算出している。平坦部の検出方法の一つとしては、前記のエッジプロファイルを微分して微分値が最初にゼロになる位置を平坦部の開始位置および微分値が最後にゼロとなる位置を終了位置として求めることができる。また、前記微分値がゼロになる点がない等、平坦部が検出できない場合は、パターンの幅の設計値から推定した平坦部の幅でプロファイルを移動平均してエッジ特性曲線（移動平均プロファイル）を求め、そのピーク位置をエッジ中心位置として算出している。移動平均を行う際の移動平均幅は、パターンのエッジの平坦部分の長さを用いているため、算出されたエッジ特性からエッジの平坦部の中心位置を一意的に取得することができる。そして、一対の指定された測定領域内のパターンのエッジ間の距離を、一意的に取得されたエッジ位置を用いて算出している。これにより、エッジの位置が測定領域のずれによって異なることを防止でき、エッジ間の距離を再現性良く算出することが可能になる。

本発明の他の形態によれば、上記の形態に係るパターン測長装置において実施されるパターン測長方法が提供される。その一形態に係るパターン測長方法は、測定対象領域のパターンの画像を取得するステップと、前記測定対象領域内のパターンエッジが所定の間隔の測定点の位置座標で示されたエッジプロファイルを検出するステップと、前記エッジプロファイルの平坦部を検出するステップと、前記平坦部の平均位置を算出して前記パターンのエッジ間の距離を算出するためのエッジ位置を決定するステップと、前記一対の測定対象領域内の一対のパターンの前記エッジ位置に基づいてエッジ間の距離を検出するステップとを含み、前記平坦部が検出されないとき、前記エッジ位置を決定するステップは、前記パターンの幅の設計値から、前記パターンを形成したときにコーナーが湾曲状に形成されると想定される長さを引いた値を移動平均幅に設定し、前記エッジプロファイルを該移動平均幅で移動平均してエッジ特性曲線を算出し、当該エッジ特性曲線のピーク値の位置を前記測定領域内におけるパターンのエッジ間の距離を算出するためのエッジ位置とすることを特徴とする。

また、この形態に係るパターン測長方法において、前記エッジ間の距離を検出するステップは、ｙ軸方向に対向する前記一対の測定領域のうち、一方の測定領域内のエッジ位置のｙ座標の値がｙ１であり、他方の測定領域内のエッジ位置のｙ座標の値がｙ２であり、ｙ１＞ｙ２のとき、ｙ１−ｙ２をエッジ間のｙ軸方向の距離とするステップであるようにしてもよく、前記エッジ間の距離を検出するステップは、ｘ軸方向に対向する前記一対の測定領域のうち、一方の測定領域内のエッジ位置のｘ座標の値がｘ１であり、他方の測定領域内のエッジ位置のｘ座標の値がｘ２であり、ｘ１＜ｘ２のとき、ｘ２−ｘ１をエッジ間のｘ軸方向の距離とするステップであるようにしてもよい。

図１は、本発明の実施形態で使用される走査型電子顕微鏡の構成図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、信号処理部が取得する電子像およびプロファイルの説明図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、測長対象のパターンと測定対象領域を指定するＲＯＩを説明する図である。 図４は、エッジ形状と移動平均プロファイルの関係を説明する図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、移動平均幅の値に対するエッジ位置の検出精度を説明する図である。 図６（ａ）〜（ｈ）は、対向するエッジ形状の一例を示す図である。 図７は、エッジ形状の判定を説明する図である。 図８は、エッジ間の距離を算出する処理の一例を示すフローチャートである。 図９は、ＲＯＩ内のパターンのエッジ位置を検出する処理の一例を示すフローチャートである。 図１０（ａ）〜（ｄ）は、ＲＯＩ内のエッジ位置の検出方法を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

はじめに、パターン測長装置として使用される走査型電子顕微鏡の構成について説明する。次に、一般的なパターンの線幅の測長方法について説明する。次に、再現性の良いエッジ位置の検出を含むパターンのエッジ間の測長について説明し、最後に、パターンのエッジ間の測長方法について説明する。

（走査型電子顕微鏡の構成）
図１は、本実施形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。

この走査型電子顕微鏡１００は、電子走査部１０と、信号処理部３０と、画像表示部４０と、測定対象領域設定部５０と、記憶部５５と、電子走査部１０、信号処理部３０、画像表示部４０、測定対象領域設定部５０及び記憶部５５の各部を制御する制御部２０とに大別される。制御部２０は、プロファイル作成部２１、微分プロファイル作成部２２、エッジ検出部２３及びエッジ間距離測長部２４を有している。

電子走査部１０は、電子銃１とコンデンサレンズ２と偏向コイル３と対物レンズ４と移動ステージ５と試料ホルダ６とを有している。

電子銃１から照射された荷電粒子９をコンデンサレンズ２、偏向コイル３、対物レンズ４を通して移動ステージ５上の試料７に照射するようになっている。

荷電粒子９（１次電子ビーム）を試料７上に２次元走査しながら照射し、照射部位から放出される２次電子は、シンチレータ等で構成される電子検出器８によって検出される。検出された２次電子の電子量は、信号処理部３０のＡＤ変換器によってデジタル量に変換され、画像データとして記憶部５５に格納される。画像データは輝度信号に変換されて画像表示部４０で表示される。画像データは、試料７上における１次電子ビームの走査位置と同じ配置になるように２次元配列上に並べられて、２次元デジタル画像が得られる。この２次元デジタル画像の各画素（ピクセル）は、それぞれ８ビットの情報量で輝度データを表わしている。

偏向コイル３の電子偏向量と画像表示部４０の画像スキャン量は制御部２０によって制御される。また、制御部２０には、エッジ間測定を実行するためのプログラムが格納されている。

プロファイル作成部２１では、指定された範囲のＳＥＭ画像データの輝度信号を表すラインプロファイルを作成する。ラインプロファイルは、２次電子の電子量に対応した輝度信号を表すものであり、測定パターンの断面形状を反映すると考えられている。

微分プロファイル作成部２２では、ラインプロファイルに対して、１次微分処理を施し、１次微分プロファイルを作成する。

エッジ検出部２３は、ラインプロファイル、１次微分プロファイルからパターンのエッジを検出する。また、後述するように、エッジの形状を示すエッジプロファイルを作成し、さらに、所定の移動平均幅によってエッジプロファイルを移動平均し、移動平均プロファイルを作成する。この移動平均プロファイルを基にエッジ位置を検出する。

エッジ間距離測長部２４は、測定対象領域設定部５０で設定された一対のＲＯＩに含まれるパターンのエッジ間の距離を測長する。２つのパターンのｘ軸またはｙ軸方向のエッジ間の距離や２つのパターンのエッジ間の最短距離が測長される。

（一般的なパターンの線幅の測定方法）
次に、図１に示した走査型電子顕微鏡１００を用いて、図２（ａ）に示す試料のパターンの線幅を測定する一般的な方法について説明する。

試料７として、図２（ａ）に示すように、フォトマスク基板５０上に配線パターン５１が形成されたものを使用する。試料７の一部は図２（ａ）に示すような平面形状となっている。ここで、破線５２で囲んだ部分は、走査型電子顕微鏡１００の観察領域を示している。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す試料上に電子ビームを走査して得られる２次電子等の電子量を電子検出器８によって検出し、検出した電子量を輝度信号に変換し、電子ビームの走査と表示装置のＣＲＴの走査とを同期させて表示したＳＥＭ画像の例を示している。

図２（ｂ）に示すＳＥＭ画像から、測長エリアを指定してＳＥＭ画像を抽出する。測長エリアは例えば幅Ｈが４００ピクセル、長さＬの領域とする。この領域は、上側ラインマーカーＬＭ１、下側ラインマーカーＬＭ２、左側ラインマーカーＬＭ３及び右側ラインマーカーＬＭ４によってオペレータによって選択される。

抽出したＳＥＭ画像ピクセルデータから、測長エリアのＨ方向を分割し、分割した領域について輝度分布に対応するラインプロファイルを求める。なお、ラインプロファイルを求めるときに、長さＬ方向に例えば３ピクセル幅でスムージング処理を行うことによりノイズ成分を小さくすることができる。

図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿って電子ビームを照射したときに得られる試料から放出される２次電子の電子量に対応するラインプロファイルを示した図である。図２（ｃ）に示すように、ラインプロファイル（コントラストプロファイル）は、パターンのエッジ部分で急激に変化する。急激に変化する位置を求めるために、ラインプロファイルを微分して、微分信号量の最大ピークと最小ピークを求める。

更に、図２（ｄ）に示すように、ピーク前後の複数の微分信号Ｄｘからピクセル間を補完して微分波形Ｃ１，Ｃ２を求め、１／１００の分解能で第１ピークＰ１と第２ピークＰ２のピーク位置を計算する。ラインパターンの幅Ｗ１は、第１ピークＰ１と第２ピークＰ２との間の距離として求められる。

以上の処理を分割したそれぞれの領域で行い、各領域で算出したパターンの幅の平均値を測長値とすることで、より正確なラインパターンの幅Ｗ１が得られる。

（パターンのエッジ間の測長）
上記した一般的なパターンのエッジ間の測長では、測定対象領域を広くとることによって正確な距離を求めるようにしている。本実施形態では、測定対象領域を広くとることができない場合であっても、エッジ間距離の正確な測長を可能にしている。

図３はパターンのエッジ間の距離の測長の一例を示す図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ試料上に形成されたパターンのＳＥＭ画像の一部を示している。図３の上下方向をｙ軸方向、左右方向をｘ軸方向とすると、例えば図３（ａ）は、ｙ軸方向に対向したパターンＰ１１，Ｐ１２を示しており、測定対象範囲をＲＯＩボックス（ＲＯＩ１１及びＲＯＩ１２）で指定することにより、これらのパターンのエッジ間の距離を測長する様子を示している。また、図３（ｂ）は、ｙ軸方向に対向し、かつｘ軸方向にずれたパターンＰ２１、Ｐ２１を示している。また、図３（ｃ）は、ｘ軸方向に対向したパターンＰ３１，Ｐ３２を示している。

図３（ａ）に示すように、２つのパターンの末端部間の距離を測定する場合、その平坦部は長さが短いため、広範囲のデータを取得することができず、正確な測定をすることが困難である。また、このように平坦部が短いときは、ＲＯＩボックスの少しのずれでコーナーにかかり、コーナーが設計値と異なり湾曲しているときは、ＲＯＩボックスが湾曲している部分にかかるか否かによってエッジ位置の値が大きく変わってしまう。その結果、測長の都度エッジ間の検出距離が異なることになり、エッジ間の距離検出の再現性が悪くなる。

これに対して、本願発明者は、エッジ位置を一意的に検出するために、エッジ部の形状を利用することに着目した。すなわち、平坦な測定部とその両端のエッジ形状を解析することにより平坦部の範囲または平坦部の中心位置を一意的に求めることが出来ることに着目した。

本実施形態では、例えば図３（ａ）に示すように、コーナー部の湾曲部も含めて測定対象領域（ＲＯI１１及びＲＯＩ１２）として指定している。このように設定した測定対象領域（ＲＯＩボックスとも呼ぶ）内のパターンのエッジプロファイルから測定対象となる平坦部の範囲または平坦部の中心位置が一意的に算出されることについて以下に説明する。

図４はパターンの先端部分の一例を示した図である。また、図４の破線Ｌ１は設計値を示し、実線Ｌ２は形成されたパターンのエッジプロファイルを示している。図４に示すように、実際に形成されるパターンは設計値通りには形成されず、特にコーナーが丸みを帯びて形成される。

前記Ｌ２のエッジ形状のプロファイルを微分したプロファイルを求め、最初に微分値がゼロになった位置を平坦部の開始位置、最後に微分値がゼロになった位置を平坦部の終了位置とし、この２点間を平坦部の範囲として求めることができる。

本実施形態では、前記平坦部の範囲を平均した位置をエッジ位置としている。また、平坦部が検出されないときはパターンのエッジのうちの平坦と推定できる部分の長さを移動平均幅と設定し、エッジプロファイルを移動平均幅によって移動平均して、移動平均プロファイルを作成する。パターンのエッジのうちの平坦と推定できる部分の長さは、エッジの設計値からパターンを形成したときにコーナーが湾曲状に形成されると想定される長さを引いた値としている。例えば、湾曲状に形成されると想定される長さは、エッジの長さによらず５０ｎｍとしている。

エッジプロファイルは、エッジを所定の間隔の測定点毎に位置座標で示すことによってエッジ形状を表している。このエッジプロファイルの各測定点に対して、移動平均処理を行う。すなわち、移動平均幅が例えば１００ｎｍと算出されたとき、１００ｎｍに対応するエッジプロファイルの測定点の数が例えば３６点であれば、エッジプロファイルの各測定点毎に前後の３６点で平均化する。

エッジプロファイルを移動平均した結果、図４に示すように、移動平均プロファイルＬ３はピーク値を有し、ピーク値の位置がエッジの平坦部分の中心に対応する。この位置を測定対象領域内のパターンのエッジにおける中心エッジ位置と呼ぶ。

なお、移動平均幅が最適値、すなわち測定対象範囲のエッジの平坦部の幅であればアライメント位置及び平均位置を同時に算出することが可能である。しかし、パターンのコーナーの湾曲部の長さを正確に予測することは難しく、移動平均幅を最適値にすることは困難である。

図５を参照して移動平均幅の値に対するエッジ位置の検出精度を説明する。図５（ａ）はｘ方向の幅がＷ５のパターンの一例を示している。このパターンのエッジの平坦部の長さはパターンのコーナー部の湾曲した長さを引いた長さであり、最適な移動平均幅Ｗとなる。図５（ｂ）は図５（ａ）のエッジプロファイルＥ１に対して最適な移動平均幅Ｗよりも大きい移動平均幅Ｗ５で移動平均した移動平均プロファイルｍ１をエッジプロファイルに重ねて示している。図５（ｂ）に示すように、移動平均プロファイルｍ１はピーク値が存在するものの、ｙ座標の値が実際のエッジのｙ座標値と異なり、差分ｄ５が発生する。エッジの中心位置の（ｘ、ｙ）座標値（平均位置とも呼ぶ）に誤差が発生し、平均位置の精度が悪くなる。

図５（ｃ）はエッジプロファイルＥ１を最適な移動平均幅Ｗで移動平均した移動平均プロファイルｍ２を示している。この場合は、移動平均プロファイルｍ２のピークの位置は、エッジの中心を示している。

一方、図５（ｄ）はエッジプロファイルＥ１を最適な移動平均幅Ｗよりも小さい移動平均幅Ｗ６で移動平均した場合を示している。この場合は、移動平均プロファイルｍ３がピーク値をとることなくｙ座標値が一定となる幅ｄ６の平坦部を有する。従って、エッジのｘ座標値（アライメント位置とも呼ぶ）を一意に決定することができない。よって、アライメント位置の精度が悪くなる。

移動平均幅が最適値でない場合であっても、次のようにアライメント位置の算出と平均位置の算出を別々に行うことにより、アライメント位置及び平均位置を精度良く算出することができる。

まず、移動平均幅を最適値Ｗより大きい値Ｗ５にして、移動平均幅Ｗ５を用いてエッジプロファイルを移動平均する。この移動平均幅Ｗ５は例えばパターンの幅とする。これによりアライメント位置、すなわちエッジの平坦部のセンタ位置ＣＬが一意に算出される。

次に、アライメント位置の算出で特定したｘ座標に対して、−Ｗｍ／２から＋Ｗｍ／２までの間（図５（ｂ）参照）のエッジプロファイルＥ１のｙ座標の平均値を求める。なお、Ｗｍは実際のＳＥＭ画像における平坦部の幅のばらつきを考慮した値であり、最適値Ｗに近い値が望ましい。このようにして、平均位置の座標値（ｘ、ｙ）が算出される。

上記したエッジ間の測長では、測定対象領域内の一対のエッジが共に凸状のパターンの場合を対象として説明した。測長の対象となるエッジの形状は凸状に限らず凹状や平坦の場合も考えられる。そこで、以下に、エッジの形状に応じたエッジ位置の検出について説明する。

図６は対向するエッジの形状の一例を示している。図６（ａ）は左右のパターンＰ６１Ｌ，Ｐ６１Ｒの末端部が凸状の場合であり、図６（ｂ）は、左右のパターンＰ６２Ｌ，Ｐ６２Ｒの末端部が凹状の場合を示している。また、図６（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ左右のパターン（Ｐ６３Ｌ，Ｐ６３Ｒ，Ｐ６４Ｌ，Ｐ６４Ｒ）の一方が凸状であり他方が凹状の場合を示している。また、図６（ｅ）、（ｆ）は、それぞれ左右のパターン（Ｐ６５Ｌ，Ｐ６５Ｒ，Ｐ６６Ｌ，Ｐ６６Ｒ）の一方が凸状であり他方が平坦の場合であり、図６（ｇ）、（ｈ）は、それぞれ左右のパターン（Ｐ６７Ｌ，Ｐ６７Ｒ，Ｐ６８Ｌ，Ｐ６８Ｒ）の一方が凹状であり他方が平坦の場合を示している。

例えば、図６の右方向を＋ｘ方向とすると、図６（ａ）の左側のパターンＰ６１Ｌではエッジプロファイルを移動平均した後、移動平均プロファイルのピークは＋ｘ方向に凸になり、図６（ａ）の右側のパターンＰ６１Ｒでは移動平均プロファイルのピークは−ｘ方向に凸になる。また、図６（ｂ）の左側のパターンＰ６２Ｌでは移動平均プロファイルのピークは−ｘ方向に凸になり、図６（ｂ）の右側のパターンＰ６２Ｒでは移動平均プロファイルのピークは−ｘ方向に凸になる。これらのピーク値に対応する位置座標を中心エッジ位置とする。図６（ｃ）、（ｄ）の場合も同様である。

また、図６（ｅ）の右側のパターンＰ６５Ｒのように、エッジが直線状の場合は移動平均をしてもピーク値を得ることができず、移動平均プロファイルのピーク値を利用して中心エッジ位置を検出することができない。この場合は、対向する凸状エッジの中心エッジ位置の位置座標を利用する。例えば、図６（ｅ）の場合に、左側のパターンＰ６５Ｌの中心エッジ位置がＣ６５Ｌ（ｘ１、ｙ１）であり、右側のパターンＰ６５Ｒのｘ座標がｘ２のときは、右側の直線のエッジの中心エッジ位置Ｃ６５Ｒを（ｘ２、ｙ１）とする。図６（ｆ）〜（ｈ）の場合も同様に、中心エッジ位置が検出される。

エッジの形状の判定は次のようにして行う。図７は、測定対象領域内のエッジＥの一部を示している。図７に示すように、エッジＥの全体を３つの部分に分けて検出されたエッジ位置をそれぞれ、Ａ（ｘａ、ｙａ），Ｂ（ｘｂ、ｙｂ），Ｃ（ｘｃ、ｙｃ）とする。例えば、エッジのｘ軸方向の凹凸を判定する場合には、ｘａ＜ｘｃ＜ｘｂまたはｘｃ＜ｘａ＜ｘｂのときは＋ｘ方向に凸になっていると判定され、ｘｂ＜ｘａ＜ｘｃまたはｘｂ＜ｘｃ＜ｘａのときは−ｘ方向に凸になっていると判定される。その他の場合は、エッジは直線であるとみなされる。

以上のようにして指定された一対のエッジの形状を判定し、エッジプロファイルを算出し、さらにエッジ特性を示す移動平均プロファイルを作成して、一意的に決定されるエッジ位置を検出する。

以上説明したように、エッジ間の距離を測長する場合であって、ラインパターンの先端部のようにエッジの長さが短い場合に、まず、先端部を測定対象領域として指定し、測定対象領域内のパターンのエッジ形状を位置座標によってエッジプロファイルを作成している。このエッジプロファイルから平坦部を検出してその平均位置をエッジ位置として算出している。平坦部の検出方法の一つとしては、前記のエッジプロファイルを微分して微分値が最初にゼロになる位置を平坦部の開始位置および微分値が最後にゼロとなる位置を終了位置として求めることができる。また、前記微分値がゼロになる点がない等、平坦部が検出できない場合は、パターンの幅の設計値から推定した平坦部の幅でプロファイルを移動平均してエッジ特性曲線（移動平均プロファイル）を求め、そのピーク位置をエッジ中心位置として算出している。一対の指定された測定対象領域のそれぞれのパターンに対して中心エッジ位置を算出して、中心エッジ間の距離をエッジ間距離としている。これにより、エッジの位置が測定対象領域のずれによって異なることを防止でき、エッジ間を再現性良く測長することが可能となる。

（パターンのエッジ間の測長方法）
次に、図８のフローチャートを参照しながらエッジ間の測長処理について説明する。本エッジ間の測長処理では、測定対象とする２か所のエッジ位置が一対のＲＯＩボックス（測定対象領域）によって指定されているものとして説明する。なお、ＲＯＩボックスによる指定では、対象とするエッジを含み、かつＲＯＩボックスがずれてもエッジが含まれるような大きさで指定されているものとする。

まず、ステップＳ１１において、指定されたＲＯＩボックスで指定された測定対象領域を含むＳＥＭ画像を取得する。このＳＥＭ画像データはピクセルデータとして格納されている記憶部５５から抽出する。

次のステップＳ１２において、測定対象領域内のパターンのエッジ形状（エッジプロファイル）を検出する。このエッジ形状は位置座標によって表される。

測定対象領域内のパターンのエッジ形状の検出処理について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は測定対象領域内のエッジプロファイル検出処理を示すフローチャートである。また、図１０は、測定対象領域内のエッジプロファイル検出を説明する図である。なお、本エッジプロファイル検出処理においては測定対象領域内のパターンのエッジを対象とし、エッジプロファイル検出の開始位置はＲＯＩボックスとパターンとが交差するエッジとする。

まず、図９のステップＳ２１では初期設定を行う。初期設定では、ＲＯＩボックス指定範囲内のエッジを検出する際の所定の間隔（以下、指定ステップとよぶ）を指定する。例えば、この指定ステップは所定のピクセル数に対応する距離とする。また、ＲＯＩボックス指定範囲内の検出エッジの位置を示すカウンタｋを０と置く。

次のステップＳ２２からステップＳ２４では、開始位置ＥＳから所定の指定ステップｄ離れた位置のエッジ位置を検出する。

ステップＳ２２では、開始位置ＥＳから（指定ステップｄ×２）の距離だけ離れた位置において仮エッジを検出する。具体的には、図１０（ａ）に示すように、開始位置ＥＳから図１０（ａ）の下方（−Ｙ方向）への直線ＶＬと（指定ステップｄ×２）の位置で直交するラインＨＬを、プロファイル作成の基準線として、ラインプロファイルを作成してエッジＥ₁₁を検出する。この検出されたエッジＥ₁₁を仮検出エッジＥ₁₁とする。

次のステップＳ２３では、ステップＳ２２で検出した仮検出エッジＥ₁₁の再検出を行う。開始位置ＥＳと仮検出エッジ位置Ｅ₁₁とを結んだ直線上の開始位置ＥＳから（指定ステップｄ×２）の距離だけ離れた位置で直交するラインをプロファイル作成の基準線とし、この基準線上のラインプロファイルを求め、仮検出エッジ位置を再検出する。この仮検出エッジ位置の再検出によって、開始位置ＥＳからの距離を（指定ステップｄ×２）により近づけるようにしている。

次のステップＳ２４では、最初のエッジ位置を検出する。開始位置ＥＳと再検出された仮検出エッジ位置Ｅ₁₂とを結ぶ直線ＩＬ₁と、中間位置ＭＰ₁において直交するライン上でラインプロファイルを求め、エッジＥＰ_k（ｘ_k、ｙ_k）を検出する。図１０（ｂ）では、１番目のエッジとしてエッジＥＰ₁が検出される。

次のステップＳ２５では、エッジＥＰ_k（ｘ_k、ｙ_k）を次のエッジ検出のための起点とする。図１０（ｃ）では、エッジＥＰ₁を起点としている。

次のステップＳ２６からステップＳ２８では、起点エッジ位置ＥＰ_k（ｘ_k、ｙ_k）から指定ステップ離れたエッジ位置ＥＰ_k+1（ｘ_k+1、ｙ_k+1）を検出する。

ステップＳ２６では、起点ＥＰ₁と再検出された仮検出エッジＥ₁₂とを結んだ直線ＩＬ₂上の起点ＥＰ₁から（指定ステップｄ×２）だけ離れた位置において直交するラインをプロファイル作成の基準線として、ラインプロファイルを作成してエッジを検出する。この検出されたエッジを仮検出エッジＥ₂₁とする。

次のステップＳ２７では、ステップＳ２４と同様に、起点ＥＰ₁と仮検出エッジ位置Ｅ₂₁とを結んだ直線上の、起点ＥＰ₁から（指定ステップｄ×２）の距離だけ離れた位置で直交するラインをプロファイル作成の基準線とし、この基準線上のラインプロファイルを求め、仮検出エッジ位置を再検出する。

次のステップＳ２８では、起点ＥＰ₁と再検出された仮検出エッジ位置Ｅ₂₂とを結ぶ直線ＩＬ₃と、中間位置ＭＰ₂において直交するライン上でラインプロファイルを求め、エッジＥＰ_k+1を検出する。図１０（ｄ）では、２番目のエッジとしてエッジＥＰ₂が検出される。

次のステップＳ２９では、パターン周囲のエッジがすべて検出されたか否かを判定する。すべて検出されたと判定されれば、本処理は終了し、まだ検出が終了していないと判定されれば、ステップＳ３０に移行する。

次のステップＳ３０では、ｋ＝ｋ＋１とし、ステップＳ２５に移行して、次のエッジ位置を検出する。

上記のエッジ形状検出処理によって測定対象領域内のエッジ位置が検出され、エッジプロファイルが作成される。

次に、図８のステップＳ１３において、ステップＳ１２で作成されたエッジプロファイルに対して移動平均を行うための移動平均幅を算出する。移動平均幅は、パターンのエッジの平坦部分の長さであり、エッジプロファイルを微分して微分値が最初にゼロになった点と最後のゼロの点から求める。前記の微分値がゼロになる点が検出されない場合はパターン幅の設計値から所定の値、例えば１００ｎｍを引いた長さである。このような所定の値を用いているのは、実際に形成されるパターンのコーナーが直角に形成されずに平坦部分が短くなる分を想定しているためである。

次のステップＳ１４において、ステップＳ１２で検出されたエッジプロファイルに対して、移動平均処理を行い、移動平均プロファイルを算出する。この移動平均処理は、ステップＳ１３で算出された移動平均幅でエッジプロファイルを移動平均することによって算出される。すなわち、移動平均幅に相当する測定点の数でエッジプロファイルの各測定点をについて平均値を算出して、移動平均プロファイルを作成する。

次のステップＳ１５において、移動平均プロファイルを基に測定対象領域内のエッジ位置（中心エッジ位置）を検出する。移動平均幅が実際のパターンのエッジの平坦部の幅と同じであれば、移動平均プロファイルのピーク値は、ＲＯＩで指定された範囲内のエッジの平坦部分の中心位置を示すことになるため、その位置を中心エッジ位置とする。

次のステップＳ１６において、各測定対象領域のエッジに対して算出された中心エッジ位置を用いて、エッジ間の距離を算出する。

以下に、エッジ間の距離の算出について図３を参照しながら説明する。エッジ間の距離として、（ａ）２つのパターン間のｙ軸方向の距離の算出、（ｂ）２つのパターン間のｘ軸方向の距離の算出、及び（ｃ）２つのパターン間の最短距離の算出について説明する。

（ａ）２つのパターン間のｙ軸方向の距離の算出
図３（ａ）に示すパターン間のｙ軸方向の距離を算出するために、一対のＲＯＩボックス（ＲＯＩ１１及びＲＯＩ１２）が図３（ａ）のように設定される。ステップＳ１６までの処理によって、ＲＯＩ１２内のエッジＥ１２の移動平均プロファイルのピーク値の位置座標がＣ１２（ｘ１２、ｙ１２）と算出され、ＲＯＩ１１内のエッジＥ１１の移動平均プロファイルのピーク値の位置座標がＣ１１（ｘ１１、ｙ１１）と算出されたものとする。この場合、Ｃ１１のｙ座標ｙ１１がそのエッジＥ１１の最小値であり、Ｃ１２のｙ座標ｙ１２がそのエッジＥ１２の最大値である。従って、２つのエッジ間のｙ方向の距離ｄ１はｙ１１−ｙ１２で算出される。

（ｂ）２つのパターン間のｘ軸方向の距離の算出
図３（ｃ）に示すパターン間のｘ軸方向の距離を算出するために、一対のＲＯＩボックス（ＲＯＩ３１及びＲＯＩ３２）が図３（ｃ）のように設定される。ステップＳ１６までの処理によって、ＲＯＩ３１内のエッジＥ３１の移動平均プロファイルのピーク値の位置座標がＣ３１（ｘ３１、ｙ３１）となり、ＲＯＩ３２内のエッジＥ３２の移動平均プロファイルのピーク値の位置座標がＣ３２（ｘ３２、ｙ３２）と算出されたものとする。この場合、Ｃ３１のｘ座標ｘ３１がそのエッジＥ３１の最大値であり、Ｃ３２のｘ座標ｘ３２がそのエッジＥ３２の最小値である。従って、２つのエッジ間のｘ方向の距離ｄ４はｘ３２−ｘ３１で算出される。

（ｃ）２つのパターン間の最短距離の算出
エッジ間の最短距離の算出について以下に説明する。図３（ｂ）は、ｙ軸方向に隣接して形成されたパターンであって、ｘ軸方向にずれた２つのパターン（Ｐ２１及びＰ２２）を示している。この２つのパターンＰ２１，Ｐ２２間のｙ軸方向の距離ｄ２は上記（ａ）の方法によって算出される。

ここでは、パターン間の最短距離の算出について説明する。まず、一対の測定対象領域（ＲＯＩ２１、ＲＯＩ２２）内のパターンのエッジプロファイルを所定の測定点の数によってスムージングする。このスムージング処理は、エッジプロファイルの位置座標を例えば隣接する３点の位置座標により平均化することによって行う。これにより、ノイズが低減されたエッジ形状の位置座標（スムージングプロファイル）が算出される。

スムージング処理後のＲＯＩ２１内の測定点（ｘ_i、ｙ_i）とＲＯＩ２２内の測定点（ｘ_j、ｙ_j）との距離√（（ｘ_j−ｘ_i）²＋（ｙ_j−ｙ_i）²）をすべての測定点間で算出し、最小となる値及び位置座標を求める。例えば、ＲＯＩ２１内のエッジ位置Ｎ２１（ｘ２１、ｙ２１）とＲＯＩ２２内のエッジ位置Ｎ２２（ｘ２２、ｙ２２）のときに最小値をとれば、２つのエッジ間の最短距離ｄ３は、√（（ｘ２１−ｘ２２）²＋（ｙ２１−ｙ２２）²）として算出される。

以上説明したように、本実施形態のパターン測長方法では、ＲＯＩで指定されたパターンのエッジの位置を特定するために、エッジの平坦部分の長さを移動平均幅として、位置座標で示されたエッジの形状を表すエッジプロファイルを移動平均してエッジ特性を算出している。このエッジ特性はエッジの平坦部の中心位置を一意的に示している。そして、一対のＲＯＩで指示されたパターンのエッジ間の距離を、中心位置を用いて算出している。これにより、エッジ間の距離を再現性良く算出することが可能になる。

なお、本実施形態では、ガラス等の基板の上にパターンが形成される場合を対象としてパターンのエッジ間の距離の検出について説明したが、これに限定されず、ガラス等の基板を削って形成されるパターンにも適用可能である。

また、本実施形態では、２つのパターンのエッジ間の距離の検出を対象として説明したが、これに限らず、１つのパターンのエッジ間の距離の検出に適用することも可能である。

Claims (8)

1. 電子ビームを試料上に走査しながら照射する電子ビーム照射部と、
   前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上から発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像を取得する画像データ取得部と、
   前記パターンの画像のエッジを含む一対の測定領域を設定する測定対象領域設定部と、
   前記測定領域内のパターンのエッジ形状を検出し、前記一対の測定領域内のパターンのエッジ間の距離を算出する制御部とを有し、
   前記制御部は、前記測定対象領域内のパターンエッジが所定の間隔の測定点の位置座標で示されたエッジプロファイルの平坦部の検出を行い、前記平坦部が検出されなかったとき、前記パターンの幅の設計値から、前記パターンを形成したときにコーナーが湾曲状に形成されると想定される長さを引いた値を移動平均幅に設定し、前記エッジプロファイルを該移動平均幅で移動平均してエッジ特性曲線を算出し、当該エッジ特性曲線のピーク値の位置を前記測定領域内におけるパターンのエッジ間の距離を算出するためのエッジ位置とすることを特徴とするパターン測長装置。
2. 前記制御部は、ｙ軸方向に対向する前記一対の測定領域のうち、一方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｙ座標の値がｙ１であり、他方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｙ座標の値がｙ２であり、ｙ１＞ｙ２のとき、ｙ１−ｙ２をエッジ間のｙ軸方向の距離とすることを特徴とする請求項１に記載のパターン測長装置。
3. 前記制御部は、ｘ軸方向に対向する前記一対の測定領域のうち、一方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｘ座標の値がｘ１であり、他方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｘ座標の値がｘ２であり、ｘ１＜ｘ２のとき、ｘ２−ｘ１をエッジ間のｘ軸方向の距離とすることを特徴とする請求項１に記載のパターン測長装置。
4. 前記制御部は、前記エッジが平坦部を有し、当該平坦部がｘ軸に平行であるとしたとき、前記エッジプロファイルを前記エッジの平坦部より長い移動平均幅で移動平均して前記エッジ特性曲線を算出し、前記エッジ特性曲線のピーク値の位置のｘ座標値を前記エッジの中心位置のｘ座標値として算出することを特徴とする請求項１に記載のパターン測長装置。
5. 電子ビームを試料上に走査しながら照射する電子ビーム照射部と、前記電子ビームの照射によって、パターンが形成された前記試料上から発生する電子の電子量を基に当該パターンの画像を取得する画像データ取得部と、前記パターンの画像のエッジを含む一対の測定領域を設定する測定対象領域設定部とを有するパターン測長装置において実施されるパターン測長方法であって、
   測定対象領域のパターンの画像を取得するステップと、
   前記測定対象領域内のパターンエッジが所定の間隔の測定点の位置座標で示されたエッジプロファイルを検出するステップと、
   前記エッジプロファイルの平坦部を検出するステップと、
   前記平坦部の平均位置を算出して前記パターンのエッジ間の距離を算出するためのエッジ位置を決定するステップと、
   前記一対の測定対象領域内の一対のパターンの前記エッジ位置に基づいてエッジ間の距離を検出するステップとを含み、
   前記平坦部が検出されないとき、前記エッジ位置を決定するステップは、
   前記パターンの幅の設計値から、前記パターンを形成したときにコーナーが湾曲状に形成されると想定される長さを引いた値を移動平均幅に設定し、前記エッジプロファイルを該移動平均幅で移動平均してエッジ特性曲線を算出し、当該エッジ特性曲線のピーク値の位置を前記測定領域内におけるパターンのエッジ間の距離を算出するためのエッジ位置とすることを特徴とするパターン測長方法。
6. 前記エッジ間の距離を検出するステップは、
   ｙ軸方向に対向する前記一対の測定領域のうち、一方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｙ座標の値がｙ１であり、他方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｙ座標の値がｙ２であり、ｙ１＞ｙ２のとき、ｙ１−ｙ２をエッジ間のｙ軸方向の距離とするステップであることを特徴とする請求項５に記載のパターン測長方法。
7. 前記エッジ間の距離を検出するステップは、
   ｘ軸方向に対向する前記一対の測定領域のうち、一方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｘ座標の値がｘ１であり、他方の測定領域内のパターンのエッジ位置のｘ座標の値がｘ２であり、ｘ１＜ｘ２のとき、ｘ２−ｘ１をエッジ間のｘ軸方向の距離とするステップであることを特徴とする請求項５に記載のパターン測長方法。
8. 前記エッジが平坦部を有し、当該平坦部がｘ軸に平行であるとしたとき、前記エッジ位置を決定するステップは、
   前記エッジプロファイルを前記エッジの平坦部より長い移動平均幅で移動平均して前記エッジ特性曲線を算出し、前記エッジ特性曲線のピーク値の位置のｘ座標値を前記エッジの中心位置のｘ座標値として算出し、
   当該ｘ座標値に対して所定の範囲の前記エッジプロファイルのｙ座標値の平均値を算出することにより、前記測定領域内における前記パターンのエッジ間の距離を算出するためのエッジ位置を算出することを特徴とする請求項５に記載のパターン測長方法。

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