JP5319931B2 - 電子顕微鏡システム及びそれを用いたパターン寸法計測方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体製造のリソグラフィー工程に用いられるフォトマスク、及びリソグラフィー工程後のウェーハを、電子顕微鏡で撮影したパターン画像を計測するパターン画像計測測システムに関する。

半導体回路パターンの微細化に伴い、光露光装置の解像度は限界に達し、しシリコンウェーハ上に設計通りの回路パターンを形成するため，フォトマスクの設計データにあらかじめ補正パターンを入れて、仕上がりの形状をコントロールするＯＰＣ（Optical Proximity Correction）処理が頻繁に行われるようになりつつある。

ＯＰＣパターンの設計は，ＯＰＣ処理を行ったフォトマスクパターンが、シリコンウェーハ上にどのように転写されるかを予測する、光露光シミュレーションに基づいて行われる。その検証，すなわち，ウェーハ上に設計通りの回路パターンが形成されたかを確認するためには，ウェーハに転写されたパターン（レジストパターン）を観察することが必要である。非特許文献１には，電子顕微鏡で撮像したウェーハ上のパターン（図２（ａ））に，設計データ（図２（ｂ））を重ね合わせて表示する（図２（ｃ））システムが開示されている。

また，特許文献１，特許文献２には，電子顕微鏡像からエッジを検出してパターン輪郭線を得，それと，設計データとを重ね合わせ，各パターン部位における両者の位置関係からパターン変形量を数値化する方法が開示されている。

特開２００７ −１２１１４７号公報（図６） 特開２００１ −３３８３０４号公報（図４９，図５３） 鈴木秀和，松岡良一，「ＣＡＤデータに基づくウェハ転写パターン形状評価システム／Ｇｒａｄｅ Ｓｃｏｐｅ」，ＬＳＩテスティングシンポジウム２００２会議録，ｐｐ．３１−３６（２００２） J. S. Villarrubia, A. E. Vladar, J. R. Lowney, and M. T. Postek, "Scanning electron microscope analog of scatterometry,"Proc. SPIE 4689, pp. 304-312 (2002)

ＯＰＣ処理の検証をより正確に行うためには，電子顕微鏡像から得られたパターン輪郭線が，試料の実際のパターンエッジ端に即したものであることが重要である。しかしながら，特許文献１，特許文献２においては，パターンエッジ端を正しく捉えることに関して，全く考慮されていない。

図３は特許文献１に開示されているエッジ検出方法である。二次電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）上では，エッジ部は明るい帯，ホワイトバンドとして表れるが、図３の方法によれば，概ねホワイトバンドの中心線（同図６０４参照）がエッジ点とされる。

図４は特許文献２に開示されているエッジ検出方法である。図４（ａ）のプロファイル取得区間にて取得したプロファイルに対して，図４（ｂ）のようにしきい値Ｔを与え，プロファイルとしきい値Ｔの交点（図ではＱと表示）がエッジ点とされる。

一方、非特許文献２に示されているように，対象パターンの断面形状によりＳＥＭ信号波形は変化する。図５（ａ）は，図２（ａ）に示したＳＥＭ画像の一部である。部位によってホワイトバンド幅が異なっているのは，部位によって試料の断面形状が異なることの現れであり，ホワイトバンド（図中の白い部分）の幅が狭い部位Ａはエッジが切り立っていると推定され，ホワイトバンドの幅が広い部位Ｂはテーパを有している（エッジの傾きが比較的大きい）と推定される。図５（ｂ）は部位Ａ，部位Ｂに相当する部分のパターンの断面形状，及び，二次電子信号波形の模式図である。一般に，パターンエッジ端として捉えたいのは，パターンのボトム端（図中で検出したいエッジ端として示されている部分）であり，二次電子信号波形上では，黒丸を付した位置に相当する。

しかしながら，特許文献１に記載されているパターンエッジ検出方式（図３）によれば，検出されるエッジ点はホワイトバンドの中心線なので，図５（ｃ）の黒三角を付した位置となる。また，特許文献２に記載されているパターンエッジ検出方式（図４）によると，検出されるエッジ点は，しきい値Ｔに依存するが，例えばmaxとminの中点をしきい値とするならば，図５（ｄ）の黒四角を付した位置となる。

図５（ｃ）および（ｄ）において図５（ｂ）に黒丸で示したようなパターンのボトム端が検出されていないのは明らかである。さらに問題なのは，図５（ｃ）および（ｄ）において，検出されるエッジ点とパターンのボトム端との距離が，パターンの断面形状（図においては部位Ａと部位Ｂ）によって異なるという点である。

図５（ａ）において部位によってホワイトバンド幅が異なっていることからも明らかなように，パターンの断面形状は均一ではない。従来の技術においては，検出されるエッジ点と実際のパターンエッジ端とにずれがある上，そのずれ量が場所によって異なるという状況が発生する。

従来の技術は，対象パターンの断面形状により検出される信号波形が変化することに対して何ら注意を払っていないという点にある。特許文献１に示されているホワイトバンドの中心線をエッジ点とする方法，特許文献２に示されているしきい値とプロファイルの交点をエッジ点とする方法のいずれも，検出されたエッジ点の物理的な意味が曖昧である。

ＯＰＣ処理を検証する目的は，ウェーハ上に設計通りの回路パターンが形成されたかを確認し，設計値通りのパターンになっていないことが判明すれば、補正パターンのサイズを変更することである。上記のように，パターンエッジ端が正しく検出されていない状況では，補正パターンサイズの調整量をミスリードしかねなく，高精度なＯＰＣ検証が実現されないのは明らかである。

本発明の目的は、試料の実際のパターンエッジ端に即した輪郭線情報を抽出して信頼性の高い寸法計測が可能な電子顕微鏡システムを提供することにある。

上記目的を達成するため，本発明では，電子顕微鏡システムを、走査型電子顕微鏡を用いて表面にパターンが形成された試料の所望の箇所の画像を取得する電子線画像取得手段と、試料のパターンの断面形状とパターンの断面形状に対応する電子線信号波形情報とを関連づけるライブラリを記憶する記憶手段と、電子線画像取得手段で取得した試料のパターンの画像から得られる情報を記憶手段に記憶されたライブラリ情報を参照して処理することによりパターンの寸法情報を抽出する寸法情報抽出手段と、寸法情報抽出手段で抽出したパターンの寸法に関連する情報を画面上に表示する出力手段とを備えて構成した。

また、上記目的を達成するために、本発明では、電子顕微鏡システムを用いたパターン寸法計測方法において、走査型電子顕微鏡を用いて表面にパターンが形成された試料の所望の箇所の画像を取得し、試料のパターンの断面形状とこのパターンの断面形状に対応する電子線信号波形情報とを関連づけるライブラリを記憶し、取得した試料のパターンの画像から得られる情報を記憶手段に記憶されたライブラリ情報を参照して処理することによりパターンの寸法情報を抽出し、この抽出したパターンの寸法に関連する情報を画面上に表示するようにした。

本発明によれば，電子顕微鏡像のパターンエッジの各点における投影波形を，試料の断面形状と電子線信号波形とを関連づけるライブラリに当てはめることによりパターンの断面形状を推定し，推定した断面形状における所望の定義のエッジ端（例えば，ボトム端）をエッジ点とし，その連なりをパターンの輪郭線とするので，試料の実際のパターンエッジ端に即した輪郭線が出力される。
特に威力を発揮するのは，部位によってパターンの断面形状が変化するようなケースである。「発明が解決しようとする課題」において述べたように，従来の技術では，実際のパターンエッジ端と，検出されるエッジ端のずれ量が部位によって異なる。特に，高精度なＯＰＣ検証を行おうとする際には，この問題は重大である。本発明によれば，部位ごとに断面形状を推定し，推定した断面形状に即してエッジ点を決定するので，実際のパターンエッジ端からのずれ量が部位によって異なるという問題が解決される。

本発明は，各種の荷電粒子線装置（ＳＥＭ，ＦＩＢ等）に適用可能であるが，以下の実施例では代表としてＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）を対象に説明する。

本発明に係る半導体ウェーハの形状計測装置における形状計測のフローを図１に示す。

先ず、図１（a）に基づいて、ＳＥＭ装置１０を用いたＳＥＭ画像の取得方法について説明する。ＳＥＭ１０の電子銃１００１から発射された電子線１００２を加速電極１００３で加速し、集束レンズ１００４で収束させ、偏向器１００５でＸ方向及びＹ方向（図１（a）において図面に垂直な平面内）に走査し、対物レンズ１００６で電子線の焦点を計測対象パターンが形成された試料１００７の表面に合わせて試料１００７の表面を走査して照射する。図１（ａ）では図示を省略してあるが、試料１００７はテーブルに載置されて平面内で移動可能になっており、試料１００７の表面の所望の領域が電子線１００２の照射領域に位置するように制御される。

電子線１００２が照射された試料１００７の表面から発生した二次電子の一部は検出器１００８で検出され、電気信号に変換されて全体制御・画像処理部１００９に送られてＳＥＭ画像が作成され、演算部１０１０で記憶部１０１１に記憶しておいたＳＥＭ波形ライブラリの情報を用いＳＥＭ画像を処理してパターンの寸法を算出し、結果が出力部１０１２の画面上に表示される。また、パターン寸法算出結果は、通信回線を介してサーバ１０１３に記憶される。全体制御・画像処理部１００９は、図示していない試料１００７を載置するテーブルを含めたＳＥＭ１０全体の制御も行う。

演算部１０１０は、図１（ｂ）に示すように、暫定輪郭抽出部１０１０１、局所投影波形形成分１０１０２、ライブラリマッチング部１０１０３、エッジ位置決定部１０１０４、座標変換・輪郭線抽出部１０１０５、寸法計測部１０１６を備えている。

演算部１０１０における処理手順を図１（ｃ）に示したフローにそってＳ１００〜Ｓ６００の各ステップを説明する。

（Ｓ１００）：ＳＥＭ１０にて取得したＳＥＭ画像２０から，暫定輪郭抽出部１０１０１において暫定輪郭線を抽出する。暫定的な輪郭線の抽出方法としては，図３に示した従来の技術が適用可能である。以下，図３にて説明する。入力画像１０５に対して，ノイズを除去するための平滑化処理を施し（６０１），ソーベルフィルタ等のエッジ強調フィルタ処理によりエッジを検出し（６０２），二値化処理を行うことによりエッジ部が“１”，エッジ部以外は“０”の二値画像を得る（６０３）。続いて，パターン幅が１画素になるまで収縮を行う等の細線化処理により中心線を検出する（６０４）。得られた線画（１１２）が暫定輪郭線となる。

（Ｓ２００）：本ステップでは，局所投影波形形成分１０１０２において、Ｓ１００で得られた輪郭線に沿った局所領域にて輪郭線の接線方向に画像を投影し，局所投影波形を生成する。図６にて本ステップを補足する。なお，図６（ａ）は，図５の部位Ｂ付近を拡大したものである。点線１１２が，Ｓ１００で抽出される暫定輪郭線である（前述のように，図３に示す方法を用いた場合，暫定輪郭線は概ねホワイトバンドの中心線となる）。暫定輪郭線１１２にそって，その接線方向の一定長さｐ１だけ画像を投影する。すなわち，局所矩形領域２０２，２０３，２０４・・・ごとに，矢印の方向に画像を投影することによって，図６（ｂ）に示すような局所投影波形２１０を得る。投影長ｐ１，及び，投影波形を得るピッチｐ２は固定値としても良いし，輪郭線の曲率に応じて、曲率が大きい部位ではｐ１及びｐ２を小さく，曲率が小さい部位ではｐ１，ｐ２を大きくというように，パターン形状に応じて可変としても良い。

（Ｓ３００）：本ステップでは，ライブラリマッチング部１０１０３において、Ｓ２００で得られた局所投影波形と，予め作成しておいた，記憶部１０１１に記憶されているＳＥＭ波形ライブラリ３０とのマッチングを行う。ＳＥＭ波形ライブラリ３０とは，試料の断面形状とＳＥＭ波形を関連づけたもので，例えば，非特許文献２に示されている方法，すなわち，電子線シミュレーション（モンテカルロシミュレーション）にて様々な断面形状におけるＳＥＭ波形を計算することによって作成可能である。

図７はＳＥＭ波形ライブラリの概念図である。横軸は試料のテーパ角，縦軸はトップコーナの丸まりの程度であり，モンテカルロシミュレーションによって計算されたパターンの各断面形状７０１におけるＳＥＭ波形７０２が，断面形状と対になって保存されている。波形マッチングによりライブラリに保存されているＳＥＭ波形の中から，Ｓ２００で得られた局所投影波形と最も良く一致するものを選択することにより，局所投影波形が取得された部位におけるパターンの断面形状が推定されることになる。なお，図７では，簡単のためパターンの断面形状をテーパ角，トップコーナの丸まりの２個のパラメータで表現したが，実際は，計測対象パターンに応じて，その断面形状を表現するのに上記二つのパラメータ以外にも必要なパラメータを持つ必要がある。例えば，パターンの高さ，ボトムコーナの丸まりなどが考えられる。また，パターンの断面形状を表現するためのパラメータ種，各パラメータの変動範囲の決定にあたって，「背景の技術」の項目で述べた光露光シミュレーション結果を利用することも可能である。

（Ｓ４００）：本ステップでは，エッジ位置決定部１０１０４において、Ｓ３００で推定されたパターンの断面形状に基づき局所投影波形上のエッジ位置を決定する。ＳＥＭ波形ライブラリ３０上では，パターンの断面形状とその部分のＳＥＭ波形の対応関係が既知なので，パターンの断面形状に対して所望のパターンのエッジ端（例えば，ボトム端）を定義することにより，対になっているＳＥＭ波形にその位置が伝搬され，さらに，局所投影波形上のどの位置に相当するかが伝搬される。

図８にパターン断面のエッジ端をユーザが指定するためのＧＵＩ画面の例を示す。図８（ｂ）のように所定のパーセンテージにおけるエッジ端を検出するか（０％とすればボトム端となる），あるいは，図８（ｃ）のように所定の高さにおけるエッジ端を検出するかを（０nmと指定すればボトム端となる），用途に応じて指定する。

（Ｓ５００）：本ステップでは，座標変換・輪郭線抽出部１０１０５において、Ｓ４００で決定された局所投影波形上のエッジ位置をＳＥＭ画像上の位置に変換する。

（Ｓ６００）：更に座標変換・輪郭線抽出部１０１０５において、Ｓ５００で求めたＳＥＭ画像上の座標の連なりとして，最終的な輪郭線を求める。

（Ｓ７００）：寸法計測部１０１０６において、Ｓ６００で求めた輪郭線を用いてパターンの所望の位置の寸法又は隣接するパターンの間隔を計測する。

Ｓ７００で計測した結果は、出力部１０１２の画面上に表示されると共に、通信回線を介してサーバ１０１３に記憶される。

出力部１０１２の画面上に表示される例として、図６と同じ部位に対応するＳ６００で求めた最終的な輪郭線を表示する場合を図９に示す。図９において，ＳＥＭ画像９０１上に重ねて表示されている点線１１２はＳ１００で求められる暫定輪郭線であり，実線１１３が最終的な輪郭線である。

得られた輪郭線１１３は，例えば，太い実践で示した設計データ１１４との比較に用いることができる。このように設計データと比較することにより，例えばエッジプレースメントエラー量Ｅ，あるいは，設計上の線幅Ｌ１と，実際の線幅Ｌ２とがどの程度異なっているかといった評価を，従来の技術によって求められる輪郭線１１２を用いた場合と比べてより高い信頼度を持って行なうことが出来るようになり、より高精度なＯＰＣ検証が可能となる。

また，本発明は、ＯＰＣ検証に限らず，プロセス変動のモニタする用途に手適用することも可能である。また，シリコンウェーハ上に転写されたパターンの形状計測に限らず，同様の方法を，フォトマスクの形状計測に対して適用することも可能である。

図１０は，本発明の第２の実施の形態に係わる形状計測のフローである。本実施例におけるＳＥＭシステムの構成は、基本的には実施例１で説明した図１に示した構成と同じであるが、演算部１０１０の構成が多少異なる。

図１０（ａ）に、本実施例における演算部１０２０の構成を示す。 演算部１０２０は、暫定輪郭抽出部１０２０１、局所投影波形形成分１０２０２、特徴量算出部１０２０３、代表点抽出部１０２０４、ライブラリマッチング部１０２０５、エッジ位置決定部１０２０６、座標変換・輪郭線抽出部１０２０７、寸法計測部１０２０８を備えている。

以下，図１０（ｂ）に示したフローにそって各ステップを説明する。

（Ｓ１１０）：第１の実施の形態におけるＳ１００と同様に、ＳＥＭ１０で検査対象試料を撮像し全体制御・画像処理部１００９から出力されたＳＥＭ画像２０から，暫定輪郭抽出部１０２０１において暫定輪郭線を抽出する。

（Ｓ２１０）：第１の実施の形態におけるＳ２００と同様に、局所投影波形形成分１０２０２において、Ｓ１００で得られた輪郭線に沿った局所領域にて輪郭線の接線方向に画像を投影し，局所投影波形を生成する。

（Ｓ２１１）：本ステップでは，特徴量算出部１０２０３において、Ｓ２１０で生成した局所投影波形から，図１１（ａ）に示すようなパターン断面形状１１００に対して種々の特徴量を算出する。図１１（ｂ）において，特徴量ｆ１はホワイトバンド幅である。ホワイトバンド幅は，垂直上方からみた場合のエッジ部の見込み幅を反映する特徴量である。特徴量ｆ２は，ホワイトバンド部において，ピーク位置より外側部の平均幅であり，ボトム部１１０２の曲率の大きさを反映する特徴量である。特徴量ｆ３は，ホワイトバンド部において，ピーク位置より内側部の平均幅であり，トップ部１１０１の曲率の大きさを反映する特徴量である。特徴量ｆ４は信号強度の大きさであり，図７が示すようにテーパ角の大きさを反映する特徴量である。

（Ｓ２１２）：本ステップでは，代表点抽出部１０２０４において、Ｓ２１１における暫定輪郭線上の各点における特徴量の算出結果に基づき，ライブラリマッチングを行う代表点を決定する。図１２（ｂ）は，図１１（ｂ）に示した特徴量ｆ１，すなわち，ホワイトバンド幅が図１２（ａ）に示したＳＥＭ画像１２１上における暫定輪郭線１２２にそってどのように変化しているかを示したものである。ホワイトバンド幅は，図１２（ａ）における始点からポイントＰ１までほぼ一定，その後ポイントＰ２まで緩やかに増加，その後ポイントＰ３まで急激に減少し，Ｐ３から終点まではほぼ一定という具合に推移している。特徴量の推移は断面形状の推移の現れといえる。種々の特徴量が一定であれば，概ね断面形状が等しいことを意味しているので，次ステップにおいて全点で断面形状を推定する必要はない。

そこで，本ステップでは，特徴量の推移に基づき，断面形状の推定を行うべき代表点を決定する。図１２（ｂ）において，黒丸を付した点が代表点である。同図のように，代表点間隔は，特徴量の変化率が小さい領域では広く，特徴量の変化率が大きい領域では狭くする。図１１（ｂ）のように複数の特徴量を用いる場合には，特徴量ごとに代表点間隔を求め，それらの平均値，あるいは，最小代表点間隔を採用するようにする。

（Ｓ３１０）：本ステップでは，ライブラリマッチング部１０２０５で、Ｓ２１０で決定した代表点について，予め作成して記憶部１０１１に記憶しておいた，ＳＥＭ波形ライブラリ３０とのマッチングを行い，断面形状の推定を行う。マッチングの方法は第1の実施の形態のＳ３００で説明した方法と同様である。

（Ｓ４１０）：本ステップでは，エッジ位置決定部１０２０６において、Ｓ３０１で推定された断面形状に基づき局所投影波形上のエッジ位置を決定する。方法は第1の実施の形態のＳ４００で説明した方法と同様である。

（Ｓ４１１）：本ステップでは，エッジ位置決定部１０２０６で、各代表点においてＳ１１０で算出した暫定輪郭線の局所投影波形上の位置（図１３（ａ）の黒三角点）と，Ｓ４１０で算出したエッジ位置（図１３（ｂ）の黒丸点）との距離ｄを算出する。ｄの算出結果をプロットした結果を図１３（ｂ）上の白丸点として示す。

（Ｓ４１２）：本ステップでは，エッジ位置決定部１０２０６で、代表点にて算出した上記ｄの値（図１３（ｂ）の白丸点）を補間することで（図１３（ｂ）の破線が補間結果）全点のｄ値を求め，暫定輪郭線の位置をｄ値に基づき補正することで，全投影波形上のエッジ位置を決定する。

（Ｓ５１０）第１の実施の形態と同様に、座標変換・輪郭線抽出部１０２０７において、Ｓ４１２で決定された局所投影波形上のエッジ位置をＳＥＭ画像上の位置に変換する。

（Ｓ６１０）第１の実施の形態と同様に、座標変換・輪郭線抽出部１０２０８において、Ｓ５１０で求めたＳＥＭ画像上の座標の連なりとして，最終的な輪郭線を求める。

（Ｓ７１０）：寸法計測部１０２０８において、Ｓ６１０で求めた輪郭線を用いてパターンの所望の位置の寸法又は隣接するパターンの間隔を計測する。

Ｓ７１０で計測した結果は、出力部１０１２の画面上に表示されると共に、通信回線を介してサーバ１０１３に記憶される。

出力部１０１２の画面上への表示は、第１の実施例において図９を用いて説明したものと同じである。

第２の実施の形態によれば，演算時間が要するライブラリマッチング処理を代表点についてのみ行うので，より高速な処理が可能である。

図１４は，本発明の第３の実施の形態に係わる形状計測のフローである。本実施例による形状計測のフローは基本的には図１を用いて説明した第１の実施の形態の場合と同じであるが、第１及び第２の実施の形態においては，局所投影波形から断面形状を推定するのに，記憶部１０１１に記憶しておいたパターンの断面形状７０１とＳＥＭ波形７０２を関連づけたライブラリ３０を用いたのに対して，本実施の形態においては，パターンの断面形状７０１’とＳＥＭ波形７０２’から算出した特徴量を関連づけた，ＳＥＭ波形特徴量ライブラリ３１を記憶部１０１１に記憶させておいて、これを用いるようにした点で異なる。すなわち、図１４に示した処理フローの中で、Ｓ２２１とＳ３２０とが図１で説明した処理フローと異なる点である。

図１５（ｂ）にＳＥＭ波形特徴量ライブラリ３１の概念図を示す。ＳＥＭ波形特徴量ライブラリ３１は，図７に示した電子線シミュレーションによって図１５（ａ）に示すようなＳＥＭ波形ライブラリ３０を作成した後，得られたＳＥＭ波形７０２’から，図１１に示した波形特徴量ｆ１〜ｆ４を算出することによって作成する。図１５（ａ）に示すように，ＳＥＭ波形特徴量ライブラリ３１は，特徴量ごとの，断面形状パラメータ（テーパ角，トップコーナの丸まりなど）に対する特徴量の変化を記述したテーブルである。

図１４で、ＳＥＭ波形特徴量ライブラリ３１とのマッチングを行うステップ（Ｓ３２０）においては，最尤法を適用するなどして，局所投影波形から算出した特徴量群（ｆ１〜ｆｎ）が最も合致する断面形状パラメータの組み合わせ（テーパ角，トップコーナの丸まりなど）を求める。

なお，本実施の形態を，第２の実施の形態と組み合わせることも可能である。

図１６は，本発明の第４の実施の形態に係わる形状計測のフローである。
本実施例による形状計測のフローは基本的には図１を用いて説明した第１の実施の形態の場合と同じであるが、異なる点は、本実施の形態においては，暫定輪郭線を抽出（Ｓ１３０）した後，設計データとのマッチングを行い，設計データを参照することで，輪郭線上の各点について，近傍エッジとの距離を算出しておく（Ｓ１３１）点である。

図１７（ａ）に設計データのイメージ図を示すが、この図おいて、例えば，着目点１１１に対しては，近傍に他のエッジが存在しないので「距離大」という情報を付与し，着目点１１２は近傍エッジが距離ｗの位置に存在するので「距離ｗ」という情報を付与する。

局所投影波形を作成するステップ（Ｓ２３０）は第１の実施の形態のＳ２００と同様である。本実施の形態で使用するＳＥＭ波形ライブラリ３２の概念図を図１７（ｂ）に示す。ライブラリを作成する際は，近傍エッジとの距離を変化させて電子線シミュレーションを行いパターンの断面形状７０１”とＳＥＭ波形７０２”との関係を求め，それら全部の結果をライブラリとして保存する。局所投影波形とＳＥＭ波形ライブラリ３２とのマッチングを行う際は（Ｓ３３０），Ｓ１３１で付与した近傍エッジとの距離の情報を用い，その距離に相当するライブラリを用いる。

なお，近傍エッジとの距離が設計データ通りになるとは限らないので，マッチングを行う際は（Ｓ３３０），Ｓ１３１で付与された距離情報だけでなく，付与された距離±α［ｎｍ］のライブラリとマッチングするようにしても良い。

近傍エッジとの距離に応じたＳＥＭ波形ライブラリ３２を使用するのは，二次電子信号波形が，近傍エッジとの距離によって変化するからである。例えば，エッジ間隔が狭いと、エッジとエッジの間に位置する部位からの二次電子信号強度が小さくなるといった影響を受ける。回路パターンの微細化に伴い，パターン幅，あるいは，パターン間隔が数十ｎｍを下回るようになった場合には，本実施の形態の適用が必要である。

図１８は，本発明の第５の実施の形態に係わる形状計測のフローである。
本実施例による形状計測のフローは基本的には図１を用いて説明した第１の実施の形態の場合と同じであるが、異なる点は、本実施の形態においては，暫定輪郭線を抽出（Ｓ１４０）した後，暫定輪郭線に沿った局所領域にて，部分画像を切り出し（Ｓ２４０），三次元の断面形状を対象に電子線シミュレーションを行って作成したＳＥＭ像ライブラリ３３とのマッチングを行う（Ｓ３４０）点である。Ｓ４４０以降のステップは、基本的に図１で説明したＳ４００以降のステップと同じである。

本実施の形態は，ホールパターン，ラインエンドなど、直線的なパターンエッジが存在しない部位において有効である。第４の実施の形態と同じように，設計データを参照して，部位ごとに，局所投影波形を用いるか，部分画像を用いるかを切り替えるようにしても良い。

図１９（ａ）は，本発明の第６の実施の形態に係わる形状計測のフローである。ステップＳ１５０，Ｓ２５０，Ｓ２５１までは，第２の実施の形態のステップＳ１１０，Ｓ２１０及びＳ２１１と同様である。第２の実施の形態においては，Ｓ２１０で算出した波形特徴量を代表点の三択に用いているが，本実施の形態は、Ｓ２５１で算出した波形特徴量の算出結果をユーザに提示して（Ｓ２５２）終了する。

図１９（ｂ）は，波形特徴量の表示画面の例である（部位は図９と同じ）。同図は，Ｓ１５０で抽出した暫定輪郭線１１２にそって生成した局所投影波形から算出した特徴量ｆ１（ホワイトバンド幅）を，その値に応じて，色分けして表示したものである。

前述のように，波形特徴量は試料の断面形状を反映しているので，部位によって断面形状がどう変化しているかを捉える用途に有効である。また，色分け表示の基となっているデータは，図１２の下段に示したデータであるが，このデータを蓄積し，プロセスモニタに活用することも可能である。

第１〜第５の実施の形態においては，単一の輪郭線を出力したが，例えば，ＳＥＭ画像２０００上で高さ０％（２００１），２５％（２００２），５０％（２００３），７５％（２００４）といった具合に，複数のエッジ端を出力するようにしても良い（図２０参照）。あるいは，各点における断面形状が推定済みなので，等高線として出力しても良い。

レジストパターンにおいては，所謂，膜減り（レジスト高さの減少）の状況把握が重要であるため，特に，出力結果を比較する対象として，「背景技術」の項目で述べた，光露光シミュレーション結果と比較する場合には，本実施の形態が有効である。

本発明の第１の実施の形態を説明するフロー図である。 ＳＥＭ画像と設計データの重ね合わせ表示の例を示す図である。 ＳＥＭ画像から輪郭線を抽出するための従来の技術を示す図である。 ＳＥＭ画像から輪郭線を抽出するための従来の技術の別の例を示す図である。 従来の技術の問題点を説明する図である。 ＳＥＭ像から局所投影波形を生成する方法の説明図である。 ＳＥＭ波形ライブラリの概念図である。 エッジ端をユーザが定義するＧＵＩ画面の一例を示す図である。 最終的な出力結果，及び，設計データとの比較評価の説明図である。 本発明の第２の実施の形態を説明するフロー図である。 波形特徴量の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の補足説明図である。 本発明の第２の実施の形態の補足説明図である。 本発明の第３の実施の形態を説明するフロー図である。 本発明の第３の実施の形態の補足説明図である。 本発明の第４の実施の形態を説明するフロー図である。 本発明の第４の実施の形態の補足説明図である。 本発明の第５の実施の形態を説明するフロー図である。 本発明の第６の実施の形態を説明するフロー図である。 本発明の第７の実施の形態の補足説明図である。

符号の説明

１０・・・電子顕微鏡 ２０・・・ＳＥＭ画像 ３０〜３３・・・ライブラリ １１２・・・暫定輪郭線 １１３・・・最終出力の輪郭線 １１４・・・設計データ ２０２〜２０・・・局所矩形領域 ２１０・・・局所投影波形 ２１２・・・色分け表示した波形特徴量 Ｓ１００〜Ｓ７００・・・形状計測のステップ

Claims (6)

1. 走査型電子顕微鏡を用いて表面にパターンが形成された試料の所望の箇所の画像を取得する電子線画像取得手段と、
   前記試料のパターンの断面形状と該パターンの断面形状に対応する電子線信号波形情報とを関連づけるライブラリを記憶する記憶手段と、
   該電子線画像取得手段で取得した前記試料のパターンの画像から得られる情報を前記記憶手段に記憶されたライブラリ情報を参照して処理することにより前記パターンの寸法情報として前記試料上に形成されたパターンの輪郭情報を抽出する寸法情報抽出手段と、
   該寸法情報抽出手段で抽出した前記パターンの寸法に関連する情報を画面上に表示する出力手段とを備え、
   前記寸法情報抽出手段において前記試料の画像から得られる情報は、前記試料の画像におけるパターンエッジの各点又は代表点において，パターンエッジに対して接線方向に該画像を投影して生成した局所投影波形であることを特徴とする電子顕微鏡システム。
2. 請求項１記載の電子顕微鏡システムであって、前記寸法情報抽出手段は前記パターンの寸法情報としてパターンの幅情報と該パターンの高さ情報とを抽出することを特徴とする電子顕微鏡システム。
3. 請求項１記載の電子顕微鏡システムであって、前記寸法情報抽出手段は前記パターンの寸法情報として複数のパターンの間隔の情報を抽出し、前記出力手段は、該抽出した複数のパターンの間隔の情報を該複数のパターンの設計データと共に画面上に表示することを特徴とする電子顕微鏡システム。
4. 請求項１記載の電子顕微鏡システムであって、前記記憶手段に記憶させておくライブラリは、さまざまな断面形状の試料の電子線信号波形を計算機シミュレーションによって得たものであることを特徴とする電子顕微鏡システム。
5. 請求項１記載の電子顕微鏡システムであって、前記記憶手段に記憶するライブラリにおいて、前記試料のパターンの断面形状と関連づける該パターンの断面形状に対応する電子線信号波形情報は、前記パターンのエッジに対して接線方向に該パターンの画像を投影して生成した局所投影波形から求めた電子線信号波形の特徴量であることを特徴とする電子顕微鏡システム。
6. 走査型電子顕微鏡を用いて表面にパターンが形成された試料の所望の箇所の画像を取得し、
   前記試料のパターンの断面形状と該パターンの断面形状に対応する電子線信号波形情報とを関連づけるライブラリを記憶手段に記憶し、
   前記取得した試料のパターンの画像から得られる情報を前記記憶手段に記憶されたライブラリ情報を参照して処理することにより前記パターンの寸法情報として前記試料上に形成されたパターンの輪郭情報を抽出し、
   該抽出した前記パターンの寸法に関連する情報を画面上に表示することを特徴とする電子顕微鏡システムを用いたパターン
   前記パターンの寸法情報を抽出する工程において、前記試料の画像から得られる情報は、前記試料の画像におけるパターンエッジの各点又は代表点において，パターンエッジに対して接線方向に該画像を投影して生成した局所投影波形であることを特徴とする寸法計測方法。

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