JP5411866B2 - パターン計測装置及びパターン計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、パターン計測装置及びパターン計測方法に関し、特に、ＯＰＣパターンやコンタクトホール等のコーナー形状を高精度に計測可能なパターン計測装置及びパターン計測方法に関する。

半導体製造工程のリソグラフィ工程において、フォトマスク上に形成されたパターンが露光装置を用いてウエハ上に露光転写される。このフォトマスク上に形成されたパターンに欠陥や歪みがあると、所望の位置にパターンが転写されなかったり、パターンの形状が不正確になるなど露光精度が低下してしまう。このような露光精度の低下を防止するために、フォトマスクの位置誤差や欠陥について検査している。

フォトマスクを検査する方法として、走査型電子顕微鏡によるマスクのＳＥＭ画像を利用した検査方法がある。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ＳＥＭ画像データを取得し、表示装置に表示している。

例えば、マスク上に形成されたパターンの線幅による検査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範囲をディスプレイに表示した後、その表示範囲内の測定ポイントに照準を当てて電子ビームを照射し、測定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波形を取得する。そして、輝度分布波形を解析してパターンエッジ位置を求め線幅とする。この線幅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を行う。

また、パターンのコーナーが直角に形成されずに丸みを帯びてしまうラウンディングという現象が発生する。例えば、このようなパターンがキャパシタの電極として形成される場合、コーナーラウンディングによってパターンが形成されない部分が発生すると、所望の容量値が得られないことがある。このようなパターンの形成されない部分（エリアロス）がどの程度になるかを正確に求めることが要求されている。

このように、パターンの線幅や面積の測定は、フォトマスクの製造工程において重要であり、線幅や面積を測定するための種々の手法が提案されている。これに関する技術として、特許文献１には、パターンの面積を精度良く測定することのできるパターン面積測定方法の技術が記載されている。

また、特許文献２には、設計パターンの輪郭を直線部とコーナー部とに分割して、それぞれ個別に評価する技術が記載されている。

一方、パターンのＳＥＭ画像を取得する際にはエッジラフネスが存在し、同一のパターンであってもＳＥＭ画像を取得する毎に発生するエッジラフネスが異なっている。そのため、パターンの輪郭を高精度に検出した場合に、計測の対象範囲として指定する領域がエッジラフネスに依存して変化することになる。そのため、同一のパターンであっても計測する毎に計測領域が異なり、例えば、パターンのコーナーの算出面積値が異なることになり、パターン計測の再現性が悪くパターン計測の精度が低くなってしまう。
国際公開第２００８／０３２４８８号 特開２００９−１８８２３９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、ＳＥＭ画像のノイズやエッジラフネスの影響を小さくし、パターンのコーナー形状を高精度に計測可能なパターン計測装置及びパターン計測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照射する照射手段と、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検出する電子検出手段と、前記電子量を基に当該パターンのＳＥＭ画像を生成する画像処理手段と、前記パターンのコーナー部のロス率を算出する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記ＳＥＭ画像のうちの計測対象部分を指定する矩形状の計測指定領域を取得し、該計測指定領域を、その対角方向の２つの角が前記ＳＥＭ画像のパターンのコーナー部を挟み、且つ前記２つの角が前記パターンの辺と接するように配置した後、前記計測指定領域の角と前記パターンの辺とが交差する位置を中心に所定の範囲で前記パターンのエッジ位置を検出し、検出した前記エッジ位置の平均位置を算出し、前記エッジ位置の平均位置と前記計測指定領域の角とが一致するように前記計測指定領域を移動させることを特徴とするパターン計測装置により解決する。

この形態に係るパターン計測装置において、前記制御手段は、前記所定の範囲のエッジにおいて、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して存在するとき、前記所定の範囲のエッジの座標位置のうち前記計測指定領域のパターンのエッジに沿った辺から外側に垂直方向の距離が最大の位置にあるエッジの座標位置に、前記角を合わせるように前記計測指定領域を移動させるようにしてもよく、前記制御手段は、前記所定の範囲内のエッジにおいて、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して存在するとき、前記エッジの座標位置が前記所定の閾値の範囲を超えない部分での前記エッジ位置の平均位置を求め、前記エッジ位置の平均位置に前記角を合わせるように前記計測指定領域を移動させるようにしてもよく、前記制御手段は、パターンが凹形状のコーナーと凸形状のコーナーの連続する形状であると判定したとき、前記エッジ位置の平均値を取得する範囲を前記計測指定領域内の範囲に限定するようにしてもよい。

本発明の他の形態によれば、上記の形態に係るパターン計測装置において実施されるパターン計測方法が提供される。その一形態に係るパターン計測方法は、電子ビームを試料上に照射する照射手段と、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検出する電子検出手段と、前記電子量を基に当該パターンのＳＥＭ画像を生成する画像処理手段と、を備えたパターン計測装置におけるパターン計測方法であって、前記ＳＥＭ画像のうちの計測対象部分を指定する矩形状の計測指定領域を取得するステップと、前記計測指定領域を、その対角方向の２つの角が前記ＳＥＭ画像のパターンのコーナー部を挟み、且つ前記２つの角が前記パターンの辺と接するように配置するステップと、前記計測指定領域の角と前記パターンの辺とが交差する位置を中心に所定の範囲で前記パターンのエッジ位置を検出するステップと、検出した前記エッジ位置の平均位置を算出するステップと、前記パターンのエッジ位置の平均位置と前記計測指定領域の角とが一致するように前記計測指定領域を移動させるステップと、を有することを特徴とする。

この形態に係るパターン計測方法において、前記計測指定領域を移動させるステップは、前記所定の範囲のエッジにおいて、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して検出されるか否かを判定するステップと、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して検出されると判定されたとき、前記所定の範囲のエッジの座標位置のうち前記計測指定領域のパターンのエッジに沿った辺から外側に垂直方向の距離が最大の位置にあるエッジの座標位置に、前記角を合わせるように前記計測指定領域を移動させるステップと、を含むようにしてもよく、前記計測指定領域を移動させるステップは、前記所定の範囲のエッジにおいて、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して検出されるか否かを判定するステップと、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して検出されると判定されたとき、前記エッジの座標位置が前記所定の閾値の範囲を超えない部分での前記エッジ位置の平均位置を求め、前記エッジ位置の平均位置に前記角を合わせるように前記計測指定領域を移動させるステップと、を含むようにしてもよく、前記計測指定領域を移動させるステップは、連続するコーナーの形状を判定するステップと、前記連続するコーナーのパターンが凹形状のコーナーと凸形状のコーナーの連続する形状であると判定したとき、前記エッジ位置の平均値を取得する範囲を前記計測指定領域内の範囲に限定するステップと、を含むようにしてもよい。

本発明のパターン計測装置及びパターン計測方法では、パターンのコーナーラウンディングを計測する際に設定されるＲＯＩ（計測指定領域）に対して、所定の範囲でのエッジ位置を検出し、そのエッジ位置に応じてＲＯＩを調整するようにしている。例えば、ＲＯＩの角とパターンの辺とが交差する点を中心とした所定範囲のエッジ位置の平均値を算出し、その平均値の位置にＲＯＩの角を合わせるようにＲＯＩを移動させるようにしている。これにより、パターンのＳＥＭ画像に現れるエッジラフネスの影響を小さくすることができ、ロス面積やロス率等のコーナーラウンディングの計測精度を向上させることが可能になる。

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。 コーナーのロス面積の算出を説明する図である。 コーナーラウンディグ計測処理の一例を示すフローチャートである。 輪郭測定の対象とするパターンの一例を示す図である。 パターンの輪郭測定処理の一例を示すフローチャートである。 パターンの輪郭測定処理を説明する図である。 パターンのコーナー部の輪郭測定及び面積算出を説明する図である。 ＲＯＩの最適再配置を説明する図である。 計測対象パターンの面積が小さい場合のＲＯＩの最適再配置を説明する図である。 計測対象パターンが特殊な形状の場合のＲＯＩの最適再配置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、パターン計測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、コンタクトホール等のＳＥＭ画像においてコーナーラウンディングの計測を再現性良く行う処理について説明する。

（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、鏡筒制御部２０と、ＳＥＭ像表示部３０と、記憶部４０と、電子走査部１０、鏡筒制御部２０、ＳＥＭ像表示部３０及び記憶部４０の各部を制御するシステム制御部２１とに大別される。

電子走査部１０は、電子銃１１とコンデンサレンズ１２と偏向コイル１３と対物レンズ１４と移動ステージ１５と試料ホルダ１６とを有している。

電子銃１１から照射された荷電粒子１９をコンデンサレンズ１２、偏向コイル１３、対物レンズ１４を通して移動ステージ１５上の試料１７に照射するようになっている。

荷電粒子１９（１次電子ビーム）を試料１７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１８によって検出される。検出された２次電子の電子量は、システム制御部２１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４０に格納される。画像データは輝度信号に変換されてＳＥＭ像表示部３０で表示される。画像データは、試料１７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１３の電子偏向量とＳＥＭ像表示部３０の画像スキャン量は鏡筒制御部２０によって制御される。

システム制御部２１では、上記の信号処理や画像取得処理の他に、指定される視野のＳＥＭ像を取得できるようにステージを移動するステージ制御や、ＳＥＭ画像表示されているパターンのエッジ検出やパターンの面積を算出するプログラムによりこれらの処理を行う。

また、取得されたＳＥＭ画像のうちの計測範囲を指定する計測指定領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）の形状を規定したり、ＳＥＭ像表示部３０の画面にＲＯＩを移動可能に表示させる処理を行う。

さらに、後述するように、ユーザによって、或いは設計データ情報が保存されているＣＡＤデータベース（不図示）から自動的に設定された初期のＲＯＩに対して、パターンの大きさや形状に応じた最適な位置にＲＯＩを再配置する処理を行う。

（ＳＥＭ画像におけるコーナーラウンディングの検出処理）
次に、ＳＥＭ画像におけるコーナーラウンディングの検出処理について説明する。

図２は、一般的なコーナーラウンディングの検出処理を説明する図である。図２では、パターンとして形成されたコンタクトホールのＳＥＭ画像の一部（コーナーの一つ）を表示したものである。このＳＥＭ画像に示すように、パターンの輪郭にはエッジラフネスが存在している。図２に示すように、パターンのコーナーラウンディングの計測のために、ＲＯＩを計測対象とする位置に設定する。このＲＯＩの設定は、ＳＥＭ画像を表示させながら、オペレータが手動で設定する。また、ＣＡＤデータベース（不図示）を利用して設定したＲＯＩ位置やサイズの設計座標をファイル等を介して走査型電子顕微鏡１００で読み込み、このデータを基に、自動的にその位置に設定するようにしてもよい。ただし、設計データまたはオペレータによるＲＯＩの設定では、ＲＯＩの角とパターンのＳＥＭ画像の辺とが一致しない場合が発生する。その場合には、ＲＯＩの角の位置とＳＥＭ画像の辺との距離を検出して、その距離をゼロにする等、ＲＯＩの角とパターンのＳＥＭ画像の辺とが一致するようにＲＯＩの位置を調整する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、このようにしてＲＯＩの角とパターンのＳＥＭ画像の辺とが一致（交差）するようにした状態を示している。

図２（ａ）では、点Ａ１及び点Ｂ１でＲＯＩの角とパターンのＳＥＭ画像の辺とが交差している。一方、図２（ｂ）では、点Ａ２及び点Ｂ２でＲＯＩの角とパターンのＳＥＭ画像の辺とが交差している。このように、ＲＯＩサイズを変更しただけでパターンのＳＥＭ画像のエッジラフネスに依存して、ＲＯＩの角とパターンのＳＥＭ画像の辺とが交差する位置が異なってしまうことになる。

コーナーのロス面積は、ＲＯＩの面積からコーナー部の面積を減算して得られる。従って、図２（ａ）のようにＲＯＩが設定された場合と図２（ｂ）のようにＲＯＩが設定された場合では同一のパターンであるにもかかわらず、そのロス面積が変動してしまう。

本実施形態では、パターンのＳＥＭ画像のエッジラフネスの影響を極力少なくして、コーナーラウンディングの測定精度を向上させるために、パターンの形状及び大きさに応じた最適化処理を行っている。以下に、この最適化処理について図３から図７を参照しながら説明する。

図３は、システム制御部２１が行うコーナーラウンディング計測処理の一例を示すフローチャートである。なお、本処理において、パターンのＳＥＭ画像は取得され、記憶部４０に格納されているものとする。

まず、図３のステップＳ１１において初期設定を行う。この初期設定では、ＲＯＩの大きさや後述するＲＯＩ位置の最適再配置処理における位置データの取得範囲、さらに、座標位置の変動の許容範囲を規定する閾値を設定する。

次のステップＳ１２において、パターンの輪郭、すなわち、パターン周囲のエッジ位置を検出する。

ここで、図４に示す形状のパターンを例にとって、図５及び図６を参照しながら、パターン周囲のエッジ検出処理について説明する。

図５はパターン周囲のエッジ検出処理の一例を示すフローチャートである。また、図６は、パターン周囲のエッジ検出を説明する図である。なお、パターン周囲のエッジ位置の検出を行う開始位置ＥＳは予め決定されているものとする。

まず、図５のステップＳ２１では初期設定を行う。初期設定では、パターン周囲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、パターン周囲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６（ａ）に示すように、開始位置ＥＳから図６（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。なお、図６（ａ）では開始位置ＥＳから−Ｙ方向にエッジを検出したが、パターンの形状によっては開始位置ＥＳからＸ方向にエッジを検出するようにしても良い。

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６（ｂ）では、１番目のエッジとしてエッジＥＰ₁が検出される。このようにエッジＥＰ_k（ｘ_k、ｙ_k）を検出することにより、パターンの周囲に直角に近いライン上でエッジを検出できるため、エッジ位置を正確に検出することが可能となる。

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６（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６（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。

上記処理によって図４に示すようにパターンの周囲のエッジ位置がＥＰ₀，ＥＰ₁，…、のように検出される。このように、パターンの周囲のエッジを検出する際、検出されたエッジ位置と所定の間隔の仮エッジ位置とを結ぶ直線と、中間位置で直交するライン上のラインプロファイルから次のエッジ位置を検出している。これにより、パターンの周囲と直角に近いライン上でエッジを検出できるため、正確なエッジ位置を検出することが可能となる。

図７（ａ）は、コーナー部のエッジ検出について説明した図である。図４〜図６で説明した、閉じたパターンの周囲のエッジ検出に対して、パターンの周囲のうちのコーナー部のエッジ検出を行うため、エッジ位置の検出を行う開始位置ＥＳ１と終了位置ＥＥを設定してエッジ検出を行う。これらの開始位置ＥＳ１と終了位置ＥＥは、ＲＯＩを再配置してもＲＯＩ内のエッジ位置のすべてを含むようにマージンを持った位置とする。

図３に戻り、ステップＳ１３において、ＲＯＩの初期配置位置を検出する。このＲＯＩの初期配置位置は、オペレータによって設定された場合や、ＣＡＤデータを基に設定された場合がある。

次のステップＳ１４において、設定されたＲＯＩの角がパターンの辺に接しているか否かを判定する。接していればステップＳ１６に移行し、接していなければステップＳ１５に移行する。ＲＯＩの角とパターンの辺が接しているか否かは、ＲＯＩの角の座標位置がパターンの輪郭の座標位置を結んで作られる輪郭線と重なっているか否かを検出することによって行われる。

次のステップＳ１５において、初期配置されたＲＯＩの角がパターンの辺に接する位置にＲＯＩを移動させる。この移動は、例えば、ＲＯＩの角からパターンの辺までの距離を計測し、その距離をゼロにする方向にＲＯＩを移動させる。

次のステップＳ１６において、ＲＯＩの角とパターンのＳＥＭ画像の辺とが交差する位置を中心に、所定範囲のエッジ位置の平均値を算出する。

図８は、ＲＯＩの最適再配置処理を説明する図である。図８（ａ）に示すように、ＲＯＩの角がパターンの辺と点Ａ３及び点Ｂ３で交差しているものとする。この点Ａ３を中心としてＸ方向に、例えばＲＯＩの一辺の長さＤの１／２の範囲でパターンのＳＥＭ画像からエッジ位置を取得する。このエッジ位置は、ステップＳ１２において検出して記憶部４０に格納されたエッジ位置から取得する。得られたエッジ位置のＹ座標の値の平均値を算出する。同様に、点Ｂ３を中心として図８のＹ方向に長さＤの１／２の範囲でパターンのＳＥＭ画像からエッジ位置を取得する。得られたエッジ位置のＸ座標の値の平均値を算出する。

なお、所定範囲として、ＲＯＩの一辺の長さの１／２としているが、この値は適宜変更可能である。

次のステップＳ１７において、ステップＳ１６で得られた平均値のエッジ位置にＲＯＩの角が合うようにＲＯＩを移動する。図８（ｂ）は、ＲＯＩを調整した例を示している。すなわち、点Ａ３を中心としたＤ／２の範囲（点Ｎ１から点Ｎ２）のエッジ位置のＹ座標の平均値の位置Ａ４にＲＯＩの角が一致するようにしている。また、点Ｂ３を中心としたＤ／２の範囲（点Ｎ３から点Ｎ４）のエッジ位置のＸ座標の平均値の位置Ｂ４に、コーナーをはさんで反対側のＲＯＩの角が一致するようにしている。

次のステップＳ１８において、ＲＯＩの面積とＲＯＩ内のパターンのコーナーの面積からロス面積を算出し、コーナーラウンディングのロス率を算出する。なお、ロス率は、ＲＯＩの面積に対するロス面積の割合である。

パターンの面積は次のようにして算出する。例えば、図４に示すようにパターンの周囲のエッジ位置がｎ＋１個検出されたものとし、ｋ番目のエッジの位置をＥＰ_k（ｘ_k、ｙ_k）とする。検出されたすべてのエッジ位置を使用して台形則を適用し、次式によりパターンの面積Ｓを算出する。

図４の例では、パターンＰＡの上側のＴ₂からＴ₀までのエッジ位置で規定される台形形状の領域は、領域（ｘ₁ｘ₂ＥＰ₁ＥＰ₂）のようにパターンＰＡが分割された領域ＰＰＡ、及びパターンが含まれない領域を合わせた面積が算出される。また、パターンＰＡの下側のＴ₁からＴ₂までのエッジ位置で規定される台形形状の領域は、パターンＰＡを含まない領域の面積が算出される。

従って、パターンＰＡの上側のＴ₂からＴ₀までのエッジ位置で規定される台形形状の領域の面積を加算し、パターンＰＡの下側のＴ₀からＴ₂までのエッジ位置で規定される台形形状の領域の面積を減算することによって、パターンＰＡの面積が算出される。

図７（ｂ）は、コーナー部の面積の算出について示した図である。図７（ａ）のように検出されたエッジのうち、ＲＯＩの範囲内に含まれるエッジを使ってパターンコーナー部の面積を計算する。図７（ｂ）に示すように、ＲＯＩの左下隅の点Ｑをエッジ位置ＥＰ１_nとして追加し、上記面積算出式にエッジ位置ＥＰ１₀〜ＥＰ１_nを代入することにより、パターンのコーナー部の面積を算出する。

図８（ｂ）の場合は、ＲＯＩの右下隅の点Ｃをエッジとして追加し、ＲＯＩの範囲内に含まれるエッジＥ１からエッジＥ２に対して上記面積算出式に各エッジ位置を代入することによりパターンのコーナー部の面積を算出する。

以上の処理をパターンの測定対象とする各コーナーについて行う。

なお、上記処理では、右上のコーナーを対象として説明したが、これに限らず、どの方向のコーナーパターンでも適用可能である。ただし、パターンの形状や大きさによっては、ＲＯＩ再配置の最適化処理に対して変更が必要となる。

図９は、コンタクトホールの面積が小さい場合に観測されるＳＥＭ画像の一例を示している。図９（ａ）に示すように、この場合はＳＥＭ画像がほぼ円形に近く表示される。なお、図９（ａ）から図９（ｃ）では、図の左上側のコーナーに対してＲＯＩを設定するものとし、エッジラフネスは対象となる箇所にのみ表示している。

図９（ａ）に示すようなＲＯＩ８１が設定されたとき、ＲＯＩ再配置のための平均化処理を行うと、図９（ｂ）に示すようにＲＯＩ８１は再配置されてＲＯＩ８２の位置に移動され、不適切な配置になってしまう。これは、コーナー部分のエッジ位置も平均化処理のデータとして含ませたためである。

そこで、図９（ａ）に示すようにパターンの面積が小さい場合は、ＲＯＩ８１と交差する点（Ｅ３，Ｅ４）を中心に所定範囲でエッジ位置を抽出する際、エッジ位置座標が所定の値（閾値）を超える値が連続して検出されるときには平均化処理の対象とはしないようにする。

図９（ｄ）は、パターンの面積が小さい場合に、ＲＯＩの角とパターンの辺とが交差する位置を点Ｎ９としたときの、平均化処理のための所定の範囲Ｄ２と閾値Ｔ１との関係を示した図である。この図９（ｄ）に示すように、所定の範囲Ｄ２のうち、点Ｎ９から点Ｎ７に向かってエッジ位置を検出すると、点Ｎ７以降は連続して閾値Ｔ１から外れることになる。このような場合、ＲＯＩのＹ座標の値がＤ２の範囲で、ＲＯＩのパターンエッジに沿った辺から外側に垂直方向の距離が最大のＹ座標の値（Ｎ９）と一致するようにする。コーナーをはさんだ反対側のＲＯＩの角の位置に対しても同様に、ＲＯＩのパターンエッジに沿った辺から外側に垂直方向の距離が最大のＸ座標の値と一致するように調整する。

図９（ａ）に対しては、図９（ｃ）に示すように、ＲＯＩがパターンのＳＥＭ画像と外接するように再配置する。すなわち、パターンのＳＥＭ画像の最大の位置（Ｎ５，Ｎ６）にＲＯＩ８２の角が合うように配置する。

また、エッジ位置座標が閾値を超える値が連続して生じるとき、閾値を超えない範囲における平均値を算出してＲＯＩの角が合うように再配置するようにしてもよい。例えば、図９（ｄ）では、点Ｎ７から点Ｎ８の範囲で座標位置の平均値を算出するようにする。

図１０は、別の特殊な場合のパターンの例を示している。図１０（ａ）は、凹形状のコーナー９５と凸形状のコーナー９６が連続して形成されるパターンの例を示している。この場合、図１０のようにＲＯＩ９１を設定すると、点Ｇ及び点Ｈを中心に所定の範囲で位置座標の平均値をとって、その平均値に合うようにＲＯＩを再配置する。このとき、コーナー９５付近の部分も平均値の算出範囲に入るため、適切なＲＯＩの再配置がされない場合がある。

また、図９で説明したように、エッジ位置座標が所定の値（閾値）を超える値が連続して生じる場合の処理を適用すると、その最大位置をＲＯＩの角が合うように処理をしてＲＯＩ９２に再配置されてしまい、ロス面積が大きくなり適切ではない。

よって、このようにパターンのエッジ位置から連続するコーナーのパターンが凹形状のコーナーと凸形状のコーナーが連続する形状であると判定されたときには、平均値をとる範囲をＲＯＩの角（Ｇ，Ｈ）からＲＯＩの範囲内だけにするようにして、平均化処理を行うようにする。

以上説明したように、本実施形態のパターン計測装置及びパターン計測方法によれば、パターンのコーナーラウンディングを計測する際に設定されるＲＯＩ（計測指定領域）に対して、所定の範囲でのエッジ位置を検出し、そのエッジ位置に応じてＲＯＩを調整するようにしている。例えば、ＲＯＩの角とパターンの辺とが交差する点を中心とした所定範囲のエッジ位置の平均値を算出し、その平均値の位置にＲＯＩの角を合わせるようにＲＯＩを移動させるようにしている。

また、パターンの大きさが小さく、ＳＥＭ画像がほぼ円形になる場合には、設定したＲＯＩの角の位置を中心とした所定範囲は、直線部分が短くなってしまう。このような場合には、ＲＯＩのパターンのエッジに沿った辺から外側に垂直方向の距離が最大の位置にＲＯＩの角が合うように再配置している。これにより、パターンのＳＥＭ画像に現れるエッジラフネスの影響を小さくすることができ、ロス面積やロス率等のコーナーラウンディングの計測精度を向上させることが可能になる。

なお、本願発明者の実験によると、ロス面積の計測精度は、ＲＯＩの位置を最適再配置しない場合に比較して５０％程度向上したことを確認している。

Claims (10)

1. 電子ビームを試料上に照射する照射手段と、
   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検出する電子検出手段と、
   前記電子量を基に当該パターンのＳＥＭ画像を生成する画像処理手段と、
   前記パターンのコーナー部のロス率を算出する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、
   前記ＳＥＭ画像のうちの計測対象部分を指定する矩形状の計測指定領域を取得し、
   該計測指定領域を、その対角方向の２つの角が前記ＳＥＭ画像のパターンのコーナー部を挟み、且つ前記２つの角が前記パターンの辺と接するように配置した後、
   前記計測指定領域の角と前記パターンの辺とが交差する位置を中心に所定の範囲で前記パターンのエッジ位置を検出し、
   検出した前記エッジ位置の平均位置を算出し、
   前記エッジ位置の平均位置と前記計測指定領域の角とが一致するように前記計測指定領域を移動させることを特徴とするパターン計測装置。
2. 前記制御手段は、前記所定の範囲のエッジにおいて、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して存在するとき、前記所定の範囲内のエッジの座標位置のうち前記計測指定領域のパターンのエッジに沿った辺から外側に垂直方向の距離が最大の位置にあるエッジの座標位置に、前記角を合わせるように前記計測指定領域を移動させることを特徴とする請求項１に記載のパターン計測装置。
3. 前記制御手段は、前記所定の範囲内のエッジにおいて、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して存在するとき、前記エッジの座標位置が前記所定の閾値の範囲を超えない部分での前記エッジ位置の平均位置を求め、前記エッジ位置の平均位置に前記角を合わせるように前記計測指定領域を移動させることを特徴とする請求項１に記載のパターン計測装置。
4. 前記制御手段は、パターンが凹形状のコーナーと凸形状のコーナーの連続する形状であると判定したとき、前記エッジ位置の平均位置を取得する範囲を前記計測指定領域内の範囲に限定することを特徴とする請求項１に記載のパターン計測装置。
5. 前記所定の範囲は、前記計測指定領域の角と前記パターンの辺とが交差する位置を中心に前記計測指定領域の一辺の長さの１／２の長さであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパターン計測装置。
6. 電子ビームを試料上に照射する照射手段と、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検出する電子検出手段と、前記電子量を基に当該パターンのＳＥＭ画像を生成する画像処理手段と、を備えたパターン計測装置におけるパターン計測方法であって、
   前記ＳＥＭ画像のうちの計測対象部分を指定する矩形状の計測指定領域を取得するステップと、
   前記計測指定領域を、その対角方向の２つの角が前記ＳＥＭ画像のパターンのコーナー部を挟み、且つ前記２つの角が前記パターンの辺と接するように配置するステップと、
   前記計測指定領域の角と前記パターンの辺とが交差する位置を中心に所定の範囲で前記パターンのエッジ位置を検出するステップと、
   検出した前記エッジ位置の平均位置を算出するステップと、
   前記パターンのエッジ位置の平均位置と前記計測指定領域の角とが一致するように前記計測指定領域を移動させるステップと、
   を有することを特徴とするパターン計測方法。
7. 前記計測指定領域を移動させるステップは、
   前記所定の範囲のエッジにおいて、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して検出されるか否かを判定するステップと、
   前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して検出されると判定されたとき、前記所定の範囲のエッジの座標位置うち前記計測指定領域のパターンのエッジに沿った辺から外側に垂直方向の距離が最大の位置にあるエッジの座標位置に、前記角を合わせるように前記計測指定領域を移動させるステップと、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のパターン計測方法。
8. 前記計測指定領域を移動させるステップは、
   前記所定の範囲のエッジにおいて、前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して検出されるか否かを判定するステップと、
   前記エッジの座標位置が所定の閾値の範囲から外れた部分が連続して検出されると判定されたとき、前記エッジの座標位置が前記所定の閾値の範囲を超えない部分での前記エッジ位置の平均位置を求め、前記エッジ位置の平均位置に前記角を合わせるように前記計測指定領域を移動させるステップと、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のパターン計測方法。
9. 前記計測指定領域を移動させるステップは、
   連続するコーナーの形状を判定するステップと、
   前記連続するコーナーのパターンが凹形状のコーナーと凸形状のコーナーの連続する形状であると判定したとき、前記エッジ位置の平均位置を取得する範囲を前記計測指定領域内の範囲に限定するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のパターン計測方法。
10. 前記所定の範囲は、前記計測指定領域の角と前記パターンの辺とが交差する位置を中心に前記計測指定領域の一辺の長さの１／２の長さであることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のパターン計測方法。

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