JP5452270B2 - Dimensional measuring apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same - Google Patents

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Description

本発明は、寸法計測装置を用いて計測した微細な構造物の寸法を解析するプログラムに関し、ことに寸法に空間的変動がある場合に変動を特徴付ける統計量を精度良く抽出することのできる寸法解析プログラム、および同プログラムを搭載した寸法計測装置に関する。本発明はさらに、素子の寸法を高精度に制御することにより高性能な半導体装置を効率よく製造する方法に関する。   The present invention relates to a program for analyzing the dimensions of a minute structure measured using a dimension measuring apparatus, and in particular, a dimension analysis that can accurately extract statistics that characterize variations when there are spatial variations in dimensions. The present invention relates to a program and a dimension measuring apparatus equipped with the program. The present invention further relates to a method for efficiently manufacturing a high-performance semiconductor device by controlling the dimensions of elements with high accuracy.

金属−絶縁体−半導体(MIS)型トランジスタの微細化に伴いその特性バラツキが増大する結果、回路動作に支障をきたす確率が高くなってきた。このため、MISトランジスタ特性のバラツキを正確に把握する必要がある。MISトランジスタの特性、特にしきい値電圧は能動領域(以下、チャネルと称す)において電荷の流れる方向に測ったゲート電極の長さ(以下、ゲート長と称す)に依存する。同ゲート長は電荷の流れる方向と垂直な方向(チャネル幅方向)に分布していることが知られており、この現象は通常LWR(line width roughness)と呼ばれる。MISトランジスタ特性は主にゲート長をチャネル幅方向に平均した値Lgに依存するが、それ以外にゲート長の分散(もしくは標準偏差),チャネル幅WgおよびLWRの相関距離ζにも依存する。この点に関しては、例えばルーニセン(Leunissen)等によるプロシーディングズ・オブ・エスピーアイイー、第5752巻(2005年)、第499頁ないし第509頁に詳しい。 With the miniaturization of metal-insulator-semiconductor (MIS) transistors, the variation in their characteristics increases, and as a result, the probability of hindering circuit operation has increased. For this reason, it is necessary to accurately grasp the variation in the MIS transistor characteristics. The characteristics of the MIS transistor, in particular the threshold voltage, depends on the length of the gate electrode (hereinafter referred to as the gate length) measured in the charge flowing direction in the active region (hereinafter referred to as the channel). It is known that the gate length is distributed in a direction (channel width direction) perpendicular to the direction of charge flow, and this phenomenon is usually called LWR (line width roughness). The MIS transistor characteristics mainly depend on the value L g obtained by averaging the gate length in the channel width direction, but also depend on the gate length variance (or standard deviation), the channel width W g and the correlation distance ζ of the LWR. . This point is described in detail in, for example, Proceedings of SPII by Leunissen et al., Vol. 5752 (2005), pages 499 to 509.

上記したLgおよびゲート長の分散に関しては関連業界が協力して測定方法の標準化が行われ、セミ・P47−0307「テスト・メソッド・フォー・エバリュエーション・オブ・ラインエッジ・ラフネス・アンド・ラインウィドス・ラフネス」として規格化された。同規格はCD−SEMと呼ばれる走査型電子顕微鏡を用いて所定(2μm)以上の長さを有する配線の幅(ゲート長に相当)を所定の間隔(10nm以下)で測定し、その平均値と標準偏差により配線幅の分布を把握するというものである。 With regard to the dispersion of L g and gate length described above, standardization of the measurement method was carried out in cooperation with the related industries, and Semi-P47-0307 “Test Method for Evaluation of Line Edge Roughness and Line Wids”・ Standardized as "Roughness". The standard uses a scanning electron microscope called CD-SEM to measure the width (corresponding to the gate length) of a wiring having a length of a predetermined (2 μm) or more at a predetermined interval (10 nm or less), The distribution of the wiring width is grasped by the standard deviation.

他方、相関距離ξに関しては、配線幅の測定結果を元に自己相関関数を求め、距離の指数関数を用いて相関距離を決定する方法が用いられて来た。これについては、例えばコンスタンツーディス(Constantoudis)等によるプロシーディングズ・オブ・エスピーアイイー、第5375巻(2004年)、第967頁ないし第977頁に詳しい。また、配線幅の空間的変動のスペクトルを波数のべき関数と比較することにより求める方法もある。この方法も上記コンスタンツーディス等による文献に記載されている。   On the other hand, with respect to the correlation distance ξ, a method has been used in which an autocorrelation function is obtained based on the measurement result of the wiring width and the correlation distance is determined using an exponential function of distance. This is described in detail in, for example, Proceedings of SPII, Constantoudis, Vol. 5375 (2004), pages 967 to 977. There is also a method for obtaining the spatial variation spectrum of the wiring width by comparing it with a power function of the wave number. This method is also described in the above-mentioned literature by Constant Two Dis.

さらに、上記したセミ規格が必要とする2μmの領域を測定する上で、2μm以上の長さを有する配線を形成しておく必要のあることは言うまでもないが、これを配線幅方向と配線長方向とで異なる倍率の下で観察することのできるCD−SEMを必要とすることが多い。しかしながら、半導体装置を実際に生産する現場において、常にこれら条件を満たすことができる訳でない。このため、上記条件を満たすことができない場合に対応すべく、複数の測定結果をつなぎ合わせることにより仮想的に長い配線を構築し、その配線幅の分布から平均値および標準偏差を求める方法が提案されている。これをパッチワーク法と呼ぶことがあり、詳細は例えばヤマグチ(Yamaguchi)等によるジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス、第7B巻(2005年)、第5575頁ないし第5580頁に記載されている。   Furthermore, it goes without saying that it is necessary to form a wiring having a length of 2 μm or more in measuring the 2 μm area required by the above-mentioned semi-standard. Often require CD-SEMs that can be observed under different magnifications. However, it is not always possible to satisfy these conditions at a site where semiconductor devices are actually produced. For this reason, in order to cope with the case where the above conditions cannot be met, a method is proposed in which a long wiring is virtually constructed by connecting a plurality of measurement results, and the average value and standard deviation are obtained from the distribution of the wiring width. Has been. This may be referred to as a patchwork method, and details are described in, for example, Japanese Journal of Applied Physics, Yamaguchi et al., Volume 7B (2005), pages 5575 to 5580. .

プロシーディングズ・オブ・エスピーアイイー、第5752巻(2005年)、第499頁ないし第509頁Proceedings of SPII, Vol. 5752 (2005), pages 499 to 509 セミ・P47−0307「テスト・メソッド・フォー・エバリュエーション・オブ・ラインエッジ・ラフネス・アンド・ラインウィドス・ラフネス」Semi-P47-0307 "Test Method for Evaluation of Line Edge Roughness and Line Widow Roughness" プロシーディングズ・オブ・エスピーアイイー、第5375巻(2004年)、第967頁ないし第977頁Proceedings of SPII, 5375 (2004), pages 967 to 977 ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス、第7B巻(2005年)、第5575頁ないし第5580頁Japanese Journal of Applied Physics, Volume 7B (2005), pages 5575 to 5580

従来の方法を用いて相関距離もしくは分散を求める際の問題点について説明する。自己相関関数を用いる方法とスペクトルを用いる方法のいずれの場合においても、実際に測定して得られた結果(自己相関関数もしくはスペクトル)と計算により得られた結果とが一致するように計算に用いる相関距離と分散を調整することにより測定対象の相関距離および分散を決定している。測定は例えば上記セミ・P47−0307に記述されているように、有限の領域において所定の間隔で行うのが普通である。このため、自己相関関数もしくはスペクトルを計算により求める際にも実際の測定の場合と同じ領域と間隔を想定する必要がある。このうち、スペクトルに関しては本発明者等がジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス、第106巻(2009年)、第xxxx−1頁ないし第xxxx−8頁において実際の測定条件に則して計算する方法を報告している。しかしながら、パッチワーク法を用いた場合においては、自己相関関数もしくはスペクトルがどのようなものになるか理論的に解明されていないので、相関距離の解析を行うことができないという問題があった。   Problems in obtaining the correlation distance or variance using the conventional method will be described. In both cases, the method using autocorrelation function and the method using spectrum are used for calculation so that the result (autocorrelation function or spectrum) obtained by actual measurement matches the result obtained by calculation. The correlation distance and variance of the measurement object are determined by adjusting the correlation distance and variance. For example, the measurement is usually performed at a predetermined interval in a finite area as described in Semi-P47-0307. For this reason, when calculating the autocorrelation function or spectrum by calculation, it is necessary to assume the same region and interval as in the actual measurement. Of these, the spectrum is calculated by the present inventors in accordance with actual measurement conditions in Journal of Applied Physics, Vol. 106 (2009), pages xxx-1 to xxx-8. Has been reported. However, when the patchwork method is used, there is a problem that the correlation distance cannot be analyzed because the autocorrelation function or spectrum is not theoretically elucidated.

従来の方法にはさらに次のような問題もある。スペクトルを求める際、理想的には測定を無限回にわたり行いその結果を平均する必要がある。しかし、実際に測定できる回数には限りがある。その回数が少ない場合においては、スペクトルに生ずるジャギーとよばれるギザギザが大きくなり解析の障害となる。パッチワーク法においては、この問題が深刻なものとなる。すなわち、n個の配線(その長さをLとする)を結合して仮想的に1個の長い配線(長さnLとなる)を形成する場合においては、形成することのできる仮想的長配線の数が元の配線(以下、要素配線と称す)の数の1/nへと減少し、その結果ジャギーが顕著に増加するという問題がある。   The conventional method also has the following problems. When obtaining a spectrum, it is ideally necessary to take measurements infinitely and average the results. However, the actual number of measurements is limited. When the number of times is small, the jaggedness called jaggy generated in the spectrum becomes large, which is an obstacle to analysis. In the patchwork method, this problem becomes serious. That is, in the case where n wirings (whose length is L) are combined to form one virtually long wiring (having a length nL), a virtual long wiring that can be formed. Is reduced to 1 / n of the number of original wirings (hereinafter referred to as element wirings), and as a result, there is a problem that jaggy increases remarkably.

上記パッチワーク法の問題を解決するために本発明においては、要素配線を結合して仮想的長配線を形成する際に、要素配線の空間配置の順序を乱数により完全に乱した上で結合する。このようにすると、配線幅の相関関数が距離の指数関数である場合においては、結合した仮想的長配線のスペクトルIAS,τを理論的に次式により表すことができることを本発明者等は見出した。 In order to solve the problem of the patchwork method, in the present invention, when the element wirings are combined to form a virtual long wiring, the spatial arrangement order of the element wirings is completely disturbed by random numbers and combined. . In this way, when the correlation function of the wiring width is an exponential function of distance, the inventors of the present invention can theoretically express the spectrum IAS, τ of the combined virtual long wiring by the following equation. I found it.

Figure 0005452270

ここで、
Figure 0005452270

here,

Figure 0005452270

であり、τは1からnNまでの値をとる。要素配線はy方向に延伸するとした。
Figure 0005452270

Τ takes a value from 1 to nN. The element wiring is assumed to extend in the y direction.

なお、自己相関関数が指数関数でない場合においては、これをφ(y)とすれば(1)式にかわり次式により仮想的長配線のスペクトルを求めることができる。   When the autocorrelation function is not an exponential function, if this is φ (y), the spectrum of the virtual long wiring can be obtained by the following equation instead of the equation (1).

Figure 0005452270

なお、上記(1)式および(3)式により表されるIAS,τをkτの関数として見た場合、その関数形は要素配線を結合しない場合の結果と等しい。ただし、要素配線の場合においてはkτがK0≡2π/L=nk0の整数倍である値のみをとるのに対し、仮想的長配線の場合においてはそれ以外にk0の整数倍の値もとる。この結果のみからは、仮想的長配線のスペクトルが結合しない場合のスペクトルを内挿したものであるかのように推測しがちである。しかし、同推測が常に正しいとは限らないことを後述する。なお、(1)式右辺により仮想的長配線のIAS,τを求めるに際しては、nNをNに代入するのでなくNをそのままにして計算することに注意が必要である。
Figure 0005452270

In addition, when IAS, τ represented by the above equations (1) and (3) is viewed as a function of , the function form is equal to the result when element wiring is not coupled. However, in the case of element wiring, k τ takes only a value that is an integer multiple of K 0 ≡2π / L = nk 0 , whereas in the case of a virtual long wiring, it is an integer multiple of k 0 other than that. Take value. From this result alone, it tends to be inferred as if the spectrum when the spectrum of the virtual long wiring is not combined is interpolated. However, it will be described later that the assumption is not always correct. Note that when calculating IAS , τ of the virtual long wiring from the right side of the equation (1), care should be taken not to substitute nN for N but to calculate NAS as it is.

実測結果からスペクトルを求めるに際しては、スペクトルのジャギーを低減するために同一条件の下で形成した配線を可能な限り多数測定するのが望ましいのは言うまでもない。さらに、要素配線を結合することにより仮想的長配線を構成する際、異なる仮想的長配線の間で同一の要素配線を共有する場合が生ずることを本発明においては許容する。その結果、形成することのできる仮想的長配線の数に限りがほぼなくなり平均操作の回数を飛躍的に増加させることができるので、スペクトルのジャギーを大きく低減することができる。なお、要素配線には長い配線の一部を仮想的に切り出したものを用いても良い。また、隣接して形成された配線から仮想的に切り出したものを用いても良いが、並列して多数形成された配線のうち端に近いものにおいては寸法分布が中央付近のものの寸法分布と異なる場合があるので注意が必要である。   Needless to say, when obtaining a spectrum from the actual measurement result, it is desirable to measure as many wirings as possible under the same conditions in order to reduce spectrum jaggies. Furthermore, when configuring a virtual long wiring by combining element wiring, the present invention allows the same element wiring to be shared between different virtual long wirings. As a result, the number of virtual long wirings that can be formed is almost unlimited, and the number of average operations can be dramatically increased, so that spectrum jaggies can be greatly reduced. The element wiring may be a part of a long wiring virtually cut out. In addition, it is possible to use what is virtually cut out from the wiring formed adjacently, but among the wirings formed in parallel, the one near the end has a dimensional distribution different from the one near the center. Care must be taken as there are cases.

以下、本発明の上記手段の有効性を検証するために行った検討結果について説明する。まず、上記(1)式の妥当性を検証するために、モンテカルロ法を用いて計算により模擬的に形成した要素配線を用いて形成した仮想的長配線のスペクトルと(1)式を用いて計算したスペクトルとを比較した結果の一例を図1(a)に示す。同図(b)は同図(a)において長方形により囲まれた部分を拡大したものである。同図には、長さ2000nmの要素配線を順不同で20個結合させた仮想的長配線の幅を10nmの間隔で測定した場合に得られるスペクトルを示しており、白丸がモンテカルロ法による結果を、黒丸が(1)式により計算した結果を示す。なお、モンテカルロ法による結果は、524個作成した要素配線の共有を許容しながら仮想的長配線を4000個形成し、これらから得たスペクトルを平均した結果である。両者が極めて良く一致するところから、(1)式が妥当なものであることのみならず、本発明者等が行ったモンテカルロ法を用いた計算も妥当なものであることが確認できる。参考までに同図には無限に広がる領域において無限小の間隔で測定した場合に得られるスペクトル(以下、連続スペクトルと称す)を実線で示してある。同連続スペクトルに従い変動する配線幅を有限の間隔で測定することにより、スペクトルがk=nNk0/2で表わされる直線を軸として線対称なものへと変形することが見て取れる。ここで、nおよびNが偶数であるとした(以下同様)。このような変形はエイリアシングと呼ばれる現象により生ずることが知られている。上記図から、有限の間隔で測定することにより求めたスペクトルが上記対称軸付近およびそれ以上の波数に対して本来のスペクトルから大きく乖離することが分る。これらは、結合していない要素配線のスペクトルにおいても生ずる現象である。他方、本来のスペクトルには存在しない周期的変動が存在しており、これは仮想的長配線のみに見られる特徴である。したがって、寸法変動の分散および相関距離を適切に求めるためには、測定条件に即して(1)式によりスペクトルを計算し測定により求めたスペクトルと比較することが重要である。 In the following, the results of studies conducted to verify the effectiveness of the above means of the present invention will be described. First, in order to verify the validity of the above equation (1), calculation is performed using the spectrum of the virtual long wiring formed by using the element wiring formed by simulation using the Monte Carlo method and the equation (1). FIG. 1A shows an example of the result of comparison with the spectrum obtained. FIG. 4B is an enlarged view of a portion surrounded by a rectangle in FIG. In the figure, a spectrum obtained when the width of a virtual long wiring in which 20 element wirings having a length of 2000 nm are connected in random order is measured at an interval of 10 nm is shown, and the white circle indicates the result by the Monte Carlo method. A black circle shows the result calculated by the equation (1). In addition, the result by the Monte Carlo method is a result of forming 4000 virtual long wirings while allowing sharing of 524 created element wirings, and averaging spectra obtained therefrom. Since both agree well, it can be confirmed that not only the expression (1) is valid, but also the calculation using the Monte Carlo method performed by the present inventors is also valid. For reference, in the figure, a spectrum (hereinafter referred to as a continuous spectrum) obtained when measurement is performed at infinitely small intervals in an infinitely wide area is shown by a solid line. By measuring the line width that varies in accordance with the continuous spectrum in finite intervals, it is seen that the spectrum is deformed into axially symmetrical ones a straight line expressed by k = nNk 0/2 as an axis. Here, n and N are assumed to be even numbers (the same applies hereinafter). It is known that such deformation is caused by a phenomenon called aliasing. From the above figure, it can be seen that the spectrum obtained by measuring at a finite interval deviates greatly from the original spectrum for wave numbers near and above the symmetry axis. These are phenomena that also occur in the spectrum of unconnected element wirings. On the other hand, there is a periodic variation that does not exist in the original spectrum, which is a feature that can be seen only in the virtual long wiring. Therefore, in order to appropriately determine the dispersion of dimensional variation and the correlation distance, it is important to calculate the spectrum according to equation (1) in accordance with the measurement conditions and compare it with the spectrum obtained by measurement.

ついで、スペクトルを平均することの効果について調べた結果について述べる。スペクトルの平均によりジャギーが減少することは、例えばバンデイ(Bunday)等がプロシーディングズ・オブ・エスピーアイイー、第5375巻(2004年)、第515頁ないし第533頁において報告している。しかし、同報告を含め公知の例における平均効果の検討は定性的であり、要素配線を結合した仮想的長配線のジャギーの検討に対してはほとんど参考とならなかった。そこで、先ず、結合を行っていない要素配線のスペクトルの平均効果について検討した。その結果の一例を図2に示す。ここでは、上記したモンテカルロ法を用いた計算により作成した5240個の配線のスペクトルを求めこれらの一部を平均して得たスペクトルJτと(1)式においてn=1として解析的に計算したスペクトルIτとの差εを上記平均回数NPSDの関数として示した。配線の長さは2000nm、LWRの相関距離は30nm、想定した測定間隔は10nmである。なお、εは次式により計算した。 Next, the results of examining the effect of averaging the spectrum will be described. The decrease in jaggies due to spectrum averaging is reported, for example, by Bunday et al. In Proceedings of SPAI, Vol. 5375 (2004), pages 515 to 533. However, the examination of the average effect in the known examples including the report is qualitative, and it has hardly been used as a reference for the examination of the jaggy of the virtual long wiring in which the element wiring is combined. Therefore, first, the average effect of the spectrum of the element wirings that are not coupled was examined. An example of the result is shown in FIG. Here, the spectrum of 5240 wirings created by the calculation using the Monte Carlo method described above is obtained, and the spectrum J τ obtained by averaging some of these is calculated analytically with n = 1 in the equation (1). The difference ε from the spectrum I τ is shown as a function of the average number N PSD . The wiring length is 2000 nm, the LWR correlation distance is 30 nm, and the assumed measurement interval is 10 nm. Ε was calculated by the following formula.

Figure 0005452270

同図から、平均回数とともにモンテカルロ法によるスペクトルが解析的結果に漸近するので、平均操作がスペクトルのジャギー低減に効果を発揮することが理論的かつ定量的に確認できる。また、同図はジャギーを所望の水準に留めるのに必要な平均回数を求める上でも有用である。図3は、要素配線を5個結合して形成した仮想的長配線のスペクトルのジャギーについて、図2と同様モンテカルロ法により検討した結果である。ここで、要素配線の長さは2000nm、LWRの相関距離は3000nm、想定した測定間隔は10nmであり、要素配線の総数Nfは20個(中白の丸)および200個(中黒の丸)とした。仮想的長配線の間で要素配線の重複を許容しない場合においては形成することのできる仮想的長配線の数はそれぞれ4個と40個であるが、同図においては重複を許容しているので仮想的長配線をほぼ無数に形成することができる。同図から、スペクトルを平均する回数が重複を許容しない場合の上限を超えても誤差がさらに減少するので、重複を許容することがジャギー低減に有効であることが分る。誤差の減少はやがて止まるが、到達した最小値は要素配線の数の多い方が小さい。なお、スペクトルの平均回数が要素配線の数の概ね5倍を超えるとジャギー低減効果が飽和する。図4には、仮想的長配線を構成する要素配線の数が20個である場合の結果を示す。図3と図4を比較すると、結合する要素配線の数が異なる場合においてもスペクトルの誤差はスペクトルを平均する回数によりほぼ決定されることが分る。この結果は、スペクトルのジャギー低減という観点からは結合する要素配線の数を制限する必要のないことを示している。上記平均効果を実際にスペクトルにより確認するために、上記図3と図4を求める際に計算したスペクトルの例を図5に示す。同図(a)と(b)においては、要素配線の総数が20、その結合数も同じ20である。(a)においては平均回数が1であるので、要素配線の重複を許容しない場合に対応する。これに対して、(b)は重複を許容して2000回平均した結果である。(b)において形成した2000個の仮想的長配線においては、これらを構成する要素配線は全て同じであり、要素配線を結合する順序のみが異なる。それにもかかわらず(b)のスペクトルのジャギーが(a)のスペクトルのジャギーよりも小さいことが明瞭に見て取れる。また、図5(c)は、(b)における要素配線の総数を200個へと増加させた場合の結果である。(b)と(c)とでは平均回数が同じであるが、要素配線の総数が大きい(c)の方がスペクトルのジャギーが小さくなっている。なお、上記説明においてスペクトルを平均する際には、通常、配線幅のフーリエ変換の絶対値の二乗を波数毎に平均する。このため、「スペクトルを平均する」ことは「フーリエ変換の絶対値の二乗を平均する」ことと等価であることは言うまでもない。
Figure 0005452270

Since the spectrum by the Monte Carlo method asymptotically approaches the analytical result together with the average number, it can be confirmed theoretically and quantitatively that the average operation is effective in reducing the spectrum jaggies. This figure is also useful for obtaining the average number of times required to keep jaggy at a desired level. FIG. 3 shows the result of examining the spectrum jaggy of a virtual long wiring formed by combining five element wirings by the Monte Carlo method as in FIG. Here, the length of the element wiring is 2000 nm, the LWR correlation distance is 3000 nm, the assumed measurement interval is 10 nm, and the total number N f of the element wiring is 20 (inner white circle) and 200 (inner black circle). ). The number of virtual long wirings that can be formed is 4 and 40, respectively, in the case where the overlapping of element wirings is not allowed between the virtual long wirings. A virtually unlimited number of virtual long wires can be formed. From the figure, it can be seen that the error is further reduced even if the number of times of averaging the spectrum exceeds the upper limit when the overlap is not allowed, so that it is effective to reduce the jaggy. The reduction in error will eventually stop, but the minimum value reached is smaller when the number of element wirings is larger. When the average number of spectrums exceeds approximately five times the number of element wirings, the jaggy reduction effect is saturated. FIG. 4 shows a result when the number of element wirings constituting the virtual long wiring is 20. Comparing FIG. 3 and FIG. 4, it can be seen that the spectrum error is almost determined by the number of times the spectrum is averaged even when the number of coupled element wirings is different. This result indicates that it is not necessary to limit the number of element wirings to be combined from the viewpoint of reducing spectrum jaggy. FIG. 5 shows an example of a spectrum calculated when obtaining FIG. 3 and FIG. 4 in order to actually confirm the average effect by the spectrum. In FIGS. 2A and 2B, the total number of element wirings is 20, and the number of connections is also the same. In (a), since the average number is 1, this corresponds to a case where duplication of element wiring is not allowed. On the other hand, (b) shows the result of averaging 2000 times while allowing overlap. In the 2000 virtual long wirings formed in (b), the element wirings constituting these are all the same, and only the order of coupling the element wirings is different. Nevertheless, it can be clearly seen that the spectrum jaggy of (b) is smaller than the spectrum jaggy of (a). FIG. 5C shows the result when the total number of element wirings in FIG. 5B is increased to 200. In (b) and (c), the average number of times is the same, but in the case of (c) where the total number of element wirings is larger, the spectrum jaggy is smaller. In addition, when averaging a spectrum in the said description, the square of the absolute value of the Fourier transform of wiring width is normally averaged for every wave number. Therefore, it goes without saying that “averaging the spectrum” is equivalent to “averaging the square of the absolute value of the Fourier transform”.

LWRの統計量を求める上で結合する要素配線の数nを適切な値に設定する必要があることを以下に説明する。図6は、長さ2000nmの配線の幅を10nmの間隔で測定する場合に得られるスペクトルをvar(w)/ξにより規格化した結果を示す。ここでは、相関距離が1000nm,2000nmおよび3000nmである場合の結果が示してある。このように規格化すると相関距離の値が異なっていてもスペクトルがほぼ一致する場合のあることが分る。この時、ξ=1000nm、c(13)を定数として分散がvar(w)、相関距離がξであるスペクトルと分散がcvar(w)、相関距離がcξであるスペクトルとの間で区別がつかないため、分散や相関距離を決定することができない。このような問題を解消するための方策の一つは波数の最小値が相関距離の逆数よりも小さくなるように要素配線の測長領域の長さLを設定することである。すなわち、L2πξとする必要がある。同条件を満たすことが常に可能であるとは限らないが、そのような場合においても上記配線を要素配線として結合すると先に示した図1のように、波数の小さい領域においてスペクトルに平坦な部分が出現する。同部分におけるスペクトルの最大値はIAS,1(τ=1)であり、nとともにI0に漸近する。ξの異なるI0をvar(w)/ξにより規格化した値は相互に異なるので、nを十分に大きくしIAS,1がI0にほぼ等しくなるようにすれば、波数の大きい領域とτ=1付近においてそれぞれスペクトルを比較することにより分散や相関距離を決定することが可能となる。nの値を適切に選択する参考とするために、図7に上記IAS,1とI0の比をnの関数として示す。ξ/Lが大きい程上記した比は小さいが、nが10以上であればξ/Lの値にかかわらず上記比がほぼ1となり、分散や相関関数を精度よく決定することができる。 It will be described below that it is necessary to set the number n of element wirings to be combined to an appropriate value in obtaining the LWR statistics. FIG. 6 shows a result of normalizing a spectrum obtained by measuring var (w) / ξ when a width of a 2000 nm long wiring is measured at intervals of 10 nm. Here, the results when the correlation distances are 1000 nm, 2000 nm, and 3000 nm are shown. When normalized in this way, it can be seen that even if the values of the correlation distances are different, the spectra may almost coincide. At this time, between ξ = 1000 nm, c (1 < c < 3) as a constant, the variance is var (w), the correlation distance is ξ, and the spectrum is the variance is cvar (w) and the correlation distance is cξ. Therefore, the variance and correlation distance cannot be determined. One of the measures for solving such a problem is to set the length L of the length measurement region of the element wiring so that the minimum value of the wave number is smaller than the reciprocal of the correlation distance. That is, it is necessary to satisfy L > 2πξ. Although it is not always possible to satisfy the same condition, even in such a case, if the above wiring is combined as an element wiring, a flat portion in the spectrum in a region having a small wave number as shown in FIG. Appears. The maximum value of the spectrum in this part is I AS, 1 (τ = 1), and asymptotically approaches I 0 together with n. Since values obtained by normalizing I 0 with different ξ by var (w) / ξ are different from each other, if n is made sufficiently large so that I AS, 1 is substantially equal to I 0 , a region having a large wave number is obtained. By comparing the spectra in the vicinity of τ = 1, it is possible to determine the variance and the correlation distance. For reference in appropriately selecting the value of n, FIG. 7 shows the ratio of I AS, 1 and I 0 as a function of n. The above-mentioned ratio is smaller as ξ / L is larger. However, when n is 10 or more, the ratio becomes almost 1 regardless of the value of ξ / L, and the dispersion and the correlation function can be determined with high accuracy.

本発明の寸法解析プログラムを用いれば、構造物の撮影画像を元に同構造物の寸法の平均値、分散,標準偏差,相関距離等の統計量を正確に抽出することが可能となる。また、同寸法解析プログラムを搭載した本発明の寸法計測装置を用いれば、構造物の撮影から寸法の諸統計量の抽出までを一貫して迅速かつ正確に把握することが可能となる。さらに、同寸法計測装置を工程管理に用いることを特徴とする本発明の製造方法を用いれば、半導体装置を構成する微細構造物の寸法精度が向上するので、半導体装置の製造歩留まりと品質が向上する。   By using the dimension analysis program of the present invention, it becomes possible to accurately extract statistics such as the average value, variance, standard deviation, correlation distance, etc. of the dimensions of the structure based on the captured image of the structure. Further, by using the dimension measuring apparatus of the present invention equipped with the same dimension analysis program, it is possible to consistently quickly and accurately grasp from the photographing of the structure to the extraction of various statistic quantities. Furthermore, if the manufacturing method of the present invention using the same dimension measuring device for process management is used, the dimensional accuracy of the fine structure constituting the semiconductor device is improved, so that the manufacturing yield and quality of the semiconductor device are improved. To do.

要素配線を結合した仮想的長配線のLWRのスペクトルを示す図。The figure which shows the spectrum of LWR of the virtual long wiring which couple | bonded element wiring. 複数の試料間で平均を行ったスペクトルにおけるジャギーの大きさを示す図。The figure which shows the magnitude | size of jaggy in the spectrum which averaged between the some samples. 要素配線を5個結合した仮想的長配線のLWRのスペクトルにおけるジャギーの大きさを示す図。The figure which shows the magnitude | size of jaggy in the spectrum of LWR of the virtual long wiring which connected five element wiring. 要素配線を20個結合した仮想的長配線のLWRのスペクトルにおけるジャギーの大きさを示す図。The figure which shows the magnitude | size of jaggy in the spectrum of LWR of the virtual long wiring which couple | bonded 20 element wiring. 要素配線の重複を許容して行った平均操作の効果を示す図。The figure which shows the effect of the average operation performed allowing duplication of element wiring. 相関距離の長いLWRのスペクトルを示す図。The figure which shows the spectrum of LWR with a long correlation distance. 最小波数に対するスペクトルの値を示す図。The figure which shows the value of the spectrum with respect to the minimum wave number. 本発明の第1の実施例により表示装置上に表示された第1の画面を示す図。The figure which shows the 1st screen displayed on the display apparatus by 1st Example of this invention. 特定の波数に対するスペクトルの値を示す図。The figure which shows the value of the spectrum with respect to a specific wave number. 本発明の第1の実施例により表示装置上に表示された第2の画面を示す図。The figure which shows the 2nd screen displayed on the display apparatus by 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例により表示装置上に表示された第3の画面を示す図。The figure which shows the 3rd screen displayed on the display apparatus by 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例により表示装置上に表示された第4の画面を示す図。The figure which shows the 4th screen displayed on the display apparatus by 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例により表示装置上に表示された第5の画面を示す図。The figure which shows the 5th screen displayed on the display apparatus by 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例により表示装置上に表示された画面の一例を示す図。The figure which shows an example of the screen displayed on the display apparatus by 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例により表示装置上に表示された第1の画面を示す図。The figure which shows the 1st screen displayed on the display apparatus by the 3rd Example of this invention. 本発明の第3の実施例により表示装置上に表示された第2の画面を示す図。The figure which shows the 2nd screen displayed on the display apparatus by the 3rd Example of this invention. 測定領域の長さが異なる要素配線を結合した仮想的長配線のスペクトルを示す図。The figure which shows the spectrum of the virtual long wiring which couple | bonded the element wiring from which the length of a measurement area | region differs. 本発明の第4の実施例を示す図。The figure which shows the 4th Example of this invention. 本発明の第5の実施例を示す図。The figure which shows the 5th Example of this invention. 本発明の第6の実施例を示す図。The figure which shows the 6th Example of this invention.

第1の実施例
図8は、本発明の寸法解析プログラムが稼働している最中に表示装置(モニタ)上に表示される画面の一例を示す。この例においては、「LWR−PR1−0002」に始まり「LWR−PR1−0904」に終わる偶数番号を名前の一部に有する452個の電子ファイル(以下、単にファイルと称す)が「/root/mnt/cd−meas/pr1」にて指定される電子フォルダ(以下、単にフォルダと称す)に格納されている。ファイル名はボックス1、および4ないし6に表示された内容により指定される。これらボックスに入力された内容からファイル名が指定される方法は自明であろう。また、フォルダ名はボックス3に入力された内容により指定される。ボックス3は、フォルダ名を入力する際の便を図るためのプルダウンメニューである。上記した各々のファイルにはホトレジストからなる細線をCD−SEMを用いて撮影し、その寸法(配線幅)を日立ハイテクノロジーズ社から販売されているターミナル・ピーシー(Terminal−PC)と呼ぶ画像処理ソフトウェアを用いて10nmの間隔で200回測定した結果が記録されている。これら測定条件は、それぞれボックス7と8に入力する。なお、これらボックス7と8の内容は測定条件を記録したファイルから自動的に読み取ることも可能である。
First Embodiment FIG. 8 shows an example of a screen displayed on a display device (monitor) while the dimensional analysis program of the present invention is operating. In this example, 452 electronic files (hereinafter simply referred to as files) having even numbers as part of their names beginning with “LWR-PR1-0002” and ending with “LWR-PR1-0904” are “/ root / It is stored in an electronic folder (hereinafter simply referred to as a folder) designated by “mnt / cd-meas / pr1”. The file name is specified by the contents displayed in boxes 1 and 4-6. It will be obvious how the file name is specified from the contents entered in these boxes. The folder name is specified by the contents entered in box 3. Box 3 is a pull-down menu for the convenience of inputting a folder name. Image processing software called Terminal PC (Terminal-PC) sold by Hitachi High-Technologies Co., Ltd., in which the above-mentioned files are obtained by photographing fine lines made of photoresist using a CD-SEM. The result of measuring 200 times at intervals of 10 nm using is recorded. These measurement conditions are entered in boxes 7 and 8, respectively. Note that the contents of these boxes 7 and 8 can be automatically read from the file in which the measurement conditions are recorded.

「Spectra」と記されたボタン23をクリックすると、上記したファイルから逐次データが読み込まれ解析が行われる。解析した結果の内、寸法の平均値はボックス11に、スペクトルはグラフ21(白丸)にそれぞれ表示される。なお、白丸で示したスペクトルは以下のようにして求める。まず、上記したファイルに記録されたデータを幅として有する要素配線をボックス9に入力された数だけ無作為に抽出した上で結合し仮想的長配線を形成しスペクトルを求める。その際、抽出した要素配線を結合する順序も無作為である。このようにして仮想的長配線のスペクトルをボックス10に入力された数だけ求めこれらを平均したものが白丸で示したスペクトルである。また、同グラフ21にはボックス12(LWRの第1成分における寸法の分散)と13(第1成分における寸法変動の相関距離)に入力された内容を用いて(1)式ないし(3)式により計算した第1成分のスペクトルIAS,τ,1st、ボックス14(LWRの第2成分における寸法の分散)と15(第2成分における寸法変動の相関距離)に入力された内容を用いて(1)式ないし(3)式により計算した第2成分のスペクトルIAS,τ,2ndおよび画像雑音に起因したスペクトルInoiseに相当する一定値(ボックス17の内容)を合算した結果(実線)も表示されている。ここで雑音に起因した成分として波数によらない一定値を加算したのは、雑音が一般的に白く(波数に依存せず一定である)かつ確率変数として独立しているためである。ボックス18には同雑音に起因した寸法の分散varnoiseが表示されている。上記Inoiseとvarnoiseとの間には次式に示す関係がある。 When the button 23 labeled “Spectra” is clicked, data is sequentially read from the above-described file and analyzed. Among the analyzed results, the average value of the dimensions is displayed in the box 11 and the spectrum is displayed in the graph 21 (white circle). The spectrum indicated by white circles is obtained as follows. First, element wirings having the data recorded in the above file as widths are randomly extracted by the number input in the box 9 and then combined to form a virtual long wiring to obtain a spectrum. At that time, the order of combining the extracted element wirings is also random. In this way, the spectrum of the virtual long wiring obtained by the number inputted in the box 10 and averaged is the spectrum indicated by white circles. In addition, the graph 21 uses the contents inputted in the boxes 12 (variance of dimensions in the first component of the LWR) and 13 (correlation distance of dimensional variations in the first component), and the expressions (1) to (3) are used. Using the contents inputted in the spectrum I AS, τ, 1st of the first component calculated in accordance with ( 1) , boxes 14 (size dispersion in the second component of the LWR) and 15 (correlation distance of size variation in the second component) ( Also, the result (solid line) of the sum of the second component spectrum I AS, τ, 2nd calculated by the formulas (1) to (3) and the constant value (the contents of the box 17) corresponding to the spectrum I noise caused by the image noise. It is displayed. The reason why the constant value independent of the wave number is added as a component caused by noise is that the noise is generally white (it is constant regardless of the wave number) and is independent as a random variable. The box 18 displays a variance var noise having a size caused by the noise . There is a relationship represented by the following equation between I noise and var noise .

Figure 0005452270

ラジオボタン19と20が選択されているので、画像雑音がないとして計算した結果(破線)および無限の大きさを有する領域を連続的に測定した場合に想定される結果(一点鎖線)もグラフ21には表示されている。なお、ボタン群22を適宜クリックすることによりグラフ21の座標軸の範囲を変更することが可能である。ボックス12ないし15、および17の内容の内の少なくとも一つが変更されるとこれら値を用いて再度計算が行われ、結果が即座に更新されるようになっている。これにより、上記ボックス12ないし15および17の内容を様々に変化させながら計算結果(実線)が実測結果(白丸)と一致する値を探索することにより、画像雑音の影響を受けることなく寸法変動をもたらす第1成分と第2成分の分散と相関距離を高精度に決定することができる。このようにして最適化された実線の結果は白丸の結果と良く一致しており、ホトレジスト細線の寸法変動がいずれも指数関数型の自己相関関数を有する二つの成分によりもたらされていることおよび本発明の(1)式がスペクトル解析に有効であることが確認できる。
Figure 0005452270

Since the radio buttons 19 and 20 are selected, the result calculated when there is no image noise (dashed line) and the result assumed when an area having an infinite size is continuously measured (dashed line) are also shown in the graph 21. Is displayed. Note that the range of the coordinate axes of the graph 21 can be changed by appropriately clicking the button group 22. When at least one of the contents of boxes 12 to 15 and 17 is changed, the calculation is performed again using these values, and the result is immediately updated. As a result, by changing the contents of the boxes 12 to 15 and 17 in various ways and searching for a value where the calculation result (solid line) matches the actual measurement result (white circle), the size variation can be reduced without being affected by image noise. It is possible to determine the dispersion and correlation distance of the first component and the second component to be provided with high accuracy. The results of the solid line optimized in this way are in good agreement with the results of the white circle, and that the dimensional variation of the photoresist fine line is both caused by two components having an exponential autocorrelation function and It can be confirmed that the expression (1) of the present invention is effective for spectrum analysis.

「Fit」と記されたボタン24をクリックすると、ボックス12ないし15および17に入力する内容を試行錯誤により最適化する上記作業を自動で行うことができる。この場合においても、自動により決定された内容を再度上記した手動的方法により修正することができるのは言うまでもない。自動による最適化作業は以下のようにして行われる。
(a)LWRの第1成分(相関距離の短い方の成分)が支配的である波数領域(ここでは、0.01cm-1ないし0.314cm-1)において、第2成分の存在を無視して(1)式ないし(3)式を用いて計算したスペクトルが実測結果と一致するように、第1成分の相関距離ξ1およびスペクトルの雑音成分Inoiseを決定する。波数領域の上限はエイリアシング効果による対称軸の座標nNk0/2に等しい。なお、後述するシステム変動の影響を除外するために、kmn=mnk0(m=0,1,…,N−1)である波数に対しては計算結果と実測結果との比較を行わない。ここでは同時に第1成分の分散varinit,1stも求めるが、これは下記(b)以降に述べる一連の計算における初期値となる。
(b)ξ1を(2)式に代入し、第1成分のスペクトルIτ,1stを規格化した

Figure 0005452270

を(1)式により計算する。ここで、var(w1)は第1成分の分散であるが、
Figure 0005452270

を求める上でその値は必要ない。
(c)第1成分のスペクトルを次式により計算する。
Figure 0005452270

(d)第2成分の相関距離ζ2の値を適当に仮定し、第2成分のスペクトルIτ,2ndを規格化した
Figure 0005452270

を(b)と同様にして計算する。ここでvar(w2)は第2成分の分散であるが、
Figure 0005452270

を計算する上でその値が必要でないのは
Figure 0005452270

の場合と同じである。
(e)第2成分の分散の暫定値varτ,2ndを次式により計算する。
Figure 0005452270

ここで、Imeas,τは実測結果から求めたスペクトルである。
(f)τ<nである波数kτに対して、これら暫定値varτ,2ndの平均varAV,2ndを計算する。(g)第2成分のスペクトルを次式により計算する。
Figure 0005452270

(h)和Iτ,ALL≡Iτ,1st+Iτ,2nd+Inoiseを求める。
(i)所定の波数領域においてIτ,ALLとImeas,τとが最も良く一致するように、(d)ないし(h)を反復しξ2を最適化する。その値をξtempor,2とする。ここでも(a)と同様、kmn=mnk0(m=0,1,…,N−1)である波数に対しては両者の比較を行わない。
(j)第1成分の分散の暫定値vartempor,1stを次式により計算する。
Figure 0005452270

(k)第1成分のスペクトルを次式により計算する。
Figure 0005452270

(l)上記(e)ないし(g)によりIτ,2ndを再度計算する。
(m)第1成分の分散の暫定値が変化しなくなるまで(j)ないし(l)を反復する。
(n)第1成分の分散の暫定値が変化しなくなるまで(d)から(m)を反復する。
(o)上記(n)によりvartempor,1stとξtempor,2が一定となるのみならず、varAV,2ndも一定となる。これら一定値がそれぞれボックス12,15および14に表示される。また、第1成分の相関距離とスペクトルの雑音成分は上記(a)により決定された値がそれぞれボックス13と17に表示される。 When the button 24 labeled “Fit” is clicked, the above-described operation of optimizing the contents to be input in the boxes 12 to 15 and 17 by trial and error can be automatically performed. Even in this case, it goes without saying that the automatically determined content can be corrected again by the manual method described above. The automatic optimization work is performed as follows.
(A) LWR first component (component of the shorter correlation distance) wavenumber region is dominant in (here, to not 0.01cm -1 0.314cm -1) in, ignoring the presence of the second component Then, the correlation distance ξ 1 of the first component and the noise component I noise of the spectrum are determined so that the spectrum calculated using the equations (1) to (3) matches the actual measurement result. The upper limit of the frequency domain is equal to the coordinate nnK 0/2 axis of symmetry due to aliasing effects. In order to exclude the influence of the system fluctuation described later, the calculation result is not compared with the actual measurement result for the wave number of k mn = mnk 0 (m = 0, 1,..., N−1). . Here, the variance var init, 1st of the first component is also obtained at the same time, and this is an initial value in a series of calculations described below from (b).
(B) Substituting ξ 1 into equation (2) to normalize the spectrum I τ, 1st of the first component
Figure 0005452270

Is calculated by equation (1). Where var (w 1 ) is the variance of the first component,
Figure 0005452270

The value is not necessary for obtaining.
(C) The spectrum of the first component is calculated by the following equation.
Figure 0005452270

(D) The value of the correlation distance ζ 2 of the second component is appropriately assumed, and the spectrum I τ, 2nd of the second component is normalized.
Figure 0005452270

Is calculated in the same manner as in (b). Where var (w 2 ) is the variance of the second component,
Figure 0005452270

The value is not necessary to calculate
Figure 0005452270

Is the same as
(E) The provisional value var τ, 2nd of the variance of the second component is calculated by the following equation.
Figure 0005452270

Here, I meas, τ is a spectrum obtained from an actual measurement result.
(F) The average var AV, 2nd of these provisional values var τ , 2nd is calculated for the wave number k τ where τ <n. (G) The spectrum of the second component is calculated by the following equation.
Figure 0005452270

(H) the sum I τ, ALL ≡I τ, 1st + I τ, seek 2nd + I noise.
(I) Repeat (d) to (h) to optimize ξ 2 so that I τ, ALL and I meas, τ are best matched in a predetermined wave number region. Let that value be ξ tempor, 2 . Again, as in (a), the comparison is not performed for the wave number where k mn = mnk 0 (m = 0, 1,..., N−1).
(J) The provisional value var tempor, 1st of the variance of the first component is calculated by the following equation.
Figure 0005452270

(K) The spectrum of the first component is calculated by the following equation.
Figure 0005452270

(L) Calculate Iτ, 2nd again according to the above (e) to (g).
(M) Repeat (j) to (l) until the provisional value of the variance of the first component does not change.
(N) Repeat (d) to (m) until the provisional value of the dispersion of the first component does not change.
(O) According to the above (n), not only var tempor, 1st and ξ tempor, 2 are constant, but var AV, 2nd is also constant. These constant values are displayed in boxes 12, 15 and 14, respectively. In addition, the correlation distance of the first component and the noise component of the spectrum are displayed in boxes 13 and 17, respectively, as determined by (a) above.

なお、上記した反復計算においては第1成分の分散の初期値に(a)で求めた値を用いているので、上記(n)により最終的に決定した第1成分の分散の値は初期値にほぼ等しい。このため多くの場合において、(n)における反復を多くとも2回行えば十分な精度を得ることができる。また、(n)を省略したとしても実用上問題ないことも多い。   In the above iterative calculation, since the value obtained in (a) is used as the initial value of the variance of the first component, the variance value of the first component finally determined by (n) is the initial value. Is almost equal to For this reason, in many cases, sufficient accuracy can be obtained if the iteration in (n) is repeated at most twice. Even if (n) is omitted, there are many cases where there is no practical problem.

グラフ21に示した実測結果のスペクトル(白丸)の値の多くが上記した計算結果(実線)と良く一致する一方で、波数kmn=mnk0(m=0,1,…,N−1)における実測結果の値が計算結果から大きく乖離している。その原因について本発明者等が検討した結果を以下に述べる。仮想的長配線を構成する要素配線の配線幅をws,α(s=0,1,…,N−1)とする。ここで、sは要素配線内における測定位置を示し、αは要素配線を識別する番号である。sを固定してws,αを要素配線間で無限回平均した値をWs、そのスペクトルをISYS,m(m=0,1,…,N−1)とすると、上記した波数kmnに対するスペクトルの値は(1)式ないし(3)式から計算される値IAS,mnにnISYS,mが上乗せされてIAS,mn+nISYS,mとなることを見出した。なお、Wsはws,αと異なり確率変数でないので、以下においては同変数をシステム変数,同変数が表す配線幅の変動をシステム変動とそれぞれ呼ぶことにする。上記結果によると、システム変動によりスペクトルに上乗せされる量はnに比例する。これを検証するために、mを固定して実測結果から求めたスペクトルの値をnの関数として図9に示す。同図には、m=1,2,7,8の場合の結果が示してある。上記した理論的解析結果から予期される通り、波数kmnに対するスペクトルの値がnの一次関数であることが確認できる。なお、同一次関数におけるnの係数はISYS,mに等しい。 While many of the spectrums (white circles) of the actual measurement results shown in the graph 21 agree well with the above calculation results (solid line), the wave number k mn = mnk 0 (m = 0, 1,..., N−1) The value of the actual measurement result is greatly deviated from the calculation result. The results of the study by the present inventors regarding the cause will be described below. Assume that the wiring width of the element wiring constituting the virtual long wiring is w s, α (s = 0, 1,..., N−1). Here, s indicates a measurement position in the element wiring, and α is a number for identifying the element wiring. When s is fixed and w s, α is infinitely averaged between the element wirings is W s , and the spectrum is I SYS, m (m = 0, 1,..., N−1), the wave number k described above. spectrum value for mn is found that the (1) formula to (3) the value I aS to be calculated from the equation, nI to mn SYS, m is plus I aS, mn + nI SYS, m. Since W s is not a random variable unlike w s, α , hereinafter, the variable is referred to as a system variable, and the variation in the wiring width represented by the variable is referred to as a system variation. According to the above results, the amount added to the spectrum due to system fluctuation is proportional to n. In order to verify this, the value of the spectrum obtained from the measurement results with m fixed is shown as a function of n in FIG. In the figure, the results for m = 1, 2, 7, 8 are shown. As expected from the above theoretical analysis results, it can be confirmed that the spectrum value for the wave number kmn is a linear function of n. Note that the coefficient of n in the same-order function is equal to I SYS, m .

上記した図8において「System」と記されたボタン25をクリックすると図10に示すように上記システム変数を解析する画面になる。同画面におけるグラフ28の白丸は、システム変数の値を近似的に求めるために、実測したws,αをsを固定して平均した結果を示す。実線は、上記白丸で示した結果をボックス30に入力された数を次数とする多項式により近似した結果である。また、グラフ29の白丸は実測結果から次式 When the button 25 labeled “System” in FIG. 8 is clicked, a screen for analyzing the system variable is displayed as shown in FIG. The white circles in the graph 28 on the same screen indicate the results of averaging measured w s, α with s fixed in order to approximate the value of the system variable. The solid line is a result obtained by approximating the result indicated by the white circle with a polynomial whose degree is the number input in the box 30. In addition, the white circle in the graph 29 indicates the following equation based on the actual measurement result.

Figure 0005452270

により求めたシステム変動のスペクトルISYS-MEAS,mであり、実線は上記多項式近似の結果のスペクトルである。ボックス30に入力した値を変更すると、直ちに新しい値の下で多項式近似を再度実行しその結果をグラフ28および29に表示するようになっている。グラフ29の白丸と実線とがほぼ一致するところから、図8のグラフ21において波数kmn=mnk0に対するスペクトルの値が実測結果と計算結果とで大きく異なっている原因がシステム変動にあることが分る。なお、図10のボタン31をクリックすると図8の画面にもどる。
Figure 0005452270

Is the spectrum I SYS-MEAS, m of the system variation obtained by the above equation, and the solid line is the spectrum resulting from the above polynomial approximation. When the value entered in the box 30 is changed, the polynomial approximation is immediately performed again under the new value, and the result is displayed in the graphs 28 and 29. Since the white circle and the solid line in the graph 29 almost coincide with each other, in the graph 21 in FIG. 8, there is a system variation that causes the spectrum value for the wave number k mn = mnk 0 to greatly differ between the actual measurement result and the calculation result. I understand. When the button 31 in FIG. 10 is clicked, the screen in FIG. 8 is restored.

図8のボックス16には上記システム変動による分散が表示されているが、その値は以下のようにして計算される。要素配線を結合することにより形成した仮想的長配線内における配線幅の平均値を(w)α、分散をvar(w)αとして次式 The distribution due to the system fluctuation is displayed in the box 16 in FIG. 8, and the value is calculated as follows. The average value of the wiring width in the virtual long wiring formed by combining the element wirings is (w) α and the variance is var (w) α.

Figure 0005452270

により配線幅の分散var(w)measを求める。ここでvar((w)α)ASと(var(w)α)ASは、スペクトルを求めるためにボックス10に入力された数だけ形成した一連の仮想的長配線を標本とする母集団における(w)αの分散およびvar(w)αの平均値である。上記var(w)measからボックス12,14および18に表示された値を引き算したものがボックス16に表示してある。他方、システム変動のスペクトルを上記(6)式を用いて計算し、次式
Figure 0005452270

To obtain the distribution var (w) meas of the wiring width. Here, var ((w) α ) AS and (var (w) α ) AS in the population using a series of virtual long wires formed as many as the number input in the box 10 for obtaining the spectrum as samples. w) is the average value of the variance and var (w) alpha of alpha. A value obtained by subtracting the value displayed in the boxes 12, 14 and 18 from the var (w) meas is displayed in the box 16. On the other hand, the spectrum of system fluctuation is calculated using the above equation (6).

Figure 0005452270

により求めた分散は0.15nm2となり、ボックス16に表示された値と一致する。なお、(8)式におけるk0は(2)式により計算される。さらに、多項式近似の結果から求めた分散も0.17nm2となり上記値とほぼ一致する。
Figure 0005452270

The dispersion obtained by (1) is 0.15 nm 2 , which matches the value displayed in the box 16. Note that k 0 in equation (8) is calculated by equation (2). Further, the dispersion obtained from the result of the polynomial approximation is also 0.17 nm 2 , which substantially coincides with the above value.

図11は、上記図8のボタン26をクリックした場合に表示される画面の一例である。グラフ32および33における3種類の直線は、ボックス12ないし15に表示された値を統計量とするLWRを有する要素配線を結合した仮想的長配線内における配線幅の平均値(w)αを無限個集めた母集団における標準偏差σ((w)α)を次式 FIG. 11 is an example of a screen displayed when the button 26 in FIG. 8 is clicked. The three types of straight lines in the graphs 32 and 33 represent an infinite value (w) α of the wiring width in the virtual long wiring in which the element wirings having the LWR whose statistics are the values displayed in the boxes 12 to 15 are combined. The standard deviation σ ((w) α ) in the collected population is

Figure 0005452270

により計算した結果を仮想的長配線の長さnLおよび結合した要素配線の数nの関数としてそれぞれ示したものである。ここで、IAS,0,1stとIAS,0,2ndは仮想的長配線のLWRのスペクトルを構成する二つの成分のτ=0における値を図8のグラフ21における実線と同様にして計算した結果である。なお、k0は(3)式により計算されるので
Figure 0005452270

The results calculated by the above are respectively shown as a function of the length nL of the virtual long wiring and the number n of the combined element wirings. Here, I AS, 0,1st and I AS, 0,2nd are calculated in the same manner as the solid line in the graph 21 of FIG. 8 by calculating the values at τ = 0 of the two components constituting the LWR spectrum of the virtual long wiring. It is the result. Since k 0 is calculated by equation (3),

Figure 0005452270

である。上記3種の直線においては要素配線の長さLが異なり、それぞれ50nm,200nm,2000nmである。これらLの値は、ボックス34により指定される。また、グラフ32における曲線(一点鎖線)は、長さがnLである単一の要素配線における結果を同様にして計算した結果を示す。このようにして求めたσ((w)α)は、1本の仮想的長配線において求めた(w)αが真の値(w)にどれほど近いかを示す指標となる。すなわち、モンテカルロ法を用いた計算によると(w)αは正規確率分布をしており、この場合、(w)は99.7%の確率で(w)α−3σ((w)α)ないし(w)α+3σ((w)α)の範囲に、95%の確率で(w)α−2σ((w)α)ないし(w)α+2σ((w)α)の範囲に、68%の確率で(w)α−σ((w)α)ないし(w)α+σ((w)α)の範囲に存在することになる。上記グラフ32によると、仮想的長配線の長さをそろえた比較においては、要素配線の短い方がσ((w)α)が小さく(w)αが(w)に近いことが分る。他方グラフ33によると、nをそろえた比較においては要素配線の長い方がσ((w)α)の小さいことが分る。したがって、これらグラフを参照することにより実際の状況に応じて配線幅の平均値を高精度に測定するための条件を適切に設定することが可能となる。
Figure 0005452270

It is. In the above three types of straight lines, the length L of the element wiring is different and is 50 nm, 200 nm, and 2000 nm, respectively. These L values are specified by box 34. Further, the curve (dashed line) in the graph 32 shows the result of the same calculation for the result of a single element wiring having a length of nL. Σ ((w) α ) obtained in this way is an index indicating how close (w) α obtained in one virtual long wiring is to the true value (w). That is, according to the calculation using the Monte Carlo method, (w) α has a normal probability distribution. In this case, (w) has a probability of 99.7% (w) α -3σ ((w) α ) or (w) α + 3σ ((w) α ) in the range of 95% probability (w) α -2σ ((w) α ) to (w) α + 2σ ((w) α ) in the range of 68% (W) α− σ ((w) α ) to (w) α + σ ((w) α ) with a probability of. According to the graph 32, in the comparison in which the lengths of the virtual long wirings are aligned, it can be understood that σ ((w) α ) is smaller and (w) α is closer to (w) when the element wiring is shorter. On the other hand, according to the graph 33, it can be seen that the longer element wiring has smaller σ ((w) α ) in the comparison with n. Therefore, by referring to these graphs, it is possible to appropriately set conditions for measuring the average value of the wiring width with high accuracy according to the actual situation.

上記グラフ33を用いれば、素子寸法に関する複数の測定結果を平均した値を用いて半導体装置の生産工程の管理を行っている場合に同平均値の精度を推定することも可能である。すなわち、生産工程管理においても通常、所定のパターンの幅uを所定の間隔で複数回測定した結果を平均した値Uを寸法の1測定結果としている。これら測定結果をnAV個平均した値Vは、上記パターンを要素配線としてnAV個結合した仮想的長配線の幅の平均値に等しい。したがって、uの測定条件がボックス7と8の内容と同じであり、かつuの変動を特徴付ける統計量がボックス12ないし15に表示された値に等しい場合においては、Vに生ずるバラツキの標準偏差σ(V)をグラフ33からn=nAVとして読みとることができる。また(10)式によれば、Uのバラツキの標準偏差をσ(U)として次式 If the graph 33 is used, it is possible to estimate the accuracy of the average value when managing the production process of the semiconductor device using a value obtained by averaging a plurality of measurement results relating to the element dimensions. That is, also in production process management, a value U obtained by averaging the results of measuring the width u of a predetermined pattern a plurality of times at predetermined intervals is taken as one measurement result of the dimension. A value V obtained by averaging n AV pieces of these measurement results is equal to an average value of the widths of virtual long wirings in which n AV pieces are combined using the pattern as an element wiring. Therefore, when the measurement conditions of u are the same as the contents of boxes 7 and 8, and the statistic characterizing the fluctuation of u is equal to the value displayed in boxes 12 to 15, the standard deviation σ of the variation occurring in V (V) can be read from the graph 33 as n = n AV . In addition, according to equation (10), the standard deviation of U variation is σ (U) and the following equation:

Figure 0005452270

によりσ(V)を求めることもできる。これにより、測定したVの精度を上記した(w)αの場合と同様にして把握することができる。なお、Vの分散を求めるには(11)式の両辺を平方すればよい。
Figure 0005452270

Σ (V) can also be obtained by Thereby, the accuracy of the measured V can be grasped in the same manner as in the case of (w) α described above. In addition, what is necessary is just to square both sides of (11) Formula in order to obtain | require dispersion | distribution of V.

図12は、上記図11のボタン35をクリックした際に表示される画面の一例である。同画面においてグラフ36は、MISトランジスタのチャネル長がボックス12ないし15に表示された値を統計量とするLWRを有するとして、同チャネル長の素子内における平均値Lgを無数に集めた母集団における分散σ(Lg)をチャネル幅Wgの関数として次式 FIG. 12 shows an example of a screen displayed when the button 35 in FIG. 11 is clicked. In the same screen, a graph 36 is a population in which an infinite number of average values L g in the elements of the same channel length are collected assuming that the channel length of the MIS transistor has an LWR whose value is the value displayed in the boxes 12 to 15. As a function of the channel width W g , the dispersion σ (L g ) in

Figure 0005452270
Figure 0005452270

Figure 0005452270

により計算し、ボックス37に表示された係数cを用いてcσ(Lg)と−cσ(Lg)を実線により表示したものである。ここで、var(w1)とvar(w2)は、LWRの第1成分の分散と第2成分の分散であり、その値がボックス12と14にそれぞれ表示されている。図12に示された例においてはc=3であり、この場合MISトランジスタの99.7%においてLgの平均値からの偏差ΔLgがグラフ36に示された二つの実線の間に分布する。なお、同グラフにおける破線は第1のLWR成分のみを考慮した場合の結果である。実線と破線を比較すると、100nm以上のWgを有するMISトランジスタのLgの分布に対して第2のLWR成分が少なからず影響して値が大きくなっており、この点を回路設計上考慮する必要のあることが分る。なお、上記(12)式および(13)式は長さWgの配線を無限小の間隔で測定する場合の結果である。この結果は、(1)式および(9)式においてLをWgで置き換え、Wg=NΔyを一定に保ちながらN→∞,Δy→0とした極限として得られる。
Figure 0005452270

And cσ (L g ) and −cσ (L g ) are displayed by solid lines using the coefficient c displayed in the box 37. Here, var (w 1 ) and var (w 2 ) are the variance of the first component and the variance of the second component of the LWR, and the values are displayed in boxes 12 and 14, respectively. In the example shown in FIG. 12, c = 3. In this case, the deviation ΔL g from the average value of L g is distributed between the two solid lines shown in the graph 36 in 99.7% of the MIS transistors. . In addition, the broken line in the graph is a result when only the first LWR component is considered. Comparing the solid and broken lines, the value affects not a little second LWR components relative distribution of L g of MIS transistors having 100nm or more W g are increased, consider the circuit design of this point I know that I need it. The above equations (12) and (13) are the results when the wiring of length W g is measured at infinitely small intervals. This result is obtained as the limit of N → ∞ and Δy → 0 while replacing L in the expressions (1) and (9) with W g and keeping W g = NΔy constant.

図13は、図8において「Analysis」と表示されたボタン27をクリックした場合に表示される画面の一例である。要素配線の結合数を様々に変化させて図8と同様にして仮想的長配線のスペクトルを求めた上でフィッティングにより決定した第1成分の分散(黒丸)と第2成分の分散(黒三角)がグラフ39に、第2成分の相関距離がグラフ40にそれぞれ表示されている。解析を行う結合数nは、ボックス41に表示された名前を有するファイルに記載されている。これらグラフによれば、本実施例の試料においてはnが10以上になるとフィッティングにより決定した分散と相関距離の値がnによらずほぼ一定となる。したがって、上記試料と同一条件で作成される試料のLWRを評価するにはnを10以上とすれば良いことが分る。この結果は上記図7の結果と整合性のあるものとなっている。   FIG. 13 shows an example of a screen displayed when the button 27 labeled “Analysis” in FIG. 8 is clicked. The variance of the first component (black circle) and the variance of the second component (black triangle) determined by fitting after obtaining the spectrum of the virtual long wiring in the same manner as in FIG. Is displayed on the graph 39, and the correlation distance of the second component is displayed on the graph 40, respectively. The number n of bonds to be analyzed is described in the file having the name displayed in the box 41. According to these graphs, in the sample of this example, when n is 10 or more, the dispersion and correlation distance values determined by fitting are almost constant regardless of n. Therefore, it can be seen that n should be 10 or more in order to evaluate the LWR of the sample prepared under the same conditions as the above sample. This result is consistent with the result of FIG.

以上に述べたように、本発明の寸法解析プログラムを用いれば配線幅の分散のみならず相関距離をも正確に求めることができる。特に、相関距離が測定領域よりも長い場合においても正確な解析が可能であるので、半導体装置を生産する様々な現場に対応することができるとともに、半導体装置を構成する様々な素子の寸法バラツキを高精度に推定することができる。さらにまた、画像雑音に起因した成分の分散をも定量的に求めることができるので、画像を撮影する条件およびターミナル・ピーシー等を用いて寸法測定を行う条件の善し悪しの判定を行うことができるという利点もある。   As described above, if the dimension analysis program of the present invention is used, not only the distribution of the wiring width but also the correlation distance can be obtained accurately. In particular, since accurate analysis is possible even when the correlation distance is longer than the measurement region, it is possible to deal with various sites where semiconductor devices are produced, and the dimensional variation of various elements constituting the semiconductor devices can be reduced. It can be estimated with high accuracy. Furthermore, since the variance of components due to image noise can also be obtained quantitatively, it is possible to judge whether the conditions for taking an image and the conditions for measuring dimensions using terminal PC, etc. are good or bad. There are also advantages.

なお、本実施例は図8ないし図13に示すように様々な機能を有しているが、必要に応じてその一部のみを搭載した場合においても本発明の目的の少なくとも一部を達成することができるのはいうまでもない。   Although the present embodiment has various functions as shown in FIGS. 8 to 13, at least a part of the object of the present invention can be achieved even when only a part thereof is mounted as required. Needless to say, you can.

第2の実施例
図14は、本発明による別の寸法解析プログラムが稼働している最中にモニタ上に表示される画面の一例である。本プログラムにおいては、上記した実施例1のプログラムと異なりCD−SEMを用いて細線を撮影した画像から寸法を直接解析することが可能である。ここでは、「PR1−0002」に始まり「PR1−0904」に終わる偶数番号を名前の一部に有する452個の電子ファイルが「/root/mnt/cd−image/pr1」にて指定される電子フォルダに格納されている場合の例を示してある。これらは、上記実施例1に示した配線幅を測定する元となった画像である。ファイル名はボックス51、および4ないし6に入力された内容により指定される。これらボックスに入力された内容からファイル名が指定される方法は実施例1の場合と同様に自明であろう。また、上記フォルダ名がボックス53に入力された内容により指定されること、およびボックス52がフォルダ名を入力する際の便を図るためのプルダウンメニューであることも実施例1の場合と同様である。本プログラムは、上記したターミナル・ピーシーが有するのと類似した機能により上記画像から寸法を読み取る。このための条件を記載したファイルとこれを格納するフォルダがボックス54と56により指定される。プルダウンメニュー55はボックッス56への入力を補助するためにある。なお、ボックス7と8には上記ボックス54で指定したファイルに記載された内容のうちの該当部分が自動的に入力される。
Second Embodiment FIG. 14 is an example of a screen displayed on a monitor while another dimensional analysis program according to the present invention is operating. In this program, unlike the program of the first embodiment, it is possible to directly analyze dimensions from an image obtained by photographing a thin line using a CD-SEM. Here, 452 electronic files having an even number as a part of the name beginning with “PR1-0002” and ending with “PR1-0904” are designated by “/ root / mnt / cd-image / pr1”. An example in the case of being stored in a folder is shown. These are images from which the wiring width shown in the first embodiment is measured. The file name is designated by the contents entered in boxes 51 and 4-6. The method of specifying the file name from the contents input in these boxes will be obvious as in the first embodiment. The folder name is specified by the contents entered in the box 53, and the box 52 is a pull-down menu for convenience when inputting the folder name, as in the case of the first embodiment. . The program reads the dimensions from the image with a function similar to that of the terminal PC described above. A file describing conditions for this and a folder for storing the file are designated by boxes 54 and 56. A pull-down menu 55 is provided to assist input to the box 56. It should be noted that the corresponding portions of the contents described in the file specified in the box 54 are automatically input in the boxes 7 and 8.

読み取った寸法は、ボックス1で指定される文字列を頭とし対応する画像ファイルと同じ番号を有する名前のファイルに記録され、ボックス3で指定されるフォルダに保存される。本実施例において寸法を記録したファイルの名前は、「LWR−PR1−0002」ないし「LWR−PR1−0904」となる。これらファイルを実施例1と同様にして解析した結果がグラフ21に表示されている。このように本寸法解析プログラムを用いれば、細線の画像からスペクトルを求めるまでを一貫で行い、寸法の分散および相関距離を正確に求めることができる。   The read dimensions are recorded in a file having the same number as the corresponding image file starting with the character string specified in box 1 and stored in the folder specified in box 3. In this embodiment, the names of the files in which the dimensions are recorded are “LWR-PR1-0002” to “LWR-PR1-0904”. The results of analyzing these files in the same manner as in Example 1 are displayed in the graph 21. In this way, by using this dimensional analysis program, it is possible to consistently obtain the spectrum from the thin line image and accurately obtain the dimensional dispersion and the correlation distance.

第3の実施例
図15は、本発明による第三の寸法解析プログラムが稼働している最中にモニタ上に表示される画面の一例である。本プログラムにおいては、上記した第1の実施例のプログラムと異なり要素配線を結合せずに求めたスペクトルを元に相関距離の小さい方の成分の解析を行う。相関距離の大きい方の成分は第1の実施例と同様にして解析する。すなわち、プルダウンメニュー43において「ξ1」を選択した上でボタン23をクリックすると第1の実施例と同様にして、ボックス1、および4ないし6に表示された内容により指定されるファイルから逐次データが読み込まれる。これら全てのデータの平均値がボックス11に表示される。ついで、各々のデータを元にボックス7と8に表示された値を用いてスペクトルを求め、波数毎にこれらの平均値を求めた結果がグラフ42の白丸として表示される。波数毎に行われる同平均操作の数は上記ファイルの数(ここでは452個)に等しい。なお、上記ファイルに記録されているデータは、第1の実施例と同一の条件により作成された試料をCD−SEMにより撮影した画像を用いて間隔を変えて測定したものであり、測定数も異なる。ボックス12,13および17に表示された値を用いて(1)式および(2)式により計算した結果が実線により表示されている。ボタン24をクリックすると、(1)式および(2)式を用いて計算した結果と上記実測結果とが一致するように、ボックス12,13および17の内容を最適化する作業が自動的に行われる。
Third Embodiment FIG. 15 is an example of a screen displayed on a monitor while the third dimensional analysis program according to the present invention is operating. In this program, unlike the program of the first embodiment described above, the component having the smaller correlation distance is analyzed based on the spectrum obtained without combining the element wirings. The component with the larger correlation distance is analyzed in the same manner as in the first embodiment. That is, when “ξ1” is selected in the pull-down menu 43 and the button 23 is clicked, data is sequentially obtained from the file designated by the contents displayed in the boxes 1 and 4 to 6 in the same manner as in the first embodiment. Is read. The average value of all these data is displayed in box 11. Next, a spectrum is obtained using the values displayed in the boxes 7 and 8 based on the respective data, and the result of obtaining the average value for each wave number is displayed as a white circle in the graph 42. The number of the same average operations performed for each wave number is equal to the number of the files (452 in this case). Note that the data recorded in the above file was obtained by measuring the sample created under the same conditions as in the first embodiment using an image taken by CD-SEM at different intervals, and the number of measurements was also measured. Different. The results calculated by the equations (1) and (2) using the values displayed in the boxes 12, 13 and 17 are displayed by solid lines. When the button 24 is clicked, the work of optimizing the contents of the boxes 12, 13 and 17 is automatically performed so that the results calculated using the equations (1) and (2) agree with the actual measurement results. Is called.

ついで、プルダウンメニュー43において「All ξ」を選択すると図16が表示される。ボタン23をクリックすると、第1の実施例と同様にして要素配線を結合した仮想的長配線のスペクトルがグラフ44に白丸として表示される。(1)式ないし(3)式により計算した結果が実線により表示される点も第1の実施例と同じである。さらに、ボタン24をクリックすると、第1の実施例における(b)ないし(o)によりボックス12,14および15の内容が自動的に最適化される。なお、(a)において決定する必要のある値には、上記図15において決定した値が用いられる。   Next, when “All ξ” is selected in the pull-down menu 43, FIG. 16 is displayed. When the button 23 is clicked, the spectrum of the virtual long wiring obtained by combining the element wirings is displayed as a white circle on the graph 44 as in the first embodiment. The result calculated by the formulas (1) to (3) is also displayed by a solid line as in the first embodiment. Further, when the button 24 is clicked, the contents of the boxes 12, 14 and 15 are automatically optimized by (b) to (o) in the first embodiment. Note that the value determined in FIG. 15 is used as the value that needs to be determined in (a).

上記図15および図16の少なくとも一方においてボックスの内容を最適化する作業を手動により行ってもよいことは言うまでもない。   Needless to say, the operation of optimizing the contents of the box in at least one of FIGS. 15 and 16 may be performed manually.

本実施例においては要素配線を測定する領域の長さが500nmであるので、縦方向と横方向とで倍率を変えて撮像するという特別な機能を有したCD−SEMを必要としない。このため、半導体装置の生産現場の多くにおいて実施することができる。   In this embodiment, since the length of the region for measuring the element wiring is 500 nm, a CD-SEM having a special function of changing the magnification in the vertical direction and the horizontal direction is not required. For this reason, it can be implemented in many production sites of semiconductor devices.

さらに、本実施例において要素配線を結合せずに第1成分を解析することの利点を以下に説明する。図17は、測定間隔を本実施例と同じ5nmに維持したまま要素配線の測定領域の長さLを変えて(1)式ないし(3)式により仮想的長配線のLWRスペクトルを計算した結果を示す。相関距離は3000nmとした。同図から明らかなように、Lが減少するとスペクトルの値が局所的にではあるが増大する。これら極大値がLの値を相関距離とするスペクトルの値にほぼ等しいことを本発明者等は確認している。これに対して、相関距離が小さければLが減少しても波数が同じである限りスペクトルの値はほとんど変化しない(図示せず)。このため、Lが小さい場合においては第1の実施例の(a)にいう波数の大きい領域においても第2成分の影響を無視することができず、第1成分の解析に支障が生ずる。他方、本実施例のように要素配線を結合せずにそのまま求めたスペクトルにおいては、Lが変化しても第1成分の値はもとより第2成分の値もほとんど変化しないので第1成分を高精度に解析することができる。ただし、この場合においてもLがあまりに小さいと図6に示した事例に類似した理由により解析の精度が劣化するので、L2πξとするのが望ましい。 Further, the advantages of analyzing the first component without combining the element wirings in this embodiment will be described below. FIG. 17 shows the result of calculating the LWR spectrum of the virtual long wiring according to the equations (1) to (3) while changing the length L of the measurement region of the element wiring while maintaining the measurement interval at 5 nm, which is the same as the present embodiment. Indicates. The correlation distance was 3000 nm. As is clear from the figure, when L decreases, the value of the spectrum increases locally but. The present inventors have confirmed that these maximum values are approximately equal to the spectrum value having the L value as the correlation distance. On the other hand, if the correlation distance is small, even if L decreases, the spectrum value hardly changes as long as the wave number is the same (not shown). For this reason, when L is small, the influence of the second component cannot be ignored even in the region where the wave number is large as described in (a) of the first embodiment, and the analysis of the first component is hindered. On the other hand, in the spectrum obtained without coupling the element wirings as in the present embodiment, the first component value is increased because the first component value and the second component value hardly change even if L changes. It can be analyzed with accuracy. However, in this case as well, if L is too small, the accuracy of analysis deteriorates for a reason similar to the case shown in FIG. 6, so it is desirable that L > 2πξ.

第4の実施例
図18は、本発明による寸法計測装置の一例を示す概略図である。本寸法計測装置は通常のCD−SEMと同等の機能を有する走査型電子顕微鏡101、同顕微鏡により撮影した画像を記録したファイルを保存する記憶装置111および上記実施例2の寸法解析プログラムを用いて同記憶装置111に保存されたファイルを解析する計算機121とから構成される。これらは通信回線131と132により相互に電気的に接続されている。これにより、細線の画像を撮影しながら同時にあるいは画像撮影後短時間の内に寸法の平均値のみならずその分散および相関距離を求めることができる。さらに、計算機121により解析された結果は必要に応じて走査型電子顕微鏡101に内蔵されたモニタ102に表示され、測定現場で寸法の諸統計量を把握することが可能となっている。
Fourth Embodiment FIG. 18 is a schematic view showing an example of a dimension measuring apparatus according to the present invention. This dimension measuring apparatus uses a scanning electron microscope 101 having a function equivalent to that of a normal CD-SEM, a storage device 111 for storing a file recording an image photographed by the microscope, and the dimension analysis program of the second embodiment. The computer 121 is configured to analyze a file stored in the storage device 111. These are electrically connected to each other by communication lines 131 and 132. As a result, not only the average value of the dimensions but also the variance and the correlation distance can be obtained at the same time or within a short time after the image is captured while capturing the thin line image. Furthermore, the result analyzed by the computer 121 is displayed on the monitor 102 built in the scanning electron microscope 101 as necessary, and it is possible to grasp various statistics of dimensions at the measurement site.

これらにより、測定結果を生産現場に対して迅速に反映させることが可能となる。また、例えば画像雑音が大きすぎて分散もしくは相関距離の精度を確保することが困難な場合に、走査型電子顕微鏡101の画像撮影条件を変更することにより平均値、分散もしくは相関長の精度を速やかに改善することができるという利点もある。   As a result, the measurement result can be quickly reflected on the production site. Further, for example, when it is difficult to ensure the accuracy of dispersion or correlation distance due to excessive image noise, the accuracy of the average value, variance, or correlation length can be quickly increased by changing the image capturing conditions of the scanning electron microscope 101. There is also an advantage that it can be improved.

なお、本寸法計測装置の3つの構成要素である走査型電子顕微鏡101,記憶装置111および計算機121の間は、必ずしも直接的に接続されている必要はなく、各々をローカル・エリア・ネットワーク(LAN)に接続することにより間接的に接続しても良い。また、LANにとどまらず広域ネットワーク(WAN)により相互に接続されていても本発明の目的を達成することができるのは言うまでもない。さらに、記憶装置111がなく、走査型電子顕微鏡101と計算機121が直接もしくはLANもしくはWANを介して接続されていても良い。この場合、走査型電子顕微鏡101もしくは計算機121に内蔵された記憶装置(図示せず)が記憶装置111の役割を果たすことになる。   Note that the scanning electron microscope 101, the storage device 111, and the computer 121, which are the three components of the dimension measuring device, are not necessarily connected directly to each other, and each of them is connected to a local area network (LAN). ) May be connected indirectly. Further, it goes without saying that the object of the present invention can be achieved even if connected to each other not only via the LAN but also by a wide area network (WAN). Further, the storage device 111 may not be provided, and the scanning electron microscope 101 and the computer 121 may be connected directly or via a LAN or WAN. In this case, a storage device (not shown) built in the scanning electron microscope 101 or the computer 121 serves as the storage device 111.

第5の実施例
図19は、本発明による寸法計測装置の第二の例を示す概略図である。本実施例は、上記第4の実施例における記憶装置111と計算機121を走査型電子顕微鏡101と一体化し、筐体151に内蔵させたものである。なお、本実施例と異なり記憶装置111と計算機121を外付けとしても本発明の目的を達成することができるのは言うまでもない。さらに、記憶装置111を装備せず、その機能を走査型電子顕微鏡101もしくは計算機121に内蔵された記憶装置により代用しても良い。さらにまた、計算機121をも排して上記実施例2の寸法解析プログラムを元々走査型電子顕微鏡101に内蔵されていた計算機に搭載しても良い。
Fifth Embodiment FIG. 19 is a schematic view showing a second example of the dimension measuring apparatus according to the present invention. In this embodiment, the storage device 111 and the computer 121 in the fourth embodiment are integrated with the scanning electron microscope 101 and incorporated in the housing 151. It goes without saying that the object of the present invention can be achieved even if the storage device 111 and the computer 121 are externally attached unlike the present embodiment. Further, the storage device 111 may not be provided, and the function may be replaced by a storage device built in the scanning electron microscope 101 or the computer 121. Furthermore, the computer 121 may be omitted, and the dimensional analysis program of the second embodiment may be installed in a computer that was originally built in the scanning electron microscope 101.

上記図において、CD−SEM機能による観察結果と寸法計測結果はモニタ154に表示される。また、寸法解析プログラムによる寸法の分散および相関距離等の解析結果はモニタ155に表示される。なお、156はCD−SEM機能および寸法解析プログラムを制御するためのキーボードであり、152と153は測定用ウェハを測定室内へ出し入れするための投入口である。   In the above figure, the observation result and the dimension measurement result by the CD-SEM function are displayed on the monitor 154. Further, analysis results such as dimension dispersion and correlation distance by the dimension analysis program are displayed on the monitor 155. Reference numeral 156 denotes a keyboard for controlling the CD-SEM function and the dimension analysis program, and 152 and 153 are inlets for taking the measurement wafer into and out of the measurement chamber.

本実施例によれば寸法の諸統計量の解析を測定現場でしかも迅速に行うことができるので、測定精度の維持・向上に向けた測定条件の管理・改善はもとより、測定結果を生産現場に対して反映させることをより速やかに実行することが可能となる。   According to the present embodiment, the statistic statistics can be analyzed quickly at the measurement site, so that the measurement results can be managed and improved to maintain and improve the measurement accuracy and the measurement results can be transferred to the production site. It is possible to execute the reflection more quickly.

第6の実施例
図20は、本発明による半導体装置の製造方法の一例を示す概略図である。本実施例においては、上記第4の実施例における走査型電子顕微鏡101,記憶装置111および計算機121が通信回線141ないし143により、露光装置201,塗布現像ベーク装置211およびエッチング装置221が通信回線146ないし148によりそれぞれLAN161に接続されている。これら以外にも半導体製造装置がLAN161に接続されているが、ここでは図示しない。このようにLAN161に接続された製造装置の稼働状況を監視するとともにその動作を制御するために計算機122が通信回線145を介してLAN161に接続されている。また、同計算機122の動作を補助するために記憶装置112が通信回線144を介してLAN161に接続されている。本製造方法においては、加工対象となる薄膜が形成された半導体基板上に塗布現像ベーク装置211によりホトレジスト膜を塗布し、露光装置201により所定のマスクを用いて露光した後、再度塗布現像ベーク装置211により現像とベークを行い所望の形にホトレジストを成形する。ついで、走査型電子顕微鏡101を用いて同ホトレジストの形状を撮影した画像を電子ファイルとして記憶装置111に保存した上で、計算機121を用いて実施例7と同様にして寸法の平均値,分散および相関距離を求める。その結果を記憶装置112に保存し計算機122を用いて解析した上で、後続の半導体基板上に形成するホトレジストの寸法の諸統計量が所望の値となるよう、必要に応じて露光装置201もしくは塗布現像ベーク装置211もしくは両者に対して計算機122から処理条件変更の指示を出す。また、当該半導体基板上に形成した薄膜の加工後における寸法の諸統計量が所望の値となるよう、次工程の処理を行うエッチング装置221に対して必要に応じて処理条件変更の指示を予め出すこともある。その後、上記ホトレジストをマスクとしてエッチング装置221を用いて薄膜を加工する。ホトレジスト・マスクを除去した後、加工された薄膜の形状を再度走査型電子顕微鏡101を用いて撮影し上記と同様にして寸法の諸統計量を解析した上で、後続の半導体基板上における薄膜の加工後の寸法が所望の値となるように、必要に応じてエッチング装置221に対して処理条件変更の指示を出す。
Sixth Embodiment FIG. 20 is a schematic view showing an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. In this embodiment, the scanning electron microscope 101, the storage device 111, and the computer 121 in the fourth embodiment are connected to the communication line 141 to 143, and the exposure apparatus 201, the coating and developing bake device 211 and the etching apparatus 221 are connected to the communication line 146. Or 148 to the LAN 161. In addition to these, a semiconductor manufacturing apparatus is connected to the LAN 161, but is not shown here. Thus, the computer 122 is connected to the LAN 161 via the communication line 145 in order to monitor the operation status of the manufacturing apparatus connected to the LAN 161 and to control its operation. In addition, a storage device 112 is connected to the LAN 161 via the communication line 144 to assist the operation of the computer 122. In this manufacturing method, a photoresist film is applied on a semiconductor substrate on which a thin film to be processed is formed by a coating / developing baking apparatus 211, exposed using an exposure apparatus 201 using a predetermined mask, and then again applied by a developing / developing baking apparatus. Development and baking are performed in 211 to form a photoresist in a desired shape. Next, an image obtained by photographing the shape of the photoresist using the scanning electron microscope 101 is stored in the storage device 111 as an electronic file, and the average value, variance, and size of the dimensions are calculated using the computer 121 in the same manner as in the seventh embodiment. Find the correlation distance. The results are stored in the storage device 112 and analyzed using the computer 122, and then the exposure device 201 or the exposure device 201 or the like as necessary so that various statistics of the dimensions of the photoresist formed on the subsequent semiconductor substrate become desired values. An instruction to change processing conditions is issued from the computer 122 to the coating / developing baking apparatus 211 or both. In addition, if necessary, an instruction to change the processing conditions is given in advance to the etching apparatus 221 that performs processing in the next process so that various statistics of the dimensions of the thin film formed on the semiconductor substrate after processing become a desired value. It may be issued. Thereafter, the thin film is processed using the etching apparatus 221 using the photoresist as a mask. After removing the photoresist mask, the processed thin film is photographed again using the scanning electron microscope 101 and analyzed for statistic statistics in the same manner as described above, and then the thin film on the subsequent semiconductor substrate is analyzed. An instruction to change the processing conditions is issued to the etching apparatus 221 as necessary so that the dimension after processing becomes a desired value.

なお、寸法の平均値が所望の値となるようCD−SEMの測定結果を前工程および次工程に反映させることは従来より行われてきた。このように寸法の平均値のみを管理する場合においては、本発明の利点が少ない。他方、寸法の分散(あるいは標準偏差)を管理しようとする場合、従来法を用いるとCD−SEMで撮影された画像に含まれる雑音に起因した誤差が大きいので製造装置に対する処理条件の変更を適切に指示することが困難である。このため、CD−SEMによる測定結果を製造条件に反映させることにより、逆に管理範囲を外れる事例を増やしてしまうことがある。これに対して、本発明を用いれば画像雑音が存在しその強度が変化する場合においても分散を正確に求めることができるので、加工後における寸法の分散を高精度に管理・制御することができる。さらに、寸法変動の相関距離を管理することは、本発明を用いることにより実用上初めて可能となる。   In addition, it has been conventionally performed to reflect the measurement result of the CD-SEM in the previous process and the next process so that the average value of dimensions becomes a desired value. Thus, in the case of managing only the average value of dimensions, there are few advantages of the present invention. On the other hand, when trying to manage the dimensional dispersion (or standard deviation), if the conventional method is used, the error caused by the noise included in the image taken with the CD-SEM is large. It is difficult to instruct. For this reason, by reflecting the measurement result by CD-SEM in manufacturing conditions, there are cases where the number of cases outside the management range is increased. On the other hand, if the present invention is used, dispersion can be obtained accurately even when image noise is present and its intensity changes, so that dispersion of dimensions after processing can be managed and controlled with high accuracy. . Furthermore, it is possible for the first time in practice to manage the correlation distance of the dimensional variation by using the present invention.

1,3−18,30,34,37,41,51,53,54,56 ボックス
2,43,52,55 プルダウンメニュー
19,20 ラジオボタン
21,28,29,32,33,36,39,40,42,44 グラフ
22−27,31,35,38 ボタン
101 走査型電子顕微鏡
102,154,155 モニタ
111,112 記憶装置
121,122 計算機
131,132,141148 通信回線
151 筐体
152,153 搬出入口
156 キーボード
161 ローカル・エリア・ネットワーク
201 露光装置
211 塗布現像ベーク装置
221 エッチング装置
1, 3-18, 30, 34, 37, 41, 51, 53, 54, 56 Box 2, 43, 52, 55 Pull-down menu 19, 20 Radio buttons 21, 28, 29, 32, 33, 36, 39, 40, 42, 44 Graph 22-27, 31, 35, 38 Button 101 Scanning electron microscope 102, 154, 155 Monitor 111, 112 Storage device 121, 122 Computer 131, 132, 141148 Communication line 151 Case 152, 153 Unloading Entrance 156 Keyboard 161 Local area network 201 Exposure device 211 Coating and developing bake device 221 Etching device

Claims (19)

寸法測定対象である半導体デバイス上に形成された構造物の寸法を所定の方向の異なる位置で測定し、それぞれの位置での測定によって得られる複数の1組の結果を仮想的に構築することによって得られる結合測定結果に基づいて、横軸を波数、縦軸を信号強度とするスペクトルを計算し、当該スペクトルを、同一条件のもと複数計算し、当該複数のスペクトルを平均することによって平均スペクトルを計算する機能を有することを特徴とする寸法解析プログラム。 The dimensions of the measurement structure formed on a semiconductor device which is the subject, was measured at different positions a predetermined direction, a set of results from multiple obtained by the measurement at each position, is virtually constructed based on the binding measurement results obtained by, wavenumber on the horizontal axis, the spectrum of the vertical axis and the signal intensity was calculated and the spectrum was based on multiple identity calculations conditions, by averaging the plurality of spectra size analysis program characterized by having a function of calculating an average spectrum. 同一の前記1組の結果である要素測定結果が複数の結合測定結果に含まれることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の寸法解析プログラム。 The dimension analysis program according to claim 1 , wherein element measurement results that are the same set of results are included in a plurality of combined measurement results. 少なくとも一つの結合測定結果においてこれを構成する前記1組の結果である要素測定結果を組み合わせる順序がその少なくとも一部において実際の順序と異なっていることを特徴とする特許請求の範囲第1項もしくは第2項に記載の寸法解析プログラム。 Claim 1 or Claim 2 characterized in that the order of combining the element measurement results which are the set of results constituting the set in at least one combined measurement result differs from the actual order in at least a part thereof. The dimension analysis program according to item 2. 少なくとも一つの結合測定結果においてこれを構成する前記1組の結果である要素測定結果が連結されていない複数の構造物を測定して得られたものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 The at least one combined measurement result is obtained by measuring a plurality of structures in which the element measurement results, which are the set of results constituting the set, are not connected. The dimensional analysis program according to any one of Items 1 to 3. 少なくとも一つの結合測定結果においてこれを構成する前記1組の結果である要素測定結果の少なくとも一部が測定方向とは異なる方向に存在する構造物を測定して得られたものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 In at least one combined measurement result, at least a part of the element measurement result which is the set of the results constituting the set is obtained by measuring a structure existing in a direction different from the measurement direction. The dimensional analysis program according to any one of claims 1 to 4, wherein: 平均操作に用いる前記結合測定結果に基づいて得られる結合スペクトルの数が前記1組の結果である要素測定結果の数以上であることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 6. The number of combined spectra obtained based on the combined measurement result used for the average operation is equal to or greater than the number of element measurement results as the set of results . The dimension analysis program according to any one of the above. 特許請求の範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載の方法により求めた平均スペクトルと、前記構造物の寸法を測定した領域の長さをL,K0≡2π/LとしてK0の整数倍である波数の少なくとも一部における値が前記1組の結果である要素測定結果のスペクトルに対する理論式の値と等しい理論式である結合理論式とを用いて計算した結果とを比較することにより寸法変動を特徴付ける一組の定数の値である寸法変動定数の内の少なくとも一つ、もしくは雑音に起因した成分を特徴付ける一組の定数の値である雑音定数の内の少なくとも一つを決定する機能を有することを特徴とする寸法解析プログラム。 An average spectrum obtained by the method according to any one of claims 1 to 6 and an integer of K0 where L, K 0 ≡ 2π / L are the lengths of the regions where the dimensions of the structure are measured By comparing the result calculated using the coupled theoretical formula, which is a theoretical formula with a value in at least a part of the wave number that is twice the value of the theoretical formula for the spectrum of the element measurement result as the set of results A function of determining at least one of a set of constants that characterize a dimensional variation or at least one of a set of constants that characterize a component caused by noise. size analysis program, characterized in that to have a. 平均スペクトルと結合理論式を用いて計算した結果との比較を波数領域を変えて行うことにより、複数の寸法変動定数においてこれを構成する少なくとも一つの値をそれぞれ決定する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第7項に記載の寸法解析プログラム。 It has a function of determining at least one value constituting each of a plurality of dimensional variation constants by comparing the average spectrum with the result calculated using the coupling theory formula by changing the wave number region. A dimensional analysis program according to claim 7 . 寸法を測定する間隔をy 0 としてスペクトルの検討を行う波数の領域をこれと等価になるように0ないしkmax≡π/y 0 の範囲に設定し直した場合において、相関距離が小さい方の寸法変動定数を構成する少なくとも一つの値を決定するために比較を行う波数領域の最小値が、相関距離が大きい方の寸法変動定数の内の少なくとも一つにおいてこれを構成する少なくとも一つの値を決定するために比較を行う波数領域の最小値より大きいことを特徴とする特許請求の範囲第8項に記載の寸法解析プログラム。 When the interval for measuring the dimensions is set to y 0 and the wave number region in which the spectrum is examined is reset to a range of 0 to kmax≡π / y 0 so as to be equivalent to this , the dimension with the smaller correlation distance The minimum value of the wave number region to be compared to determine at least one value constituting the variation constant determines at least one value constituting this in at least one of the dimension variation constants having a larger correlation distance. 9. The dimensional analysis program according to claim 8, wherein the dimensional analysis program is larger than a minimum value of a wave number region to be compared . 相関距離が最大ではない寸法変動定数を構成する少なくとも一つの値を決定するために比較を行う際に雑音定数を構成する少なくとも一つの値を決定し、決定したこれら値の内の少なくとも一つを用いて他の寸法変動定数の内の少なくとも一つにおいてこれを構成する少なくとも一つの値を決定する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第8項もしくは第9項に記載の寸法解析プログラム。 Determining at least one value constituting a noise constant when performing a comparison to determine at least one value constituting a dimension variation constant having a non-maximum correlation distance, and determining at least one of the determined values. 10. A dimensional analysis program according to claim 8 , wherein said dimensional analysis program has a function of determining at least one value constituting at least one of other dimensional variation constants by using the dimensional analysis constant. . 相関距離が最大ではない寸法変動定数を構成する少なくとも一つの値を決定するために比較を行う際に平均スペクトルに代えて前記1組の結果である要素測定結果を結合せずに求めたスペクトルを用いることを特徴とする特許請求の範囲第8項ないし第10項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 A spectrum obtained without combining element measurement results as a result of the set in place of an average spectrum when performing comparison to determine at least one value constituting a dimension variation constant whose correlation distance is not maximum is obtained. size analysis program according to any one of paragraph 8 claims to paragraph 10, which comprises using. 前記1組の結果である要素測定結果を測定点ごとに平均して得た結果を元に寸法の非確率的変動に関する解析を行う機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第項ないし第11項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 8. The method according to claim 7, further comprising a function of analyzing non-stochastic variations in dimensions based on a result obtained by averaging the element measurement results as a set of results for each measurement point. 12. A dimensional analysis program according to any one of items 11. k0の整数倍である波数の内の少なくとも一部に対する平均スペクトルの値を元に寸法の非確率的変動に関する解析を行う機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第項ないし第12項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 13. The method according to claim 7, further comprising a function of performing analysis on non-stochastic variation in dimensions based on an average spectrum value for at least a part of a wave number that is an integral multiple of k0. The dimension analysis program in any one of. k0の整数倍である波数の少なくとも一部を除外した残りの波数の少なくとも一部に対する平均スペクトルの値を元に寸法の分布に関する解析を行うことを特徴とする特許請求の範囲第項ないし第13項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 claims, characterized in that performing the analysis of the distribution of the dimensions based on the value of the average spectrum for at least a portion of the remaining wave number excluding at least part of the wave number is an integer multiple of k0 paragraph 7, second 14. The dimension analysis program according to any one of items 13. 平均スペクトルと結合理論式を用いて計算した結果とを比較することにより決定した寸法変動定数を構成する少なくとも一つの値を用いて素子寸法の分布を推定する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第項ないし第14項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 The device has a function of estimating a distribution of element dimensions using at least one value constituting a dimensional variation constant determined by comparing an average spectrum with a result calculated using a coupling theory . The dimensional analysis program according to any one of items 7 to 14 of the range. 前記1組の結果である要素測定結果内における平均値である要素平均値をnA個用いて平均したものを平均要素平均値として平均要素平均値の標準偏差もしくは分散を、要素平均値の標準偏差をnAの平方根で除した値もしくは要素平均値の分散をnAで除した値をそれぞれ用いて推定する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第項ないし第15項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 A standard deviation or variance of the average element average value is defined as an average element average value obtained by averaging nA average element values that are average values in the element measurement results as the set of results. 16. The method according to any one of claims 7 to 15, which has a function of estimating using a value obtained by dividing n by the square root of nA or a value obtained by dividing the variance of the element average value by nA. Dimension analysis program. 特許請求の範囲第1項ないし第6項記載の方法の内の少なくともいずれかの方法を用いて求めた平均スペクトルを表示する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第16項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 Claims 1 to 16 having a function of displaying an average spectrum obtained by using at least one of the methods described in claims 1 to 6 . The dimension analysis program according to any one of the items. 特許請求の範囲第項記載の結合理論式を用いて計算した結果を表示する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第17項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 Claims dimension analysis program according to any one of the first term claims to paragraph 17, characterized in that it has a range function of displaying paragraph 7 results calculated using the binding theoretical formula described in. 特許請求の範囲第14項記載の推定結果を表示する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第18項のいずれかに記載の寸法解析プログラム。 The dimensional analysis program according to any one of claims 1 to 18, which has a function of displaying an estimation result according to claim 14 .
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