WO2007094439A1 - 試料寸法検査・測定方法、及び試料寸法検査・測定装置 - Google Patents

試料寸法検査・測定方法、及び試料寸法検査・測定装置 Download PDF

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WO2007094439A1
WO2007094439A1 PCT/JP2007/052795 JP2007052795W WO2007094439A1 WO 2007094439 A1 WO2007094439 A1 WO 2007094439A1 JP 2007052795 W JP2007052795 W JP 2007052795W WO 2007094439 A1 WO2007094439 A1 WO 2007094439A1
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pattern
edge
scanning
inspection
measurement
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PCT/JP2007/052795
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Hidetoshi Morokuma
Akiyuki Sugiyama
Ryoichi Matsuoka
Takumichi Sutani
Yasutaka Toyoda
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Hitachi High-Technologies Corporation
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Definitions

  • the present invention relates to a pattern inspection / measurement method, a pattern inspection / measurement apparatus, and a computer program for performing pattern inspection / measurement, and particularly to design data and actual patterns of the pattern. By comparing, it relates to a method and apparatus for inspecting / measuring the shape or placement error of the pattern. Background art
  • circuit pattern of a semiconductor device actually formed on a wafer is measured using design data (design data) of the circuit pattern of the semiconductor device. Since the circuit pattern design shows the ideal shape that the circuit pattern of the semiconductor device should have, the design of the circuit pattern by the semiconductor manufacturing process can be compared by comparing the design data with the pattern actually formed on the wafer. Evening accuracy can be evaluated.
  • CD-SEM Cross-section Scanning Electron Microscope
  • Patent Document 1 describes the pattern of the inspection target pattern using CD-S EM. It is disclosed that the amount of deformation of a pattern is detected by detecting an edge and comparing it with a reference pattern. '
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 propose that scanning is always performed perpendicularly to the edge direction of a pattern for measuring an electron beam.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 4-1 6 3 4 2 0
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 5- 1 1 6 7 9 5 Disclosure of Invention
  • Some modern semiconductor integrated circuits are so fine that the pattern width is less than 32 nm. To manage such pattern dimensions, 0.3 ⁇ ! It is necessary to measure the pattern shape with sub-nanometer accuracy of ⁇ 0.2 nm or less. In order to realize such measurement accuracy, the difference in the generation intensity and distribution of secondary electrons due to the difference between the electron beam scanning direction and the pattern edge direction cannot be ignored.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 propose to always scan the electron beam perpendicularly to the pattern wedge direction of the inspection target pattern, but there are the following problems.
  • Patent text Table 2 discloses a method for combining SEM images with different scanning directions. However, due to the difference in in-plane distortion of the SEM images depending on the scanning direction, all patterns in the field of view of the SiE M image are superimposed with sufficient accuracy. I can not match.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 do not take any measures against the scanning direction and position control errors caused by changing the scanning direction and position of the electron beam.
  • the difference in the generation intensity and distribution of secondary electrons due to the difference between the scanning direction of the electron beam and the pattern edge direction is examined in advance and made into a library.
  • the edge position can be accurately measured even for pattern edges that are not perpendicular to the scanning direction of the electron beam.
  • the scanning error and the scanning position of the electron beam are measured in advance, and this error is superimposed on the control signal when scanning the electron beam, thereby changing the scanning direction and scanning position of the electron beam.
  • the error at the time is reduced, and the edge position of the pattern can be measured with sufficient accuracy.
  • the main effect of the present invention is due to the measurement error of the pattern edge position due to the difference between the scanning direction of the electron beam and the direction of the pattern edge, and the error of the scanning position and the scanning direction that occurs when the scanning direction of the electron beam is changed.
  • the object is to provide a sample dimension inspection / measurement method and apparatus that can accurately measure the edge position in all directions of a fine pattern by reducing the measurement error of the pattern edge position.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of a scanning electron microscope.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the matching process between the design overnight and the SEM image.
  • Fig. 3 is a diagram for explaining EPE measurement based on the SEM edge.
  • Fig. 1 is a diagram for explaining the outline of a scanning electron microscope.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the matching process between the design overnight and the SEM image.
  • Fig. 3 is a diagram for explaining EPE measurement based on the SEM edge.
  • FIG. 4 is a diagram showing the difference in secondary electron signal waveform due to the difference between the actual pattern edge direction and the electron beam scanning direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing the difference in the secondary electron signal waveform due to the difference in the scanning direction of the electron beam with respect to the height difference of the pattern edge of the actual pattern.
  • FIG. 6 is a diagram showing the inclination of the electron intensity of the secondary electrons and the half width of the signal waveform depending on the scanning direction of the electron beam.
  • FIG. 7 is a diagram showing a method of scanning an electron beam perpendicularly to pattern edges in all directions.
  • FIG. 8 is a diagram showing the position error when the scanning direction of the electron beam is changed.
  • FIG. 9 is a diagram showing the error of the scanning position at each scanning position of the electron beam.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the process of extracting the measurement edge using the line profile based on the SEM edge.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the processing flow of FIG.
  • Fig. 12 is a diagram for explaining the method of arranging length measurement boxes for creating a line profile.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the direction in which a line profile is created.
  • Fig. 14 is a diagram for explaining the matching results based on the measurement edge of EPE measurement.
  • Figure 15 is a diagram for explaining the pattern matching method using the measurement edge.
  • FIG. 18 is a diagram (part 1) for explaining the processing flow of FIG. FIG.
  • FIG. 19 is a diagram (part 2) for explaining the processing flow of FIG.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining the edge extraction position when the threshold value for detecting the measurement edge is changed.
  • Fig. 2 1 shows the pattern of multiple layers. It is the figure (the 1) explaining EPE measurement.
  • Fig. 22 is a diagram (part 2) for explaining EPE measurement of multiple layer patterns.
  • Figure 23 shows an example of the output result of the EPE measurement result.
  • a voltage is applied between the cathode 1 and the first anode 2 by a high voltage control power source 20 controlled by the control processor 30, and the primary electron beam 4 is extracted from the cathode 1 with a predetermined emission current.
  • An accelerating voltage is applied between the cathode 1 and the second anode 3 by a high voltage control power source 20 controlled by the control processor 30, and the primary electron beam 4 emitted from the cathode 1 is accelerated and the lens system in the subsequent stage is accelerated. Proceed to.
  • the primary electron beam 4 is converged by the collecting lens 5 that is current-controlled by the lens control power source 21 controlled by the control processor 30, and an unnecessary area of the primary electron beam 4 is removed by the diaphragm plate 8. Later, by a converging lens 6 current-controlled by a lens control power source 2 2 controlled by a control processor 30 and an objective lens 7 current-controlled by an objective lens control power source 2 3 controlled by a control processor 3
  • the sample 10 converges as a small spot.
  • the object lens 7 can take various forms such as an in-lens method, an out-lens method, and a snorkel method (semi-in-lens method).
  • each lens may be composed of an electrostatic lens composed of a plurality of electrodes to which a controlled voltage is applied.
  • the primary wire 4 travels two-dimensionally on the sample 10 by a scanning coil 9 that is current-controlled by a scanning coil control power source 24 controlled by a control processor 30.
  • Secondary signal 1 2 such as secondary electrons generated from sample 10 by irradiation of primary electron beam, travels to the top of objective lens 7, and then is orthogonalized by primary electromagnetic field generator 1 1 for secondary signal separation. It is separated from electrons and detected by the secondary signal detector 1 3.
  • the signal detected by the secondary signal detector 13 is amplified by the signal amplifier 14, transferred to the image memory 25, and displayed as a sample image on the image display device 26.
  • the stage 15 can move the sample 10 in at least two directions (X direction and Y direction) in a plane perpendicular to the primary electron beam, thereby scanning the primary electron 4 on the sample 10. Can be changed.
  • the pointing device 31 can specify the position of the sample image displayed on the image display device 26 and obtain the information. From the input device 32, you can specify image capture conditions (scanning speed, 'total number of images) and field correction method, and output and save images.
  • An address signal corresponding to the memory location of the image memory is generated in the control processor 30 or the control computer 42 installed separately, converted to analog, and then supplied to the scanning coil control power supply 24. Is done.
  • the image memory has 5 1 2 X 5 1 2 pixels
  • (pi xe l) it is a digital signal that repeats from 0 to 5 1 2, and the address signal in the Y direction is incremented by 1 when the address signal in the X direction reaches 0 to 5 1 2 0 To 5 1 2 is a repetitive digital signal. This is converted to an analog signal. Since the address of the image memory 25 corresponds to the address of the deflection signal for scanning the electron beam, a two-dimensional image of the deflection region of the electron beam by the scanning coil 9 is recorded in the image memory. The signals in the image memory 25 can be read out sequentially in time series by a read address generation circuit synchronized with a read clock. The signal read corresponding to the address is converted to an analog signal and becomes a luminance modulation signal of the image display device 26.
  • the apparatus described in this example has a function of forming a line profile based on detected secondary electrons or reflected electrons.
  • the line profile is formed based on the amount of detected electrons when the primary electron beam 4 is scanned one-dimensionally or two-dimensionally on the sample 10, or the luminance information of the sample image. Is used, for example, for dimension measurement of a pattern formed on a semiconductor wafer.
  • control processor 30 has been described as being integrated with or equivalent to the scanning electron microscope.
  • control processor 30 is not limited to this, and is processed by a processor provided separately from the scanning electron microscope body. You may also go.
  • the detection signal detected by the secondary signal detector 1 3 is transmitted as an image to the control processor 30, or the control processor 3 0 supplies a scanning electron microscope objective lens control power source 2 3 and a scanning coil control power source 2.
  • a transmission medium that transmits signals to 4 etc. and an input / output terminal that inputs and outputs signals transmitted via the transmission medium are required.
  • this example apparatus stores in advance, for example, conditions (measurement points, optical conditions of a scanning electron microscope, etc.) when observing a plurality of points on a semiconductor wafer as a recipe, and performs measurement and measurement according to the contents of the recipe. It has a function for observation.
  • the control processor 30 also functions as an arithmetic unit for measuring pattern dimensions.
  • a program for performing the processing described below may be registered in a storage medium, and the program may be executed by a processor that supplies necessary signals to a scanning electron microscope or the like. That is, the example described below is also an explanation as a program or a program product that can be adopted in a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope capable of acquiring an image.
  • control processor 30 stores the circuit pattern design data of the semiconductor device expressed in GDSII format, OAS IS format, etc., and the design data is converted into data necessary for SEM control. Part 3 3 may be connected.
  • the design data management unit 33 has a function of creating a recipe for controlling the SEM based on the inputted design data. It also has a function to process design data based on signals transmitted from the control processor 30. Further, the processing described below may be performed by a processor provided in the design data management unit 33. Furthermore, the scanning electron microscope may be controlled by a processor provided in the design data management unit 33 instead of the control processor 30.
  • the design data management unit 33 is described as a separate unit from the control processor 30.
  • the present invention is not limited to this, and the design data management unit 33 is a separate unit. Also good.
  • sample 10 was a wafer in the process of manufacturing a semiconductor product.
  • a resist pattern formed on the wafer by a lithography process was used.
  • circuit pattern design data designed overnight of the semiconductor device that is the basis of the pattern.
  • the semiconductor device circuit pattern design data used here is the final In particular, it shows an ideal pattern shape when a semiconductor device circuit is formed on a wafer.
  • the inspection object is a semiconductor wafer, but the design data and the object to be evaluated are not limited to this as long as there is a pair.
  • the following description is also effective for a mask pattern formed on a glass substrate used when a semiconductor pattern is exposed on a wafer or a pattern formed on a glass substrate such as a liquid crystal panel.
  • the circuit pattern design data can be of any type as long as the software that displays the design data of the circuit pattern can display the format and handle it as graphic data.
  • the pattern edge shown in the image (hereinafter referred to as the SEM edge) and the design shape shown in the evening (hereinafter referred to as the design pattern)
  • EPE Erge Pla- emen t erro er
  • FIG. 3 shows a state in which an electron microscope image of the design pattern 40 and an actual pattern (hereinafter also referred to as an actual pattern) 41 formed on the wafer are superimposed.
  • edge extraction is performed on the binarized template (SO 0 0 1) created from the design pattern 40 and the SEM image obtained from the actual wafer (S 0 0 0 2 ) And smoothing (S 0 0 0 3), and then performing a matching process (S 0 0 0 4) using normalized correlation.
  • the EPE measurement measures the shape error between the ideal pattern shape shown in design pattern 40 and the actual pattern 41, but as shown in Fig. 3, the actual pattern 4 1 is, for example, the tip of the pattern 4 2 is shrunk 0
  • the corners 4 3 are rounded.
  • the pattern is divided into (1) the leading edge of the pattern (hereinafter referred to as the leading edge 4 2), (2) the linear portion of the pattern (hereinafter referred to as the linear portion 4 4), (Referred to as corner 4 3).
  • Two-dimensional shape measurement is exactly measuring the entire pattern shape that changes in various ways depending on the features of the pattern shape.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example in which EPE measurement 47 is performed at all positions of the SEM edge 45 detected from the SEM image.
  • EPE measurement 47 is performed at all positions of the SEM edge 45 detected from the SEM image.
  • an electron beam is scanned in a certain direction. Because of the relationship between the pattern edge direction of the actual pattern 41, it is not possible to measure the sub-nanometer precision pattern edge position in all directions.
  • the generated secondary electron signal waveform 96 varies depending on the difference of the scanning direction 95 of the electron beam with respect to the edge direction of the actual pattern 41 on the wafer.
  • (B) in Fig. 4 shows the signal waveform of the secondary electrons when the electron beam is scanned perpendicularly to the edge of the actual pattern 41 on the wafer.
  • (C) is, for example, 45 degrees direction,
  • (d ) Shows, for example, the signal waveform of secondary electrons when scanning in the direction of 30 degrees.
  • the difference in the signal waveform of secondary electrons has a certain tendency depending on the angle between the scanning direction of the electron beam and the actual pattern on the wafer.
  • 90 ° is the horizontal direction of the actual pattern 4 on the wafer when the electron beam is scanned from the outside (low place) to the inside (high place) of the actual pattern 4 1 on the wafer.
  • ⁇ 90 ° shows an example of scanning the electron beam from the inside (high place) to the outside (low place) of the actual pattern 41 on the wafer.
  • the secondary electron signal at any angle Secondary electron signal The waveform can be corrected.
  • the signal intensity of secondary electrons can be corrected by equation (1).
  • the half-value width of the secondary electron signal waveform can be corrected by equation (2).
  • Figure 7 shows a technique for switching the electron beam scanning direction 95 according to the EPE measurement direction. If this method is used, the same secondary electron signal waveform can be obtained at any edge of the pattern. However, if the scanning direction of the electron beam is changed as described above, the scanning position may shift as shown in FIG. In this example, when the scanning direction of the electron beam is 0 °, the actual pattern 41 on the SEM image is a solid line, and when it is 1880 °, the actual pattern is a broken line, and the 0 ° and 1800 ° electron beams The error of the scanning position is indicated by ( ⁇ , ⁇ Y). In this example, only the errors in the X and Y directions are shown. Orientation errors can also occur.
  • Fig. 4 shows an example in which the pattern edge position is measured using the secondary electron signal waveform obtained by scanning one (one) electron beam.
  • the SZN of the signal waveform is low, Insufficient accuracy for EPE measurement.
  • Fig. 10 shows a line profile 54 created by averaging and smoothing multiple secondary electron signal waveforms obtained by scanning multiple (multiple) electron beams. This shows how to measure the pattern edge position. Since the line profile 54 has a higher S Z N than the original single and secondary electron signal waveform, it is possible to accurately measure the pattern edge position.
  • the line profile is as follows: (1) Extract the pixel information (grayscale gradation information) of the area of the length measurement box 5 3 from the SEM image of the pattern to be inspected and integrate it in the edge search direction 5 7 (averaging) ) Then, the means of smoothing and creating, 2 The area of the measuring box 5 3 to be inspected with the electron beam There is a means of integrating and averaging the secondary electron signal waveforms obtained by scanning the electron beam several times in the direction horizontal to the edge search direction 57 and smoothing it.
  • a certain threshold value Th is set for the luminance value of the line profile 55, and the position where the threshold value Th intersects the line profile 55 is defined as the measurement edge 55. 5 There are various other methods for detecting the edge from 5 and are not limited to this.
  • a measuring box 53 is placed at the midpoint 56 of the SEM edge 45 in the direction perpendicular to the design pattern 40. This will be described later in the explanation of Fig. 13. This is not the case.
  • Fig. 11 illustrates the specific processing flow.
  • FIG. 11 shows the case where a profile is created using pixel information in the area of length measurement box 53.
  • the pixel information of the image data of the pattern to be inspected in the length measurement area (S O 0 0 1) designated in the length measurement box 53 is acquired (S 0 0 0 2).
  • the integration direction of the pixel information at this time is a direction perpendicular to the edge search direction 57.
  • pixel information is accumulated and smoothed to create a line profile 54 (S 0 0 0 3).
  • a length measurement edge 55 is detected from the line profile 54 (S 0 0 0 4).
  • the EPE measurement is performed between the measuring edge 55 and the design parameter 40 (S 0 0 0 5).
  • FIG. 11 shows the case where a profile is created by scanning the region of length measuring box 53 with an electron beam.
  • the length measurement area (S 0 0 0 1) designated in the length measurement box 53 is scanned with the electron beam a plurality of times (SO 0 0 2).
  • the scanning direction at this time is a direction parallel to the edge search direction 57.
  • the line profile obtained by scanning the electron beam 5 Create 4 (S 0 0 0 3).
  • a length measurement edge 55 is detected from the line profile 54 (S 0 0 0 4). 'Finally, the EPE measurement is performed between the length measurement edge 5 5 and the design pattern 40 (S 0 0 0 5).
  • FIG. 10 shows the SEM edge where the highest luminance value in the white band 46 of the SEM image is used for image processing techniques such as Sobelbel Yui.
  • Fig. 10 (b) shows an example in which the inside of the white band 46 is detected as a SEM edge 45 by an image processing method such as a Sobel filter. In this case, there is a considerable error in the positions of the SEM edge 45 and the measurement edge 55.
  • Fig. 10 (c) shows an example in which the ridge edge 5 8 existing inside the actual pattern 41 is mistakenly detected as the S EM edge of the pattern outline by the image processing method such as the Sobel filter. If such an internal edge 58 is measured incorrectly, the correct outer shape cannot be captured. In any of the cases shown in Fig. 10, the measurement edge 55 with sufficient accuracy for EPE measurement can be detected by using the line profile 54.
  • Fig. 12 shows a measuring pox showing the area where the line profile is created
  • Fig. 12 (a) shows the measurement box 5 3 arranged with reference to the S EM edge midpoint 56.
  • the lengths L 1 and L 2 of the measurement pox 5 3 are S EM Edge 4 5 is set as a standard.
  • L 1 and L 2 are used to predict the position error between S EM edge 4 5 and measuring edge edge 5 5 and to set specific values individually! However, if the internal edge 58 is erroneously detected, an unexpected error may occur.
  • the length measurement edge 5 5 can be correctly grasped by using the intersection 5 9 of the edge search direction 5 7 and the design pattern 40 as the L 2 reference. Can do.
  • the SEM edge 45 is present inside the figure indicated by the design pattern 40, but the same processing can be performed when it exists outside the figure.
  • edge search direction 5 7 and the pattern shape predicted by simulation of the edge search direction 5 7 and the actual pattern shape (hereinafter sometimes referred to as simulation pattern) 5 7 The intersection of and may be used as a reference for L2.
  • the width W of the length measuring box 53 shown in FIG. 12 will be described. If the width W of the measuring box 53 is increased, the number of image information and the number of secondary electron signal waveforms to be integrated when creating a line profile will increase. It is impossible to capture the typical shape. Therefore, the width “W” may be automatically adjusted according to the length of the S E M edge 45.
  • the width W of the length measuring box 53 can be automatically narrowed at the part where the length of the SEM edge 45 is short and the shape change is large.
  • the width W can be controlled within a certain range.
  • the width W The scanning density of the electron beam can be made constant by changing the number of scannings according to.
  • damage caused by electron beams such as resist linking can be made constant regardless of the length of the SEM edge.
  • Figure 13 explains a specific example of the edge search direction 57.
  • the gradation search direction of a gradation image blurred with a Gaussian filter after filling a reference pattern is the edge search direction.
  • the SEM edge is used as the reference position for the edge search, but the present invention is not limited to this.
  • Fig. 13 (a) shows an example in which the gradation search direction of the gradation image 60 created by painting the design pattern 40 and then blurring with a Gaussian filter is the edge search direction 57. If this method is used, the edge search direction 5 7 can be set to a direction perpendicular to the design pattern 40 for the straight line shape part, and the shape changes at the tip part 4 2 and corner part of the pattern.
  • the integration direction of pixel information and the scanning direction of the electron beam can be set in the radial direction according to the above.
  • Figure 13 (b) shows the gradation of the gradient image 60 created by predicting the shape change of the actual pattern and blurring it with a Gaussian filter after painting the pattern 61, which is a deformed pattern 40
  • the change direction is the edge search direction 57
  • the design pattern 40 is deformed in anticipation that the leading end 42 of the pattern is shortened.
  • the pattern 61 is created. If such a method is used, in addition to the features shown in Fig. 13 (a), it is possible to cope with local differences in the amount of change in the pattern shape. 7
  • the integration direction of the pixel information and the scanning direction of the electron beam can be set.
  • Figure 13 (c) shows an example in which the gradation change direction of the gradation image 60 created by painting a polygon 62 with SEM edges and blurring with a Gaussian filter etc. is the edge search direction 57. Is.
  • FIG. 13 (d) shows an example in which the gradation search direction of the gradation image 60 created by painting the simulation pattern 63 after blurring with a Gaussian filter is the edge search direction 57.
  • the edge search direction 57 can be easily set regardless of the position of the SEM edge 45.
  • the edge search direction 5 7 is set from the outside to the inside of the reference pattern.
  • An edge search may be performed. For example, if an edge search is performed from a darker image to a brighter image of the gradation image 60, the reference pattern is a lighter color than the background (for example, the background is black and the inside of the reference pattern is white). When filled, the edge search direction 5 7 is set from the outside to the inside of the reference pattern. Conversely, if the reference pattern is painted darker than the background (for example, the background is white and the inside of the reference pattern is black), the edge search direction 5 7 Can be set from the inside to the outside inside of the reference figure.
  • Figure 14 shows the effect of the matching result on the EPE measurement value.
  • the pattern mattin is implemented between the template template created from the design overnight and the actual pattern using the method described in Fig. 2.
  • Fig. 15 (a) shows an example of using SEM edge 45 for this pattern matching process and measuring edge 55 detected using a line profile for EPE measurement. Yes. As shown in this figure, if there is a deviation in the position error between the SEM edge 45 used for matching and the measurement edge 55 used for EPE measurement, the measurement value measured by EPE will also be biased. As a result, the amount of shape deformation of the actual pattern cannot be captured correctly.
  • FIG. 14 shows a specific example when the measurement edge 55 is used for both pattern matching and EPE measurement. As shown in this figure, since the measurement edge 55 is used for both pattern matching and EPE measurement, the EPE measurement results will not be biased if appropriate pattern matching is performed. In Fig. 14 (b), measurement edge 5 5 was used for both pattern matching and EPE measurement, but the same result was obtained when S EM edge 4 5 was used for both pattern matching and EPE measurement. can get.
  • Fig. 15 and Fig. 16 show specific examples of pattern matching using length measurement edge 55.
  • a gradient image of a pattern in the case of Fig. 15, the design pattern 40
  • S00001 the luminance value of the gradation image at each measurement edge 55 position
  • S 00 0 2 the luminance value of the gradation image at each measurement edge 55 position
  • S c the luminance value of the gradation image at each measurement edge 55 position
  • the pattern matching result is an ideal position as shown in Fig. 15 (a)
  • the variation of the luminance value of the gradation image 60 at each measurement edge 55 is small, and the graph is As shown in Fig. 5 (c), the variance ⁇ 1 becomes smaller.
  • the pattern matching results are biased as shown in Fig. 15 (b)
  • the brightness value of the gradient image 60 at each measurement edge 55 will vary.
  • the variance ⁇ 2 increases as shown in Fig. 15 (d).
  • the variance of the luminance value is evaluated (S 0 0 0 4), and the position with the least variance is selected as the optimum matching position (S 0 0 0 5).
  • ideal pattern matching can be obtained by evaluating the dispersion of the luminance values of the gradation image of the reference pattern to be pattern-matched at each measurement edge position.
  • design data 40 is used as a reference pattern.
  • a design pattern or simulation pattern reflecting the shape change prediction described in FIG. 13 may be used.
  • measurement edge 55 is used for pattern matching, but SEM edge may be used.
  • the vertex coordinates of the reference pattern (in this case, design pattern 40) are rotated by an angle of 0 using the rotation equation shown in equation (1). (S 0 0 0 1) to obtain the reference pattern after rotation correction (in this case, the design pattern after rotation correction 6 9)
  • the variance of the luminance value of each length measurement edge 55 is evaluated according to the method described in FIG. 15 (S 0 0 0 3 to S 0 0 0 6 ) To derive the optimum pattern matching position (S 0 0 0 7). After the optimum matching result is obtained, EPE measurement is performed on the measurement edge 55 and the reference pattern (here, the design pattern 6 9 corrected for rotation) corrected for rotation (S O 0 0 8).
  • the biggest feature of the methods 1 and 2 proposed in this example is that the coordinate data is rotated without rotating the image display. As a result, high-speed processing can be performed, and errors in EPE measurement accuracy due to pixel rounding errors that occur when rotating image data can be prevented.
  • FIG. 20 illustrates a method of obtaining three-dimensional shape information of the actual pattern 41 by using a threshold value change when detecting the length measurement edge 55 using the line profile 54.
  • Figure 20 (a) and Figure 20 (b) are both shown in Figure 20 (e).
  • the EPE measurement 47 of the actual pattern 41 with the cross-sectional shape as shown above is shown.
  • Fig. 20 (a) shows EPE measurement using S EM edge 55 when threshold value T h 1 is set to the luminance value of 1 line profile file 54 as shown in Fig. 20 (c). 4 7 is shown.
  • Fig. 20 (b) shows a case where the threshold value Th 2 greater than the threshold value T hl is set as the luminance value of the line profile 54, as shown in Fig. 20 (d).
  • EPE measurement using S EM edge 5 5 is shown.
  • the threshold value when obtaining the SEM edge 55 from the line profile 54, Capable of capturing external shapes with different heights of actual pattern 41.
  • the three-dimensional shape deformation of the actual pattern 41 can be measured by EPE.
  • the threshold values may be subdivided into 10 levels or the like when more detailed three-dimensional shape information is obtained.
  • FIG. 21 shows the E E P E measurement when the semiconductor element is formed over multiple layers.
  • FIG. 21 shows the case where the semiconductor element observed in the SEM image has two layers, an upper layer and a lower layer, three or more layers may exist.
  • the SEM edge extracted from the actual pattern can be used as the layer information of the design pattern associated with the SEM edge.
  • Fig. 21 shows an example in which SEM edges are associated with (3) design patterns in the direction perpendicular to SEM edges.
  • the upper SEM edge 73 is the upper design pattern.
  • the lower SEM edge 7 7 can be associated with the lower design pattern 7 5.
  • FIG. 21 (a) shows the line profile 74 of the upper pattern edge
  • FIG. 21 (b) shows the line profile 79 of the lower pattern edge.
  • the line profile 7 4 of the lower pattern edge has a lower luminance value than the line profile 7 4 of the upper pattern edge.
  • the upper SEM edge 72 and the lower SEM edge 77 can be distinguished by setting an appropriate threshold for the luminance value.
  • Fig. 22 (a) shows the line profile 74 of the upper layer pattern edge
  • Fig. 22 (b) shows the line profile 79 of the lower pattern edge.
  • the upper line profile 74 has one luminance peak
  • the lower line profile 79 has two luminance peaks.
  • the upper SEM edge 72 and the lower SEM edge 77 can be distinguished by examining the number of peaks exceeding the appropriate threshold value Th set as the luminance value.
  • the difference in the shape of the line profile is determined by the threshold value set in the line profile.
  • the method of comparing the shape of the line profile is not limited to this.
  • the line profile shapes themselves may be compared by normalized correlation.
  • FIG. 23 shows an example of the output result of the EPE measurement result.
  • the output results consist of (1) information on EPE measurement results, 9 (2) information on reference patterns used as the basis for EPE measurement, 9 3, and (3) evaluation results of EPE measurement.
  • the EPE measurement information section includes the measurement value of EPE measurement, the coordinates of the measurement edge that is the source of the measurement value, and the coordinates of the associated reference pattern.
  • the reference pattern information section includes reference pattern type (design pattern, simulation pattern, etc.), reference pattern layer information (layer information, data type), figure information (figure number, line segment number, line segment start / end coordinates) , Line segment direction).
  • the classification information of the part of the reference pattern associated with the EPE measurement (straight line part, corner part, tip part, etc.), management standard of EPE measurement value (threshold value for abnormality determination, etc.)
  • the importance of the EPE measurement value such as whether it is within specification, out of specification, fatal or not fatal).
  • the reference pattern classification information may be included in the reference pattern information. For example, if you set a specific layer number and data type for a figure that includes only the Line part, you can classify the reference pattern by referring to it. Further, the classification information may be automatically created by analyzing the shape of the reference pattern. For example, if a line segment has a certain length or more, it is regarded as a straight line part, a part at a certain distance from the part where the line segment is orthogonal is regarded as a corner part, or two corner parts are If they are close to each other and straight parts longer than a certain length are connected, they can be regarded as tip parts. '
  • management standards can be set individually for each classification of reference patterns. For example, it is possible to loosen the management standard of the corner portion rather than the straight portion.
  • management criteria may be distinguished by conditions (for example, importance as a semiconductor circuit) even for the same straight line portion.
  • the straight line part (Line-1) which has a strict standard
  • the straight line part (Line-2) which has a strict standard
  • the control standard is set to 15.0 to 5.0 nm for the corners (Corner) whose standard is not stricter than that of the straight line part.
  • EPE measurement values that exceed the set management standards are identified and displayed so that they can be distinguished from other measurement results.
  • the pattern to be reevaluated may be clarified.
  • other length measurement results are identified and displayed by displaying numbers and symbols representing abnormalities that have been determined in advance in the importance of the EPE measurement evaluation result section.
  • EPE No. 2 has an EPE measurement value of 1-5.3 nm against the management standard of 2.0 nm, indicating that the importance is problematic because it exceeds the management standard. It is set. With this configuration, the administrator can selectively evaluate only the part that exceeds the allowable error, which is effective in improving the evaluation efficiency.
  • the average value for each direction of EPE measurement is obtained, and by checking whether the average EPE measurement value in each direction is unbiased, On the other hand, it is possible to judge whether the entire actual pattern is shifted or only a part of the actual pattern is deformed. In other words, if only a part of the EPE measurement value is a large value, it is possible that only that region is deformed for some reason. However, for example, when the average EPE measurement value in one direction shows a large negative value and the average EPE measurement value on the opposite side shows a large plus, the pattern is formed with a large deviation in that direction. Been It can be said that there is a possibility.

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Abstract

本発明の主たる目的の1つは、二次元パターンのエッジをエッジの方向に関わらず常に同じ精度でエッジ位置を検出する試料寸法測定方法、及び試料寸法測定装置を提供することにある。本発明によれば、上記目的を達成するために、検査対象パターンのパターンエッジ方向に対する電子ビームの走査方向による、二次電子の信号波形の変化を補正することを提案する。また、電子ビームの走査方向を測定するパターンの方向にあわせて変化させる場合は、走査方向と走査位置の誤差を補正することを提唱する。このような構成によれば、電子ビームの走査方向に関わらず、十分なエッジ検出精度を得ることができる。

Description

明 細 書
試料寸法検査 ·測定方法、 及び試料寸法検査 ·測定 置 技術分野
本発明は、 パターンの検査 · 測定方法， パターンの検査 ·測定装置、 及びパ夕一ンの検査 ·測長を行うためのコンピュータープログラムに関 し、 特にパ夕一ンの設計データと実パターンを比較することにより、 パ ターンに関する形状または配置誤差を検査 · 計測する方法， 装置に関す る。 背景技術
半導体デバイスの回路パターンの設計データ （デザインデータ） を用 いて、 ウェハ上に実際の形成された半導体デバイスの回路パターンを測 定することが知られている。 回路パターンのデザインは、 半導体デパイ スの回路パターンが本来あるべき理想的な形状を示すものであるため、 デザィンデータとウェハ上に実際に形成されたパターンを比較すること によって、 半導体製造プロセスによるパ夕一ニング精度の評価が可能と なる。
昨今、 半導体集積回路は、 ますます微細化が進み、 それに伴って、 半 導体検査装置の性能も向上してきた。 そのような半導体検査装置の 1つ に C D— S E M (Cri t ical Dimension Scanning Electron Microscope) がある。 CD— S EMは、 荷電粒子線のひとつである電子ビームを試料 上に走査することによつ t得られる二次電子に基づいて、 試料上に形成 されたパターンの寸法を測定する装置である。
特許文献 1には、 C D— S EMを使って検査対象パターンのパターン エッジを検出し、 それと基準パターンとを比較することによって、 パタ ーンの変形量を検出することが開示されている。 '
また、 電子ビームを試料上に走査して得られる二次電子は、 その走査 方向と検査対象パターンのパターンエツジ方向によって、 発生する二次 電子の発生強度や分布が異なる場合がある。 特許文献 1や特許文献 2に はこれらを緩和するために、 電子ビームを測定するパターンのエツジ方 向に対して常に垂直に走査することが提案されている。
【特許文献 1】 特開 2 0 0 4— 1 6 3 4 2 0号公報
【特許文献 2】 特開 2 0 0 5— 1 1 6 7 9 5号公報 発明の開示
最新の半導体集積回路には、 パターン幅が 3 2 nmを下回る.ほど微細 なものがある。 このようなパターン寸法を管理するためは 0. 3 ηπ！〜 0. 2 nm以下といったサブナノメートルの精度でパターン形状を計測 する必要がある。 このような計測精度を実現するためには、 先に述べた ような、 電子ビームめ走査方向とパターンエツジ方向の違いによる二次 電子の発生強度や分布の違いを無視することはできない。
そのため、 特許文献 1や特許文献 2では検査対象パターンのパターン ェッジ方向に対して電子ビームを常に垂直に走査することが提案されて いるが、 以下のような問題がある。
電子ビームの走査位置や走査方向の制御には精度的な限界があり、 走 査方向を変化させると、 パターンのエツジ検出位置が 1 n m以上変化し てしまう場合がある。 従って、 検査対象のパターンのパターンエッジに 常に電子ビームが垂直になるように走査すると、 走査した位置や方向に よってパターンのエッジ検出位置に誤差が生じてしまう。 また、 特許文 献 2では走査方向が異なる S E M像を組合わせる手法が開示されている が、 走査方向による S E M像の面内歪みの違いによって、 S iE M像の視 野内の全てのパターンを十分な精度で重ね合わせることができない。
しかしながら、 特許文献 1や特許文献 2に開示された技術では、 この ような電子ビームの走査方向や位置を変化させることによって生じる走 査方向や位置の制御誤差についてはなんら対策を講じていなかった。 本発明によれば、 上記目的を達成するために、 電子ビームの走査方向 とパターンエッジ方向の違いによる二次電子の発生強度や発生分布の違 いを、 あらかじめ調べてライブラリー化しておき、 そのライブラリーを 使って実際に取得した二次電子信号を補正することによって、 電子ビー ムの走査方向に対して垂直でないパターンエツジであってもエツジ位置 を正確に計測することができる。
また、 電子ビームの走査位置と走査方向による走査誤差をあらかじめ 計測しておき、 電子ビームを走査する際の制御信号にこの誤差を重畳す ることによって、 電子ビームの走査方向や走査位置を変化させたときの 誤差を低減し、 十分な精度でパターンのエツジ位置を計測するこどがで さる。
本発明における主たる効果は、 電子ビームの走査方向とパターンエツ ジの方向の違いによるパターンエツジ位置の計測誤差や電子ビームの走 査方向を可変した際に生じる走査位置や走査方向の誤差が原因となって 生じるパターンエッジ位置の計測誤差を低減することによって、 微細な パターンの全ての方向のエツジ位置を高精度に計測できる試料寸法検査 •測定方法、 及び装置を提供することである。 図面の簡単な説明 第 1図は、 走査形電子顕微鏡の概略を説明する図である。 第 2図は、 デザィンデ一夕と S E M像のマッチング処理を説明する図である。 第 3 図は、 S E Mエッジを基準とした E P E計測を説明する図である。 第 4 図は、 実パターンのパターンエツジ方向に対する電子ビームの走査方向 との違いによる、 二次電子信号波形の違いを示す図である。 第 5図は、 実パターンのパターンエッジの高低差に対する電子ビームの走査方向と の違いによる、 二次電子信号波形の違いを示す図である。 第 6図は、 二 次電子の信号強度と信号波形の半値幅の電子ビームの走査方向による傾 向を示す図である。 第 7図は、 全ての方向のパターンエッジに対して電 子ビームを垂直に走査する方式を示す図である。 第 8図は、 電子ビーム の走査方向を変更した場合の位置誤差を示す図である。 第 9図は、 電子 ビームの各走査位置における、 走査位置の誤差を示した図である。 第 1 0図は、 S E Mエツジを基準としたラインプロファイルを使って測長 エッジを抽出する処理を説明する図である。 第 1 1図は、'第 1 0図の処 理フローを説明する図である。 第 1 2図は、 ラインプロフアイルを作成 する測長ボックスを配置する手法を説明する図である。 第 1 3図は、 ラ インプロファイルを作成する方向を説明する図である。 第 1 4図は、 E P E計測の測長エツジを基準としたマッチング結果を説明する図であ る。 第 1 5図は、 測長エッジを使ってパターンマッチングする手法を説 明する図である。 第 1 6図は、 第 1 5図の処理フローを説明する図であ る。 第 1 7図は、 E P E計測における回転成分を補正する手法を説明す る図である。 第 1 8図は、 第 1 7図の処理フローを説明する図（その 1 ) である。 第 1 9図は、 第 1 7図の処理フローを説明する図 （その 2.) で ある。 第 2 0図は、 測長エッジを検出する際の閾値を変化させた場合の エッジ抽出位置を説明する図である。 第 2 1図は、 複数層のパターンの E P E計測に関して説明する図 （その 1 ) である。 第 2 2図は、 複数層 のパターンの E P E計測に関して説明する図 （その 2 ) である。 第 2 3 図は、 E P E計測結果の出力結果の例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 第 1図を用いて走査形電子顕微鏡 （以下、 ScanningElectron Microscope: S EMと呼ぶ） の概略を説明する。 陰極 1 と第一陽極 2の間 には、 制御プロセッサ 3 0で制御される高圧制御電源 2 0により電圧が 印加され、 所定のエミッション電流で一次電子線 4が陰極 1から引き出 される。 陰極 1 と第二陽極 3の間には、 制御プロセッサ 3 0で制御され る高圧制御電源 2 0により加速電圧が印加され、 陰極 1から放出された 一次電子線 4が加速されて後段のレンズ系に進行する。 - 一次電子線 4は、 制御プロセッサ 3 0で制御されるレンズ制御電源 2 1により電流制御された収¾レンズ 5で収束され、 絞り板 8で一次電 子線 4の不要な領域が除去された後に、 制御プロセッサ 3 0で制御され るレンズ制御電源 2 2により電流制御された収束レンズ 6、 および制御 プロセッサ 3· 0で制御される対物レンズ制御電源 2 3により電流制御さ れた対物レンズ 7により試料 1 0に微小スポッ トとして収束される。 対 物レンズ 7は、 インレンズ方式， アウトレンズ方式、 およびシュノーケ ル方式 （セミインレンズ方式） など、 種々の形態をとることができる。
また、 試料 1 0に負の電圧を印加して一次電子線を減速させるリタ一 デイング方式も可能である。 さらに、 各々のレンズは、 制御された電圧 を印加した複数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。 一次電 線 4は、 制御プロセッサ 3 0で制御される走査コイル制御電 源 2 4により電流制御される走査コイル 9で試料 1 0上を二次元的に走 査される。 一次電子線の照射で試料 1 0から発生した二次電子等の二次 信号 1 2は、 対物レンズ 7の上部に進行した後、 二次信号分離用の直交 電磁界発生装置 1 1により、 一次電子と分離されて二次信号検出器 1 3 に検出される。 二次信号検出器 1 3で検出された信号は、 信号増幅器 1 4で増幅された後、 画像メモリ 2 5に転送されて画像表示装置 2 6に 試料像として表示される。
走査コイル 9 と同じ位置に制御プロセッサ 3 0で制御される対物レン ズ用ァライナー制御電源 2 7により電流制御される 2段の偏向コイル
(対物レンズ用ァライナー） 1 6が配置されており、 対物レンズ 7に対 する一次電子 4の通過位置を二次元的に制御できる。 ステージ 1 5は、 少なくとも一次電子線と垂直な面内の 2方向 （X方向， Y方向） に試料 1 0を移動することができ、 それによつて試料 1 0上の一次電子 4の走 査領域を変更することができる。
ポインティ ング装置 3 1は、 画像表示装置 2 6に表示された試料像の 位置を指定してその情報を得ることができる。 入力装置 3 2からは、 画 像の取り込み条件 （走査速度， '画像積算枚数） や視野補正方式などの指 定、 および画像の出力や保存などを指定することができる。
なお、 画像メモリのメモリ位置に対応したアドレス信号が、 制御プロ セッサ 3 0内、 或いは別に設置された制御コンピュータ 4 2内で生成さ れ、 アナログ変換された後に、 走査コイル制御電源 2 4に供給される。 X方向のアドレス信号は、 例えば画像メモリが 5 1 2 X 5 1 2画素
( p i xe l ) の場合、 0から 5 1 2を繰り返すデジタル信号であり、 Y方向 のァドレス信号は、 X方向のァドレス信号が 0から 5 1 2に到達したと きにプラス' 1 される 0から 5 1 2の繰り返しのデジタル信号である。 こ れがアナログ信号に変換される。 画像メモリ 2 5のアドレスと電子線を走査するための偏向信号のァド レスが対応しているので、 画像メモリには走査コイル 9による電子線の 偏向領域の二次元像が記録される。 なお、 画像メモリ 2 5内の信号は、 読み出しクロックで同期された読み出しアドレス生成回路で時系列に順 次読み出すことができる。 ァドレスに対応して読み出された信号はアナ ログ変換され、 画像表示装置 2 6の輝度変調信号となる。
また本例で説明する装置は、 検出された二次電子或いは反射電子等に 基づいて、 ラインプロファイルを形成する機能を備えている。 ラインプ ロフアイルは一次電子線 4を試料 1 0上を一次元、 或いは二次元走査し たときの電子検出量、 或いは試料像の輝度情報等に基づいて形成される ものであり、 得られたラインプロファイルは、 例えば半導体ウェハ上に 形成されたパターンの寸法測定等に用いられる。
なお、 第 1図の説明は制御プロセッサ 3 0が走査電子顕微鏡と一体、 或いはそれに準ずるものとして説明したが、 無論それに限られることは なく、 走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられたプロセッサで処理を行つ ても良い。 その際には二次信号検出器 1 3で検出される検出信号を画像 として制御プロセッサ 3 0に伝達したり、 制御プロセッサ 3 0から走査 電子顕微鏡の対物レンズ制御電源 2 3や走査コイル制御電源 2 4等に信 号を伝達する伝達媒体と、 当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力 する入出力端子が必要となる。
更に、 本例装置は、 例えば半導体ウェハ上の複数点を観察する際の条 件 （測定個所， 走査電子顕微鏡の光学条件等） を予めレシピとして記憶 しておき、 そのレシピの内容に従って、 測定や観察を行う機能を備えて いる。 また'、 制御プロセッサ 3 0は、 パターン寸法を測定する際の演算 装置としても機能する。 また、 以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録してお き、 走査電子顕微鏡等に必要な信号を供給するプロセッサで、' 当該プロ グラムを実行するようにしても良い。 即ち、 以下に説明する例は画像を 取得可能な走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に採用可能なプログラム、 或いはプログラムプロダク トとしての説明でもある。
更に、 制御プロセッサ 3 0には、 G D S I I フォーマッ トや OAS I S フォーマツ トなどで表現された半導体デバイスの回路パターン設計デ一 夕を記憶し、 S E Mの制御に必要なデータに変換するデザィンデ一夕管 理部 3 3を接続しても良い。 当該デザィンデータ管理部 3 3は、 入力さ れたデザィンデ一夕に基づいて、 上記 S E Mを制御するレシピを作成す る機能を備えている。 また、 制御プロセッサ 3 0から伝達される信号に 基づいて、 デザインデータを加工する機能をも備えている。 また、 以下 に説明する処理を当該デザィンデータ管理部 3 3内に設けられたプロセ ッサで行っても良い。 更に、 制御プロセッサ 3 0に代わってデザインデ 一夕管理部 3 3内に設けられたプロセッサによって、 走査電子顕微鏡を 制御するようにしても良い。
なお、 本例の説明ではデザインデータ管理部 3 3が、 制御プロセッサ 3 0 と別体のものとして説明するが、 これに限られることはなく、 デザ インデータ管理部 3 3がー体であっても良い。
本例においては試料 1 0として、 半導体製品を製造する工程の中にあ るウェハとした。 リソグラフィー工程によりウェハ上に形成されたレジ ストパターンを用いた。 その比較対象として、 そのパターンのもととな る半導体デバイスの回路パターンの設計データ （デザィンデ一夕） .を用 いた。 '
ここで用いる半導体デバイスの回路パターンの設計データとは、 最終 的に半導体デバイスの回路をウェハ上に形成する際の理想的なパターン 形状を示す。 なお、 以下の説明は、 検査対象を半導体ウェハとしたが、 設計データと評価したい対象が対をなしていればこれに限ることはない。 例えば、 半導体パターンをウェハ上に露光する際に使用するガラス基板 上に形成されたマスクパターンや、 液晶パネルのようなガラス基板上に 形成されたパターンに対しても以下の説明は有効である。
また、 回路パターンの設計データは、 回路パタ一ンの設計デ一夕を表 示するソフトウェアがそのフォーマツ ト形式を表示でき図形データとし て取り扱うことができれば、 その種類は問わない。
以下に図面を用いて、 電子顕微鏡で取得した画像に示されたパターン のエッジ部分 （以下、 S E Mエッジと称することもある） とデザインデ —夕に示されたパターン形状 (以下、 デザインパターンと称することも ある） との形状誤差の測定 （以下 E P E (Edge P l ac emen t Er r or)計測と 称することもある） の例について説明する。
[実施例 1 ] ,
第 3図は、 デザインパターン 4 0 と、 ウェハ上に形成された実際のパ ターン （以下、 実パターンと称することもある） 4 1の電子顕微鏡画像 を重ねた状態を示す。 これは第 2図に示したように、 デザインパターン 4 0から作成した 2値化したテンプレート （S O 0 0 1 ) と実際のゥェ ハから取得した S E M像をそれぞれエッジ抽出 （S 0 0 0 2 ) および平 滑化 （S 0 0 0 3 ) した後に、 正規化相関などを使ってマッチング処理 ( S 0 0 0 4 ) することによって得られる。
E P E計測は、 デザインパターン 4 0で示された理想的なパ夕一ン形 状と実パターン 4 1 との形状誤差を計測するものであるが、 第 3図に説 明するように、 実パターン 4 1は、 例えばパ夕一ンの先端部 4 2が縮ん 0
だり、 角部 4 3が丸まったりして形成されることが多い。 第 3図に示す 例ではパターンを、①パターンの先端部（以下、 先端部 4 2と称する） 、 ②パターンの直線部 （以下、 直線部 4 4と称する） 、 ③パターンの角部 (以下、 角部 4 3 と称する） に分類している。
このように分類する理由として、 パターン形状の特徴によってその変 形の傾向や変形量が異なるからである。 二次元形状計測とはまさにこの ようなパターン形状の特徴に応じて様々な変化をするパターン形状全体 を計測することである
第 3図は、 S E M像から検出された S E Mェッジ4 5の全ての位置で E P E計測 4 7を行う例を説明する図であるが、 一定の方向に電子ビー ムを走査した場合、 走査方向に対する実パターン 4 1のパターンエッジ の方向の関係から、 全ての方向においてサブナノメートルの精度パター ンエツジ位置を計測することはできない。
具体的には第 4図に示したように、 ウェハ上の実パターン 4 1のエツ ジ方向に対する電子ビームの走査方向 9 5の違いによって、 発生する二 次電子の信号波形 9 6は異なる。 第 4図の （b ) は電子ビームをウェハ 上の実パターン 4 1のエツジに対して垂直に走査した場合の二次電子の 信号波形を示し、 （ c ) は例えば 4 5度方向、 （d ) は例えば 3 0度方 向に走査した場合の二次電子の信号波形を示す。
また、 第 5図に示したように、 実パターン 4 1の外側 （低い場所） か ら内側 （高い場所） に電子ビーム （一次電子線 4 ) を走査した場合と、 内側 （高い場所） から外側 （低い場所） に電子ビームを走査した場合と では、 やはり二次電子の発生強度と発生分布が異なる場合がある。 .第 5 図の （b ) 'は、 ウェハ上の実パターン 4 1の外側 （低い場所） から内側 (高い場所） に電子ビ一ムを走査した場合の例を示し、 第 5図の （ c ) 1
は、 ゥェ八上の実パターン 4 1の内側 （高い場所） から外側（低い場所） に電子ビームを走査した場合の例を示す。
このような二次電子の信号波形の違いは第 6図に示したように、 電子 ビームの走査方向とウェハ上の実パターンがなす角度によって一定の傾 向を持っている。 なお、 ここでは 9 0 ° はウェハ上の実パターン 4 1の 外側 （低い場所） から内側 （高い場所） に電子ビームを走査した場合、 0 ° はウェハ上の実パターン 4 1のエツジと水平に電子ビームを走査し た場合、 — 9 0 ° はウェハ上の実パターン 4 1の内側 （高い場所） から 外側 （低い場所） に電子ビームを走査した場合の例を示す。
第 6図に示したグラフから求めた二次電子の信号強度の検量線 9 7 と 信号の半値幅の検量線 9 7を使って、 任意の角度における二次電子の信 号二次電子の信号波形を補正することができる。 例えば、 式 （ 1 ) によ つて二次電子の信号強度を補正することができる。 また、 式 （ 2 ) によ つて二次電子の信号波形の半値幅を補正することができる。
(補正後の信号強度） = . (元の信号強度） X f ( Θ ) · · · ( 1 ) (補正後の半値幅） = (元の幅） X g ( Θ ) · · 。 （.2 )
[実施例 2 ]
第 7図に E P E計測方向にあわせて電子ビームの走査方向 9 5を切替 える手法を示す。 この手法を使用すればどの方向のパ夕一エッジであつ ても同じような二次電子の信号波形を得られる。 但し、 前述したように 電子ビームの走査方向を変化させると、 走査位置が第 8図のようにずれ る場合がある。 この例では、 電子ビームの走査方向が 0 ° の場合を SEM 像上の実パターン 4 1 を実線で、 1 8 0 ° の場合の実パターンを破線で、 0 ° と 1 8 0 ° の電子ビームの走査位置の誤差を （ΔΧ, △ Y)で示す。 なお、 この例では X方向と Y方向の誤差しか示していないが、 回転方 向の誤差も発生しうる。 更に、 これらの誤差は電子ビームの走査位置の 電子光学系中心軸からの距離や方向によって異なっている可能性がある。 従って、 第 9図に示したように、 電子ビームの走査の位置と方向の誤差 をあらかじめ計測しておき、 その結果を使って電子ビームの走査のため の制御信号に補正を加えたり、 または、 第 7図に示した電子ビームの走 査位置と方向を正しい （実際の） 位置と方向に補正した上でパターンェ ッジ位置を計測するようにする。 なお、 第 9図のます目は電子ビームの 電子光学系の中心からの位置を示しており、 矢印はその位置での電子ビ ームの走査位置の誤差を示している。 '
[実施例 3 ]
第 4図では、 1ケ所 （ 1本） の電子ビームの走査で得られた二次電子信 号波形を使ってパターンエッジ位置を計測する例を示したが、 これでは 信号波形の S Z Nが低く、 E P E計測として精度が不足する。 これに対 して、 第 1 0図は複数個所 （複数本） の電子ビ一ムの走査によって得ら れた複数の二次電子信号波形を平均化および平滑化して作成したライン プロファイル 5 4を使って、 パターンエツジ位置を計測する手法を示し たものである。 ラインプロファイル 5 4は元となった 1本， 1本の二次 電子信号波形よりも S Z Nが高いため、 正確なパターンエツジ位置を正 確に計測することができる。
このような手法を使うことによって実パターン 4 1の正確な外形形状 ( Con t our) をサブナノメ一トルの精度で検出することができる。
なお、 ラインプロファイルは①検査対象パターンの S E M像の画像デ 一夕から測長ボックス 5 3の領域の画素情報 （グレースケールの階調情 報） を抽出してエッジサーチ方向 5 7に積算 （平均化） して、 平滑化し て作成する手段と、 ②電子ビームを検査対象の測長ボックス 5 3の領域 をエッジサーチ方向 5 7に水平な方向に電子ビームを数回走査して得ら れた二次電子信号波形を積算 （平均化） して、 平滑化して作成する手段 がある。
第 1 0図ではラインプロファイル 5 5の輝度値に一定の閾値 T hを設 定し、 その閾値 T hとラインプロファイル 5 5が交差する位置を測長ェ ッジ 5 5 としているが、 ラインプロファイル 5 5からのエツジ検出方法 はこのほかにも様々な手法があり、 この限りではない。 第 1 0図では S E Mエッジ 4 5の中点 5 6にデザィンパターン 4 0 と直交する方向に 測長ボックス 5 3を配置しているが、 これについては後に第 1 3図の説 明で述べるようにこの限りではない。
第 1 1図で具体的な処理フローを説明する。
まず、 第 1 1図の （ a ) に測長ボックス 5 3の領域の画素情報を使つ てプロファイルを作成する場合を示す。 測長ボックス 5 3で指定された 測長領域 （S O 0 0 1 ) の検査対象パターンの画像データの画素情報を 取得する （S 0 0 0 2 ) 。 このときの画素情報の積算方向はエッジサ一 チ方向 5 7に対して垂直な方向とする。 次に、 画素情報を積算して、 平 滑化してラインプロファイル 5 4を作成する （S 0 0 0 3 ) 。 次に、 そ のラインプロファイル 5 4から測長エッジ 5 5を検出する（S 0 0 0 4 ) 。 最後に測長ェッジ 5 5とデザィンパ夕一ン 4 0との間の E P E計測を 実施する （ S 0 0 0 5 ) 。
次に、 第 1 1図の （b ) に測長ボックス 5 3の領域を電子ビームで走 査してプロファイルを作成する場合を示す。 測長ボックス 5 3で指定さ れた測長領域 （S 0 0 0 1 ) を電子ビームで複数回走査する （S O 0 0 2) 。 このときの走査方向はエッジサーチ方向 5 7と水平な方向とする。 次 に、 電子ビームを走査することによって得られたラインプロファイル 5 4を作成する （ S 0 0 0 3 ) 。
次に、 そのラインプロファイル 5 4から測長エツジ 5 5を検出する ( S 0 0 0 4 ) 。' 最後に測長エツジ 5 5 とデザィンパターン 4 0との間 の E P E計測を実施する （S 0 0 0 5 ) 。
第 1 0図の （ a) はソ一ベルフィル夕一などの画像処理の手法では S EM像のホワイ トバンド 4 6の最も輝度値が高い部分を S EMエッジ
4 5として検出した例を示している。 この場合、 S EMェッジ4 5はラ インプロファイルによって求めた測長エッジ.5 5 と非常に近い位置にあ るが、 測長エッジ 5 5とは数 nmの誤差が存在し E P E計測としては精 度不足している。 第 1 0図 （b) はソーベルフィルターなどの画像処理 の手法ではホワイ トバンド 4 6の内側を S EMエッジ 4 5として検出さ れた例を示している。 この場合は S EMエッジ 4 5 と測長エッジ 5 5の 位置にはかなり誤差がある。
第 1 0図 （ c ) はソ一ベルフィルタ一などの画像処理の手法では実パ ターン 4 1の内部に存在する內部エッジ 5 8をパターン外形部の S EM エッジとして誤検出した例であり、 このような内部エッジ 5 8を誤って 計測してしまうと正しい外形形状を捉えることができない。 第 1 0図に 示したいずれのケースにおいて、 ラインプロファイル 5 4を使うことに よって E P E計測として十分な精度を持った測長エッジ 5 5を検出する ことができる。
第 1 2図はラインプロファイルを作成する領域を示す測長ポックス
5 3の配置方法に関する例を示したものである。 第 1 2図 （ a) は測長 ボックス 5 3を S EMエッジ中点 5 6を基準にして配置したもので.あり、 測長ポックス 5 3のエツジサ一チ方向長さ L 1および L 2は S EMエツ ジ 4 5を基準として設定されている。 5
この L 1および L 2は S E Mエツジ 4 5と測長エツジ 5 5との位置の 誤差を予測して、 特定の値をそれぞれ個別に設定してきめる；！とができ るが、 内部エッジ 5 8を誤検出した場合などは予想を超えた誤差が発生 する可能性がある。
この場合は第 1 2図 （b ) に示したようにエツジサーチ方向 5 7 とデ ザィンパターン 4 0の交点 5 9を L 2の基準にすることによつて測長ェ ッジ 5 5を正しく捉えることができる。 なお、 第 1 2図 （b ) の例では S E Mエッジ 4 5がデザィンパタ一ン 4 0が示す図形の内側に存在して いるが、 外側に存在していた場合も同様に処理することができる。
また、 第 1 2図には示されていないが、 エツジサーチ方向 5 7と実際 のパターン形状をシミュレーションで予測したパターン形状 （以下、 シ ミュレ一シヨンパターンと呼ぶことがある） をエッジサーチ方向 5 7 と の交点を L 2の基準として使用してもよい。
次に第 1 2図に示した測長ボックス 5 3の幅 Wについて説明する。 測 長ボックス 5 3の幅 Wを大きくするとラインプロファイルを作成する際 に積算する画像情報の数や二次電子信号波形の本数が増えるため、 幅 W を大きくしすぎると形状変化が大きい部位の局所的な形状を捉えること ができなくなる。 そこで幅" Wについても S E Mエッジ 4 5の長さに応じ て自動的に調整するようにしても良い。
例えば、 幅 Wを S E Mエッジ 4 5の長さと同じにすれば、 S E Mエツ ジ 4 5の長さが短い形状変化が大きい部位は自動的に測長ボックス 5 3 の幅 Wを狭くすることができる。 また、 幅 Wに上下限値 （例えば， 上限 を 2 0 n m、 下限を 3 n m ) を設定すれば幅 Wを一定の範囲内でコ.ント ロールすることもできる。
更に、 電子ビームの走査によってプロフアイルを作成する場合は幅 W に応じて走査する本数を変化させることによって、 電子ビームの走査密 度を一定にすることができる。 これによつて、 レジストのシ リンクな どの電子ビームによるダメージを S E Mエツジの長さによらず一定にす ることができる。
[実施例 4 ]
第 1 3図はエツジサーチ方向 5 7の具体例について説明したものであ る。 まず始めに、 本発明では基準となるパターンを塗りつぶした後でガ ウスフィルタ一などでぼかしたグラデ一ション画像の階調変化方向をェ ッジサーチ方向にすることを提案する。 なお、 説明の便宜上、 第 1 0図 および第 1 2図で説明したように、 エッジサーチの基準位置として SEM エッジを使用しているが、 それに限定されるものではない。
第 1 3図 （ a ) はデザィンパターン 4 0を塗りつぶした後でガウスフ ィルタ一などでぼかして作成したグラデーション像 6 0の階調変化方向 をエッジサーチ方向 5 7とした例を示すものである。 このような方法を 使用すれば、 直線形状部に関してはエッジサーチ方向 5 7をデザィンパ 夕一ン 4 0に垂直な方向に設定することができ、 パターンの先端部 4 2 や角部には形状変化に合わせた放射状方向に画素情報の積算方向や電子 ビームの走査方向を設定することができる。
第 1 3図 （b ) は実パターンの形状変化を予測してデザィンパターン 4 0を変形させたパターン 6 1を塗りつぶした後でガウスフィルタ一な どでぼかして作成したグラデーション像 6 0の階調変化方向をエッジサ —チ方向 5 7とした例を示すものである。 この例ではパターンの先端部 4 2が短くなることを予測してデザィンパターン 4 0を変形させた.パ夕 —ン 6 1を作成している。 このような方法を使用すれば、 第 1 3図（a ) で示した特徴に加えて、 パターン形状の変化量の局所的な違いに対応し 7
た画素情報の積算方向や電子ビームの走査方向を設定することができる。 第 1 3図 （ c ) は S E Mエッジをつないだ多角形 6 2を塗りつぶした 後でガウスフィルターなどでぼかして作成したグラデーシヨン像 6 0の 階調変化方向をエツジサーチ方向 5 7とした例を示すものである。 この ような方法を使用すれば、 パターンの形状変化量が予測を超えていた場 合であっても、 パターン形状の変化量の局所的な違いに対応した画素情 報の積算方向や電子ビームの走査方向を設定することができる。
第 1 3図 （d ) はシミュレーションパターン 6 3を塗りつぶした後で ガウスフィルターなどでぼかして作成したグラデーション像 6 0の階調 変化方向をエッジサーチ方向 5 7とした例を示すものである。 S E Mェ ッジがシミュレーションパターンから離れた位置に存在した場合は、 S E Mエッジ 4 5をシミュレーションパターン 6 3対応させるための計 算が複雑になる。 これに対してシミュレーションパターン 6 3からえら れたグラデーション像 6 0を使用すれば、 S E Mエッジ 4 5がどの位置 に存在したとしても容易にエツジサーチ方向 5 7を設定することができ る。 '
なお、 第 1 3図 （ a ) ( b ) ( c ) ( d ) のいずれも、 基準となるパ ターンの外側から内側に向かってエッジサーチ方向 5 7を設定している が、 内側から外側に向かってエッジサーチしても良い。 例えば、 グラデ —シヨン像 6 0の階調が暗い方から明るい方にエツジサーチするとした 場合、 基準となるパターンを背景よりも明るい色 （例えば背景を黒、 基 準となるパターンの内側を白） で塗りつぶした場合は、 エッジサーチ方 向 5 7は基準となるパターンの外側から内側に向かって設定される。 逆 に、 基準となるパターンを背景よりも暗い色 （例えば背景を白、 基準と なるパターンの内側を黒） で塗りつぶした場合はエッジサーチ方向 5 7 は基準となる図形の内側から外内側に向かって設定することができる。
[実施例 5]
第 1 4図はマッチング結果が E P E計測値に与える影響を示したもの である。 E P E計測を行うためには、 まずは S EM像とデザインデータ の相対的な位置関係を決める必要がある。 そこで第 2図で説明したよう な手法でデザィンデ一夕から作成されたテンプレー卜と実際のパターン との間でパターンマツチンが実施させる。
第 1 5図 （ a) はこのパターンマッチングの処理に S EMエッジ 4 5 を使用し、 E P E計測にはラインプロファイルを使って検出した測長ェ ッジ 5 5を使用した場合の例を示している。 この図に示したようにマツ チングに使用した S EMエッジ 4 5 と E P E計測に使用した測長エッジ 5 5の位置の誤差に偏りが生じていた場合、 E P E計測した測長値も偏 りを持ってしまい、 実パターンの形状変形量を正しく捉えることができ ない。
そこで、 本発明では E P E計測を実施する際に使用するエッジを基準 としたパターンマッチングを実施することを提案する。
第 1 4図の （b ) は、 測長エッジ 5 5をパターンマッチングと E P E 計測の両方で使用した場合の具体例を示している。 この図に示したよう に、 測長エッジ 5 5をパターンマッチングと E P E計測の両方に使用し ているため、 適切なパターンマッチングが実施されていれば、 E P E計 測結果も偏ることがない。 なお、 第 1 4図 （ b ) では測長エツジ 5 5を パターンマッチングと E P E計測の両方で使用したが、 S EMエツジ 4 5をパターンマッチングと E P E計測の両方で使用しても同様の結果 が得られる。
[実施例 6 ] 9
第 1 5図および第 1 6図を使って、 測長エッジ 5 5を使ったパターン マッチングの具体的な実施例を示す。 まず、 実際パターン 4 1 とパ夕一 ンマッチングさせる基準となるパターン （第 1 5図の場合はデザインパ ターン 4 0 ) のグラデ一ション像を作成する （ S 0 0 0 1 ) 。 次に各測 長エッジ 5 5位置でのグラデーション像の輝度値を記録し（S 0 0 0 2 ) 、 第 1 5図 （ c ) のようなグラフにまとめる （S 0 0 0 3 ) 。 このグラ フは輝度値を横軸にしたエツジ数の分散を示すグラフである。
第 1 5図 （ a) のようにパターンマッチングの結果が理想的な位置で ある場合は、 各測長エッジ 5 5の位置でのグラデーション像 6 0の輝度 値のばらつきが少なく、 グラフは第 1 5図 （ c ) に示したように分散 σ 1が小さくなる。 逆に、 第 1 5図 （ b ) .に示したようにパターンマツ チングの結果が偏っていた場合は、 各測長エッジ 5 5の位置でのグラデ ーシヨン像 6 0の輝度値がばらつくため、 グラフは第 1 5図 （d) に示 したように分散 σ 2が大きくなる。 このような原理を利用して輝度値の 分散を評価し （S 0 0 0 4 ) 、' 最も分散が少なくなつた位置を最適なマ ツチング位置として遽択する （S O 0 0 5 ) 。
以上で述べたように、 各測長エッジ位置でのパターンマッチングさせ る基準パターンのグラデーション像の輝度値の分散を評価することによ つて理想的なパ夕一ンマッチングを得ることができる。 なお、 第 1 5図 では基準パターンとしてデザィンデータ 4 0を使用したが、 第 1 3図で 説明した形状変化予測を反映したデザィンパターンやシミュレーショ ン パターンを使用してもよい。 また、 第 1 5図では測長エッジ 5 5をパ夕 ーンマッチングに使用し が、 S EMエッジを使用してもよい。
[実施例 7 ]
更に、 パターンマッチング時の回転成分の補正方法について詳細を説 明する。 E P E計測はサブナノメートルの精度が求められており、 正確 なパターンマツチングが実施されなかつた場合は E P E計測値の誤差が 大きくる。 特に、 第 1 7図 （ a) に示したような直綠的なパターンにお ける回転成分のパターンマッチング誤差は、 E P E計測値に大きな誤差 を生じさせてしまう。 これを解決するためには回転成分の誤差補正を含 めたマッチングを実施する必要がある。
本例では回転成分を補正する手段として、 ① E P E計測に使用するェ ッジの位置 （座標） を回転させる手法 （第 1 7図 （b ) ) と、 ②パター ンマッチングの基準となるパターンの位置 （座標） を回転させる手法 (第 1 7図 （ c ) ) を提案する。
① E P E計測に使用するエッジの位置を回転させる手法について、 第 1 7図 （b) と第 1 8図を使って詳細を説明する。 第 1 7図 （b) に示 したように、 回転補正しない状態 （第 1 7図 （ a) の状態） で検出され た測長エッジ 5 5の座標 （X l， Y 1 ) を式 （ 3 ) に示したような回転 の式を使って角度 0だけ回転補正し （S 0 0 0 1 ) 、 回転補正後の測長 エッジ 6 8の座標 （X 2 , Y 2 ) 得る （S 0 0 0 2 ) 。
Figure imgf000022_0001
次に、 第 1 5図で説明した手法を使って回転補正後の各測長エッジ 6 8の輝度値の分散を評価し （S 0 0 0 3〜 S 0 0 0 6 ) 、 最適なパタ —ンマッチングの位置を導く （S 0 0 0 7 ) 。 最適なマッチング結果が 得られた後に、回転補正後の測長エツジ 6 8 と基準となるパターン（ここ ではデザィンパターン 4 0 ) との E P E計測を実施する（ S 0 0 0 8 )。 また、 ここでは回転捕正およびその結果を利用した最適なマッチング位 置の選択は 1回しか実施していないが、 さらに精度を上げるためにこの 処理を何度か繰り返しても良い。 '
②パターンマッチングの基準となるパターンの位置を回転させる手法 について、 第 1 7図 （ c ) と第 1 9図を使って詳細を説明する。
第 1 7図 （ c ) に示したように、 基準となるパターン （ここではデザ インパターン 4 0 ) の頂点座標を式 （ 1 ) に示したような回転の式を使 つて角度 0だけ回転補正して （ S 0 0 0 1 ) 、 回転補正後の基準となる パターン （ここでは回転補正後のデザインパタ一ン 6 9 ) を得る
( S 0 0 0 2 ) 。
次に、 回転補正した基準となるパターンを使って、 第 1 5図で説明し た手法に従って各測長エッジ 5 5の輝度値の分散を評価し （S 0 0 0 3 〜S 0 0 0 6 )、最適なパターンマッチングの位置を導く （S 0 0 0 7 )。 最適なマッチング結果が得られた後に、 測長エッジ 5 5 と回転補正した 基準となるパターン （ここでは回転補正したデザインパターン 6 9 ) と の E P E計測を実施する （S O 0 0 8 ) 。
本例で提案している上記の①および②の手法の最大の特徴は、 画像デ 一夕を回転させずにあくまでも座標データを回転させていることにある。 これによつて高速処理が実施できると共に、 画像データを回転する際に 生じる画素の丸め誤差などによる E P E計測精度の誤差が発生しないよ うにできる。
[実施例 8]
第 2 0図は、 ラインプロファイル 5 4を使って測長エッジ 5 5を検出 する際の閾値変化させるヒとによって、 実パターン 4 1の立体的な形状 情報を得る手法について説明したものである。
第 2 0図 （ a) および第 2 0図 （b) はいずれも第 2 0図 （ e ) に示 したような断面形状を持つ実パターン 4 1の E P E計測 4 7を示したも のである。 第 2 0図 （ a) は第 2 0図 （ c ) に示したように、1 ラインプ 口ファイル 5 4の輝度値に閾値 T h 1を設定したときの S EMエッジ 5 5を使った E P E計測 4 7を示している。 これに対して、 第 2 0図 (b) は第 2 0図 （d) に示したように、 ラインプロファイル 5 4の輝 度値に閾値 T h lよりも多きい閾値 T h 2を設定したときの S EMエツ ジ 5 5を使った E P E計測 4 7を示している。
第 2 0図 （ a) と第 2 0図 （b) の E P E計測 4 7を比較すればわか るように、 S EMエッジ 5 5をラインプロファイル 5 4から求める際の 閾値を変化させることによって、 実パターン 4 1の異なる高さの外形形 状を捉えることができる。 このような情報を使うことによって、 実パ夕 ーン 4 1の立体的な形状変形量を E P E計測することができる.。 なお、 本例では閾値を 2種類しか使用していないが、 より詳細な立体形状情報 を得る場合は閾値を 1 0段階などに細分化しても良い。
[実施例 9 ]
半導体素子が複数の層にわたって形成された場合の E E P E計測につ いて第 2 1図を使って説明する。 なお、 第 2 1図は S EM像で観察され る半導体素子が上層と下層の 2層の場合を示しているが、 3層以上存在 していても良い。
上層と下層の E P E計測を区別する手法として、 実パターンから抽出 された S EMエッジを、 その S EMエツジが対応付けられるデザィンパ ターンの層情報を使用することができる。
第 2 1図は S EMエッ を③ S EMエツジに垂直な方向の基準となる パターン （ここではデザインパターン） に対応付けた例を示している。 第 2 1図に示したように、 上層の S E Mエッジ 7 3は上層のデザインパ ターン 7 0に、 下層の S E Mエッジ 7 7は下層のデザィンパターン 7 5 に対応付けることができる。 '
しかしながら、 上層と下層のパ夕一ンのエッジが重なる部位 8 0につ いてはその対応付けがあいまいになる可能性がある。
そこで本例では、 各 S E Mエツジの位置で作成したラインプロフアイ ルの形状の違いを使って S E Mエツジを各層に分類する手法を提案する。 第 2 1図（ a )は上層のパターンエッジのラインプロファイル 7 4を、 第 2 1図 （b ) は下層のパターンエッジのラインプロファイル 7 9を示 している。 この例では上層のパ夕一ンエッジのラインプロファイル 7 4 に比べて下層のパターンエツジのラインプロフアイル 7 9の輝度値が低 い例を示している。 このような場合は輝度値に対する適当な閾値を設定 することによって上層の S E Mエッジ 7 2と下層の S E Mエッジ 7 7を 区別することができる。
また、 第 2 1図と同様に第 2 2図 （ a ) は上層のパターンエッジのラ インプロファイル 7 4を、 第 2 2図 （b ) は下層のパ夕一ンエッジのラ インプロファイル 7 9を示している。 この例では上層のラインプロファ ィル 7 4は輝度値のピークが 1つであるのに対して、 下層のラインプロ ファイル 7 9は輝度値のピークが 2つである。 このような場合は輝度値 設定した適当な閾値 T hを超えるピークの数を調べることによって上層 の S E Mエッジ 7 2と下層の S E Mエッジ 7 7を区別することができる。 なお、 第 2 1図および第 2 2図ではラインプロファイルの形状の違い をラインプロファイルに設定した閾値で判別していたが、 ラインプロフ アイルの形状を比較する牟法はこの限りではない。 例えばラインプロフ アイル形状そのものを正規化相関によって比較しても良い。
[実施例 1 0 ] 第 2 3図に E P E測長結果の出力結果の例を示す。 この図に示したよ うに、 出力結果としては① E P E計測結果に関する情報 9 2と、 ② EPE 計測の基準となった基準パターンの情報 9 3 と、 ③ E P E計測の評価結 果から構成される。
E P E計測情報部には、 E P E計測の測長値やその測長値の元となつ た測長エツジの座標や対応付けられた基準パターンの座標などが含まれ る。 基準パターン情報部には、 基準パターンの種別 （デザインパターン やシミュレーションパターンなど） ， 基準パターンの層情報 （レイヤー 情報， データタイプ） ， 図形情報 （図形番号， 線分番号， 線分始点 · 終 点座標， 線分方向） などが含まれる。 評価結果部には、 E P E計測の際 に対応付けれた基準パターンの部位の分類情報 （直線部， 角部， 先端部 など） ， E P E測長値の管理基準 （異常判定のための閾値'など） ， E P E 測長値の重要度 （仕様内か， 仕様外かや致命的であるか， 致命的でない かなど） などが含まれる。
なお、 基準パターンの分類情報は基準パターン情報に含まれている場 合がある。 例えば L i n e部だけをまとめた図形に特定のレイヤ一番号 やデータタイプを設定しておけばそれを参照することによって基準パ夕 ーンを分類することができる。 また、 基準パターンの形状を分析して自 動的に分類情報を作成してもよい。 例えば、 ある一定以上の長さを持つ た線分であった場合は直線部とみなしたり、 線分が直交する部位から一 定の距離にある部分を角部とみなしたり、 2つの角部が近接しており、 かつ、 一定の長さ以上の直線部がつながつている場合は先端部とみなし たりすることができる。 '
更に、 基準パターンの分類別に個別に管理基準を設定することもでき る。 例えば、 直線部よりも角部の管理基準をゆるくすることができる。 また、 同じ直線部であっても条件によって （例えば半導体回路としての 重要度など） 管理基準を区別しても良い。 第 2 3図の例では基準が厳し い直線部 （L i n e— 1 ) は管理基準を一 1 . 0〜 1 . 0 n mに、 基準が 厳しくない直線部（L i n e— 2 )は管理基準を一 3 . 0〜 3 . 0 n mに、 直線部よりも基準が厳しくない角部（Co rne r) は管理基準を一 1 5 . 0〜 5 . 0 n mに設定している。
このように E P E計測に関係する様々な情報を表形式で記憶させ、 設 定された管理基準を越えた E P E測長値を、 他の測長結果と識別できる ように、 識別表示することで、 再評価すべきパターンが明確するように しても良い。 第 2 3図の例の場合、 E P E計測の評価結果部の重要度に あらかじめ決めておいた異常をあらわす番号や記号を表示することによ つて、 他の測長結果を識別表示するようにした。 具体的には E P E番号 2は管理基準 2 . 0 n mに対して、 E P E測長値が一 5 . 3 n mであり、 管理基準を超えているために重要度を問題であることを示す 3に設定し ている。 このように構成すれば、 管理者は許容誤差を越えた部位のみを 選択的に評価することができ、 評価効率の向上に効果がある。
更に、 第 2 3図には示していないが、 E P E測長の方向別の平均値を 求め、 各方向の平均的な E P E測長値に偏りがないかどうかを調べるこ とによって、基準パターンに対して、実パターン全体がずれているのか、 それとも実パターンの一部が変形しているだけなのかを判断することが 可能となる。 つまり、 E P E測長値の一部のみ大きな値となっているの であれば、 それはその領域のみが何等かの理由で、 変形していることが 考えられる。 しかしながら、 例えば或る方向の平均的な E P E測長値が 大きなマイナスを示し、 その反対側の平均的な E P E測長値が大きなプ ラスを示すような場合、 パターンはその方向に大きくずれて形成されて いる可能性があるといえる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 荷電粒子線を試料上で走査して得られる信号波形を使って検査対象 パターンのパターンエツジ位置を特定し、 前記検査対象パターンの設計 データと前記パターンエツジとの距離を計測するパターンの測長方法に おいて、
前記検査対象パターンのパターンエツジ方向を計測する手段と、 前記 検査対象パターンのパターンエツジ方向に対する前記荷電粒子線の走査 方向との相対角度計測する手段と、 前記相対角度による前記信号波形の 歪みを予測する手段と、前記予測した信号波形の歪みを補正する手段と、 前記捕正した信号波形からパターンエツジ位置を特定することを特徴と するパターンの検査， 測定方法。
2 . 請求項 1 において、
前記荷電粒子線を一定方向に走査して得られた前記対象パターンの画 像データから、 前記信号波形をラインプロファイルとして作成する手段 と、 前記荷電粒子線の走査方向と前記検査対象パターンのパターンエツ ジとの相対角度から前記ラインプロフアイルの歪みを予測する手段と、 前記予測したラインプロファイルの歪を補正する手段と、 補正した前記 ラインプロフアイルからパターンエツジ位置を特定することを特徴とす るパターンの検査， 測定方法。
3 . 荷電粒子線を試料上で走査して得られる信号波形を使って検査対象 パターンのパターンエツジ位置を特定し、 前記検査対象パターンの設計 データと前記パターンエツジとの距離を測長するパターンの測長方法に おいて、
前記検査'対象パターンのパターンエツジの方向を計測する手段と、 計 測した前記パターンエツジの方向に応じて荷電粒子線の走査方向を可変 することを特徴とするパターンの検査， 測定方法。
4 . 荷電粒子線を試料上で走査して得られる信号波形を使って検査対象 パターンのパ夕一ンエツジ位置を特定し、 前記検査対象パターンの設計 データと前記パターンエツジとの距離を測長するパターンの測長方法に おいて、
前記荷電粒子線の走査方向を、 走査位置における前記検査対象パター ンの設計データのグラデ一ション像の階調変化方向に応じて可変するこ とを特徴とするパターンの検査， 測定方法。
5 . 請求項 3または 4において、
前記荷電粒子線の走査位置と走査方向の誤差を測定する手段と、 測定 した誤差から任意の位置と方向における前記荷電粒子線の走査位置と走 査方向の誤差を予測する手段と、 前記予測した走査位置と走査方向の誤 差をあらかじめ補正して、 前記荷電粒子線を正しい位置と方向に走査す ることを特徴とするパターンの検査， 測定方法。
6 . 請求項 3または 4において、
荷電粒子線を、 前記検査対象パターンのパターンエツジの計測位瞿の み選択的に走査することを特徴とする検査， 測定方法。
7 . 請求項 1 において、
前記信号波形から特定したパターンエツジを、 前期検査対象パターン の設計データに基づいて 1つの図形にすることを特徴とするパターンの 検査， 測定方法。
8 . 請求項 1において、
前記検査対象パターンのパターンエツジ位置の候補を、 前記信号.波形 から複数選択して記憶しておき、 前期検査対象パターンの設計データに 基づいて 1つの図形にする際に、その複数のパターンエツジの候補から、 適切なパターンエツジ位置を選択することを特徴とするパターンの検査， 測定方法。
9 . 請求項 1において、
前記信号波形から特定した検査対象パ夕一ンのパターンエツジ位置を 使って、 前記検査対象パターンの設計データとパターンをマッチングさ せる手段と、 パターンマッチングの結果に応じて前記信号波形から特定 した検査対象パターンのパターンエツジ位置の座標値を補正することを 特徴とするパターンの検査， 測定方法。
1 0 . 請求項 1において、
前記信号波形から検査対象パターンのパターンエツジ位置を特定しす る際に、 特定する条件を変更することによって、 前記検査対象パターン の立体的な形状変化情報を測定することを特徴とするパターンの検査， 測定方法。
1 1 . 請求項 1において、
前記信号波形の形状特徴を使って、 前記検査対象パターンのパターン エッジを分類することを特徴とするパターンの検査， 測定方法。
1 2 . 荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料上に走査に基づいて 得られる画像に基づいて、 前記試料上のパターンの寸法を測定する演算 装置において、
当該演算装置は、 前記試料上に形成されたパターンエッジ方向と、 当 該パターンのエツジ方向に対する前記荷電粒子線の走査方向との相対角 度を計算し、 当該計算された相対角度に応じた歪みに基づいて、 前記パ ターンエツジから検出される信号波形を補正し、 当該補正された信号波 形に基づいて、 前記パターンの寸法を測定することを特徴とする演算装 置。
1 3 . 請求項 1 2において、
前記演算装置は、 前記パ夕一ンの設計データと、 前記画像上のパタ一 ンエツジとの間の寸法を測定することを特徴とする演算装置。
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