WO2010052855A1 - パターン寸法計測方法及びそれを用いた走査電子顕微鏡 - Google Patents

パターン寸法計測方法及びそれを用いた走査電子顕微鏡 Download PDF

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人見敬一郎
中山義則
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Definitions

  • the present invention relates to pattern dimension measurement and a scanning electron microscope using the same.
  • the lithography process is a process of forming a resist fine pattern on a substrate by exposing light having a certain wavelength to a photosensitive material (hereinafter referred to as a resist) coated on the substrate and then immersing it in a developing solution. is there.
  • a resist photosensitive material
  • processing the base film by dry etching is called an etching process.
  • the mask used in the etching process is not only a resist, but also a so-called hard mask such as a silicon oxide material or a silicon nitride material is used, and what type of mask is used is optimized by the process.
  • the exposure source mainly used is ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm).
  • the resist material changes greatly. The purpose of this is to overcome problems such as absorption of the exposure wavelength, and to improve efficiency such as sensitivity improvement.
  • Photosensitive materials used in ArF lithography are called ArF resists and are indispensable for ArF lithography.
  • ArF lithography lithography technology using ArF excimer laser light
  • a plurality of luminance profiles are created every several degrees in the radial direction from the pattern center.
  • N luminance profiles are created every 360 / N degrees.
  • the edge position is calculated from each luminance profile using a certain algorithm.
  • the pattern center is calculated backward from the calculated edge position, the line profile is calculated from the recalculated pattern center, and the edge position is calculated.
  • pattern dimensions and edge position variation index values are obtained from a plurality of edge positions thus determined.
  • Patent Document 3 the cross-sectional shape of the resist pattern produced in the lithography process varies greatly depending on the focus of the exposure apparatus or the deviation of the exposure amount. Further, as shown in Non-Patent Document 2, it is also known that micro unevenness exists on the side wall of the resist pattern. It is considered that this micro unevenness is shaved by ion collision during the etching process and is hardly transferred to the underlying film.
  • the edge shape of the resist pattern changes, how the resist pattern is transferred to the base film varies depending on the etching process. Therefore, when measuring the dimension of the resist pattern, if the dimension of the portion transferred to the base film is not measured, the resist pattern dimension and the pattern dimension of the processed film after etching do not correspond one-to-one. Until now, the pattern dimension was defined as the average value of the obtained plural edge positions. However, this method did not consider whether the pattern was transferred to the underlying film or not. As a result, even if the resist patterns have the same dimensions, it is considered that the transfer pattern is different due to the resist being scraped by the subsequent etching process, resulting in a difference between patterns in the dimensions after etching.
  • the convex portion is largely shaved by the collision of ions in the etching process, and the concave portion is not much shaved.
  • the resist pattern dimension is a means for estimating the dimension of the film to be processed.
  • the dimension after etching from the resist dimension is used. Is not accurately predicted. In other words, it is considered that the comparison of the conventional average value of edge positions and variations in edge positions is insufficient for semiconductor device inspection.
  • an object of the present invention is a technique for performing a semiconductor inspection with higher accuracy by detecting a pattern edge that does not contribute as a mask in an etching process and performing pattern measurement without including the edge in the dimension calculation. Is to provide.
  • An object of the present invention is to irradiate an observation region of a sample placed on a stage while scanning with an electron beam, and detect reflected electrons or secondary electrons generated from the sample using a detector; A step of acquiring a two-dimensional image of a pattern to be dimensioned arranged in the observation region using information on the detected reflected electron intensity or secondary electron intensity, and the edge position of the pattern as a two-dimensional image And measuring the pattern dimensions in the observation region by detecting at a plurality of locations of the pattern using a plurality of edge position variation index values detected at the plurality of locations of the pattern.
  • a step of specifying a calculation method, a step of calculating a variation index value according to the specified calculation method, a step of calculating an average position of a plurality of edges, and a flatness of the calculated edges It can be achieved by the pattern dimension measuring method of the position and the variation index value and a step of calculating a pattern inspection index value.
  • the detector is equipped with a detector that irradiates an observation region of the sample placed on the stage while scanning with an electron beam and detects reflected electrons or secondary electrons generated from the sample, and is detected by the detector.
  • Means for obtaining a two-dimensional image of a pattern to be dimensioned arranged in the observation area using information on the reflected electron intensity or secondary electron intensity, and a pattern to be dimensioned arranged in the observation area In a scanning electron microscope having a means for measuring the size of the pattern in the observation region by detecting the edge position of the pattern at a plurality of locations of the pattern using a two-dimensional image, input from the scanning electron microscope or the display unit
  • a calculation unit that performs calculation based on information, a display unit that displays input information to the calculation unit or a calculation result in the calculation unit, and a calculation result in the calculation unit or supply to the calculation unit
  • a variation index value calculation unit that calculates a variation index value determined according to a calculation method selected from the calculation method of the variation index value, and a pattern inspection index value based on the calculated average position of the edge and the variation index value This can be achieved by a scanning electron microscope having a pattern inspection index value calculation unit to calculate.
  • the present invention obtains a scanning electron microscope image, calculates a pattern edge shape, corrects a convex edge portion, and calculates a pattern dimension mainly obtained from the concave edge.
  • the present invention there is a one-to-one correspondence between the pattern dimension and the film pattern dimension to be processed after etching, thereby enabling more accurate semiconductor device inspection.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a flowchart of pattern dimension measurement according to the first embodiment.
  • the conceptual diagram which shows an example of a hole pattern dimension measurement.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a GUI used for pattern dimension measurement according to the first embodiment.
  • the figure which shows the comparison of an exposure intensity distribution calculation result, and an actual pattern edge position The figure which shows the flowchart at the time of calculating a dispersion
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of the configuration of the electron microscope according to the present invention.
  • the present invention includes an electron source 2 that emits electrons, a condenser lens 3 that converges an electron beam generated from the electron source 2, a deflector 4 that deflects the electron beam, and an object that converges the electron beam so as to be a minimum spot on the sample.
  • Electron optical system 1 having a lens 5, an observation sample 7, a stage 6 on which the observation sample 7 is mounted and moved to the observation region, a detector 8 for detecting secondary electrons or reflected electrons generated from the sample, and the obtained signal waveform
  • the calculation unit 100 that measures the pattern dimensions by processing the above, the display unit 10 for the operator to input and display the scanning electron microscope image, the storage unit 11 that stores past data, and the electron beam irradiation conditions
  • the electron optical system control unit 14 reflects and controls the electron optical system.
  • 12 indicates a flow for storing the result in the storage unit
  • 13 indicates a flow for calling data stored in the storage unit.
  • the arithmetic unit 100 has an image memory 101 for imaging the intensity information of secondary electrons or reflected electrons detected by the detector 8, a pattern shape setting unit 102 for setting the shape of the observation target pattern based on user input, A variation index value setting unit 103 that sets a calculation method of a variation index value based on a user input, a pattern edge detection unit 104 that detects a pattern edge from a signal imaged in the image memory 101, and a detected pattern edge and pattern shape A pattern edge average position calculation unit 105 that calculates an average value of the edge position of the observation pattern from the setting value of the setting unit 102, and a variation index of the edge position of the observation pattern from the detected pattern edge and the setting value of the variation index value setting unit 103 Calculation of variation index value calculation units 106, 105 and 106 for calculating values And a pattern inspection index value calculating section 107 for calculating a pattern inspection index value from fruits.
  • FIG. 4 shows a flowchart of pattern dimension measurement according to the present invention.
  • the user sets an electron microscope optical system for imaging (step 4002).
  • the computing unit 100 initializes a profile number for setting the variable n to 0 and calculating the edge position (step 4003).
  • the image memory 101 creates a two-dimensional image from the intensity information of secondary electrons or reflected electrons generated from the sample (step 4004).
  • N luminance profiles are calculated from the obtained two-dimensional image using the method described above (step 4005). In this embodiment, it is assumed that the dimensions of the contact hole pattern as shown in FIG. 2 are measured. In creating the luminance profile in step 4005, it is first necessary to detect the pattern center.
  • the detection of the pattern center is as described above, but is not limited thereto.
  • the pattern edge detection unit 104 sequentially calculates edge positions.
  • the profile number for calculating the edge is nth, and n is designated in step 4006.
  • An edge position is calculated from the selected luminance profile using a certain algorithm (step 4007).
  • the image memory 101 stores the calculated edge position in the memory n (step 4008), and the pattern edge detection unit 104 determines whether or not the edge position is detected for all luminance profiles in step 4009. If all edge positions have been detected in step 4009, the pattern edge detection unit 104 calls all detected edges (step 4010). From the plurality of called edge positions, the pattern edge average position calculation unit 105 calculates an average position of the edge positions (step 4011).
  • the variation index value calculation unit 106 calculates a variation index value of the edge position from the called edge position (step 4012).
  • the pattern inspection index value calculation unit 107 calculates a pattern dimension that works effectively at the time of etching from the average position of the plurality of edge positions obtained from Step 4011 and Step 4012 and the variation index value (Step 4013).
  • the calculated edge average position, variation index value, and pattern dimension are displayed on the display unit 10 in accordance with a command from the calculation unit 100 (step 4014).
  • the pattern dimension measurement is completed through the above steps (step 4015).
  • FIG. 17 shows a GUI displaying the average edge position calculated in step 4014, the variation index value, and the pattern dimensions.
  • FIG. 5 shows the cross-sectional shape of the contact hole pattern shown in this embodiment and the signal intensity obtained therefrom.
  • a signal waveform as shown in FIG. 5 is obtained for the resist cross-sectional shape.
  • the electron microscope measures the pattern dimensions from this waveform. There are various algorithms used for pattern dimension measurement, but the present invention is effective regardless of the algorithm.
  • Fig. 8 shows the GUI used to measure the pattern dimensions used in this example.
  • Reference numeral 8001 in FIG. 8 denotes an input frame for the number of measurement points in the image. That is, it corresponds to N in the present embodiment.
  • Reference numeral 8002 denotes an input frame for the number of pixels in the vertical direction to be added when calculating the signal waveform of one line.
  • Reference numeral 8003 denotes a frame for selecting an algorithm used for dimension measurement. Examples of the dimension measurement algorithm include a threshold method and a linear approximation method.
  • Reference numeral 8004 denotes an input frame of a filter size for smoothing the signal waveform of one line.
  • Reference numeral 8005 denotes a threshold value input frame for defining an edge when measuring by the threshold method.
  • Reference numeral 8006 denotes an input frame for the number of measurement points used for variation index value measurement. 8006 is set in conjunction with 8001.
  • Reference numeral 8007 denotes an input frame for the number of pixels in the vertical direction to be added when calculating the signal waveform of one line with the variation index value.
  • Reference numeral 8008 denotes an edge detection algorithm used for the variation index value. 8008 is set in conjunction with 8003.
  • Reference numeral 8009 denotes a filter size input frame for smoothing the signal waveform of one line used for the variation index value.
  • Reference numeral 8010 denotes an input frame for a threshold value that defines an edge when measuring by the threshold method. 8010 is set in conjunction with 8005.
  • Reference numeral 8011 denotes a frame for selecting the definition of the variation index value.
  • FIG. 8 shows a flowchart of variation index value calculation when ⁇ standard deviation> is selected as the edge variation index value.
  • the standard deviation of the edge position is obtained from the edge positions of Edge 1 to Edge N in FIG. 2 from the variation index value and the edge average position, the pattern size of the resist transferred in the etching process is calculated by the following equation.
  • CD E + ⁇ ⁇ N (1)
  • CD is a pattern dimension to be managed
  • E is an edge average position obtained from the plurality of edge positions
  • ⁇ is a variation index value.
  • N represents an arbitrary constant. This constant N is determined by user input as shown in the GUI of FIG. Alternatively, it is automatically reflected from the material information to be observed. That is, N is a variable parameter depending on the pattern shape or material to be measured.
  • FIG. 9 shows a flowchart of variation index value calculation when ⁇ specific frequency component> is selected as the edge variation index value.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • DFT Discrete Fourier Transform
  • FIG. 10 shows the result of decomposition into each frequency component by the edge position of the contact hole pattern shown in FIG. 2 and DFT.
  • the fluctuation of the edge position is decomposed into frequency components, and the amplitude of each frequency component is plotted. In this way, it is possible to confirm how much the frequency fluctuation to be observed is.
  • the frequency component to be observed is selected using the GUI of FIG. 11001 in FIG.
  • ⁇ 100 nm or more>, ⁇ less than 100 nm>, ⁇ / 2 or more>, ⁇ less than ⁇ / 2, etc. can be selected as options.
  • ⁇ 100 nm or more> / ⁇ less than 100 nm> indicates the length of the period in the real space.
  • ⁇ 100 nm or more> indicates a variation index from fluctuations having a period of 100 nm or more. Calculate the value.
  • ⁇ / 2 or more> ⁇ ⁇ less than ⁇ / 2> is a method of calculating the variation index value by limiting the angular frequency.
  • the selected frequency is set in the variation index value setting unit 103.
  • step 9004 only the selected frequency component is extracted and the edge position is reconstructed from the frequency space to the real space.
  • the standard deviation of the edge position is obtained from the reconstructed edge position and used as the edge position variation index value.
  • the variation index value ⁇ obtained in this way is substituted into equation (1) to obtain the pattern dimension.
  • FIG. 12 shows a flowchart of variation index value calculation when ⁇ sign> is selected as the edge variation index value.
  • step 12002 the difference between the plurality of edge positions and the average value of the edge positions is calculated (step 12002).
  • the unevenness of each edge is quantitatively calculated from the average edge position. Since the edge which is concave measured by the present invention has a positive (edge position) ⁇ (edge position average value), in step 12003, the sign is determined to be positive or negative, and only positive edges are extracted.
  • step 12004 an average dent degree of the concave edge is calculated.
  • FIG. 13 shows a flowchart of variation index value calculation when ⁇ Difference with Simulation> is selected as the variation index value of the edge.
  • Step 14 schematically shows the calculation result of the pattern edge obtained from the exposure intensity distribution calculation and the actually detected edge.
  • Reference numeral 14001 denotes a resist pattern
  • reference numeral 14002 denotes a pattern edge calculation result obtained from exposure intensity distribution calculation.
  • the calculation result of the obtained exposure intensity distribution is compared with the actually detected edge.
  • (Edge position) ⁇ (Calculation result) is calculated, and the average value is calculated in Step 13006.
  • the average value calculated in step 13006 is substituted into equation (1) as the edge position variation index value to obtain the pattern dimension. Since this index value calculation method compares the calculation result of the exposure intensity distribution with the actual pattern, a highly reliable value can be obtained.
  • step 15 shows a flowchart of variation index value calculation when ⁇ Shrink> is selected as the edge variation index value.
  • the resist is known to shrink (shrink) by electron beam irradiation. This shrink also tends to shrink more edges that are convex as in etching. Therefore, the same pattern is observed twice, and the edge that remains at the time of etching and the edge that does not remain are classified from the state of shrinking of each edge, and the variation index value is calculated.
  • image acquisition is performed twice with the observation pattern (step 15002), and edge points are extracted from each image (step 15003).
  • step 15004 the difference between the edge position obtained by the first imaging and the edge position obtained by the second imaging is calculated, and the shrinkage of each edge point is calculated (step 15004).
  • the calculated shrinkage of each edge point is compared with the average value of the shrinkage of all edges (step 15005), and an edge having a shrinkage smaller than the average shrinkage is extracted (step 15006).
  • an edge having a shrinkage smaller than the average shrinkage is extracted (step 15006).
  • (average 15006 edge position)-(total edge average position) is calculated (step 15007).
  • the value obtained in step 15007 is substituted as ⁇ in equation (1) as a variation index value to obtain a pattern dimension. This index value determines the lost edge from the actual shape change amount, and a highly reliable value is obtained.
  • FIG. 18 shows a luminance profile when (a) the luminance profile is created obliquely with respect to the edge position, and (b) when the luminance profile is created perpendicular to the edge position.
  • the signal peak used for edge calculation becomes wide, and an error is likely to occur in edge position determination.
  • the signal peak has a sharp shape, and the error in determining the edge position can be small.
  • the pattern dimension is calculated by the difference between the edge average position and the variation index value of the edge position as shown in Equation (2).
  • 16003 is the hole diameter calculated from the edge average position
  • 16004 is the dimension measurement result obtained from the concave edge according to the present invention. That is, the pattern dimension is calculated by the sum of the edge average position and the variation index value of the edge position as shown in Expression (1).
  • the variation index value may be calculated from either the left or right, or the variation index value may be obtained separately on the left and right sides, and the average of these may be used as the total variation index value. (Example 3)
  • the variation index value is greatly influenced by the accuracy of edge detection.
  • the accuracy of edge detection is mainly determined by the signal-to-noise ratio of the image. As described above, since the resist material shrinks, when it is irradiated with many electron beams, it greatly differs from the original shape, and an accurate dimensional inspection cannot be performed.
  • the signal-to-noise ratio of the image to be measured is calculated, and when the signal-to-noise ratio is less than or equal to the signal registered in advance by the user, the calculated variation index value is multiplied by an arbitrary coefficient between 0 and 1. This makes it possible to correct a highly estimated variation index value.
  • the value to be multiplied at the time of correction is determined by the signal-to-noise ratio.
  • the coefficient is determined with reference to a correction table registered in advance in the storage unit.
  • Example 4 In Examples 1 to 3, examples in which the resist material is mainly observed have been shown, but the present invention is not limited to this. It is also applied to a material called a hard mask using a silicon oxide material or a silicon nitride material.
  • SYMBOLS 1 Electro-optic system, 2 ... Electron source, 3 ... Condenser lens, 4 ... Deflector, 5 ... Objective lens, 6 ... Stage, 7 ... Observation sample, 8 ... Detector, 10 ... Display part, 11 ... Memory
  • variation index value calculation unit 107 ... pattern inspection index value calculation unit, 4001 ... dimension measurement start step, 4002 ... electron optical system setting step, 4003 ... edge Number initialization step, 4004 ... Image acquisition step, 4005 ... Luminance profile calculation step, 4006 ... Profile number selection step 4007 ... Edge position calculation step, 4008 ... Edge position storage step, 4009 ... Edge number determination step, 4010 ... Edge position call step, 4011 ... Edge position average value calculation step, 4012 ... Edge position variation index value calculation step, 4013 ... Pattern Dimension calculation step, 4014 ... Display step, 4015 ... Dimension measurement end step, 5001 ... Variation index value calculation start step, 5002 ... Linear approximation step, 5003 ...
  • Variation index value definition input frame 8012 ... Measurement parameter setting button, 9001 ... Variation index value from specific frequency Flow start step to be calculated, 9002... Frequency decomposition step, 9003... Specific frequency component extraction step, 9004... Edge reconstruction step, 9005 ... Variation index value calculation step, 9006.
  • exposure intensity distribution calculation step 13004 ... calculation result reading step, 13005 ... edge Comparison step, 13006 ... Extracted edge average value calculation step, 13007 ... Variation index value calculation step, 13008 ... End step, 14001 ... Registration pattern, 14002 ... Exposure intensity distribution result, 15001 ... Shrink Variation index value calculation start step, 15002 ... observation step, 15003 ... edge extraction step, 15004 ... shrink calculation step, 15005 ... edge comparison step, 15006 ... edge extraction step, 15007 ... difference calculation step, 15008 ... variation index value calculation step 15009 ... end step, 16001 ... gate pattern edge average position, 16002 ... gate pattern edge position calculated in the present invention, 16003 ... contact hole pattern edge average position, 16004 ... contact hole pattern edge position calculated in the present invention.

Abstract

　エッチング工程でマスクとして寄与しないパターンエッジの検出と、該エッジを寸法算出の際に含めずに、パターン計測を行うことで、より高精度な半導体検査を行う技術を提供する。凸形状になっているパターン部分はエッチング時に削ぎ落とされるので、パターン検査時にはこのマスクとして機能していない凸形状エッジは寸法算出の際に除外されるように、走査電子顕微鏡像を取得した後、パターンエッジ形状を算出し、凸形状エッジの部分を補正し、主に凹形状エッジから求めたパターン寸法を算出する。

Description

パターン寸法計測方法及びそれを用いた走査電子顕微鏡
　本発明は、パターン寸法計測及びそれを用いた走査電子顕微鏡に関する。
　半導体デバイスは主にリソグラフィ工程とエッチング工程によって作製される。リソグラフィ工程とはある一定の波長を持つ光を基板上に塗布された感光材料（以下、レジスト）に露光したのち、現像液に浸すことで、基板上にレジスト微細パターンを形成する工程のことである。このリソグラフィ工程で形成されたレジスト微細パターンをマスクとし、下地膜をドライエッチングで加工することをエッチング工程とよぶ。エッチング工程で用いられるマスクはレジストだけではなく、酸化ケイ素材や窒化ケイ素材などのハードマスクと呼ばれるものも用いられ、どのようなマスクを使用するかはプロセスによって最適化される。半導体デバイスの微細化は上記リソグラフィ工程とエッチング工程の進歩により進められてきた。特にリソグラフィ工程では露光源の短波長化によって、より微細なレジストパターンを形成できるようになった。現在、主に用いられている露光源はArFエキシマレーザ光（波長：193 nm）である。露光源の短波長化に伴い、レジスト材料も大きく変化する。これは露光波長の吸収などの課題克服のためや、感度向上などの高効率化が目的である。ArFリソグラフィで用いられる感光材料はArFレジストと呼ばれ、ArFリソグラフィには不可欠なものである。今後数年間はこのArFエキシマレーザ光を用いたリソグラフィ技術（ArFリソグラフィ）が最先端技術として半導体デバイス作製に用いられる見通しである。
　リソグラフィ工程により形成されたレジスト微細パターンは、その後の半導体デバイスの性能を大きく左右するので、高精度な寸法検査が必要とされる。そこで寸法検査には高い空間分解能を持つ測長走査電子顕微鏡（CD-SEM）が用いられる。CD-SEMを用いて、レジストパターンの寸法や、形状評価など様々な検査が行われる。特に近年、ラインエッジラフネス（LER）やライン幅ラフネス（LWR）など、パターンの寸法だけでなく、その形状の揺らぎにも関心が寄せられ、特許文献１と非特許文献１に示すようにラフネスの計測方法や抑制方法が盛んに研究されている。
　パターンのばらつき指標値であるラフネスを計測するには、パターンの複数箇所でエッジを検出し、それらのばらつきを計測する必要がある。例えば、図１に示すゲートパターンのような1次元に長さを持つパターンの場合、パターンを横切る方向に対して輝度プロファイルを複数本作成する。図１ではN本の輝度プロファイルを作成した。それぞれの輝度プロファイルからある一定のアルゴリズムを用いてエッジ位置を算出する。エッジ位置算出に用いられるアルゴリズムは特許文献２に詳細に記載されている。図２に示すコンタクトホールのようにX方向にもY方向にも長さを持つようなパターンの場合は、まずパターン中心を求める。パターン中心を求めるにはパターンマッチングなどが用いられる場合がある。パターン中心を求めた後、パターン中心から径方向に輝度プロファイルを数度毎に複数本作成する。図２では３６０/N度毎にN本の輝度プロファイルを作成した。ゲートパターンのときと同様にそれぞれの輝度プロファイルからある一定のアルゴリズムを用いてエッジ位置を算出する。図２に示すコンタクトホールの場合は中心位置によって輝度プロファイルが大きく変化することが考えられる。そこで、算出されたエッジ位置からパターン中心を逆算し、再び再計算されたパターン中心からラインプロファイルを算出しエッジ位置算出が行われる。従来はこうして決められた複数のエッジ位置からパターン寸法とエッジ位置ばらつき指標値を求めていた。
　リソグラフィ工程で作製したレジストパターンの断面形状は、特許文献３に示されるように、露光装置のフォーカスあるいは露光量のずれによって大きく変化する。また、非特許文献２に示すようにレジストパターンの側壁にミクロな凹凸が存在することも分かっている。このミクロな凹凸はエッチング工程時のイオンの衝突などにより削られ、最終的に下地膜へ転写されることは少ないと考えられる。
特開２００４－２５１７４３号公報 特開２００７－１２０９６８号公報 特願２００７－９８３２４号公報
「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス・パート１(Japanese Journal of Applied Physics Part1)」、２００５年、第４４巻、ｐ.５５７５-５５８０ 「アイイーイーイー・トランザクションズ・オン・セミコンダクター・マニュファクチャリング(IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing)」、２００７年、第２０巻、ｐ.２３２－２３８
　前記レジストパターンのエッジ形状が変化したときに、エッチング工程によってレジストパターンがどのように下地膜に転写されるかが変わってくる。故にレジストパターンの寸法を計測する際に、下地膜に転写される部分の寸法を計測しなければ、レジストパターン寸法とエッチング後の被加工膜のパターン寸法が一対一に対応しないことになる。これまでは前記パターン寸法は得られた複数のエッジ位置の平均値と定義していたが、この手法では下地膜に転写されるか転写されないかを考慮していなかった。その結果、同じ寸法のレジストパターンであってもその後のエッチング工程によってレジストが削られるなどして転写パターンが異なり、エッチング後の寸法にパターン間差が生まれていると考えられる。特に前述したエッジラフネスの凹凸のうち、凸部分はエッチング工程でイオンの衝突によりレジストが大きく削られ、反対に凹部分はあまり削られないと考えられる。半導体デバイスで重要なのはエッチング後の被加工膜寸法であり、レジストパターン寸法は被加工膜寸法を推測するための手段であるが、前記理由により、これまでの検査手法ではレジスト寸法からエッチング後の寸法を精度良く予測できていない。つまり、従来のエッジ位置の平均値やエッジ位置のばらつきを比較するだけでは半導体デバイス検査としては不十分であったと考えられる。
　そこで、本発明の目的は、エッチング工程でマスクとして寄与しないパターンエッジの検出と、該エッジを寸法算出の際に含めずに、パターン計測を行うことで、より高精度な半導体検査を行う技術を提供することである。
　本発明の目的は、ステージ上に載置された試料の観察領域に対して電子線を走査しながら照射し、該試料から発生する反射電子または二次電子を検出器を用いて検出する工程と、検出された反射電子強度または二次電子強度の情報を用いて観察領域内に配置された寸法測定対象となるパターンの二次元画像を取得する工程と、該パターンのエッジ位置を二次元画像を用いて該パターンの複数箇所で検出することにより観察領域内のパターンの寸法を計測する工程とを有するパターン寸法計測方法において、該パターンの複数箇所で検出された複数のエッジ位置のばらつき指標値の算出方法を指定する工程と、指定された算出方法に応じたばらつき指標値を算出する工程と、複数のエッジの平均位置を算出する工程と、算出されたエッジの平均位置とばらつき指標値からパターン検査指標値を算出する工程とを有するパターン寸法計測方法により達成できる。
　あるいは、ステージ上に載置された試料の観察領域に対して電子線を走査しながら照射し、該試料から発生する反射電子または二次電子を検出する検出器を備え、該検出器で検出された反射電子強度または二次電子強度の情報を用いて観察領域内に配置された寸法測定対象となるパターンの二次元画像を取得する手段と、観察領域内に配置された寸法測定対象となるパターンのエッジ位置を、二次元画像を用いて該パターンの複数箇所で検出することにより観察領域内のパターンの寸法を計測する手段とを有する走査電子顕微鏡において、走査電子顕微鏡あるいは表示部から入力された情報を基にして演算を行う演算部と、演算部への入力情報あるいは演算部での演算結果を表示する該表示部と、演算部での演算結果あるいは演算部に供給する情報を保持する記憶部を有し、該演算部は、複数箇所で検出されたパターンのエッジの平均位置を算出するパターンエッジ平均位置算出部と、表示部に表示された複数のエッジ位置のばらつき指標値の算出方法から選択された算出方法に応じて決定されるばらつき指標値を算出するばらつき指標値算出部と、算出されたエッジの平均位置とばらつき指標値に基づいてパターン検査指標値を算出するパターン検査指標値算出部とを有する走査電子顕微鏡により達成できる。
　発明者らはパターン形状、特にエッジラフネスと被加工膜のパターン寸法に相関性を見出した。前述したように凸形状になっているパターン部分はエッチング時に削ぎ落とされるので、マスクとしては機能していないこととなる。よって、パターン検査時にはこのマスクとして機能していない凸形状エッジは寸法算出の際に除外されるべきである。本発明は前記点を鑑み、走査電子顕微鏡像を取得した後、パターンエッジ形状を算出し、凸形状エッジの部分を補正し、主に凹形状エッジから求めたパターン寸法を算出する。
　本発明によると、パターン寸法とエッチング後の被加工膜パターン寸法が一対一に対応が取れ、より高精度な半導体デバイス検査が可能になる。
ゲートパターンのエッジ検出を示す概念図。 ホールパターンのエッジ検出を示す概念図。 本発明に一実施例に係る走査電子顕微鏡の構成を説明する概念図。 実施例１のパターン寸法計測のフローチャートを示す図。 ホールパターン寸法計測の一例を示す概念図。 ばらつき指標値としてエッジ位置の標準偏差としたときの計算フローを示す図。 レジスト材料からばらつき指標値に乗算する係数を変える際のGUIを示した図。 実施例１のパターン寸法計測に用いるGUIを示した図。 ばらつき指標値としてエッジ位置の揺らぎを周波数成分に分解し、特定周波数からエッジ位置を再構成して、再構成されたエッジ位置の標準偏差を選択したときの計算フローを示す図。 ホールパターンのエッジ位置プロファイルとDFTによる周波数分解の結果を示す図。 ばらつき指標値を算出する周波数を特定する際に用いるGUIを示した図。 エッジ位置がエッジ位置の平均よりも負であるエッジのみを用いる際のフローチャートを示す図。 露光強度分布の計算結果を用いてばらつき指標値を算出する際のフローチャートを示す図。 露光強度分布計算結果と実際のパターンエッジ位置の比較を示す図。 シュリンク量の比較結果からばらつき指標値を算出する際のフローチャートを示す図。 本発明で計測したエッジ位置と従来手法で計測したエッジ位置の違いを示す図。 本発明の計測結果を表示するGUIを示す図。 輝度プロファイル作成方向の違いによる変化を示す図。
　本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
　図３は本発明に係る電子顕微鏡の構成の概念図である。本発明は電子を放出する電子源２、電子源２から発生した電子線を収束させるコンデンサレンズ３、電子線を偏向させる偏向器４、電子線を試料上で最小スポットとなるように収束させる対物レンズ５、観察試料７、観察試料７を搭載し観察領域まで移動するステージ６、試料から発生する二次電子あるいは反射電子を検出する検出器８とを有する電子光学系１、得られた信号波形を処理してパターン寸法を計測する演算部１００、オペレータが入力を行い、走査電子顕微鏡像の表示を行うための表示部１０、過去のデータを格納している記憶部１１、電子線照射条件を電子光学系に反映し制御する電子光学系制御部１４、で構成されている。図１中の１２は結果を記憶部に保存するなどのフローを示し、１３は記憶部に保存されているデータを呼び出すなどのフローを示す。
　また、演算部１００には検出器８で検出された二次電子もしくは反射電子の強度情報を画像化する画像メモリ１０１、観察対象パターンの形状をユーザーの入力にもとづき設定するパターン形状設定部１０２、ばらつき指標値の算出方法をユーザーの入力にもとづき設定するばらつき指標値設定部１０３、画像メモリ１０１で画像化された信号からパターンエッジを検出するパターンエッジ検出部１０４、検出されたパターンエッジとパターン形状設定部１０２の設定値から観察パターンのエッジ位置の平均値を算出するパターンエッジ平均位置算出部１０５、検出されたパターンエッジとばらつき指標値設定部１０３の設定値から観察パターンのエッジ位置のばらつき指標値を算出するばらつき指標値算部１０６、１０５と１０６の算出結果からパターン検査指標値を算出するパターン検査指標値算出部１０７とを有する。
　図４は、本発明に係るパターン寸法計測のフローチャートを示す。ユーザーは、まず、撮像を行う際の電子顕微鏡光学系を設定する（ステップ４００２）。次に、演算部１００は、変数ｎに０を設定しエッジ位置を算出するプロファイル番号を初期化する（ステップ４００３）。ユーザーが、電子顕微鏡を動作させると、画像メモリ１０１は、試料から発生した二次電子あるいは反射電子の強度情報から二次元画像を作成する（ステップ４００４）。得られた二次元画像から前述の方法を用いてN本の輝度プロファイルを算出する（ステップ４００５）。本実施例では図２に示すようなコンタクトホールパターンの寸法を計測することを想定している。ステップ４００５の輝度プロファイル作成ではまず、パターン中心を検出することが必要である。パターン中心の検出などは前述の通りであるが、これに限らない。ステップ４００５で得られたN本の輝度プロファイルから、パターンエッジ検出部１０４は、順次エッジ位置を算出していく。エッジを算出するプロファイル番号をｎ番目とし、ステップ４００６でｎを指定する。選択した輝度プロファイルからある一定のアルゴリズムを用いてエッジ位置を算出する（ステップ４００７）。画像メモリ１０１は、算出されたエッジ位置をメモリｎに保存し（ステップ４００８）、パターンエッジ検出部１０４は、ステップ４００９で全ての輝度プロファイルについてエッジ位置を検出したかどうかを判定する。ステップ４００９で全てのエッジ位置検出が終わっていた場合、パターンエッジ検出部１０４は、検出したエッジを全て呼び出す（ステップ４０１０）。呼び出された複数のエッジ位置から、パターンエッジ平均位置算出部１０５は、エッジ位置の平均位置を算出する（ステップ４０１１）。さらに呼び出されたエッジ位置から、ばらつき指標値算出部１０６は、エッジ位置のばらつき指標値を算出する（ステップ４０１２）。パターン検査指標値算出部１０７は、ステップ４０１１とステップ４０１２から得られた複数のエッジ位置の平均位置とばらつき指標値からエッチング時に有効に働くパターン寸法を算出する（ステップ４０１３）。演算部１００の指令により、算出されたエッジ平均位置とばらつき指標値とパターン寸法を表示部１０に表示する（ステップ４０１４）。以上のステップを経てパターン寸法計測が終了する（ステップ４０１５）。ステップ４０１４で算出されたエッジ位置の平均位置とばらつき指標値とパターン寸法を表示したGUIを図１７に示す。
　図５に本実施例で示したコンタクトホールパターンの断面形状とそこから得られる信号強度を示す。レジスト断面形状に対して、図５に示すような信号波形が得られる。電子顕微鏡ではこの波形からパターン寸法を計測している。パターン寸法計測に用いるアルゴリズムは様々あるが、本発明はアルゴリズムによらず有効である。
　図８に本実施例で用いるパターン寸法計測する際のGUIを示す。図８中の８００１は画像中の計測点の点数の入力枠である。つまり、本実施例のNに相当する。８００２は１ラインの信号波形を算出する際に加算する縦方向の画素数の入力枠を示す。８００３は寸法計測に用いるアルゴリズムを選択する枠である。この寸法計測アルゴリズムには閾値法や直線近似法などが挙げられる。８００４は1ラインの信号波形を平滑化するフィルタのサイズの入力枠である。８００５は閾値法で計測する際にエッジを定義する閾値の入力枠である。以上の８００１から８００５まではエッジ位置の平均値を入力する枠である。８００６はばらつき指標値計測に用いる計測点の点数の入力枠である。８００６は８００１と連動して設定される。８００７はばらつき指標値での１ラインの信号波形を算出する際に加算する縦方向の画素数の入力枠を示す。８００８はばらつき指標値に用いるエッジ検出アルゴリズムである。８００８は８００３に連動して設定される。８００９はばらつき指標値に用いる1ラインの信号波形を平滑化するフィルタのサイズの入力枠である。８０１０は閾値法で計測する際にエッジを定義する閾値の入力枠である。８０１０は８００５と連動して設定される。８０１１はばらつき指標値の定義を選択する枠である。
　次にばらつき指標値の定義について説明する。図８の８０１１には＜標準偏差＞・＜特定周波数成分＞・＜符号＞・＜シミュレーションとの差＞・＜シュリンク＞などの選択肢が含まれる。それぞれの選択肢毎のばらつき指標値の計算方法に関しては後述する。次に図４のフローチャートにおけるエッジ位置のばらつき指標値に関して詳細に記述する。
（１）＜標準偏差＞を選択した場合のばらつき指標値
　エッジのばらつき指標値として＜標準偏差＞を選択した際のばらつき指標値算出のフローチャートを図６に示す。図２に記載されているコンタクトホールパターンの場合、図２中のEdge１からEdge Nのエッジ位置からエッジ位置の標準偏差を求め、ばらつき指標値とする。該ばらつき指標値と前記エッジ平均位置から、エッチング工程で転写されるレジストのパターン寸法を下記式によって算出する。
　　CD＝E+σ×N　　・・・式（１）
ここでCDとは管理すべきパターン寸法であり、Eとは前記複数のエッジ位置から求めたエッジ平均位置であり、σはばらつき指標値である。また、Nは任意の定数を示す。この定数Nは、図７のGUIで示すようにユーザーの入力によって決められる。あるいは観察対象の材料情報から自動的に反映される。つまり測定対象のパターン形状や材料などによって、Nは可変のパラメータである。
　上述したように、エッジ平均位置からσの分だけ外側を計測することで、凸形状になっている部分の補正を行い、エッチング時に有効に作用するレジストパターンの寸法を計測することを可能にしている。
  本指標値は統計学に基づいた標準偏差であり、簡便な計算式で算出されるとともに信頼性の高いバラツキ指標値である。
（２）＜特定周波数成分＞を選択した場合のばらつき指標値
　エッジのばらつき指標値として＜特定周波数成分＞を選択した際のばらつき指標値算出のフローチャートを図９に示す。図２中のEdge１からEdge Nのエッジ位置を検出し、そのエッジ位置検出結果から、計測パターンのエッジ位置の揺らぎを周波数成分に分解するためFFT（Fast Fourier Transform）あるいはDFT(Discrete Fourier Transform)を用いる。本手法のフローチャートを図9に示す。検出された複数のエッジ位置の揺らぎをFFTあるいはDFTを用いて周波数成分に分解する。図２に示すコンタクトホールパターンのエッジ位置とDFTによって各周波数成分に分解した結果を図１０に示す。図１０ではエッジ位置の揺らぎが周波数成分に分解され、各周波数成分の振幅をプロットしている。このようにすることで、観察したい周波数の揺らぎの大きさがどの程度であるかを確認できる。図１０のように得られた各周波数成分のうち観察したい周波数成分を図１１のGUIを用いて選択する。図１１中の１１００１は周波数の選択枠であり、選択肢として＜100 nm以上＞・＜100 nm未満＞・＜π/2以上＞・＜π/2未満＞などが選択できる。ここで、＜100 nm以上＞・＜100 nm未満＞というのは実空間上での周期の長さを示しており、例えば、＜100 nm以上＞では100 nm以上の周期を持つ揺らぎからばらつき指標値を算出する。
　一方、＜π/2以上＞・＜π/2未満＞は角周波数の限定によりばらつき指標値を算出する方法である。図１１中のボタン１１００３を押すことで、選択した周波数がばらつき指標値設定部１０３に設定される。次に選択された周波数成分のみを抽出し、周波数空間から実空間にエッジ位置を再構成するのがステップ９００４である。再構成されたエッジ位置から、エッジ位置の標準偏差を求め、エッジ位置のばらつき指標値とするのがステップ９００５である。このようにして得られたばらつき指標値σを式（１）に代入し、パターン寸法を求める。
本指標値を用いることで、ユーザーの求めに応じた周波数成分のみを抽出でき、より精度の高い寸法管理が可能である。
（３）＜符号＞を選択した場合のばらつき指標値
　エッジのばらつき指標値として＜符号＞を選択した際のばらつき指標値算出のフローチャートを図１２に示す。まず、複数のエッジ位置とエッジ位置の平均値との差をそれぞれ算出する（ステップ１２００２）。ステップ１２００２で算出される値は平均的なエッジ位置からそれぞれのエッジの凹凸が定量的に算出される。本発明で計測する凹になっているエッジは（エッジ位置）－（エッジ位置平均値）が正になるので、ステップ１２００３では符号の正負を判定し、正になるエッジのみを抽出する。次にステップ１２００４で凹になっているエッジの平均的な凹み具合を算出している。ここで算出した平均的な凹み具合をばらつき指標値とし、式（１）のσに代入することでパターン寸法を計測する。
本指標値では、凸と凹を判定するだけであり、演算部に負荷をかけずにすむ。
（４）＜シミュレーションとの差＞を選択した場合のばらつき指標値
　エッジのばらつき指標値として＜シミュレーションとの差＞を選択した際のばらつき指標値算出のフローチャートを図１３に示す。まず、ステップ１３００２において、以前に露光強度分布を計算した事があるかを判定する。以前に計算をした事がある場合はステップ１３００４に進み、その結果を記憶部１１から読み出す。以前に計算をした事がない場合はステップ１３００３で露光強度分布を計算する。図１４に露光強度分布計算から得られるパターンエッジの計算結果と実際に検出されたエッジを模式的に表す。１４００１はレジストパターンを示し、１４００２は露光強度分布計算から得られたパターンエッジの計算結果である。次に得られた露光強度分布の計算結果と実際に検出したエッジを比較する。（エッジ位置）－（計算結果）を計算し、その平均値をステップ１３００６で算出する。ステップ１３００６で算出された平均値をエッジ位置のばらつき指標値として式（１）に代入し、パターン寸法を求める。
  本指標値の算出方法は、露光強度分布の計算結果と実パターンの比較を行っているため、信頼性の高い値が得られる。
（５）＜シュリンク＞を選択した場合のばらつき指標値
　エッジのばらつき指標値として＜シュリンク＞を選択した際のばらつき指標値算出のフローチャートを図１５に示す。レジストは電子ビーム照射によって収縮する現象（シュリンク）が知られている。このシュリンクもエッチング時と同様に凸になっているエッジはより多くシュリンクする傾向がある。そこで同一パターンを二度観察し、各エッジのシュリンクの様子からエッチング時に残るエッジと残らないエッジを分類し、ばらつき指標値を算出する。まず、観察パターンで二度の画像取得を行い（ステップ１５００２）、それぞれの画像からエッジ点を抽出する（ステップ１５００３）。次に一回目撮像で得られたエッジ位置と二回目撮像で得られたエッジ位置の差を計算し、各エッジ点のシュリンクを算出する（ステップ１５００４）。算出された各エッジ点のシュリンク量と全エッジのシュリンク量の平均値を比較し（ステップ１５００５）、平均的なシュリンク量よりも少ないシュリンク量のエッジを抽出する（ステップ１５００６）。ステップ１５００６で抽出
されたエッジの平均位置と全体のエッジ平均位置から（１５００６エッジの平均位置）-（全体のエッジ平均位置）を算出する（ステップ１５００７）。ステップ１５００７で求めた値をばらつき指標値として式（１）のσに代入し、パターン寸法を求める。
  本指標値は実際の形状変化量から消失エッジの決定を行っており、信頼性の高い値が得られる。
　本発明ではエッジ位置を算出した後、該エッジ位置に対して垂直に輝度プロファイルを再度算出し、再度エッジ位置を算出することも可能である。図１８に輝度プロファイルを (a)エッジ位置に対して斜めに作成した場合、(b)エッジ位置に対して垂直に作成した場合の輝度プロファイルを示す。 (a)の場合はエッジ算出に用いる信号ピークが幅広になり、エッジ位置決定に誤差が生じやすい。一方(b)の場合は信号ピークがシャープな形状となり、エッジ位置決定の誤差が小さくてすむ。本手法を用いることで、従来よりも高精度な寸法計測が可能となる。
（実施例２）
　次に本実施例では図１に示すようなゲートパターンを計測する場合を考える。実施例１に記載したものと同様の処理を行うが、本実施例ではゲートパターン線幅を計測するため、レジスト自身を計測することとなる。一方、実施例１ではレジストにあけた穴のパターンを計測しているため、式（１）の符号が正負逆になる。つまり、
　　CD＝E－σ×N　　・・・式（２）
を用いてゲートパターン寸法を計測する。コンタクトホールパターン計測とゲートパターン計測の違いを図１６に示す。図１６の１６００１は平均的なエッジ位置から算出されるゲートパターン線幅であり、本発明では１６００２に示す凹形状になっている寸法を計測する。ゆえに式(2)のようにエッジ平均位置とエッジ位置のばらつき指標値の差でパターン寸法が算出される。一方、コンタクトホールパターンの場合は１６００３がエッジ平均位置から算出されるホール径であり、１６００４が本発明による凹形状のエッジから求めた寸法計測結果である。つまり、式(1)のようにエッジ平均位置とエッジ位置のばらつき指標値の和でパターン寸法が算出される。
　ゲートパターン計測の際は、左右二つのエッジからパターン寸法を計測しなければならない。本発明では左右どちらか一方からばらつき指標値を算出しても良いし、左右で別々にばらつき指標値を求め、それらを平均したものをトータルのばらつき指標値としても良い。
（実施例３）
　本発明ではエッジ検出の精度によってばらつき指標値が大きく影響を受ける。エッジ検出の精度は主に画像の信号対雑音比によって決まる。前述したようにレジスト材料はシュリンクするので、多くの電子ビームを照射すると元の形状から大きく異なってしまい、正確な寸法検査が行えない。そこで、照射する電子ビームの量やエネルギーを小さくするのだが、この条件では信号対雑音比が悪くなり、エッジ検出精度が悪くなってしまう。この雑音はランダムノイズであるため、一般的には信号対雑音比が悪い画像から求めたばらつき指標値は真の値よりも大きな値となってしまう。そこで、本発明では計測対象の画像の信号対雑音比を算出し、予めユーザーが登録した信号対雑音比以下の場合は、算出されたばらつき指標値に0以上1以下の任意の係数を乗算し、大きく見積もられたばらつき指標値を補正することを可能にしている。ここで補正時に乗算する値は信号対雑音比で決まる。予め記憶部に登録されている補正テーブルを参照し、係数を決定する。
（実施例４）
　実施例１から実施例３では主にレジスト材料を観察する例を示してきたが、本発明はこれに限るものではない。酸化ケイ素材や窒化ケイ素材などを用いるハードマスクと呼ばれる材料にも適用される。
１…電子光学系、２…電子源、３…コンデンサレンズ、４…偏向器、５…対物レンズ、６…ステージ、７…観察試料、８…検出器、１０…表示部、１１…記憶部、１２…記憶部にデータを保存するフロー、１３…記憶部からデータを読み出すフロー、１４…電子光学系制御部、１０１…画像メモリ、１０２…パターン形状設定部、１０３…ばらつき指標値設定部、１０４…パターンエッジ検出部、１０５…パターンエッジ平均位置演算部、１０６…ばらつき指標値演算部、１０７…パターン検査指標値演算部、４００１…寸法計測開始ステップ、４００２…電子光学系設定ステップ、４００３…エッジ番号初期化ステップ、４００４…画像取得ステップ、４００５…輝度プロファイル算出ステップ、４００６…プロファイル番号選択ステップ、４００７…エッジ位置算出ステップ、４００８…エッジ位置保存ステップ、４００９…エッジ番号判定ステップ、４０１０…エッジ位置呼び出しステップ、４０１１…エッジ位置平均値算出ステップ、４０１２…エッジ位置ばらつき指標値算出ステップ、４０１３…パターン寸法算出ステップ、４０１４…表示ステップ、４０１５…寸法計測終了ステップ、５００１…ばらつき指標値算出開始ステップ、５００２…直線近似ステップ、５００３…残差二乗和算出ステップ、５００４…分散算出ステップ、５００５…標準偏差算出ステップ、５００６…ばらつき指標値算出終了ステップ、７００１…材料入力枠、７００２…定数入出力枠、７００３…定数設定枠、８００１…計測点数入力枠、８００２…加算画素数入力枠、８００３…アルゴリズム選択枠、８００４…平滑化フィルタサイズ入力枠、８００５…閾値入力枠、８００６…ばらつき指標値用計測点数入力枠、８００７…ばらつき指標値用加算画素数入力枠、８００８…ばらつき指標値用アルゴリズム選択枠、８００９…ばらつき指標値用平滑化フィルタサイズ入力枠、８０１０…ばらつき指標値用閾値入力枠、８０１１…ばらつき指標値定義入力枠、８０１２…計測パラメータ設定ボタン、９００１…特定周波数からばらつき指標値を算出するフロー開始ステップ、９００２…周波数分解ステップ、９００３…特定周波数成分抽出ステップ、９００４…エッジ再構成ステップ、９００５…ばらつき指標値算出ステップ、９００６…終了ステップ、１１００１…特定周波数入力枠、１１００３…特定周波数設定ボタン、１２００１…エッジ平均値との比較でばらつき指標値を算出する開始ステップ、１２００２…エッジ平均位置とエッジ位置の比較ステップ、１２００３…エッジ抽出ステップ、１２００４…抽出エッジ平均値算出ステップ、１２００５…ばらつき指標値算出ステップ、１２００６…終了ステップ、１３００１…露光強度分布からばらつき指標値算出の開始ステップ、１３００２…露光強度計算の有無判定ステップ、１３００３…露光強度分布計算ステップ、１３００４…計算結果読み出しステップ、１３００５…エッジ比較ステップ、１３００６…抽出エッジ平均値算出ステップ、１３００７…ばらつき指標値算出ステップ、１３００８…終了ステップ、１４００１…レジストパターン、１４００２…露光強度分布結果、１５００１…シュリンクからばらつき指標値算出開始ステップ、１５００２…観察ステップ、１５００３…エッジ抽出ステップ、１５００４…シュリンク算出ステップ、１５００５…エッジ比較ステップ、１５００６…エッジ抽出ステップ、１５００７…差分算出ステップ、１５００８…ばらつき指標値算出ステップ、１５００９…終了ステップ、１６００１…ゲートパターンエッジ平均位置、１６００２…本発明で算出したゲートパターンエッジ位置、１６００３…コンタクトホールパターンエッジ平均位置、１６００４…本発明で算出したコンタクトホールパターンエッジ位置。

Claims (14)

  1. 　ステージ上に載置された試料の観察領域に対して電子線を走査しながら照射し、該試料から発生する反射電子または二次電子を検出器を用いて検出する工程と、検出された前記反射電子強度または二次電子強度の情報を用いて前記観察領域内に配置された寸法測定対象となるパターンの二次元画像を取得する工程と、該パターンのエッジ位置を前記二次元画像を用いて該パターンの複数箇所で検出することにより前記観察領域内のパターンの寸法を計測する工程とを有するパターン寸法計測方法において、
    　前記パターンの複数箇所で検出された複数のエッジ位置のばらつき指標値の算出方法を指定する工程と、
    　前記指定された算出方法に応じたばらつき指標値を算出する工程と、
    　前記複数のエッジの平均位置を算出する工程と、
    　算出された前記エッジの平均位置と前記ばらつき指標値からパターン検査指標値を算出する工程とを有することを特徴とするパターン寸法計測方法。
  2. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　前記ばらつき指標値が、前記複数のエッジ位置の標準偏差であり、
    　前記複数のエッジの平均位置をＥとし、前記エッジのばらつき指標値をσとし、任意定数をＮとした時、
    　Ｅ±σ×Ｎ・・・式（１）
    　式（１）を用いて算出された値をパターン検査指標値とすることを特徴とするパターン寸法計測方法。
  3. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　前記ばらつき指標値は、前記複数のエッジ位置を周波数分解し特定周波数成分から算出したエッジ位置の標準偏差であり、
    　前記複数のエッジの平均位置をＥ’とし、前記エッジのばらつき指標値をσ’とし、任意定数をＮ’とした時、
    　Ｅ’±σ’×Ｎ’・・・式（２）
    　式（２）を用いて算出された値をパターン検査指標値とすることを特徴とするパターン寸法計測方法。
  4. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　前記ばらつき指標値は、前記複数のエッジの平均位置と各エッジの差分であり、
    　該ばらつき指標値の符号からエッジの凹凸情報を判定し、該判定結果に基づいてくぼんでいるエッジの平均位置を算出し、該算出結果をパターン検査指標値とすることを特徴とするパターン寸法計測方法。
  5. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　前記ばらつき指標値は、予め計算で求めたパターン形状と前記エッジ位置との差分であり、
    　該ばらつき指標値の符号からエッジの凹凸情報を判定し、該判定結果に基づいてくぼんでいるエッジの平均位置を算出し、該算出結果をパターン検査指標値とすることを特徴とするパターン寸法計測方法。
  6. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　同一箇所で複数回計測したエッジ位置のそれぞれを比較してエッジ位置変化量を算出し、該エッジ位置変化量を前記ばらつき指標値とし、
    　前記ばらつき指標値が、ばらつき指標値の平均値よりも小さいエッジの平均位置を算出し、該算出結果をパターン検査指標値とすることを特徴とするパターン寸法計測方法。
  7. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　エッジ検出の精度を決定する前記二次元画像の信号対雑音比に予め閾値を設定し、前記取得した二次元画像が該閾値に満たない場合、前記算出されたばらつき指標値に１以下の任意の定数を乗算し、該計算結果をばらつき指標値とすることを特徴とするパターン寸法計測方法。
  8. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　前記観察試料の材料から前記任意定数を設定することを特徴とするパターン寸法計測方法。
  9. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　前記複数のエッジ位置を算出する工程と、
    　該エッジ位置に対して垂直な方向に反射電子または二次電子の強度分布を算出する工程と、
    　該強度分布からエッジ位置を再算出する工程とを有することを特徴とするパターン寸法計測方法。
  10. 　請求項１記載のパターン寸法計測方法において、
    　該エッジ位置に対して垂直な方向に反射電子または二次電子の強度分布を算出し、
    　算出された該強度分布からエッジ位置を再び算出することを特徴とするパターン寸法計測方法。
  11. 　ステージ上に載置された試料の観察領域に対して電子線を走査しながら照射し、該試料から発生する反射電子または二次電子を検出する検出器を備え、前記検出器で検出された前記反射電子強度または二次電子強度の情報を用いて前記観察領域内に配置された寸法測定対象となるパターンの二次元画像を取得する手段と、前記観察領域内に配置された寸法測定対象となるパターンのエッジ位置を、前記二次元画像を用いて該パターンの複数箇所で検出することにより前記観察領域内のパターンの寸法を計測する手段とを有する走査電子顕微鏡において、
    　前記走査電子顕微鏡あるいは表示部から入力された情報を基にして演算を行う演算部と、
    　前記演算部への入力情報あるいは前記演算部での演算結果を表示する前記表示部と、
    　前記演算部での演算結果あるいは前記演算部に供給する情報を保持する記憶部を有し、
    　前記演算部は、複数箇所で検出された前記パターンのエッジの平均位置を算出するパターンエッジ平均位置算出部と、前記表示部に表示された前記複数のエッジ位置のばらつき指標値の算出方法から選択された算出方法に応じて決定されるばらつき指標値を算出するばらつき指標値算出部と、算出された前記エッジの平均位置と前記ばらつき指標値に基づいてパターン検査指標値を算出するパターン検査指標値算出部とを有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  12. 　請求項１１記載の走査電子顕微鏡において、
    　算出された前記パターン検査指標値が前記表示部に表示されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
  13. 　請求項１１記載の走査電子顕微鏡において、
    　前記寸法測定対象となるパターンに対して前記電子線の照射を複数回行う指示を出す制御系と、
    　前記電子線の照射による複数の観察画像を取得する画像メモリと、
    　前記記憶部に保存された前記複数の観察画像のうちの任意の二つの画像を読み出し、前記読み出した二つの画像からそれぞれのエッジ検出し、該検出されたエッジ同士の比較を行うエッジ検出部とを、さらに有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  14. 　請求項１１記載の走査電子顕微鏡において、
    　エッジ検出の精度を決定する前記二次元画像の信号対雑音比に予め閾値を設定する手段をさらに有し、
    　前記取得した二次元画像が該閾値に満たない場合、前記算出されたばらつき指標値に１以下の任意の定数を乗算し、
    　前記表示部に該乗算結果をばらつき指標値として表示することを特徴とする走査電子顕微鏡。
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