WO2014050305A1 - パターン計測装置、自己組織化リソグラフィに用いられる高分子化合物の評価方法、及びコンピュータープログラム - Google Patents

パターン計測装置、自己組織化リソグラフィに用いられる高分子化合物の評価方法、及びコンピュータープログラム Download PDF

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美紀 伊澤
計 酒井
昇雄 長谷川
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • G01N2223/623—Specific applications or type of materials plastics

Definitions

  • the present invention relates to a pattern measurement apparatus that measures a pattern based on information obtained by a charged particle beam apparatus, and more particularly to pattern measurement for measuring a random pattern such as a polymer compound used in self-organized lithography.
  • the present invention relates to an apparatus, an evaluation method, a computer program, and a storage medium capable of storing the computer program.
  • DSA Directed Self Assembly technology
  • BCP is coated on a substrate and thermally annealed to self-organize and phase-separate into a specific shape.
  • it is necessary to organize into a desired shape. Therefore, it is necessary to control or induce the self-organization phenomenon chemically or physically.
  • Patent Document 1 describes an example in which a pattern formed by the DSA technique is observed with a scanning electron microscope, and an example in which pattern dimensions are measured.
  • JP 2010-269304 A (corresponding US Pat. No. 8,114,306)
  • the greatest feature of patterning by DSA is that the pitch and dimensions of the pattern are determined by the material. In other words, since the quality of the pattern depends on how the material can be manufactured according to the specifications, it is desirable to inspect all BCP materials at every shipment, and an evaluation device that can easily and accurately evaluate materials Is expected to be required.
  • BCP material evaluation methods include preparing a guide pattern that can be arranged in a desired shape on the substrate in advance, and then evaluating after arranging the BCP material along the guide pattern, and neutralizing without using the guide pattern.
  • a method of applying a BCP material on the substrate and evaluating it as a fingerprint pattern is conceivable.
  • the shape can be easily quantified because the guide pattern is arranged in a desired shape.
  • the quality of the guide pattern affects the BCP pattern.
  • Patent Document 1 does not discuss an evaluation method for evaluating the fingerprint pattern itself.
  • a pattern measurement apparatus for measuring a pattern on a sample based on an image acquired by a charged particle beam, wherein the linear part of the pattern on the sample or a part that can be linearly approximated
  • a pattern measuring device that outputs at least one of measurement of a distance between the extracted portions, a ratio of the extracted portions in a predetermined region, and a length of the extracted portion, and the calculation to a computer Propose a computer program to be executed.
  • a pattern measurement device that obtains a frequency according to a distance value between extracted portions and outputs a distance value that satisfies a predetermined condition as a pattern distance, and the output to a computer Propose a computer program to be executed.
  • an evaluation method for evaluating a polymer compound used in self-organized lithography wherein a pattern pattern is selected from fingerprint pattern images obtained by a charged particle beam apparatus.
  • An evaluation method for selectively extracting a straight line portion or a portion that can be linearly approximated, and determining at least one of measurement of a distance between the extracted portions, a ratio of the extracted portions in a predetermined region, and a length of the extracted portion suggest.
  • a random pattern such as a fingerprint pattern can be evaluated quantitatively and with high accuracy.
  • summary of a scanning electron microscope. The flowchart which shows the measurement process of a fingerprint pattern.
  • the schematic diagram of a fingerprint pattern. The figure which shows an example of the SEM image of a fingerprint pattern, and the outline image which extracted the center line of the pattern about the said SEM image.
  • the histogram which shows the relationship between the distance value between the centerlines in a predetermined area
  • summary of the pattern measurement apparatus which performs a pattern measurement using the image information obtained by the scanning electron microscope.
  • GUI Graphic User Interface
  • the embodiment described below relates to a pattern measurement method and a measurement apparatus in a patterning technique using microphase separation of a block copolymer mainly composed of two kinds of polymers.
  • the present embodiment relates to an apparatus, a method, a computer program, and a storage medium capable of storing the computer program for appropriately evaluating a polymer compound used in the DSA technique expected as an effective patterning technique.
  • the evaluation is performed using only the portion of the fingerprint pattern where the pattern is a straight line.
  • the curved portion is masked so that the evaluation is performed only on the straight portion.
  • an SEM image of the sample is acquired under preset imaging conditions (magnification, acceleration voltage of irradiation beam, etc.). Specifically, the electron beam 102 emitted from the electron gun 101 of the SEM001 is converged by the focusing lens 103, scanned by the deflector 104 in the X direction and the Y direction (in a plane perpendicular to the drawing in FIG. 1), and the objective The surface of the sample 106 is scanned and irradiated with the lens 105 so that the focus of the electron beam is aligned with the surface of the sample 106 on which the measurement target pattern is formed.
  • FIG. 1 an SEM image of the sample is acquired under preset imaging conditions (magnification, acceleration voltage of irradiation beam, etc.).
  • the sample 106 is placed on a table and can be moved in a plane, and a desired region on the surface of the sample 106 is positioned in the irradiation region of the electron beam 102. To be controlled. A part of the secondary electrons generated from the surface of the sample 106 irradiated with the electron beam 102 is detected by the detector 107, converted into an electrical signal, sent to the overall control / image processing unit 108, and an SEM image is created. The processing unit 109 processes the SEM image to calculate the dimension of the pattern, and the result is displayed on the screen of the output unit 110. The overall control / image processing unit 108 also controls the entire SEM 001 including a table on which the sample 106 (not shown) is placed.
  • the processing procedure in the calculation unit 109 is shown in FIG. First, as described above, the SEM 001 is controlled by the overall control / image processing unit 108 to acquire the SEM image of the measurement target pattern (S0001). Next, the SEM image acquired by the overall control / image processing unit 108 is received, the SEM image is processed by the calculation unit 109, and the pattern center line is extracted (S0002). Details of the measurement in step (S0002) will be described later.
  • step (S0003) the straightness of the center line is determined based on the inclination per unit length of the center line. If it is confirmed by this determination that the region is a straight line region, the two center line inclinations are compared in the next step (S0004), and the distance is measured only in the parallel part (S0005). This process is performed for all the measurement points set in the image, and after all points are measured, an average measurement value is calculated in step (S0006). Thereby, the specific pitch of the BCP material is obtained.
  • the extracted center line is displayed superimposed on the SEM image on the GUI.
  • a computer including an image processing processor (determination unit) that performs quantification of a Finger Print Pattern shape as described below based on a signal of secondary electrons or the like is used.
  • An apparatus configured as a part of a scanning electron microscope apparatus is exemplified, but the present invention is not limited thereto.
  • information based on a signal acquired by a scanning electron microscope (secondary electron signal, signal waveform information based on detection of secondary electrons, two-dimensional image signal, or contour information of a pattern edge extracted from an image, etc.)
  • the pattern shape as described later may be quantified by an external measuring device provided with an interface for obtaining and an arithmetic device corresponding to the image processor.
  • a program for performing processing to be described later 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 following description is also an explanation as a program or a program product that can be executed by a pattern measuring apparatus such as a scanning electron microscope.
  • a scanning electron microscope using an electron beam has been described as an example of a charged particle beam apparatus.
  • the present invention is not limited to this.
  • an ion beam irradiation apparatus using an ion beam may be used. Good.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a pattern measurement apparatus that performs pattern measurement using image information obtained by a scanning electron microscope.
  • the pattern measuring device 801 is an arithmetic device that executes various processes according to a program stored in advance, and a contour line extraction unit 802 that extracts a contour line from image data output by the SEM001 as illustrated in FIG. It has. It should be noted that this function can be omitted when the contour line extraction unit is mounted in SEM001.
  • the extracted outline is selectively extracted by the straight line extraction unit 803. As will be described later, based on the extracted straight line part, the center line dimension measuring part 804 measures the distance (pitch) between the stop lines of the pattern.
  • the measurement value output unit 808 outputs a measurement result with a specific frequency as a measurement result, for example, to a display device of the input device 809.
  • the pattern measuring device 901 can also function as a roughness measuring device.
  • smoothing processing is performed on the obtained image data and contour data by the smoothing processing unit 806, and a plurality of edges between the edge of the pattern subjected to the smoothing processing and the center line of the pattern are processed.
  • the centerline-edge dimension measuring unit 807 is measured by the centerline-edge dimension measuring unit 807, and the measurement value output unit 808 outputs the measurement result to a display device or the like.
  • the operation of the pattern measuring apparatus 801 will be further described later.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a GUI screen for setting measurement conditions with a scanning electron microscope.
  • the GUI illustrated in FIG. 9 is provided with a window 901 for selecting the type of measurement target (Target).
  • Tiget the type of measurement target
  • Polymer polymer compound
  • a window 902 for inputting a target orientation is provided.
  • Random random
  • the selection content of the measurement item selection window (Measurement Option) 903 changes based on the input to the windows 901 and 902.
  • the measurement target is a line pattern that is long in the vertical direction, so that the dimension measurement between line edges, the line pitch measurement, etc. Measurement items suitable for the line pattern can be selected in the window 903.
  • the center line of the pattern is extracted for the entire image.
  • the length of the straight line portion (Length_Stright) and the ratio of the straight line portion to the curved line portion (Ratio_Stright Curve) are shown. The contents of these measurement items will be described later.
  • the following is an outline of the fingerprint pattern that is the measurement target in this embodiment of the scanning electron microscope.
  • Figure 3 outlines the fingerprint pattern.
  • a pattern constituted by two types of polymers (referred to as A and B) stands upright on the substrate 301, and the polymer A302 and the polymer B303 are alternately arranged in a fingerprint shape.
  • the composition of the polymer used (molecular weight, molecular chain length, degree of separation between two types of polymers, etc.) and variations thereof affect the quality of the pattern shape. Therefore, when introducing new materials and processes, it is necessary to evaluate the performance of the polymer as a material and confirm the patterning ability. In this case, a fingerprint pattern is used.
  • the fingerprint pattern can be obtained by neutralizing the Si substrate, applying a polymer having a self-organizing ability, and annealing at a constant temperature.
  • the shape of the fingerprint pattern (line width, pitch, curvature of the bent portion, length of the straight line portion, etc.) varies depending on the material and is a clue for material evaluation.
  • the SEM image shown in FIG. 4A is an image obtained by observing a stepped portion between two kinds of polymers by selectively etching one polymer after annealing. At this time, the difference in polymer appears as a difference in brightness in the image.
  • the high-luminance portion 401 in the image is referred to as polymer A
  • the low-luminance portion 402 is referred to as polymer B.
  • the repeat pitch of polymer A and polymer B is It is unique depending on the composition of the BCP material (molecular weight of each of polymer A and polymer B, or blending of additives). Therefore, whether the BCP material has the composition as designed can be confirmed by measuring the pattern pitch (distance between center lines).
  • the pattern pitch distance between center lines.
  • etching may be performed to increase the pattern visibility in the SEM, and then imaging may be performed.
  • electron beam irradiation by SEM may have a function of contracting one polymer. In that case, an electron beam irradiation may be performed before imaging to improve visibility, and then an evaluation image may be acquired.
  • the SEM 001 or the contour line extraction unit 802 detects a point having a high gradation value from the SEM image, and extracts the center line of the pattern formed by the polymer A.
  • the center line is extracted by, for example, performing binarization processing so that the polymers A and B are separated into white and black after removing noise from the image using a Gaussian filter or the like. Further, the thinned line until the polymer A (white) region is 1 pixel wide is defined as the center line. Other thinning methods can also be used.
  • FIG. 4B An example of centerline extraction is shown in FIG. 4B, and the measurement flow is shown in FIG.
  • the straight line extraction unit 803 arranges the reference points 502 at predetermined or arbitrary intervals along the center line 501 of the polymer A. Then, this reference point 502 is approximated by a straight line 503, and center line point sequences 504 and 505 of the pattern formed by the adjacent polymer A intersecting the normal 506 of the straight line 503 are detected. The detected point sequence is approximated to a straight line, and the inclination of the straight line adjacent to the straight line is compared.
  • the two straight lines (503, 505) are regarded as parallel, and the center line dimension measuring unit 804 measures the distance 507 between the two straight lines and defines it as the pitch between the two patterns.
  • the two straight lines (503, 504) are not parallel, so the distance is not measured.
  • a line segment that can be regarded as a straight line is defined as a straight line, and the straight line portion is less than a predetermined value or less than a predetermined number of points. It can be considered that the line segment is excluded from the dimension measurement object other than the straight line.
  • the correlation coefficient between the approximate line and the point sequence is obtained, and if that value is smaller than the preset threshold value, that part is excluded from measurement, and the remaining part is taken as a straight line (measurement) (As a target) may be defined.
  • the curvature of the point sequence may be obtained, and a portion having a curvature equal to or larger than a predetermined threshold value or larger than the predetermined threshold value may be excluded from the measurement target, and the remaining portion may be defined as a straight line (as the measurement target).
  • a measurement target region is further selected for the straight line portion extracted as described above, it is a line segment adjacent to a certain line segment (other line segments are not included in the line segment), and the adjacent line It is preferable to selectively measure or output the dimension of the line segment whose relative angle with the minute is less than a predetermined value.
  • the measurement value output unit 808 outputs a dimension of a line segment that is a straight line portion and can be regarded as parallel to the adjacent contour line to a display device or the like of the input device 809 as a measurement result.
  • the target measurement (pitch measurement) can be performed with high accuracy even for a pattern such as a fingerprint pattern.
  • the measurement value having the highest frequency is used as the measurement result has been described.
  • a measurement value having a specific frequency other than that may be output as the measurement result according to the purpose.
  • the processing may take time. is there. If priority is given to speeding up the processing, detection points may be thinned out, or a parallel part may be extracted in advance from the SEM image, and pitch measurement may be performed only on that part. In that case, it can be realized by using an image processing technique such as a Hough transform generally known as a straight line extraction means on a digital image.
  • a Hough transform generally known as a straight line extraction means on a digital image.
  • the fingerprint pattern is self-assembled by annealing and aligned as a semiconductor device pattern shape.
  • Many of the patterns formed on the basis of the fingerprint pattern are line patterns having a straight line shape, and it can be said that a material containing many linear portions in the fingerprint pattern is a material suitable for patterning. Therefore, by obtaining the ratio of the straight line portion, it is possible to perform quantitative evaluation of the polymer compound applied to the DSA technique and appropriate selection of the polymer compound based on the quantitative evaluation. Note that the ratio of the straight line part to the entire line segment included in the visual field or a predetermined area in the visual field may be output, or the ratio of the straight line part and the curved line part may be output.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an SEM image of a fingerprint pattern, and represents a fingerprint pattern composed of a pattern A 701 and a pattern B 702.
  • LER line edge roughness
  • the center line-edge dimension measuring unit 807 extracts both the left and right edges (704, 705) of the pattern A in addition to the center line 703, and measures the distance 710 from the edge detection point in the normal direction of the center line.
  • the variation can be defined as LER.
  • the line width variation is the sum of squares of the edge position variations of the edges on both sides, so the distance (line width) between the edge detection points in the normal direction on both sides across the center line is measured, and the line The variation of the edge on one side is calculated from the variation of the width.
  • the variation of the center line itself also affects the LER, the variation of the center line needs to be removed in advance.
  • the variation can be removed by obtaining the center line after smoothing the image by the smoothing processing unit 806 or smoothing the obtained center line. Since the fluctuation component and roughness peculiar to the fingerprint have a large difference in frequency, it is also effective to reconstruct an image after masking the variation component by setting a threshold value for the frequency.
  • the straight line portion is extracted from the already acquired SEM image and evaluated.
  • the straight line portion is searched for in the same way from the low-magnification images acquired in advance, and the SEM image of the straight line portion is obtained. Evaluation may be performed after reacquiring
  • the pattern measurement technique disclosed in this specification can be applied to any object that can be acquired with an electron microscope or a charged particle beam apparatus similar thereto.

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Abstract

　本発明は、フィンガープリントパターンのようなランダムパターンを定量的且つ高精度に評価するパターン計測装置の提供を目的とする。上記目的を達成するために、荷電粒子線によって取得された画像に基づいて試料上のパターンの計測を行うパターン計測装置であって、試料上のパターンの直線部分、或いは直線近似できる部分を選択的に抽出し、当該抽出部分間の距離の測定、当該抽出部分の所定領域内における割合、及び当該抽出部分の長さの少なくとも１つを出力するパターン計測装置を提案する。また、より具体的な一態様として、抽出部分間の距離値に応じた頻度を求め、当該頻度が所定の条件を満たす距離値をパターンの距離として出力するパターン計測装置を提案する。

Description

パターン計測装置、自己組織化リソグラフィに用いられる高分子化合物の評価方法、及びコンピュータープログラム
　本発明は、荷電粒子線装置によって得られた情報に基づいてパターンを計測するパターン計測装置に係り、特に、自己組織化リソグラフィに用いられる高分子化合物のようなランダムパターンを計測するためのパターン計測装置、評価方法、コンピュータープログラム、及び当該コンピュータープログラムを記憶可能な記憶媒体に関する。
　昨今の半導体パターンの集積化に伴い、半導体デバイスの製造工程や研究開発工程におけるパターンの出来栄え評価がより重要になりつつある。一方、半導体パターンの微細化を可能とする技術として、Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｓｅｌｆ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ技術（ＤＳＡ）が注目されている。ＤＳＡは，高分子の自己組織化現象を利用した新しいパターニング技術であり、高分子ブロック共重合体（Ｂｌｏｃｋ　Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ＢＣＰ）がナノサイズの規則的ドメインを形成するミクロ相分離現象を応用した手法で，ＢＣＰの分子構造や分子量を設計することにより，パターンの形状や大きさを制御できる。
　特別な装置や設備を使用しないため，コストの節約が可能で，近年この方法用いた半導体製造プロセスの開発がすすめられている。ＢＣＰは，基板上に塗布し，熱アニールをおこなうことで自己組織化し，特有の形状に相分離する。実際の半導体製造に応用するためには所望の形状に組織化させる必要があるため，自己組織化現象を化学的あるいは物理的に制御・誘導する必要がある。
　特許文献１にはＤＳＡ技術によって形成されたパターンを走査電子顕微鏡によって観察した例やパターンの寸法測定を行う例が説明されている。
特開２０１０－２６９３０４号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，１１４，３０６）
　ＤＳＡによるパターニングの最大の特徴は，パターンのピッチ・寸法が材料によって決定される点にある。つまり材料をいかに仕様通りに製造できるかによってパターンの出来栄えが左右されるためＢＣＰ材料は，出荷毎に全数検査を行うことが望ましく，また、簡便に精度よく材料の評価を行うことのできる評価装置が求められることが予想される。
　ＢＣＰ材料の評価手法としては，所望の形状に配列するようなガイドパターンを予め基板上に準備し，それに沿ってＢＣＰ材を配列させた後に評価する方法と，ガイドパターンを用いずに中性化した基板上にＢＣＰ材を塗布してフィンガープリントパターンとして評価する方法が考えられる。ガイドパターンを使用する場合，所望の形状に配列するので形状の定量化が簡単にできる一方，ガイドパターンの出来栄えがＢＣＰパターンに影響するため，純粋な材料評価にならない場合が考えられる。
　フィンガープリントを用いた評価の場合，ガイドパターンの影響がないので純粋な材料の評価が可能であるが，フィンガープリント特有のパターンの曲がり・うねりがあるため単純な方法では定量化が難しく，フーリエ解析によるピッチ計測を行ったとしても，これらの不要な情報が含まれてしまうので，精度が落ちる。特許文献１には、フィンガープリントパターン自体を評価する評価法については何ら論じられていない。
　以下に、フィンガープリントパターンのようなランダムパターンを定量的且つ高精度に評価することを目的とするパターン計測装置、方法、及びコンピュータープログラムについて説明する。
　上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子線によって取得された画像に基づいて試料上のパターンの計測を行うパターン計測装置であって、試料上のパターンの直線部分、或いは直線近似できる部分を選択的に抽出し、当該抽出部分間の距離の測定、当該抽出部分の所定領域内における割合、及び当該抽出部分の長さの少なくとも１つを出力するパターン計測装置、及び当該演算をコンピューターに実行させるコンピュータープログラムを提案する。
　また、より具体的な一態様として、抽出部分間の距離値に応じた頻度を求め、当該頻度が所定の条件を満たす距離値をパターンの距離として出力するパターン計測装置、及び当該出力をコンピューターに実行させるコンピュータープログラムを提案する。
　更に、上記目的を達成するための他の態様として、自己組織化リソグラフィに用いられる高分子化合物を評価する評価方法であって、荷電粒子線装置によって得られるフィンガープリントパターン画像の中から、パターンの直線部分、或いは直線近似できる部分を選択的に抽出し、当該抽出部分間の距離の測定、当該抽出部分の所定領域内における割合、及び当該抽出部分の長さの少なくとも１つを求める評価方法を提案する。
　また、試料上のパターンの中心線を求め、当該中心線間の距離の測定、または中心線と当該中心線に隣接するエッジ間の複数個所の距離、或いは中心線を挟んだ両側エッジ間の距離の測定に基づくばらつきの測定を実行するパターン計測装置を提案する。
　上記構成によれば、フィンガープリントパターンのようなランダムパターンを定量的且つ高精度に評価することが可能となる。
走査電子顕微鏡の概要を示す図。 フィンガープリントパターンの計測工程を示すフローチャート。 フィンガープリントパターンの概要図。 フィンガープリントパターンのＳＥＭ像と、当該ＳＥＭ像についてパターンの中心線を抽出した輪郭線画像の一例を示す図。 抽出された中心線間の距離を測定する工程を示す図。 所定領域内の中心線間の距離値とその距離値を示す部位の頻度との関係を示すヒストグラム。 フィンガープリントパターンのラフネスを評価する例を示す図。 走査電子顕微鏡によって得られた画像情報を用いて、パターン計測を実行するパターン計測装置の概要を示す図。 測定条件を設定するためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面の一例を示す図。
　以下に説明する実施例は，主に２種のポリマーから成るブロックコポリマーのミクロ相分離を利用したパターニング技術におけるパターン計測方法および計測装置に関するものである。
　半導体の微細化にともない，単純なリソグラフィによるパターニングでは微細化に対応できなくなってきている。リソグラフィの延命技術として，複数回のリソグラフィ工程を組み合わせるマルチプルパターニング法や，ナノインプリント技術といった方法が考案されているが，コストや実現可能性の観点から，いずれの方法も決定打とはなっていない。本実施例は有効なパターニング技術として期待されているＤＳＡ技術に用いられる高分子化合物を適正に評価する装置、方法、コンピュータープログラム、及び当該コンピュータープログラムを記憶可能な記憶媒体に関するものである。
　本実施例では，フィンガープリントパターンを用いた評価の精度を向上するために，フィンガープリントパターンのうち，パターンが直線になっている部分だけを使って評価を行う。これにより，ガイドパターンの出来栄えに影響を受けることなく，直線部分のみを使用した精度のよい形状定量化が可能になる。具体的には、フィンガープリントパターンの画像を取得し，画像処理を行う際に，曲線部分をマスクして，直線部分だけで評価が行われるようにする。以下、図面を用いて詳細にフィンガープリントパターンの評価法について説明する。
　パターン計測方法について述べる。図１に示したＳＥＭ００１にて，予め設定された撮像条件（倍率，照射ビームの加速電圧など）で試料のＳＥＭ像を取得する。具体的には，ＳＥＭ００１の電子銃１０１から発射された電子線１０２を集束レンズ１０３で収束させ，偏向器１０４でＸ方向及びＹ方向（図１において図面に垂直な平面内）に走査し，対物レンズ１０５で電子線の焦点を計測対象パターンが形成された試料１０６の表面に合わせて試料１０６の表面を走査して照射する。図１（ａ）では図示を省略してあるが，試料１０６はテーブルに載置されて平面内で移動可能になっており，試料１０６の表面の所望の領域が電子線１０２の照射領域に位置するように制御される。電子線１０２が照射された試料１０６の表面から発生した二次電子の一部は検出器１０７で検出され，電気信号に変換されて全体制御・画像処理部１０８に送られてＳＥＭ画像が作成され，演算部１０９でＳＥＭ画像を処理してパターンの寸法を算出し，結果が出力部１１０の画面上に表示される。全体制御・画像処理部１０８は，図示していない試料１０６を載置するテーブルを含めたＳＥＭ００１全体の制御も行う。
　演算部１０９における処理手順を図２に示す。まず，上記に説明したように全体制御・画像処理部１０８でＳＥＭ００１を制御して計測対象パターンのＳＥＭ画像を取得する（Ｓ０００１）。次に，全体制御・画像処理部１０８で取得したＳＥＭ画像を受けて，演算部１０９でこのＳＥＭ画像を処理して，パターン中心線の抽出（Ｓ０００２）を行う。ステップ（Ｓ０００２）の計測の詳細は後述する。
　次に，ステップ（Ｓ０００３）において中心線の単位長さあたりの傾きをもとに，中心線の直線性の判定を行う。この判定により直線領域であることが確認された場合，次のステップ（Ｓ０００４）にて２本の中心線傾きを比較し，平行な部分のみで距離を計測する（Ｓ０００５）。この処理を画像内に設定された計測点数すべてで行い，全点計測したのち，ステップ（Ｓ０００６）において，平均計測値を算出する。これにより，ＢＣＰ材の固有ピッチが求まる。抽出された中心線は，ＧＵＩ上にＳＥＭ像と重ねて表示させる。
　なお、本実施例では、パターン測定装置の一例として、二次電子等の信号に基づいて、以下に説明するようなＦｉｎｇｅｒ　Ｐｒｉｎｔ　Ｐａｔｔｅｒｎ形状の定量化を行う画像処理プロセッサ（判定部）を含むコンピューターが、走査電子顕微鏡装置の一部として構成された装置を例示するが、これに限られることはない。例えば、走査電子顕微鏡によって取得された信号に基づく情報（二次電子信号、二次電子の検出に基づく信号波形情報、二次元画像信号、或いは画像から抽出されたパターンエッジの輪郭線情報等）を取得するためのインターフェースと、上記画像処理プロセッサに相当する演算装置を備えた外部の測定装置にて、後述するようなパターン形状の定量化を行うようにしても良い。後述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にて、当該プログラムを実行するようにしても良い。即ち、以下の説明は走査電子顕微鏡等のパターン測定装置にて実行可能なプログラム、或いはプログラムプロダクトとしての説明でもある。
　なお、以上の説明では荷電粒子線装置の一例として、電子線を用いる走査型電子顕微鏡を例にとって説明したが、これに限られることはなく、例えばイオンビームを用いるイオンビーム照射装置であってもよい。
　図８は、走査電子顕微鏡によって得られた画像情報を用いて、パターン計測を実行するパターン計測装置の一例を示す図である。パターン計測装置８０１は各種処理を予め記憶されたプログラムに沿って実行する演算装置であって、図１に例示したようなＳＥＭ００１にて出力された画像データから輪郭線を抽出する輪郭線抽出部８０２を備えている。なお、ＳＥＭ００１に輪郭線抽出部が搭載されている場合は、この機能を省略することができる。抽出された輪郭線は直線部抽出部８０３によって、直線部が選択的に抽出される。後述するように、抽出された直線部に基づいて、中心線間寸法測定部８０４はパターンの中止線間の距離（ピッチ）を測定する。ヒストグラム作成部８０５では、中心線間寸法測定部８０４による測定結果について、測定結果ごとの頻度を求め、ヒストグラムを作成する。測定値出力部８０８は特定頻度の測定結果を測定結果として、例えば入力装置８０９の表示装置に出力する。
　また、パターン計測装置９０１は、ラフネス測定装置としても機能することができる。ラフネス測定装置として機能する場合、まず得られた画像データや輪郭線データについて平滑化処理部８０６にて平滑化処理を行い、平滑化処理が施されたパターンのエッジとパターンの中心線間の複数の寸法を、中心線－エッジ間寸法測定部８０７にて測定し、測定値出力部８０８はその測定結果を表示装置等に出力する。パターン計測装置８０１の動作については、更に後述する。
　図９は走査電子顕微鏡による測定条件を設定するＧＵＩ画面の一例を示す図である。このようなＧＵＩを例えば入力装置８０９の表示装置に表示することによって、操作者は測定目的に沿った適正な条件を選択することが可能となる。図９に例示するＧＵＩには測定対象（Ｔａｒｇｅｔ）の種類を選択するウィンドウ９０１が設けられている。図９の例ではＰｏｌｙｍｅｒ（高分子化合物）が選択されている。また、Ｔａｒｇｅｔ　Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ（ターゲットの方向）を入力するウィンドウ９０２が設けられており、図９の例ではＲａｎｄｏｍ（ランダム）が選択されている。本例ではウィンドウ９０１、９０２への入力に基づいて、測定項目選択ウィンドウ（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｏｐｔｉｏｎ）９０３の選択内容が変化する。例えば、ウィンドウ９０１、９０２にてそれぞれＬｉｎｅ（ラインパターン）、Ｖｅｒｔｉｃａｌ（垂直）を選択すると、測定対象は縦方向に長いラインパターンであるため、ラインのエッジ間の寸法測定や、ラインのピッチ測定等のラインパターンに適した測定項目がウィンドウ９０３にて選択可能となる。
　図９の例で選択されている高分子化合物は、通常の配線パターンのように、エッジのピークが現れないため、例えば（Ｐａｔｔｅｒｎ＿Ｃｅｎｔｅｒ　Ｃｏｎｔｏｕｒ）の選択によって、画像全体についてパターンの中心線を抽出した上で、中心線間の距離を求めるような測定項目の選択が可能となっている。また、図９の例では、直線部分の長さ（Ｌｅｎｇｔｈ＿Ｓｔｒａｉｇｈｔ）、パターンの直線部分と曲線部分の比率（Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒａｉｇｈｔ　Ｃｕｒｖｅ）が選択されている例を示している。これら測定項目の内容は後述する。他に測定対象の座標（Ｌｏｃａｔｉｏｎ）や視野サイズ（ＦＯＶ　ｓｉｚｅ）等を選択し、これら測定条件をＳＥＭ、或いはパターン計測装置８０１に伝達することによって、適切な動作プログラムの選択に基づく測定の実行が可能となる。
　以下に、走査電子顕微鏡の本実施例にて計測対象としているフィンガープリントパターンの概略を示す。
　図３にフィンガープリントパターンの概要を示す。２種のポリマー（Ａ，Ｂと称する）によって構成されたパターンが基板３０１上に直立し，ポリマーＡ３０２とポリマーＢ３０３が交互に指紋状に配列した構造をとる。Ｄｉｒｅｃｔｅｄ－Ｓｅｌｆ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ技術を用いるリソグラフィでは，用いられるポリマーの組成（分子量や分子鎖の長さ，２種のポリマー間の分離度等）とそのばらつきがパターン形状の出来栄えに影響する。そのため新しい材料やプロセスを導入する際には，ポリマーの材料としての出来栄えを評価し，パターニング能力の確認をする必要がある。その際に用いられるのが，フィンガープリントパターンである。フィンガープリントパターンは，Ｓｉ基板を中性化したのち自己組織化能力を持つポリマーを塗布し，一定の温度でアニール処理することによって得られる。フィンガープリントパターンの形状（線幅，ピッチ，曲がった場所の曲率，直線部分の長さ等）は，材料によって異なり，材料評価の手掛かりとなる。
　次に，画像をもとにした，パターン形状の定量化手法について以下に述べる。図４（ａ）に示したＳＥＭ像は，アニール後に一方のポリマーを選択的にエッチングすることにより２種のポリマー間に段差をつけたものを観察した像である。このとき，ポリマーの違いは画像中で輝度の違いとして現れる。以下，画像内の輝度の高い部分４０１をポリマーＡ，輝度の低い部分４０２をポリマーＢと呼ぶ。
　ポリマーＡとポリマーＢの繰り返しのピッチは，
ＢＣＰ材の構成（ポリマーＡ、ポリマーＢそれぞれの分子量、或いは添加物の配合）によって固有のものである。したがって，ＢＣＰ材が設計したとおりの組成になっているかどうかは，パターンピッチ（中心線間の距離）を計測することで確認できる。なお，アニール後のフィンガープリントパターンには，２種のポリマー間に段差がないため，ＳＥＭではコントラストが得にくい場合がある。その際は，アニール後にエッチングを行い，ＳＥＭでのパターン視認性を上げたのち，撮像してもよい。また，ＳＥＭによる電子線照射が一方のポリマーを収縮させる働きをもつ場合がある。その際は，撮像前に電子線照射を行い，視認性を向上させた後，評価用画像を取得すればよい。
　パターンピッチの計測手法を以下に述べる。まず，ＳＥＭ００１或いは輪郭線抽出部８０２は、ＳＥＭ画像から階調値の高い点を検出し，ポリマーＡにより形成されたパターンの中心線を抽出する。中心線の抽出は例えば、画像からガウスフィルタ等を用いてノイズを除去したのち，ポリマーＡ・Ｂがそれぞれ白と黒に分かれるように２値化処理することによって実行する。さらに，ポリマーＡ（白）の領域が１ピクセル幅になるまで細線化処理したものを中心線とする。他の細線化処理法の採用も可能である。
　中心線の抽出例を図４（ｂ）に，計測の流れを図５に示す。直線部抽出部８０３は、ポリマーＡによる中心線５０１に沿って、所定或いは任意の間隔で基準点５０２を配列する。そしてこの基準点５０２を直線５０３で近似し，この直線５０３の法線５０６と交差する隣接するポリマーＡによるパターンの中心線点列５０４，５０５を検出する。検出された点列を直線近似し，当該直線と隣接する直線の傾きを比較する。傾きの違いが小さい場合，２本の直線（５０３，５０５）は平行とみなし，中心線間寸法測定部８０４は、２本の直線の距離５０７を計測し，２パターン間のピッチと定義する。傾きが大きく異なる場合は２本の直線（５０３，５０４）は平行でないので，距離の測定は行わない。
　なお、直線部分を選択的に抽出する手法として例えば所定値以上の長さ、或いは所定点数分、直線と見做せる線分を直線と定義し、直線部分が所定値未満、或いは所定点数未満の線分は直線以外として寸法測定対象から除外することが考えられる。また、直線近似したときの，近似直線と点列の相関係数を求め，その値があらかじめ設定したしきい値より小さい場合に、当該部分を測定対象外とし、残りの部分を直線として（測定対象として）定義するようにしても良い。また，点列の曲率を求めて，所定の閾値以上、或いは所定の閾値より大きな曲率を持つ部分を測定対象外とし、残りの部分を直線として（測定対象として）定義するようにしても良い。
　また、上述のようにして抽出された直線部分について、更に測定対象部位を選択する場合、ある線分に隣接する（線分間に他の線分を含まない）線分であること、隣接する線分との相対角が所定値未満である線分間の寸法を選択的に測定、或いは出力するようにすると良い。
　この計測をＳＥＭ像全体、或いはＳＥＭ像内の所定領域に対して行い，中心線の点列の数だけピッチの計測値を求める。これらを図６に示すようにヒストグラム作成部８０５によってヒストグラム解析すれば，最も頻度の高いピッチを当該材料の固有ピッチとして求めることができる。測定値出力部８０８は、直線部であって、隣接する輪郭線と平行と見做せる線分間の寸法を測定結果として、入力装置８０９の表示装置等に出力する。
　このように高頻度の計測値を選択的に測定結果とすることによって、フィンガープリントパターンのようなパターンであっても、目的とする測定（ピッチ測定）を高精度に行うことが可能となる。なお、本実施例では最も頻度の高い計測値を測定結果とする例について説明したが、目的に応じてそれ以外の特定の頻度の計測値を測定結果として出力するようにしても良い。
　なお、上述の手法では，ＳＥＭ像の画面全体に存在するパターン中心の検出点のすべてで，点列の傾きから２本のパターンの平行を判定しなければならないため，処理に時間がかかる場合がある。処理の高速化を優先したい場合には検出点を間引く，あるいはＳＥＭ像から予め平行な部分を抽出し，その部分だけでピッチ計測を行えばよい。その場合，デジタル画像上での直線抽出手段として一般的に知られるハフ変換等の画像処理技術を用いることで実現できる。
　フィンガープリントパターン中の直線領域の長さや割合を計測する場合にも，上記と同様の手法を用いれば，直線領域の抽出が可能であり，たとえばパターン全体の中心線の長さの総和のうち直線として判断された部分の長さをもとめることで，直線領域の割合を求めることができる。
　フィンガープリントパターンは、アニールによって自己組織化し、半導体デバイスのパターン形状として整列する。フィンガープリントパターンに基づいて形成されるパターンの多くは直線形状を持つラインパターンであり、フィンガープリントパターンも直線部分が多く含まれている材料の方が、パターニングに適した材料であると言える。よって、直線部分の割合を求めることによって、ＤＳＡ技術に適用される高分子化合物の定量評価と、当該定量評価に基づく、高分子化合物の適正な選択を行うことが可能となる。なお、視野、或いは視野の中の所定領域内に含まれる線分全体に対する直線部の割合を出力するようにしても良いし、直線部と曲線部の比率を出力するようにしても良い。
　次にパターンのラインエッジラフネス（Ｌｉｎｅ　Ｅｄｇｅ　Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ：ＬＥＲ）を計測する方法を，図７を用いて説明する。図７は，フィンガープリントパターンのＳＥＭ像の模式図で，パターンＡ７０１とパターンＢ７０２からなるフィンガープリントパターンを表す。まずＬＥＲの基準となる線を定義する必要があるが，これも中心線の点列をつないだ線分７０３を用いればよい。中心線－エッジ間寸法測定部８０７によって、中心線７０３に加え，パターンＡの左右両エッジ（７０４，７０５）を抽出し，中心線の法線方向にあるエッジ検出点との距離７１０を計測すれば，そのばらつきをＬＥＲと定義できる。あるいは、線幅のばらつきは両側のエッジそれぞれのエッジ位置ばらつきの二乗和であるため、中心線を挟んだ両側の法線方向にあるエッジ検出点同士の距離（線幅）を計測し、その線幅のばらつきから、片側のエッジのばらつきを算出する。
　ただし，中心線そのもののばらつきもＬＥＲに影響を及ぼすので，中心線のばらつきはあらかじめ除去されている必要がある。ばらつきの除去は，平滑化処理部８０６によって画像を平滑化したのち中心線をもとめる，あるいは求めた中心線を平滑化することで可能である。フィンガープリント特有のゆらぎ成分とラフネスは周波数に大きな差があるので，周波数にしきい値を設けてばらつき成分をマスクしたのち画像を再構築する方法も効果的である。
　以上の方法では，すでに取得したＳＥＭ像から直線部分を抽出して評価することについて述べたが，あらかじめ取得された低倍率の画像中から同様の方法で直線部分を探索し，直線部分のＳＥＭ像を取得しなおしたのち評価を行ってもよい。
　本明細書に開示されているパターン計測技術は，電子顕微鏡あるいはそれに類似した荷電粒子線装置で画像取得が行える対象であれば適用が可能である。
００１・・・ＳＥＭ，１０１・・・電子銃，１０２・・・電子線，１０３・・・集束レンズ，１０４・・・偏向器，１０５・・・対物レンズ，１０６・・・試料，１０７・・・検出器，１０８・・・画像処理部，１０９・・・演算部，１１０・・・出力部

Claims (17)

  1. 　荷電粒子線によって取得された画像に基づいて試料上のパターンの計測を行うパターン計測装置において、
    　前記試料上のパターンの直線部分、或いは直線近似できる部分を選択的に抽出し、当該抽出部分間の距離の測定、当該抽出部分の所定領域内における割合、及び当該抽出部分の長さの少なくとも１つを出力する演算装置を備えたことを特徴とするパターン計測装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記演算装置は、前記試料上のパターンの中心となる輪郭線間の距離、当該輪郭線内の直線部分の割合、及び直線部分の長さを演算することを特徴とするパターン計測装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記試料上のパターンは、フィンガープリントパターンであることを特徴とするパターン計測装置。
  4. 　請求項３において，
    　前記演算装置は、前記フィンガープリントパターンの１のパターンの中心線と，隣接するパターンの中心線との間の距離を計測することを特徴とするパターン計測装置。
  5. 　請求項３において，
    　前記演算装置は、前記フィンガープリントパターンの中心線の直線部分を抽出し，当該抽出された線分の長さを測定することを特徴とするパターン計測装置。
  6. 　請求項３において，
    　前記演算装置は、前記フィンガープリントパターンの所定領域内における直線部分の割合を求めることを特徴とするパターン計測装置。
  7. 　請求項１において，
    　前記演算装置は、前記パターン中心線を構成する点列の直線近似の傾きと，隣接する点列の近似直線の傾きを比較し，傾きの差により平行であるか否かを判定し，平行領域が長い部分を直線と判定することを特徴とするパターン計測装置。
  8. 　請求項１において，
    　前記演算装置は、前記パターン中心線を構成する点列の直線近似の傾きを，中心線に沿って連続的に算出し，傾きの変化が小さい部分を直線と判定することを特徴とするパターン計測装置。
  9. 　請求項１において，
    　前記演算装置は、前記パターン中心線を構成する点列の近似曲線の単位長さあたりの曲率半径を求め，曲率半径の小さい部分を直線と判定することを特徴とするパターン計測装置。
  10. 　請求項１において、
    　前記演算装置は、前記抽出部分間の距離の測定結果ごとの頻度を求め、特定の頻度の測定結果を、前記抽出部分間の距離として出力することを特徴とするパターン計測装置。
  11. 　請求項１０において、
    　前記演算装置は、前記頻度の最も大きい測定結果を、前記抽出部分間の距離として出力することを特徴とするパターン計測装置。
  12. 　請求項１において、
    　前記試料上のパターンは、複数のポリマーからなるブロックコポリマーのミクロ層分離によって形成されるものであることを特徴とするパターン計測装置。
  13. 　自己組織化リソグラフィに用いられる高分子化合物を評価する評価方法であって、荷電粒子線装置によって得られるフィンガープリントパターン画像の中から、パターンの直線部分、或いは直線近似できる部分を選択的に抽出し、当該抽出部分間の距離の測定、当該抽出部分の所定領域内における割合、及び当該抽出部分の長さの少なくとも１つを求めることを特徴とするパターンの評価方法。
  14. 　荷電粒子線によって取得された画像に基づいて試料上のパターンの計測をコンピューターに実効させるコンピュータープログラムにおいて、
    　当該プログラムは、前記コンピューターに前記試料上のパターンの直線部分、或いは直線近似できる部分を選択的に抽出させ、当該抽出部分間の距離の測定、当該抽出部分の所定領域内における割合、及び当該抽出部分の長さの少なくとも１つを出力させることを特徴とするコンピュータープログラム。
  15. 　試料に対する荷電粒子線の走査に基づいて得られる信号を用いて、指紋状にランダムな方向性をもって配列したフィンガープリントパターンを測定する演算装置を備えたパターン計測装置であって、
    　当該演算装置は、前記荷電粒子線の走査に基づいて得られる信号から、フィンガープリントパターンの中心線と，左右両エッジを抽出し、中心線と左右両エッジの位置関係に基づいて、前記フィンガープリントパターンの特徴量を計算することを特徴とするパターン計測装置。
  16. 　請求項１５において、
    　前記フィンガープリントパターンは、２種のポリマーからなるブロックコポリマーのミクロ相分離によって形成されるものであることを特徴とするパターン計測装置。
  17. 　請求項１５において，
    　前記演算装置は、前記パターンの中心線と左右エッジの距離のばらつきを求めることを特徴とするパターン計測装置。
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