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技術 半導体パターン評価方法および半導体パターン評価装置

出願人 株式会社日立ハイテクノロジーズ
発明者 山田慎也高木裕治
出願日 2011年12月28日 (8年7ヶ月経過) 出願番号 2011-287360
公開日 2013年7月11日 (7年0ヶ月経過) 公開番号 2013-137202
状態 未査定
技術分野 波動性または粒子性放射線を用いた測長装置
主要キーワード 評価箇所 シフト単位 エッジ番号 同一形状パターン 先端間距離 計測対象部分 エッジ距離 突起領域
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

繰返し形成された半導体パターンの形状を評価・計測する際,従来法では,ラフネスノイズ対策として図形(円,楕円等)への当てはめが行われているが,任意のパターン形状には適用できないという課題があった。

解決手段

撮像画像内の半導体パターンを基にして基準パターンを生成し、画像上の計測対象パターンと照合することにより、任意のパターン形状に対応可能で且つ高い再現性を有する計測を可能にする。

概要

背景

半導体パターン寸法計測形状評価では、走査型電子顕微鏡により撮像された高解像度画像を基に、画像上のパターンエッジを検出し、そのエッジ座標から寸法の算出や形状の評価がなされる。従来の計測対象パターンラインホールが一般的であり、これらのパターンでは計測エッジ点を多数活用することにより高い再現性を有する計測が可能であった。

概要

繰返し形成された半導体パターンの形状を評価・計測する際,従来法では,ラフネスノイズ対策として形(円,楕円等)への当てはめが行われているが,任意のパターン形状には適用できないという課題があった。撮像画像内の半導体パターンを基にして基準パターンを生成し、画像上の計測対象パターンと照合することにより、任意のパターン形状に対応可能で且つ高い再現性を有する計測を可能にする。

目的

本発明は、繰返し半導体パターンを対象とし、任意の半導体パターン形状に対応可能で且つ高い再現性を有する半導体パターンの評価方法及び評価装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ウェーハ上に形成された半導体パターン評価方法であって、前記ウェーハを撮像して得た撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンを用いて基準パターンを生成するステップと、前記撮像画像上の複数の半導体パターンから選択された評価対象パターンと前記基準パターンとを照合し、マッチング位置を算出するステップと、前記マッチング位置における前記基準パターンに基づいて前記評価対象パターンを評価するステップと、を有することを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項2

請求項1記載の半導体パターンの評価方法であって、前記評価対象パターンを評価するステップでは、前記評価対象パターンの計測箇所に対応する前記基準パターンの計測箇所の寸法を計測することにより、前記評価対象パターンの計測箇所の寸法計測を行うことを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項3

請求項1記載の半導体パターンの評価方法であって、前記評価対象パターンを評価するステップでは、前記評価対象パターンの形状評価箇所に対応する前記基準パターンの形状評価箇所の形状を評価することにより、前記評価対象パターンの形状評価箇所の形状を数値指標化することを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項4

請求項1記載の半導体パターンの評価方法であって、前記評価対象パターンを評価するステップでは、前記評価対象パターンの評価箇所に対応する前記基準パターンの評価箇所において検出したエッジ点列に基づいてエッジラフネスを算出することにより、前記評価対象パターンのエッジラフネスを算出することを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項5

請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体パターンの評価方法であって、前記基準パターンを生成するステップでは、前記撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンの濃淡値を平均化して前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項6

請求項5記載の半導体パターンの評価方法であって、前記基準パターンを生成するステップは、前記撮像画像を縦方向及び横方向に投影して縦方向の信号波形及び横方向の信号波形を検出するステップと、前記縦方向の信号波形及び前記横方向の信号波形のそれぞれについて波形ピークを抽出し、前記抽出した波形ピークに基づいて、前記撮像画像上における前記半導体パターンのパターン位置及びパターン間隔を算出するステップと、を有し、前記算出した半導体パターンのパターン位置及びパターン間隔を用いて前記複数の半導体パターンの濃淡値を平均化するして前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項7

請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体パターンの評価方法であって、前記基準パターンを生成するステップでは、互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンが撮像された複数の撮像画像を用いて前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項8

請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体パターンの評価方法であって、前記評価対象パターンと前記基準パターンを照合してマッチング位置を算出するステップでは、照合範囲を前記評価対象パターンと前記基準パターン上の評価対象を含む一部の範囲であって、前記マッチング位置の算出を行うマッチング位置探索範囲より狭い範囲に設定することを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項9

請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体パターンの評価方法であって、前記評価対象パターンと前記基準パターンを照合してマッチング位置を算出するステップは、前記評価対象パターンと前記基準パターンのエッジを検出するステップを有し、前記検出した評価対象パターンのエッジと前記検出した基準パターンのエッジのエッジ間距離が最小となるような位置をマッチング位置として算出することを特徴とする半導体パターンの評価方法。

請求項10

ウェーハ上に形成された半導体パターンを評価する半導体パターン評価装置であって、電子顕微鏡を用いて前記ウェーハを撮像して撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、前記取得した撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンを用いて基準パターンを生成する基準パターン生成手段と、前記生成した基準パターンと前記撮像画像上の複数の半導体パターンから選択された評価対象パターンとを照合し、マッチング位置を算出するマッチング位置算出手段と、前記算出したマッチング位置における前記基準パターンに基づいて前記評価対象パターンを評価するパターン評価手段と、を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。

請求項11

請求項10記載の半導体パターン評価装置であって、前記パターン評価手段は、前記評価対象パターンの計測箇所に対応する前記基準パターンの計測箇所の寸法を計測することにより、前記評価対象パターンの計測箇所の寸法計測を行う寸法計測手段を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。

請求項12

請求項10記載の半導体パターン評価装置であって、前記パターン評価手段は、前記評価対象パターンの形状評価箇所に対応する前記基準パターンの形状評価箇所の形状を評価することにより、前記評価対象パターンの形状評価箇所の形状を数値指標化する形状評価手段を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。

請求項13

請求項10記載の半導体パターン評価装置であって、前記パターン評価手段は、前記評価対象パターンの評価箇所に対応する前記基準パターンの評価箇所において検出したエッジ点列に基づいてエッジラフネスを算出することにより、前記評価対象パターンのエッジラフネスを算出するエッジラフネス算出部を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。

請求項14

請求項10乃至13のいずれかに記載の半導体パターン評価装置であって、さらに、前記マッチング位置における前記基準パターンを前記撮像画像上に表示する画像出力手段を有することを特徴とする半導体パターン評価装置。

請求項15

請求項10乃至14のいずれかに記載の半導体パターン評価装置であって、前記基準パターン生成手段は、前記撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンの濃淡値を平均化して前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターン評価装置。

請求項16

請求項15記載の半導体パターン評価装置であって、前記基準パターン生成手段は、前記撮像画像を縦方向及び横方向に投影して縦方向の信号波形及び横方向の信号波形を検出し、前記検出して得た前記縦方向の信号波形及び前記横方向の信号波形のそれぞれについて波形ピークを抽出し、前記抽出した波形ピークに基づいて、前記撮像画像上における前記半導体パターンのパターン位置及びパターン間隔を算出し、前記算出した半導体パターンのパターン位置及びパターン間隔を用いて前記複数の半導体パターンの濃淡値を平均化するして前記基準パターンを生成することを特徴とする半導体パターン評価装置。

請求項17

請求項10乃至16のいずれかに記載の半導体パターン装置であって、前記マッチング位置算出手段は、照合範囲を前記評価対象パターンと前記基準パターン上の評価対象を含む一部の範囲であって、前記マッチング位置の算出を行うマッチング位置探索範囲より狭い範囲に設定して、マッチング位置を算出することを特徴とする半導体パターン評価装置。

請求項18

請求項10乃至17のいずれかに記載の半導体パターン評価装置であって、前記マッチング位置算出手段は、前記評価対象パターンと前記基準パターンのエッジを検出し、前記検出した評価対象パターンのエッジと前記検出した基準パターンのエッジのエッジ間距離が最小となるような位置をマッチング位置として算出することを特徴とする半導体パターン評価装置。

技術分野

0001

本発明は、半導体ウェーハ上のパターンを評価する分野において、特に画像上に繰返し形成されているパターンを対象とした評価方法及び評価装置に関するものである。

背景技術

0002

半導体パターン寸法計測形状評価では、走査型電子顕微鏡により撮像された高解像度画像を基に、画像上のパターンエッジを検出し、そのエッジ座標から寸法の算出や形状の評価がなされる。従来の計測対象パターンラインホールが一般的であり、これらのパターンでは計測エッジ点を多数活用することにより高い再現性を有する計測が可能であった。

先行技術

0003

特開2005−322709号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、近年、ラインやホールとは異なる複雑形状パターンが増加しており、これらのパターンでは計測や形状評価に活用可能な点数少数となるケースも多いため、計測精度が低下するという問題があった。それゆえ、半導体パターン寸法を高精度に計測するためには、パターン上の多数のエッジ点を計測に活用することが望ましい。例えば、特許文献1では、複雑形状パターンに対して一般図形を当てはめ、その図形のサイズを計測することにより、パターン上の多数のエッジ点を計測に反映させる手法が提案されている。しかし、実際の半導体パターンでは、一般図形ではモデル化困難なものが多く、上記手法では任意の半導体パターンに対応できないという課題がある。また、半導体パターン形状を近似的に一般図形にモデル化しているため、得られた計測値が必ずしも適切な寸法値とは限らず、高精度なパターンの寸法測定や形状評価ができないという問題があった。

0005

本発明は、繰返し半導体パターンを対象とし、任意の半導体パターン形状に対応可能で且つ高い再現性を有する半導体パターンの評価方法及び評価装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0006

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
(1)ウェーハ上に形成された半導体パターンの評価方法であって、前記ウェーハを撮像して得た撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンを用いて基準パターンを生成するステップと、前記撮像画像上の複数の半導体パターンから選択された評価対象パターンと前記基準パターンとを照合し、マッチング位置を算出するステップと、前記マッチング位置における前記基準パターンに基づいて前記評価対象パターンを評価するステップと、を有することを特徴とする半導体パターンの評価方法である。
(2)ウェーハ上に形成された半導体パターンを評価する半導体パターン評価装置であって、電子顕微鏡を用いて前記ウェーハを撮像して撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、前記取得した撮像画像上の互いに同一形状となるように形成された複数の半導体パターンを用いて基準パターンを生成する基準パターン生成手段と、前記生成した基準パターンと前記撮像画像上の複数の半導体パターンから選択された評価対象パターンとを照合し、マッチング位置を算出するマッチング位置算出手段と、前記算出したマッチング位置における前記基準パターンに基づいて前記評価対象パターンを評価するパターン評価手段と、を有することを特徴とする半導体パターン評価装置である。

0007

また、本発明では、コンピュータに当該発明に相当する機能を実現させるための微細パターン測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても成立する。

発明の効果

0008

本発明によれば、任意の半導体パターン形状に対応可能で且つ高い再現性を有する半導体パターンの評価方法及び評価装置を提供することが可能である。

図面の簡単な説明

0009

半導体パターン評価装置の構成例を示す図である。
計測対象パターンの撮像画像の一例を示す図である。
計測対象部分の拡大図である。
計測処理ステップの一例を示す図である。
基準パターン生成の処理フローの一例を示す図である。
撮像画像全体投影波形とパターン領域の一例を示す図である。
画像上の半導体パターンの加算方法の一例を示す図である。
基準パターンの一例を示す図である。
基準パターン上の照合範囲の一例を示す図である。
パターン上のエッジ検出基点設定方法の一例を示す図である。
パターンのエッジ位置を算出する信号波形の一例を示す図である。
パターン上のエッジ検出の一例を示す図である。
基準パターンエッジと計測対象パターンエッジのエッジ間距離の一例を示す図である。
基準パターンエッジと計測対象パターンエッジのマッチング位置探索の一例を示す図である。
パターン間距離計測の一例を示す図である。
パラメータ設定画面の一例を示す図である。
パターン計測出力画像の一例を示す図である。
形状評価対象パターンの一例を示す図である。
形状評価対象パターンの撮像画像の一例を示す図である。
形状評価対象パターンの基準パターンの一例を示す図である。
形状評価対象パターンの基準パターン上の照合範囲の一例を示す図である。
基準パターンを基に形状評価対象パターンの形状評価の一例を示す図である。
形状評価の出力画像の一例を示す図である。

0010

本実施例に係る半導体パターン評価装置の構成例について、図1を用いて説明する。本実施例に係る半導体パターン評価装置における測長SEM(Scanning Electron Microscope)10は、計測用ウェーハを設置するサンプルステージと、電子ビーム100を制御する照射光学系と、試料上から放出される2次電子を検出する検出系とを用いて構成される。サンプルステージは、試料である計測用ウェーハを搬送するロードロック室101と、搬送される計測用ウェーハを固定するステージ台102と、を適宜用いて構成される。

0011

照射光学系は、電子ビーム100を出射する電子銃103と、電子ビーム100の経路上にあるコンデンサレンズ104、対物可動絞り105、アライメントコイル106、スティグマコイル107、偏向コイル108、対物レンズ109とを適宜用いて構成される。放出した電子ビーム100は、コンデンサレンズ104を経てアライメントコイル106、スティグマコイル107により電子ビーム100の照射位置ずれ非点収差補正され、偏向コイル108により試料上の照射位置を制御され、対物レンズ109により集光されてステージ台102上の計測用ウェーハに照射される。

0012

検出系は、E×B偏向器110と、検出器111とを適宜用いて構成される。E×B偏向器110では、電子ビーム100の照射により試料内から発生した2次電子に電界および磁界をかけることで、2次電子を検出器111の方向に誘導する。曲げられた2次電子は検出器111により検出する。検出された2次電子はA/Dコンバータ112によりデジタル信号に変換され、メモリ113に画像として格納される。画像処理部114は、基準パターン生成部1141と、マッチング位置算出部1142と、寸法計測部1143及び/又は形状評価部1144とを含むパターン評価部1140と、を適宜用いて構成され、メモリ113に格納されたデジタル画像を必要に応じて取り出し、エッジ検出、パターン寸法計測等を行なう。画像処理部114内の各処理部の詳細については後述する。ステージコントローラ115はステージ台102上の試料への電子ビーム100の照射位置を制御しており、制御端末116では測長SEM10全体を制御し、電子ビーム100の照射条件の調整や試料上への照射位置等を統括し、かつ画像処理部114で処理された画像を出力することができる。なお、画像処理部114での処理は、例えば、予め設定された画像処理プログラムを有する記録媒体117記録されているプログラムなどに従って制御される。

0013

図2は、計測用ウェーハの繰返しパターンを撮像した撮像画像201の一例を示す。撮像画像201は、計測用ウェーハ上のある領域で電子線100を走査し、そこで発生した2次電子を検出器111で検出し、検出した2次電子をA/Dコンバータ112によりデジタル信号に変換し、メモリ113に記憶された計測用ウェーハの回路パターン像である。本実施例は、メモリセル部のように、繰返し形成される同一形状のパターンを対象とし、この繰返しを利用した安定な計測を実現する。図2に示すように、撮像画像201は同一形状となるように繰返し形成された半導体パターン202(但し、製造加工バラつきSEM画像上のノイズにより、画像は完全には一致しない)が複数入るように撮像する。また、計測対象部分203a、203bは寸法計測を行う部分を示しており、隣接するパターン間距離(203a)や、同一パターン内の先端間距離(203b)などが挙げられる。本実施例では、横方向に隣接するパターン間距離(203a)を計測対象部分203とする場合を例にとり、以下説明する。

0014

図3は、撮像画像201の計測対象部分203(図2の203a)の拡大図を示す。便宜上、計測対象部分203のうち、左側の半導体パターン202を左計測対象パターン301L、右側の半導体パターン202を右計測対象パターン301Rとする。

0015

図4は、本実施例に係る寸法計測フローチャートの一例を示す。本計測処理は、画像処理部114の各処理部で実行される。まず、メモリ113に格納された複数の画像から撮像画像201を読み込む(ステップ401)。次に、画像処理部114の基準パターン生成部1141にて、撮像画像201上の半導体パターン202を用いて基準パターンを生成する(ステップ402)。ここで、基準パターンとは、テンプレートマッチングによる寸法計測を行うために、撮像画像201内から生成するテンプレートパターン像である。そして、画像処理部114のマッチング位置算出部1142にて、生成された基準パターンを左計測対象パターン301L、右計測対象パターン301Rと個別に照合し、マッチング位置を算出する(ステップ403)。ここでは、照合方法としてパターンエッジを活用した手法を後述する。最後に、マッチング位置上の基準パターンから計測点を検出し、それを基に寸法計測部1143にて計測対象部分203の寸法計測を行う(ステップ404)。以下、各ステップの具体的な処理内容について詳述する。

0016

まず、ステップ402について述べる。本ステップは、基準パターン生成部1141での基準パターン生成処理であり、その具体的内容図5乃至図7を用いて説明する。本処理では,繰返しパターンとして形成された撮像画像201上の複数の半導体パターン202を重ね合せ、パターン上の濃淡値を平均化することでラフネスやノイズを低減した基準パターンを生成する。図5は、図4のステップ402の詳細フローチャートである。図2で示す撮像画像201のように、画像上の全てのパターンが縦方向、横方向にそれぞれ等間隔で並び、且つ、隣接するパターン間にスペースがある場合、縦横方向それぞれに画像全体波形投影を行うことで図6に示すような縦方向で投影した信号波形601v、横方向で投影した信号波形601hを取得することができる(ステップ501)。得られた縦方向、横方向の信号波形601v、601hでは、画像上のパターンが存在する領域でのみ信号値が高くなるため、その信号値の高い領域の範囲が縦横方向の撮像画像201上の各半導体パターン202のパターン領域602となり、信号値の高い領域の周期が縦方向、横方向それぞれのパターン間隔603v、603hとなる(ステップ502)。次に、算出したパターン領域602、パターン間隔603v、603hを基に、撮像画像201上のパターンの濃淡値を加算・平均化する(ステップ503)。その具体的な平均化手法について図7を用いて説明する。

0017

まず、撮像画像201上の各半導体パターン202をパターン位置ごとに区分けする。x1、x2、x3は横方向のパターン位置を、y1、y2、y3、y4、y5は縦方向のパターン位置を示す。次に、その1つであるパターン位置(x1、y1)を選択し、その領域内の各座標画素値を抽出する。この(x1、y1)上のパターン領域602を右方向にパターン間隔603hだけシフトすると、(x2、y1)のパターン領域602と重なる。重なったパターン領域602内の各座標の画素値を加算する。これを最も右側のパターン位置(x3、y1)と重なるまで繰り返す。次に、パターン領域602を下方向にパターン間隔603vだけシフトし、パターン位置(x3、y2)のパターン領域602内の各座標の画素値を加算する。そして、今度は左方向にパターン間隔603hずつシフトし、シフトごとにパターン領域602内の画素値を加算する。これをy2行の最も左側のパターン位置(x1、y2)と重なるまで繰り返す。同様の処理を、図7に示すように撮像画像201上の最後のパターンに至るまで順次行うことで、撮像画像201上の全パターン領域602を加算することができる。ここでは加算するパターンを撮像画像201上の全パターンとしたが、基準パターンの生成に適さない欠陥のあるパターンを除く等して、ユーザが指定するパターンに限定しても良い。また、本実施例では波形投影を用いて同一形状パターン間の距離を求める方法を説明したが、パターンのピッチ既知の場合には、操作者パターンピッチ数値で設定してもよい。また、パターンの設計データがある場合には、設計データを用いて、繰返しパターンのピッチやパターン間の距離を算出しても構わない。このように設計情報を用いることで、容易且つ正確にパターン間距離を決定することが出来る。また、一般的な画像間の相関を用いたテンプレートマッチング法などでパターン間の距離を求めてもよい。その後、加算したパターン領域602内の各画素値を加算数で割ることにより、パターン領域602内のパターン濃淡値の平均化を行うことができる。この一連の処理により得られたパターンは、図8に示すような基準パターン801としてメモリ113に保存する。以上が、基準パターン801生成過程であるステップ402の内容である。なお、ここでは、1枚の撮像画像内に繰返しパターンが存在する場合の例を説明したが、同一画像内に撮像することが困難な離れた場所に同一形状パターンが形成される場合には、それぞれのパターンを別の画像に撮像して、複数画像間での平均処理により基準パターンを生成してもよい。さらに、異なるショット内の同じ箇所の画像を撮像して、ショット間での平均画像を用いて基準パターンを生成しても構わない。このように、同一形状となるように繰返し形成された複数のパターン画像の濃淡値を平均化することで、パターン間の微小な形状バラつきや画像のノイズなどの影響を低減し、安定な計測を実現することが出来る。

0018

次に、ステップ403を説明する。本ステップでは、左計測対象パターン301L、右計測対象パターン301Rと基準パターン801のパターン照合を行う。パターン照合は必ずしもパターン全体で行う必要は無く、図9に示すようにパターン上の一部を照合範囲901として指定してもよい。但し、少なくとも照合範囲901内に計測対象部分203の一端である計測点を包含している必要がある。

0019

以下、左計測対象パターン301Lと基準パターン801との照合の場合を例にとり、パターンの照合方法を図10乃至図14を用いて説明する。パターン照合を行う際に用いるエッジの検出方法から述べる。まず、図10に示すように左計測対象パターン301L及び基準パターン801上にエッジ検出基点1001を設定する。本例では図10に示す位置にエッジ検出基点1001を設定しているが、パターン内であれば任意の位置で構わない。但し、左計測対象パターン301Lのパターン領域602を602A、エッジ検出基点1001を1001Aとし、基準パターン801のパターン領域602を602B、エッジ検出基点1001を1001Bとしたとき、パターン領域602A内におけるエッジ検出基点1001Aの位置とパターン領域602B内におけるエッジ検出基点1001Bの位置は同一にする必要がある。

0020

以下のエッジ検出方法の説明においては、左計測対象パターン301Lと基準パターン801で同一の処理となるため、両パターンを区別せずにパターンと表記して説明する。まず、エッジ検出基点1001から垂直上方向の信号波形を取得する。取得範囲はエッジ検出基点1001からパターン領域602の上端1002に達するまでとする。得られた信号波形1101を図11に示す。パターン上のエッジ付近では画素値が高くなるため、信号波形1101はエッジ付近で信号ピークが発生した形状となる。次に、事前に指定しておいたエッジしきい値1102により、エッジ信号値1103を算出する。エッジしきい値1102はユーザにより任意に指定できるパラメータであり、信号波形1101上の最大信号値1104を100%、最小信号値1105を0%としたときの信号強度比率を表す。以下にエッジ信号値1103を求める算出式を示す。
(数1)エッジ信号値1103=(最大信号値1104−最小信号値1105)
×エッジしきい値1102+最小信号値1105
最後に信号波形1101上からエッジ信号値1103と一致する座標をエッジ位置1106として検出する。以上の処理を、図12に示すようにエッジ検出基点1101を起点として垂直上方向から垂直下方向まで、例えば、時計回りに2度間隔で行い、計90点のエッジ点(1201〜1290)を検出する。但し、エッジ検出の間隔は必ずしも2度である必要は無く、任意の値で構わない。以上がエッジ検出方法である。この処理を、基準パターン801と左計測対象パターン301Lそれぞれで行い、90点のエッジ点を検出順番号付けする。

0021

続いて、検出したエッジ点列を用いた左計測対象パターン301Lと基準パターン801のマッチング位置探索方法図13図14を用いて説明する。ここで、マッチング位置とは、左計測対象パターン301Lと基準パターン801の両パターンのエッジ間距離Lが最小となる位置であり、エッジ間距離Lは図13に示す両パターンの同一番号のエッジ距離(1301〜1390)の総和である。まず、マッチング位置探索範囲と探索初期位置を設定し、探索初期位置でのエッジ間距離Lを求める。探索範囲はユーザ指定でもよいし、パターン領域602等を基に自動設定しても良いが、縦方向、横方向ともに、図9に示す照合範囲901より広いサイズに設定する。また、探索初期位置は探索範囲の左上端と照合範囲901の左上端の座標が一致する位置とする。

0022

次に、図14に示すように、照合範囲901をマッチング位置探索範囲1401内でシフトさせて各位置でのエッジ間距離Lを求める。その具体的なステップの一例を述べる。まず、探索初期位置から右方向に照合範囲901の右端が接するまで1画素単位でシフトさせ、各位置でのエッジ間距離Lを求める。次に、照合範囲901を左方向に左端までシフトさせた後、1画素下にシフトさせ、右方向に1画素ずつシフトして各位置でのエッジ間距離Lを求める。本ステップを照合範囲901の右下端が探索範囲1401の右下端と接するまで行い、各位置のエッジ間距離Lをメモリ113に保存する。ここではシフト単位を1画素としたが、別の値に変更して行ってもよい。最後に、探索範囲1401内のうち、エッジ間距離Lが最小となる位置を検出し、その位置をマッチング位置としてメモリ113に保存する。右計測対象パターン301R上での基準パターン801のマッチング位置検出方法においても、エッジ検出を垂直上方向から垂直下方向まで反時計回りに行う、という適宜な変更点を除いて同様である。以上、ステップ403の照合方法としてパターンエッジを用いた手法を述べたが、正規化相互相関法等の一般的に知られているテンプレートマッチング法等を用いてもよい。

0023

最後に、ステップ404である寸法計測部1143での寸法計測の具体例について説明する。まず、計測対象部分203の左右両端の座標を求める。以下、図15に示すように、計測対象部分203の左端の座標を左計測点1501L、右端の座標を右計測点1501Rとする。左計測点1501Lは、左計測対象パターン301L上のマッチング位置における基準パターン801の右先端座標となる。よって、ステップ403で検出した基準パターン801上のエッジ点のうち、最も右端のエッジ点を左計測点1501Lとすればよい。同様に、右計測点1501Rは、基準パターン801上のエッジ点のうち、最も左端のエッジ点とする。その後、左計測点1501Lと右計測点1501Rの距離を計測対象部分203の寸法値として算出する。ここでは、パターン間距離を計測対象としたため、計測点を左右両パターンの両端座標としたが、ユーザが基準パターン上の任意の座標に計測点を指定してもよい。

0024

本計測を行う上で、事前にユーザからいくつかの処理パラメータの値を設定しておく必要がある。この処理パラメータは制御端末116のモニタ上に表示されるパラメータ設定画面上で、キーボード等の外部入力デバイスを用いて行い、設定されたパラメータ値は画像処理部114に送られる。そのパラメータ設定画面1601の一例を図16に示す。パラメータ設定画面1601上には、例えば、計測を行う画像名1602や処理パラメータの設定項目が記載される。処理パラメータには、基準パターン801の生成に用いるパターン位置検出しきい値1603や基準パターン生成用半導体パターン範囲1604、エッジしきい値1102、半導体パターン202上の照合範囲901、計測対象部分203、マッチング位置探索範囲1401等が適宜含まれる。

0025

上記処理により得られた計測結果は制御端末116に送られ、制御端末116内のデータ記録装置に保存されると同時に制御端末116のモニタ上に出力画像として表示される。図17に、出力画像1701の一例を示す。出力画像1701上には、算出された計測値やマッチング精度等の計測結果1702のほか、左計測対象パターン301L、右計測対象パターン301R上にマッチングされた基準パターン801及びその計測対象部分203、基準パターン801生成に用いたパターンの範囲1603、縦横方向の投影信号波形601h、601v、並びにパターン位置検出しきい値1603等が適宜表示される。

0026

以上述べた撮像画像201に対する一連の処理手続きは記録媒体117に格納されており、外部入力デバイスから制御端末116への指示により記録媒体117が読み込まれ、一連の処理手続きが行われる。

0027

本実施例2では、寸法計測以外の半導体パターンの評価の例として、実施例1で述べた基準パターンマッチング処理による寸法計測を、パターンの形状評価に活用した例について述べる。なお、パターン評価装置の構成例等については、実施例1と同様であり、以下では、相違点を主として説明し、実施例1と同様となる内容については説明を省略する。
図18は、形状評価の対象である形状評価対象パターン1801の一例を示す。本形状評価対象パターン1801の形状は、主要部分1802は円形であるが、非主要部分1803として一箇所に微細突起領域が存在している。このような微細な非主要部分1803は形状がバラつくことが多い。図19は、図18で示した形状評価対象パターンについて画像処理部114で構築された撮像画像1901を示す。撮像画像1901上で、パターンの微細な非主要部分1803の形状はバラついている。本実施例では、基準パターンマッチング処理による微細な非主要部分の形状評価について述べる。

0028

基準パターン生成部1141による基準パターンの生成方法までは、実施例1と同様であり、説明を省略する。形状評価対象パターン1801について実施例1と同様に処理して生成した基準パターン2001を図20に示す。次に、図20で示す生成した基準パターン2001に対して照合範囲2101を指定し、パターン照合を行う。ここでは、図21に示すように照合範囲2101にパターンの主要部分1802である円形を指定する。これは、円形部分は微細な非主要部分1803である突起領域に比べて変形しにくく、安定した照合を行うことができるためである。照合方法は実施例1と同様にパターンエッジを用いた手法を活用してもいいし、一般に知られるテンプレートマッチング法を用いても構わない。

0029

最後に、形状評価部1144により、マッチング位置上での形状評価対象パターン1801と基準パターン2001との比較により形状評価を行う。ここではその形状評価方法として、両パターンのエッジ位置を比較する方法を、図22を用いて述べる。本形状評価方法では、まず、実施例1と同様に、形状評価対象パターン1801及び基準パターン2001上の同一位置にエッジ検出基点2201を設け、放射状に同一数のエッジ点を検出し、検出順に両パターンのエッジを番号付けする。次に、形状評価対象パターン1801及び基準パターン2001の両パターンにおける同一番号のエッジ距離2202を求め、その平均値Mを算出する。形状評価対象パターン1801の形状が基準パターン2001の形状に近いほどエッジ距離の平均値Mは小さくなるため、平均値Mの数値がそのまま形状評価の指標値となる。また、図示しないが、画像処理部114に含まれるエッジラフネス算出部により、エッジ番号別にエッジ距離2202を比較することで、形状評価対象パターン1801上のエッジ位置毎のラフネスも評価できる。

0030

この形状評価の結果は、制御端末116に送られ、制御端末116内のデータ記録装置に保存されると同時に制御端末116のモニタ上に出力画像として表示される。図23に、出力画像2301の一例を示す。出力画像2301上では、算出されたラフネスやマッチング精度等の形状評価結果2302や形状評価対象部分の拡大図2303の他、実施例1と同様にマッチング位置上の基準パターン2001、照合範囲2101、縦横方向の投影波形とパターン位置検出しきい値、基準パターン生成に用いたパターン範囲等が適宜表示される。また、以上述べた撮像画像に対する一連の処理手続きも実施例1と同様に記録媒体117に格納されており、制御端末116を介して制御されている。

実施例

0031

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。本発明によれば、撮像画像中のパターンの平均化等により生成した基準パターンを用いることでノイズやラフネスの影響が緩和されるため、高い再現性を有する計測が可能となる。また、本発明によれば、撮像画像中のパターンを基に基準パターンを生成しているため、任意のパターン形状に対応可能で、且つ、露光条件等により形状が変化した場合にも安定に寸法計測や形状評価を行うことが可能である。

0032

10…測長SEM、100…電子ビーム、101…ロードロック室、102…ステージ台、103…電子銃、104…コンデンサレンズ、105…対物可動絞り、106…アライメントコイル、107…スティグマコイル、108…偏向コイル、109…対物レンズ、110…E×B偏向器、111…検出器、112…A/Dコンバータ、113…メモリ、114…画像処理部、115…ステージコントローラ、116…制御端末、117…記録媒体、201…撮像画像、202…半導体パターン、203…計測対象部分、301…計測対象パターン、601…投影信号波形、602…パターン領域、603…パターン間隔、801…基準パターン、901…照合範囲、1001…エッジ検出基点、1002…パターン領域上端、1101…信号波形、1102…エッジしきい値、1203…エッジ信号値、1104…最大信号値、1105…最小信号値、1106…エッジ位置、1201〜1290…パターンエッジ、1301〜1390…エッジ距離、1401…マッチング位置探索範囲、1501…計測点、1601…パラメータ設定画面、1602…SEM像名、1603…パターン位置検出しきい値、1604…基準パターン生成用半導体パターン範囲、1701…寸法計測の出力画像、1702…計測結果、1801…形状評価対象パターン、1802…主要部分、1803…非主要部分、1901…撮像画像、2001…基準パターン、2101…照合範囲、2201…エッジ検出基点、2202…エッジ距離、2301…出力画像、2302…形状評価結果、2303…形状評価対象部分の拡大図

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