パターン寸法測定方法及びパターン寸法測定装置
【課題】 測定対象のパターンを、その外形によって特定することが困難である場合に、外形及び明るさ以外の情報によって測定対象パターンを特定する技術を提供する。
【解決手段】 走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する。取得された二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する。測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出する。算出された表面粗さに基づいて、測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する。採用された測定対象パターンの寸法を測定する。
【解決手段】 走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する。取得された二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する。測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出する。算出された表面粗さに基づいて、測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する。採用された測定対象パターンの寸法を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡を用いたパターン寸法の測定方法及びパターン寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、走査型電子顕微鏡で得られた二次元画像から、測長箇所を自動で検出し、パターン寸法を測定する測長装置が利用されている。測長箇所を自動検出するために、予め測長箇所の近傍の特徴的なパターンが登録されている。二次元画像から、この特徴的なパターンを検出し、測長箇所を特定する。
【０００３】
一方向に長い相対的に明るいパターンと相対的に暗いパターンとが、幅方向に交互に配列している場合には、測定対象のパターンを、その外形で特定することが困難である。このため、パターン内部の明るさの大小関係によって、測定対象のパターンが特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３６００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測定対象のパターンを、その外形によって特定することが困難である場合に、外形及び明るさ以外の情報によって測定対象パターンを特定する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する工程と、
取得された前記二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する工程と、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出する工程と、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する工程と、
前記測定対象パターンの寸法を測定する工程と
を有するパターン寸法測定方法が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
測定対象物の二次元画像信号を生成する二次元画像信号生成装置と、
前記二次元信号生成装置で得られた二次元画像信号を分析する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記二次元画像信号に基づく二次元画像の測定対象箇所から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出し、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出し、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして決定し、
前記測定対象パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
パターンの外形及び明るさの情報を用いることなく、表面粗さの相違によって、測定対象パターンを特定することができる。パターンの外形や明るさによって測定対象パターンの識別が困難な場合にも、容易に測定対象パターンを特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１によるパターン寸法測定方法で用いられる測定装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例１によるパターン寸法測定方法のフローチャートである。
【図３】図３Ａは、測定対象物の低倍率二次元画像の一例を示す図であり、図３Ｂは、測定対象箇所の高倍率二次元画像の一例を示す図である。
【図４】図４Ａは、測定対象候補の２つのパターンの内部の一部の領域の走査の様子を示す図であり、図４Ｂは、走査線ごとの信号波形の一例を示す図であり、図４Ｃは、測定対象候補の２つのパターンの内部の一部の領域を複数の区画に区分し、区画ごとに信号強度を２値化した結果を示す図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｄは、レジスト膜に形成した円形の開口の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】図６Ａは、プロセス条件が適正であった場合の測定対象箇所の高倍率画像の一例を示す図であり、図６Ｂは、図６Ａの一点鎖線６Ｂ−６Ｂにおける断面図であり、図６Ｃは、二次元画像信号の強度波形を示すグラフであり、図６Ｄは、表面粗さを示すグラフである。
【図７】図７Ａは、プロセス条件が適正条件から外れた場合の測定対象箇所の高倍率画像の一例を示す図であり、図７Ｂは、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図であり、図７Ｃは、二次元画像信号の強度波形を示すグラフであり、図７Ｄは、表面粗さを示すグラフである。
【図８】図８は、実施例２によるパターン寸法測定方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施例１］
図１に、実施例１によるパターン寸法測定方法で用いられるパターン寸法測定装置の概略図を示す。この測定装置は、二次元画像信号生成装置１０、制御装置１１、及び画像表示装置１２を含む。
【００１１】
二次元画像信号生成装置１０には、走査型電子顕微鏡が用いられる。真空排気可能な容器内に、電子銃２０、集束レンズ２１、アパーチャ２２、走査コイル２３、対物レンズ２４、ステージ２５、及び二次電子検出器２６が格納されている。ステージ２５の上に、測定対象物２８、例えば表面に微細パターンが形成された半導体ウエハが載置される。
【００１２】
電子銃２０から出射された電子ビームが、集束レンズ２１、アパーチャ２２、走査コイル２３、対物レンズ２４を通過して、ステージ２５上の測定対象物２８に照射される。制御装置１１が、走査コイル２３を制御することにより、電子ビームを偏向させる。これにより、測定対象物２８の表面が電子ビームによって走査される。測定対象物２８から放出された二次電子が二次電子検出器２６に入射し、電気信号（二次元画像信号）に変換される。この二次元画像信号が増幅器２７で増幅され、制御装置１１及び画像表示装置１２に入力される。
【００１３】
画像表示装置１２は、制御装置１１から入力される走査信号と、増幅器２７から入力される二次元画像信号とに基づいて、二次元画像を視覚的に表示する。
【００１４】
図２に、実施例１によるパターン寸法測定方法のフローチャートを示す。このフローチャートに示された各ステップは、制御装置１１の記憶部にコンピュータプログラムとして記憶されて入る。
【００１５】
ステップＳＡ１において、低倍率で二次元画像信号を取得する。図３Ａに、低倍率二次元画像の一例を示す。一方向（図３Ａにおいて縦方向）に長い複数のレジストパターン３０が、その幅方向に等間隔で配列されている。
【００１６】
ステップＳＡ２において、図３Ａに示すように、低倍率二次元画像から、測定対象箇所の位置を特定するための特徴的なパターン３１を抽出する。例えば、最も外側のレジストパターン３０の一方の端部を含む領域の設計パターンが、特徴的パターン３１として予め登録されている。この特徴的パターン３１が検出された位置に基づいて、測定対象のパターンを含む測定対象領域（測定対象箇所）３２を特定する。特徴的パターン３１の位置に対する測定対象箇所３２の相対位置は、設計情報に基づいて、予め登録されている。
【００１７】
ステップＳＡ３において、特定された測定対象箇所３２内の二次元画像を高倍率で取得する。図３Ｂに、特定箇所３２内の高倍率二次元画像の一例を示す。レジストパターン３０が、その幅方向に等間隔で配列している。レジストパターン３０内の領域と、レジストパターン３０の間の領域（スペース）３５との明暗の差が明確である場合には、測定対象となるレジストパターン３０を特定することが可能である。明暗の差が明確ではない場合には、レジストパターン３０と、スペース３５とを識別することが困難である。境界線を挟んで隣り合う２つの領域（パターン）４０、４１を、測定対象候補として抽出する。
【００１８】
ステップＳＡ５において、測定対象候補の２つのパターン４０、４１の内側の一部の領域４０Ａ、４１Ａ（図３Ｂ）の表面粗さを算出する。図４Ａ〜図４Ｃを参照して、表面粗さの算出方法について説明する。
【００１９】
図４Ａに示すように、領域４０Ａ、４１Ａ内が電子ビームによって走査されている。図４Ａでは、横方向（パターンの幅方向）に主走査され、縦方向（パターンの長手方向）に副走査されている。例えば、領域４０Ａ、４１Ａの各々の内部の走査線の数は１００程度である。図４Ｂに、走査線ごとの画像信号の波形の一例を示す。表面の微細な凹凸に起因して複数のピーク４４が現れている。
【００２０】
図４Ｃに示すように、領域４０Ａ、４１Ａ内を、主走査方向及び副走査方向に関して複数の区画に区分する。副走査方向に関しては、１本の走査線が１行の区画に対応する。主走査方向に関する区画の寸法は、例えば、１つのピーク４４の幅程度とする。各区画内の画像信号の強度を２値化する。図４Ｃでは、画像信号強度が相対的に大きな区画、例えばピーク４４が現れている区画が黒色で塗りつぶされている。表面粗さが大きい領域ほど、信号強度が相対的に大きな区画の占める割合が多くなる。表面粗さを算出することは、信号強度が相対的に大きな区画の数の、区画の総数に対する比を求めることに相当する。これは、ピーク４４の密度を算出していることと等価である。
【００２１】
ステップＳＡ６において、領域４０Ａ、４１Ａの表面粗さに基づいて、測定対象候補の２つのパターン４０、４１のうち一方を、測定対象パターンとして特定する。一般的に、レジストパターンの表面は、スペースの表面よりも粗い。従って、領域４０Ａ、４１Ａのうち、表面粗さが大きい方の領域を含むパターンを、測定対象パターンとして特定する。
【００２２】
ステップＳＡ７において、測定対象パターンとして特定されたレジストパターン３０（図３Ｂ）の寸法（幅）を、高倍率二次元画像に基づいて測定する。
【００２３】
次に、図５Ａ〜図５Ｄ、図６Ａ〜図６Ｄ、図７Ａ〜図７Ｄを参照して、上記実施例１の効果について説明する。
【００２４】
図５Ａ〜図５Ｄは、シリコン基板上のレジスト膜に形成されたほぼ円形の開口の走査型電子顕微鏡写真である。レジスト膜の厚さは５００ｎｍである。図５Ａは、開口がレジスト膜の底面まで達していない場合の画像を示している。図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄは、それぞれ開口の底面の直径が２００ｎｍ、３６０ｎｍ、５００ｎｍの場合の画像を示している。開口が十分大きい場合には、図５Ｄに示すように、開口内の領域が、レジスト膜の部分よりも明るい。開口の面積が小さくなると、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、開口内の領域がレジスト膜の部分よりも暗くなる。これは、開口の底面から二次電子が放出され難くなるためである。
【００２５】
また、レジスト膜と開口との境界が最も明るくなっている。すなわち、二次元画像の信号強度が最も強くなる。
【００２６】
実施例１の測定対象のように、直線状のレジストパターンが、幅方向に等間隔で配列したラインアンドスペースパターンにおいても、同様の現象が生じる。具体的には、レジストパターンの間のスペースが広い場合には、スペース内の領域が、レジストパターン内の領域よりも明るい。ところが、スペースが狭くなると、スペース内の領域がレジストパターン内の領域より暗くなってしまう。また、レジストパターンとスペースとの境界が、レジストパターン内及びスペース内の領域よりも明るくなる。
【００２７】
図６Ａに、プロセス条件が適正であった場合のラインアンドスペースパターンの二次元画像の一例を示す。図６Ａの縦方向に延在するレジストパターン３０が、横方向に等間隔で配列している。レジストパターン３０の間に、スペース３５が画定されている。
【００２８】
図６Ｂに、図６Ａの一点鎖線６Ｂ−６Ｂにおける断面図を示す。半導体基板３６の上に、レジストパターン３０が形成されている。レジストパターン３０の間に、スペース３５が画定されている。スペース３５には、半導体基板３６の表面が露出している。
【００２９】
図６Ｃに、走査型電子顕微鏡で観測された２次元画像の１本の走査線の波形を示す。横軸は、レジストパターン３０の幅方向に関する位置に対応し、縦軸は二次電子の強度（明るさ）を示す。一般的には、レジストパターン３０から放出される二次電子の強度よりも、半導体基板３６から放出される二次電子の強度の方が強い。このため、レジストパターン３０の内側の領域が、スペース３５内の領域よりも暗い。レジストパターン３０とスペース３５との境界に、信号強度が強い（明るい）ピークが現れる。なお、図６Ｃに示した画像信号の波形として、１本の走査線の波形に代えて、複数の走査線の波形を副走査方向に累積した波形を採用してもよい。
【００３０】
図６Ｄに、図２のステップＳＡ５で算出された表面粗さの一例を示す。一般的には、レジストパターン３０の表面の方が、半導体基板３６の表面よりも粗い。このため、レジストパターン３０の内側の領域の表面粗さが、スペース３５の内側の表面粗さよりも大きくなる。
【００３１】
図６Ａ、図６Ｂに示したように、プロセス条件が適正であった場合には、図６Ｃに示した画像の明暗によって、レジストパターン３０とスペース３５とを識別することができる。また、図６Ｄに示した表面粗さの大小によっても、レジストパターン３０とスペース３５とを識別することができる。
【００３２】
図７Ａに、プロセス条件が不適正であった場合のラインアンドスペースパターンの二次元画像の一例を示す。図７Ａの縦方向に延在するレジストパターン３０が、横方向に等間隔で配列している。レジストパターン３０の間に、スペース３５が画定されている。図６Ａに比べて、スペース３５の幅が狭くなっている。原因として、例えば、露光時のフォーカス不良、ドーズ量不良（露光量変動）、現像不良等が考えられる。
【００３３】
図７Ｂに、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図を示す。レジストパターン３０の幅に比べて、スペース３５の幅が狭くなっている。
【００３４】
図７Ｃに、走査型電子顕微鏡で観測された２次元画像の１本の走査線の波形を示す。なお、図６Ｃの場合と同様に、複数の走査線の波形を副走査方向に累積した波形を採用してもよい。横軸は、レジストパターン３０の幅方向に関する位置に対応し、縦軸は二次電子の強度（明るさ）を示す。スペース３５が狭くなっているため、スペース３５の底面から放出される二次電子の強度が弱くなる。このため、スペース３５の内側の領域が、レジストパターン３０の内側の領域よりも暗くなってしまう。このため、レジストパターン３０とスペース３５とを識別する際に、レジストパターン３０の内側の領域の方がスペース３５の内側の領域よりも暗いという一般的な条件を適用すると、スペース３５をレジストパターン３０と誤認してしまう。このため、レジストパターン３０の寸法の測定時に、誤ってスペース３５の寸法が測定されてしまう。
【００３５】
図７Ｄに、図２のステップＳＡ５で算出された表面粗さの一例を示す。表面粗さは、スペース３５の幅に依存しないため、図６Ｄと同様に、レジストパターン３０の内側の領域の表面粗さが、スペース３５の内側の表面粗さよりも大きくなる。実施例１のように、表面粗さの大小に基づいてレジストパターン３０とスペース３５とを識別する場合には、スペース３５を、レジストパターン３０と誤認することが防止される。このため、測定対象のレジストパターン３０の寸法を、正常に測定することができる。
【００３６】
上記実施例１では、ラインアンドスペースパターンのラインパターンをレジスト膜で形成したが、その他の材料でラインパターンを形成した場合にも、上記実施例１を適用することが可能である。一般的には、測定対象のラインパターンの表面粗さが、スペースパターンの表面粗さより大きいとは限らない。
【００３７】
表面粗さの大きな方のパターンを測定対象とするか、その反対に表面粗さの小さな方のパターンを測定対象とするかは、予め制御装置１１（図１）に、表面粗さ情報として登録されている。ステップＳＡ６（図２）において、制御装置１１に登録されている表面粗さ情報、及びステップＳＡ５で算出された表面粗さに基づいて、測定対象候補の２つのパターンから、オペレータが介入することなく、自動的に、測定対象パターンを特定することが可能である。これにより、スループットの向上を図ることができる。また、誤ったパターンの寸法を測定することに起因して、ウエハプロセスが先の工程に進んでしまうことが回避される。
［実施例２］
図８に、実施例２によるパターン寸法測定方法のフローチャートを示す。実施例２で用いられる測定装置は、図１に示した実施例１による方法で用いられる測定装置と基本的に同一である。ただし、制御装置１１に格納されているコンピュータプログラムが、実施例１のものと異なる。
【００３８】
ステップＳＡ１からステップＳＡ４までは、実施例１のステップＳＡ１〜ＳＡ４と共通である。ステップＳＢ５において、測定対象候補の２つのパターンの境界線に対応する二次元画像の信号波形のピーク値と、両側の２つのパターン４０、４１（図３Ｂ）の内側の波形のベースレベルとを比較し、強度差を算出する。
【００３９】
図６Ｃ及び図７Ｃに示したように、レジストパターン３０とスペース３５との境界線において、レジストパターン３０とスペース３５との境界線に対応する信号波形のピーク値と、レジストパターン３０の内側の信号波形のベースレベルとの強度差（以下、「レジスト側の強度差」という。）をＩ１とし、境界線に対応する信号波形のピーク値と、スペース３５の内側の信号波形のベースレベルとの強度差（以下、「スペース側の強度差」という。）をＩ２とする。
【００４０】
プロセス条件が適正であった場合には、図６Ｃに示したように、レジストパターン３０の内側がスペース３５の内側よりも暗いため、Ｉ１＞Ｉ２が成立する。ところが、プロセス条件が不適正で、スペース３５の幅が目標値より狭くなった場合には、図７Ｃに示したように、スペース３５の内側がレジストパターン３０の内側よりも暗くなるため、強度差Ｉ１とＩ２との大小関係が逆転する。このため、強度差Ｉ１とＩ２との大小関係のみに基づいてレジストパターン３０とスペース３５とを識別することはできない。
【００４１】
ステップＳＢ６（図８）において、強度差Ｉ１、Ｉ２、及び予め規定されている強度差Ｉ０に基づいて、測定対象パターンを特定する。以下、測定対象パターンを特定する方法について説明する。プロセス条件が適正であった場合のレジスト側の強度差をＩ０とする。これらの強度差Ｉ０は、実際に目標線幅のパターンが作製された試料の走査型電子顕微鏡写真から求めておくことができる。
【００４２】
凸パターンであるレジスト側の強度差Ｉ１は、レジストパターン３０及びスペース３５の線幅の影響をほとんど受けない。これに対し、スペース側の強度差Ｉ２は、スペース３５の幅が狭くなるに従って大きくなる。線幅が変化しても変動が小さな方の強度差を「基準強度差」Ｉ０として予め決定しておく。基準強度差Ｉ０は、制御装置１１（図１）に登録されている。
【００４３】
図６Ｃ、図７Ｃに示した２つの強度差Ｉ１、Ｉ２のうち、基準強度差Ｉ０に近い方が、レジスト側の強度差であると考えられる。いずれの例においても、強度差Ｉ１の方が基準強度差Ｉ０に近い。従って、オペレータが介入することなく、強度差Ｉ１を示すパターンであるレジストパターン３０が測定対象パターンとして特定される。
【００４４】
なお、強度差Ｉ１とＩ２との差が僅かで、いずれが基準強度差Ｉ０に近いか判別が困難である場合には、画像表示装置１２（図１）にエラー表示を行い、オペレータの介入をイ流すことが好ましい。
【００４５】
上記実施例２では、ラインアンドスペースパターンのラインパターンをレジスト膜で形成したが、ラインパターンをその他の材料で形成した場合にも、実施例２による方法を適用することができる。測定対象のパターンが、実施例２のように凸パターンである場合には、基準強度差Ｉ０に近い方の強度差を示すパターンを測定対象パターンとして採用すればよい。逆に、測定対象のパターンが凹パターンである場合には、基準強度差Ｉ０から遠い方の強度差を示すパターンを測定対象パターンとして採用すればよい。
【００４６】
基準強度差Ｉ０に近い方の強度差を示すパターン、及び遠い方の強度差を示すパターンのいずれを測定対象パターンとして採用するかは、強度差判定条件として、制御装置１１（図１）に予め登録されている。ステップＳＢ６において、ステップＳＢ５で算出された２つの強度差Ｉ１、Ｉ２、制御装置１１（図１）に登録されている基準強度差Ｉ０、及び強度差判定条件に基づいて、測定対象候補の２つのパターンから測定対象パターンが採用される。
【００４７】
測定対象パターンを特定する際に、上記実施例１による方法と、上記実施例２による方法とを組み合わせてもよい。実施例１のステップＳＡ６（図２）で特定された測定対象パターンと、実施例２のステップＳＢ６（図８）で特定された測定対象パターンとが、一致する場合には、そのままステップＳＡ７を実行すればよい。両者が不一致の場合には、例えば画像表示装置１２にエラー表示を行い、オペレータの介入を促すことが好ましい。
【００４８】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００４９】
以上の第１〜第ｎの実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００５０】
（付記１）
走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する工程と、
取得された前記二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する工程と、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出する工程と、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する工程と、
前記測定対象パターンの寸法を測定する工程と
を有するパターン寸法測定方法。
【００５１】
（付記２）
前記表面粗さを算出する工程では、前記二次元画像の信号強度のピークの密度に基づいて、表面粗さを算出する付記１に記載のパターン寸法測定方法。
【００５２】
（付記３）
前記測定対象箇所に、相対的に明るいパターンと相対的に暗いパターンとが、一方向に交互に配列しており、
前記測定対象候補の２つのパターンは、相対的に明るいパターンとその隣の相対的に暗いパターンである付記１または２に記載のパターン寸法測定方法。
【００５３】
（付記４）
さらに、前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像の信号強度のピーク値と、前記２つのパターンの各々の内部における前記二次元画像の信号強度のベースレベルとの強度差を算出する工程を有し、
測定対象パターンとして採用する工程において、算出された前記表面粗さ、算出された前記強度差、及び予め決定されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する付記１乃至３のいずれか１項に記載のパターン測定方法。
【００５４】
（付記５）
走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する工程と、
取得された二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する工程と、
前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像の信号強度のピーク値と、前記測定対象候補の２つのパターンの各々の内部の前記二次元画像の信号強度のベースレベルとの強度差を算出する工程と、
前記算出された強度差、及び予め決定されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する工程と、
前記測定対象パターンの寸法を測定する工程と
を有するパターン寸法測定方法。
【００５５】
（付記６）
前記測定対象箇所に、相対的に明るいパターンと相対的に暗いパターンとが、一方向に交互に配列しており、
前記測定対象候補の２つのパターンは、相対的に明るいパターンとその隣の相対的に暗いパターンである付記５に記載のパターン寸法測定方法。
【００５６】
（付記７）
測定対象物の二次元画像信号を生成する二次元画像信号生成装置と、
前記二次元信号生成装置で得られた二次元画像信号を分析する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記二次元画像信号に基づく二次元画像の測定対象箇所から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出し、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出し、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして決定し、
前記測定対象パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置。
【００５７】
（付記８）
前記制御装置は、さらに、
前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像信号のピーク値と、前記測定対象候補の２つのパターンの各々の内部における前記二次元画像信号のベースレベルとの強度差を算出し、
算出された前記表面粗さ、算出された前記強度差、及び予め記憶されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして決定する付記７に記載のパターン寸法測定装置。
【００５８】
（付記９）
測定対象物の二次元画像信号を生成する二次元画像信号生成装置と、
前記二次元信号生成装置で得られた二次元画像信号を分析する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記二次元画像信号に基づく二次元画像の測定対象箇所から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出し、
前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像信号のピーク値と、前記測定対象候補の２つのパターンの各々の内部における前記二次元画像信号のベースレベルとの強度差を算出し、
前記算出された強度差、及び予め記憶されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとし、
前記測定対象パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 二次元画像信号生成装置
１１ 制御装置
１２ 画像表示装置
２０ 電子銃
２１ 集束レンズ
２２ アパーチャ
２３ 走査コイル
２４ 対物レンズ
２５ ステージ
２６ 二次電子検出器
２７ 増幅器
２８ 測定対象物
３０ レジストパターン
３１ 特徴的パターン
３２ 測定対象箇所
３５ スペース
３６ 基板
４０、４１ 測定対象候補のパターン（領域）
４０Ａ、４１Ａ 一部の領域
４４ ピーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡を用いたパターン寸法の測定方法及びパターン寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、走査型電子顕微鏡で得られた二次元画像から、測長箇所を自動で検出し、パターン寸法を測定する測長装置が利用されている。測長箇所を自動検出するために、予め測長箇所の近傍の特徴的なパターンが登録されている。二次元画像から、この特徴的なパターンを検出し、測長箇所を特定する。
【０００３】
一方向に長い相対的に明るいパターンと相対的に暗いパターンとが、幅方向に交互に配列している場合には、測定対象のパターンを、その外形で特定することが困難である。このため、パターン内部の明るさの大小関係によって、測定対象のパターンが特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３６００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測定対象のパターンを、その外形によって特定することが困難である場合に、外形及び明るさ以外の情報によって測定対象パターンを特定する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する工程と、
取得された前記二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する工程と、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出する工程と、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する工程と、
前記測定対象パターンの寸法を測定する工程と
を有するパターン寸法測定方法が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
測定対象物の二次元画像信号を生成する二次元画像信号生成装置と、
前記二次元信号生成装置で得られた二次元画像信号を分析する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記二次元画像信号に基づく二次元画像の測定対象箇所から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出し、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出し、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして決定し、
前記測定対象パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
パターンの外形及び明るさの情報を用いることなく、表面粗さの相違によって、測定対象パターンを特定することができる。パターンの外形や明るさによって測定対象パターンの識別が困難な場合にも、容易に測定対象パターンを特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１によるパターン寸法測定方法で用いられる測定装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例１によるパターン寸法測定方法のフローチャートである。
【図３】図３Ａは、測定対象物の低倍率二次元画像の一例を示す図であり、図３Ｂは、測定対象箇所の高倍率二次元画像の一例を示す図である。
【図４】図４Ａは、測定対象候補の２つのパターンの内部の一部の領域の走査の様子を示す図であり、図４Ｂは、走査線ごとの信号波形の一例を示す図であり、図４Ｃは、測定対象候補の２つのパターンの内部の一部の領域を複数の区画に区分し、区画ごとに信号強度を２値化した結果を示す図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｄは、レジスト膜に形成した円形の開口の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】図６Ａは、プロセス条件が適正であった場合の測定対象箇所の高倍率画像の一例を示す図であり、図６Ｂは、図６Ａの一点鎖線６Ｂ−６Ｂにおける断面図であり、図６Ｃは、二次元画像信号の強度波形を示すグラフであり、図６Ｄは、表面粗さを示すグラフである。
【図７】図７Ａは、プロセス条件が適正条件から外れた場合の測定対象箇所の高倍率画像の一例を示す図であり、図７Ｂは、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図であり、図７Ｃは、二次元画像信号の強度波形を示すグラフであり、図７Ｄは、表面粗さを示すグラフである。
【図８】図８は、実施例２によるパターン寸法測定方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施例１］
図１に、実施例１によるパターン寸法測定方法で用いられるパターン寸法測定装置の概略図を示す。この測定装置は、二次元画像信号生成装置１０、制御装置１１、及び画像表示装置１２を含む。
【００１１】
二次元画像信号生成装置１０には、走査型電子顕微鏡が用いられる。真空排気可能な容器内に、電子銃２０、集束レンズ２１、アパーチャ２２、走査コイル２３、対物レンズ２４、ステージ２５、及び二次電子検出器２６が格納されている。ステージ２５の上に、測定対象物２８、例えば表面に微細パターンが形成された半導体ウエハが載置される。
【００１２】
電子銃２０から出射された電子ビームが、集束レンズ２１、アパーチャ２２、走査コイル２３、対物レンズ２４を通過して、ステージ２５上の測定対象物２８に照射される。制御装置１１が、走査コイル２３を制御することにより、電子ビームを偏向させる。これにより、測定対象物２８の表面が電子ビームによって走査される。測定対象物２８から放出された二次電子が二次電子検出器２６に入射し、電気信号（二次元画像信号）に変換される。この二次元画像信号が増幅器２７で増幅され、制御装置１１及び画像表示装置１２に入力される。
【００１３】
画像表示装置１２は、制御装置１１から入力される走査信号と、増幅器２７から入力される二次元画像信号とに基づいて、二次元画像を視覚的に表示する。
【００１４】
図２に、実施例１によるパターン寸法測定方法のフローチャートを示す。このフローチャートに示された各ステップは、制御装置１１の記憶部にコンピュータプログラムとして記憶されて入る。
【００１５】
ステップＳＡ１において、低倍率で二次元画像信号を取得する。図３Ａに、低倍率二次元画像の一例を示す。一方向（図３Ａにおいて縦方向）に長い複数のレジストパターン３０が、その幅方向に等間隔で配列されている。
【００１６】
ステップＳＡ２において、図３Ａに示すように、低倍率二次元画像から、測定対象箇所の位置を特定するための特徴的なパターン３１を抽出する。例えば、最も外側のレジストパターン３０の一方の端部を含む領域の設計パターンが、特徴的パターン３１として予め登録されている。この特徴的パターン３１が検出された位置に基づいて、測定対象のパターンを含む測定対象領域（測定対象箇所）３２を特定する。特徴的パターン３１の位置に対する測定対象箇所３２の相対位置は、設計情報に基づいて、予め登録されている。
【００１７】
ステップＳＡ３において、特定された測定対象箇所３２内の二次元画像を高倍率で取得する。図３Ｂに、特定箇所３２内の高倍率二次元画像の一例を示す。レジストパターン３０が、その幅方向に等間隔で配列している。レジストパターン３０内の領域と、レジストパターン３０の間の領域（スペース）３５との明暗の差が明確である場合には、測定対象となるレジストパターン３０を特定することが可能である。明暗の差が明確ではない場合には、レジストパターン３０と、スペース３５とを識別することが困難である。境界線を挟んで隣り合う２つの領域（パターン）４０、４１を、測定対象候補として抽出する。
【００１８】
ステップＳＡ５において、測定対象候補の２つのパターン４０、４１の内側の一部の領域４０Ａ、４１Ａ（図３Ｂ）の表面粗さを算出する。図４Ａ〜図４Ｃを参照して、表面粗さの算出方法について説明する。
【００１９】
図４Ａに示すように、領域４０Ａ、４１Ａ内が電子ビームによって走査されている。図４Ａでは、横方向（パターンの幅方向）に主走査され、縦方向（パターンの長手方向）に副走査されている。例えば、領域４０Ａ、４１Ａの各々の内部の走査線の数は１００程度である。図４Ｂに、走査線ごとの画像信号の波形の一例を示す。表面の微細な凹凸に起因して複数のピーク４４が現れている。
【００２０】
図４Ｃに示すように、領域４０Ａ、４１Ａ内を、主走査方向及び副走査方向に関して複数の区画に区分する。副走査方向に関しては、１本の走査線が１行の区画に対応する。主走査方向に関する区画の寸法は、例えば、１つのピーク４４の幅程度とする。各区画内の画像信号の強度を２値化する。図４Ｃでは、画像信号強度が相対的に大きな区画、例えばピーク４４が現れている区画が黒色で塗りつぶされている。表面粗さが大きい領域ほど、信号強度が相対的に大きな区画の占める割合が多くなる。表面粗さを算出することは、信号強度が相対的に大きな区画の数の、区画の総数に対する比を求めることに相当する。これは、ピーク４４の密度を算出していることと等価である。
【００２１】
ステップＳＡ６において、領域４０Ａ、４１Ａの表面粗さに基づいて、測定対象候補の２つのパターン４０、４１のうち一方を、測定対象パターンとして特定する。一般的に、レジストパターンの表面は、スペースの表面よりも粗い。従って、領域４０Ａ、４１Ａのうち、表面粗さが大きい方の領域を含むパターンを、測定対象パターンとして特定する。
【００２２】
ステップＳＡ７において、測定対象パターンとして特定されたレジストパターン３０（図３Ｂ）の寸法（幅）を、高倍率二次元画像に基づいて測定する。
【００２３】
次に、図５Ａ〜図５Ｄ、図６Ａ〜図６Ｄ、図７Ａ〜図７Ｄを参照して、上記実施例１の効果について説明する。
【００２４】
図５Ａ〜図５Ｄは、シリコン基板上のレジスト膜に形成されたほぼ円形の開口の走査型電子顕微鏡写真である。レジスト膜の厚さは５００ｎｍである。図５Ａは、開口がレジスト膜の底面まで達していない場合の画像を示している。図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄは、それぞれ開口の底面の直径が２００ｎｍ、３６０ｎｍ、５００ｎｍの場合の画像を示している。開口が十分大きい場合には、図５Ｄに示すように、開口内の領域が、レジスト膜の部分よりも明るい。開口の面積が小さくなると、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、開口内の領域がレジスト膜の部分よりも暗くなる。これは、開口の底面から二次電子が放出され難くなるためである。
【００２５】
また、レジスト膜と開口との境界が最も明るくなっている。すなわち、二次元画像の信号強度が最も強くなる。
【００２６】
実施例１の測定対象のように、直線状のレジストパターンが、幅方向に等間隔で配列したラインアンドスペースパターンにおいても、同様の現象が生じる。具体的には、レジストパターンの間のスペースが広い場合には、スペース内の領域が、レジストパターン内の領域よりも明るい。ところが、スペースが狭くなると、スペース内の領域がレジストパターン内の領域より暗くなってしまう。また、レジストパターンとスペースとの境界が、レジストパターン内及びスペース内の領域よりも明るくなる。
【００２７】
図６Ａに、プロセス条件が適正であった場合のラインアンドスペースパターンの二次元画像の一例を示す。図６Ａの縦方向に延在するレジストパターン３０が、横方向に等間隔で配列している。レジストパターン３０の間に、スペース３５が画定されている。
【００２８】
図６Ｂに、図６Ａの一点鎖線６Ｂ−６Ｂにおける断面図を示す。半導体基板３６の上に、レジストパターン３０が形成されている。レジストパターン３０の間に、スペース３５が画定されている。スペース３５には、半導体基板３６の表面が露出している。
【００２９】
図６Ｃに、走査型電子顕微鏡で観測された２次元画像の１本の走査線の波形を示す。横軸は、レジストパターン３０の幅方向に関する位置に対応し、縦軸は二次電子の強度（明るさ）を示す。一般的には、レジストパターン３０から放出される二次電子の強度よりも、半導体基板３６から放出される二次電子の強度の方が強い。このため、レジストパターン３０の内側の領域が、スペース３５内の領域よりも暗い。レジストパターン３０とスペース３５との境界に、信号強度が強い（明るい）ピークが現れる。なお、図６Ｃに示した画像信号の波形として、１本の走査線の波形に代えて、複数の走査線の波形を副走査方向に累積した波形を採用してもよい。
【００３０】
図６Ｄに、図２のステップＳＡ５で算出された表面粗さの一例を示す。一般的には、レジストパターン３０の表面の方が、半導体基板３６の表面よりも粗い。このため、レジストパターン３０の内側の領域の表面粗さが、スペース３５の内側の表面粗さよりも大きくなる。
【００３１】
図６Ａ、図６Ｂに示したように、プロセス条件が適正であった場合には、図６Ｃに示した画像の明暗によって、レジストパターン３０とスペース３５とを識別することができる。また、図６Ｄに示した表面粗さの大小によっても、レジストパターン３０とスペース３５とを識別することができる。
【００３２】
図７Ａに、プロセス条件が不適正であった場合のラインアンドスペースパターンの二次元画像の一例を示す。図７Ａの縦方向に延在するレジストパターン３０が、横方向に等間隔で配列している。レジストパターン３０の間に、スペース３５が画定されている。図６Ａに比べて、スペース３５の幅が狭くなっている。原因として、例えば、露光時のフォーカス不良、ドーズ量不良（露光量変動）、現像不良等が考えられる。
【００３３】
図７Ｂに、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図を示す。レジストパターン３０の幅に比べて、スペース３５の幅が狭くなっている。
【００３４】
図７Ｃに、走査型電子顕微鏡で観測された２次元画像の１本の走査線の波形を示す。なお、図６Ｃの場合と同様に、複数の走査線の波形を副走査方向に累積した波形を採用してもよい。横軸は、レジストパターン３０の幅方向に関する位置に対応し、縦軸は二次電子の強度（明るさ）を示す。スペース３５が狭くなっているため、スペース３５の底面から放出される二次電子の強度が弱くなる。このため、スペース３５の内側の領域が、レジストパターン３０の内側の領域よりも暗くなってしまう。このため、レジストパターン３０とスペース３５とを識別する際に、レジストパターン３０の内側の領域の方がスペース３５の内側の領域よりも暗いという一般的な条件を適用すると、スペース３５をレジストパターン３０と誤認してしまう。このため、レジストパターン３０の寸法の測定時に、誤ってスペース３５の寸法が測定されてしまう。
【００３５】
図７Ｄに、図２のステップＳＡ５で算出された表面粗さの一例を示す。表面粗さは、スペース３５の幅に依存しないため、図６Ｄと同様に、レジストパターン３０の内側の領域の表面粗さが、スペース３５の内側の表面粗さよりも大きくなる。実施例１のように、表面粗さの大小に基づいてレジストパターン３０とスペース３５とを識別する場合には、スペース３５を、レジストパターン３０と誤認することが防止される。このため、測定対象のレジストパターン３０の寸法を、正常に測定することができる。
【００３６】
上記実施例１では、ラインアンドスペースパターンのラインパターンをレジスト膜で形成したが、その他の材料でラインパターンを形成した場合にも、上記実施例１を適用することが可能である。一般的には、測定対象のラインパターンの表面粗さが、スペースパターンの表面粗さより大きいとは限らない。
【００３７】
表面粗さの大きな方のパターンを測定対象とするか、その反対に表面粗さの小さな方のパターンを測定対象とするかは、予め制御装置１１（図１）に、表面粗さ情報として登録されている。ステップＳＡ６（図２）において、制御装置１１に登録されている表面粗さ情報、及びステップＳＡ５で算出された表面粗さに基づいて、測定対象候補の２つのパターンから、オペレータが介入することなく、自動的に、測定対象パターンを特定することが可能である。これにより、スループットの向上を図ることができる。また、誤ったパターンの寸法を測定することに起因して、ウエハプロセスが先の工程に進んでしまうことが回避される。
［実施例２］
図８に、実施例２によるパターン寸法測定方法のフローチャートを示す。実施例２で用いられる測定装置は、図１に示した実施例１による方法で用いられる測定装置と基本的に同一である。ただし、制御装置１１に格納されているコンピュータプログラムが、実施例１のものと異なる。
【００３８】
ステップＳＡ１からステップＳＡ４までは、実施例１のステップＳＡ１〜ＳＡ４と共通である。ステップＳＢ５において、測定対象候補の２つのパターンの境界線に対応する二次元画像の信号波形のピーク値と、両側の２つのパターン４０、４１（図３Ｂ）の内側の波形のベースレベルとを比較し、強度差を算出する。
【００３９】
図６Ｃ及び図７Ｃに示したように、レジストパターン３０とスペース３５との境界線において、レジストパターン３０とスペース３５との境界線に対応する信号波形のピーク値と、レジストパターン３０の内側の信号波形のベースレベルとの強度差（以下、「レジスト側の強度差」という。）をＩ１とし、境界線に対応する信号波形のピーク値と、スペース３５の内側の信号波形のベースレベルとの強度差（以下、「スペース側の強度差」という。）をＩ２とする。
【００４０】
プロセス条件が適正であった場合には、図６Ｃに示したように、レジストパターン３０の内側がスペース３５の内側よりも暗いため、Ｉ１＞Ｉ２が成立する。ところが、プロセス条件が不適正で、スペース３５の幅が目標値より狭くなった場合には、図７Ｃに示したように、スペース３５の内側がレジストパターン３０の内側よりも暗くなるため、強度差Ｉ１とＩ２との大小関係が逆転する。このため、強度差Ｉ１とＩ２との大小関係のみに基づいてレジストパターン３０とスペース３５とを識別することはできない。
【００４１】
ステップＳＢ６（図８）において、強度差Ｉ１、Ｉ２、及び予め規定されている強度差Ｉ０に基づいて、測定対象パターンを特定する。以下、測定対象パターンを特定する方法について説明する。プロセス条件が適正であった場合のレジスト側の強度差をＩ０とする。これらの強度差Ｉ０は、実際に目標線幅のパターンが作製された試料の走査型電子顕微鏡写真から求めておくことができる。
【００４２】
凸パターンであるレジスト側の強度差Ｉ１は、レジストパターン３０及びスペース３５の線幅の影響をほとんど受けない。これに対し、スペース側の強度差Ｉ２は、スペース３５の幅が狭くなるに従って大きくなる。線幅が変化しても変動が小さな方の強度差を「基準強度差」Ｉ０として予め決定しておく。基準強度差Ｉ０は、制御装置１１（図１）に登録されている。
【００４３】
図６Ｃ、図７Ｃに示した２つの強度差Ｉ１、Ｉ２のうち、基準強度差Ｉ０に近い方が、レジスト側の強度差であると考えられる。いずれの例においても、強度差Ｉ１の方が基準強度差Ｉ０に近い。従って、オペレータが介入することなく、強度差Ｉ１を示すパターンであるレジストパターン３０が測定対象パターンとして特定される。
【００４４】
なお、強度差Ｉ１とＩ２との差が僅かで、いずれが基準強度差Ｉ０に近いか判別が困難である場合には、画像表示装置１２（図１）にエラー表示を行い、オペレータの介入をイ流すことが好ましい。
【００４５】
上記実施例２では、ラインアンドスペースパターンのラインパターンをレジスト膜で形成したが、ラインパターンをその他の材料で形成した場合にも、実施例２による方法を適用することができる。測定対象のパターンが、実施例２のように凸パターンである場合には、基準強度差Ｉ０に近い方の強度差を示すパターンを測定対象パターンとして採用すればよい。逆に、測定対象のパターンが凹パターンである場合には、基準強度差Ｉ０から遠い方の強度差を示すパターンを測定対象パターンとして採用すればよい。
【００４６】
基準強度差Ｉ０に近い方の強度差を示すパターン、及び遠い方の強度差を示すパターンのいずれを測定対象パターンとして採用するかは、強度差判定条件として、制御装置１１（図１）に予め登録されている。ステップＳＢ６において、ステップＳＢ５で算出された２つの強度差Ｉ１、Ｉ２、制御装置１１（図１）に登録されている基準強度差Ｉ０、及び強度差判定条件に基づいて、測定対象候補の２つのパターンから測定対象パターンが採用される。
【００４７】
測定対象パターンを特定する際に、上記実施例１による方法と、上記実施例２による方法とを組み合わせてもよい。実施例１のステップＳＡ６（図２）で特定された測定対象パターンと、実施例２のステップＳＢ６（図８）で特定された測定対象パターンとが、一致する場合には、そのままステップＳＡ７を実行すればよい。両者が不一致の場合には、例えば画像表示装置１２にエラー表示を行い、オペレータの介入を促すことが好ましい。
【００４８】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００４９】
以上の第１〜第ｎの実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００５０】
（付記１）
走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する工程と、
取得された前記二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する工程と、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出する工程と、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する工程と、
前記測定対象パターンの寸法を測定する工程と
を有するパターン寸法測定方法。
【００５１】
（付記２）
前記表面粗さを算出する工程では、前記二次元画像の信号強度のピークの密度に基づいて、表面粗さを算出する付記１に記載のパターン寸法測定方法。
【００５２】
（付記３）
前記測定対象箇所に、相対的に明るいパターンと相対的に暗いパターンとが、一方向に交互に配列しており、
前記測定対象候補の２つのパターンは、相対的に明るいパターンとその隣の相対的に暗いパターンである付記１または２に記載のパターン寸法測定方法。
【００５３】
（付記４）
さらに、前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像の信号強度のピーク値と、前記２つのパターンの各々の内部における前記二次元画像の信号強度のベースレベルとの強度差を算出する工程を有し、
測定対象パターンとして採用する工程において、算出された前記表面粗さ、算出された前記強度差、及び予め決定されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する付記１乃至３のいずれか１項に記載のパターン測定方法。
【００５４】
（付記５）
走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する工程と、
取得された二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する工程と、
前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像の信号強度のピーク値と、前記測定対象候補の２つのパターンの各々の内部の前記二次元画像の信号強度のベースレベルとの強度差を算出する工程と、
前記算出された強度差、及び予め決定されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する工程と、
前記測定対象パターンの寸法を測定する工程と
を有するパターン寸法測定方法。
【００５５】
（付記６）
前記測定対象箇所に、相対的に明るいパターンと相対的に暗いパターンとが、一方向に交互に配列しており、
前記測定対象候補の２つのパターンは、相対的に明るいパターンとその隣の相対的に暗いパターンである付記５に記載のパターン寸法測定方法。
【００５６】
（付記７）
測定対象物の二次元画像信号を生成する二次元画像信号生成装置と、
前記二次元信号生成装置で得られた二次元画像信号を分析する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記二次元画像信号に基づく二次元画像の測定対象箇所から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出し、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出し、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして決定し、
前記測定対象パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置。
【００５７】
（付記８）
前記制御装置は、さらに、
前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像信号のピーク値と、前記測定対象候補の２つのパターンの各々の内部における前記二次元画像信号のベースレベルとの強度差を算出し、
算出された前記表面粗さ、算出された前記強度差、及び予め記憶されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして決定する付記７に記載のパターン寸法測定装置。
【００５８】
（付記９）
測定対象物の二次元画像信号を生成する二次元画像信号生成装置と、
前記二次元信号生成装置で得られた二次元画像信号を分析する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記二次元画像信号に基づく二次元画像の測定対象箇所から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出し、
前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像信号のピーク値と、前記測定対象候補の２つのパターンの各々の内部における前記二次元画像信号のベースレベルとの強度差を算出し、
前記算出された強度差、及び予め記憶されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとし、
前記測定対象パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 二次元画像信号生成装置
１１ 制御装置
１２ 画像表示装置
２０ 電子銃
２１ 集束レンズ
２２ アパーチャ
２３ 走査コイル
２４ 対物レンズ
２５ ステージ
２６ 二次電子検出器
２７ 増幅器
２８ 測定対象物
３０ レジストパターン
３１ 特徴的パターン
３２ 測定対象箇所
３５ スペース
３６ 基板
４０、４１ 測定対象候補のパターン（領域）
４０Ａ、４１Ａ 一部の領域
４４ ピーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する工程と、
取得された前記二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する工程と、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出する工程と、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する工程と、
前記測定対象パターンの寸法を測定する工程と
を有するパターン寸法測定方法。
【請求項２】
前記表面粗さを算出する工程では、前記二次元画像の信号強度のピークの密度に基づいて、表面粗さを算出する請求項１に記載のパターン寸法測定方法。
【請求項３】
前記測定対象箇所に、相対的に明るいパターンと相対的に暗いパターンとが、一方向に交互に配列しており、
前記測定対象候補の２つのパターンは、相対的に明るいパターンとその隣の相対的に暗いパターンである請求項１または２に記載のパターン寸法測定方法。
【請求項４】
さらに、前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像の信号強度のピーク値と、前記２つのパターンの各々の内部における前記二次元画像の信号強度のベースレベルとの強度差を算出する工程を有し、
測定対象パターンとして採用する工程において、算出された前記表面粗さ、算出された前記強度差、及び予め決定されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン測定方法。
【請求項５】
測定対象物の二次元画像信号を生成する二次元画像信号生成装置と、
前記二次元信号生成装置で得られた二次元画像信号を分析する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記二次元画像信号に基づく二次元画像の測定対象箇所から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出し、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出し、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして決定し、
前記測定対象パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置。
【請求項１】
走査型電子顕微鏡を用いて、測定対象物の二次元画像を取得する工程と、
取得された前記二次元画像から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出する工程と、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出する工程と、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する工程と、
前記測定対象パターンの寸法を測定する工程と
を有するパターン寸法測定方法。
【請求項２】
前記表面粗さを算出する工程では、前記二次元画像の信号強度のピークの密度に基づいて、表面粗さを算出する請求項１に記載のパターン寸法測定方法。
【請求項３】
前記測定対象箇所に、相対的に明るいパターンと相対的に暗いパターンとが、一方向に交互に配列しており、
前記測定対象候補の２つのパターンは、相対的に明るいパターンとその隣の相対的に暗いパターンである請求項１または２に記載のパターン寸法測定方法。
【請求項４】
さらに、前記測定対象候補の２つのパターンの境界における前記二次元画像の信号強度のピーク値と、前記２つのパターンの各々の内部における前記二次元画像の信号強度のベースレベルとの強度差を算出する工程を有し、
測定対象パターンとして採用する工程において、算出された前記表面粗さ、算出された前記強度差、及び予め決定されている基準強度差に基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして採用する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン測定方法。
【請求項５】
測定対象物の二次元画像信号を生成する二次元画像信号生成装置と、
前記二次元信号生成装置で得られた二次元画像信号を分析する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記二次元画像信号に基づく二次元画像の測定対象箇所から、測定対象候補として、相互に隣接している２つのパターンを抽出し、
前記測定対象候補の２つのパターンの内部の領域の各々の表面粗さを算出し、
算出された前記表面粗さに基づいて、前記測定対象候補の２つのパターンのうち一方を、測定対象パターンとして決定し、
前記測定対象パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４２１１９（Ｐ２０１２−２４２１１９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９４６５（Ｐ２０１１−１０９４６５）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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