パターン寸法測定装置及び輪郭線形成装置
【課題】本発明は、パターンサイズに応じてシュリンクの程度が異なる場合であっても、適正に寸法測定、或いはパターンエッジの輪郭線抽出を行うことを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するための一態様として、試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置において、パターンの寸法値に、パターンの寸法に応じた補正量を加算することによって、パターン寸法値を補正する演算装置を備えたパターン寸法測定装置を提案する。
【解決手段】上記目的を達成するための一態様として、試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、試料上に形成されたパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置において、パターンの寸法値に、パターンの寸法に応じた補正量を加算することによって、パターン寸法値を補正する演算装置を備えたパターン寸法測定装置を提案する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン寸法測定装置及び輪郭線抽出装置に係り、特に、電子ビーム等の照射によってシュリンクするパターンであっても高精度に測定及び輪郭線形成を行い得るパターン寸法測定装置及び輪郭線抽出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトリソグラフィーでは、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ光に反応するフォトレジスト（以下「ＡｒＦレジスト」と呼ぶ）を用いて微細な回路パターンを加工している。このＡｒＦレジストには、電子線照射によりアクリル樹脂等が縮合反応をおこし体積が減少する現象が知られている（以下「シュリンク」と呼ぶ）。
【０００３】
特許文献１、及び特許文献２には、シュリンクを起こすパターンの実際の寸法値（即ち、シュリンク前の寸法値）を適正に求めるための手法として、測定回数とシュリンク量との関係を示すカーブを用意し、当該カーブを１回目以降の測定値にフィッティングすることによって、シュリンク前の寸法値（ゼロ回値）を推定する手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ０３／０２１１８６号公報（対応米国特許USP7,659,508）
【特許文献２】ＷＯ０３／０９８１４９号公報（対応米国特許USP7,285,777）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子顕微鏡を用いた加工パターンの観察や測長を行う場合、画像取得時の電子線照射により、シュリンクが生じ、本来の寸法測定が特定できない問題がある。特許文献１及び２には、計測点で連続して複数回画像取得し、寸法変化よりフィティングカーブを作成し、シュリンク前の寸法である本来の寸法を推定する方法である。しかし、現在の微細な回路パターンにおいては、シュリンクがパターン寸法に依存し、微細であるほど高速に反応することが発明者らの検討によって明らかになった。即ち、パターンの寸法によっては、単なるフィッティングカーブを用いた推定法では、高い測定精度を維持できない可能性のあることが分かった。
【０００６】
以下にパターンサイズに応じてシュリンクの程度が異なる場合であっても、適正に寸法測定、或いはパターンエッジの輪郭線抽出を行うことを目的とした、パターン寸法測定装置、及び輪郭線抽出装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための一態様として、以下に、試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置において、前記信号に基づいて得られる前記パターンの寸法値に、前記パターンの寸法に応じた補正量を加算することによって、前記パターン寸法値を補正する演算装置を備えたことを特徴とするパターン寸法測定装置を提案する。
【０００８】
また、上記目的を達成するための他の態様として、以下に、試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンエッジの輪郭線を抽出する輪郭線形成部を備えた輪郭線抽出装置において、当該輪郭線形成部は、前記信号に基づいて得られた輪郭線を構成する複数の片、或いは部位毎に登録された補正量に基づいて、前記輪郭線を構成する各点の位置を補正し、当該補正された点に基づいて、新たな輪郭線を形成することを特徴とする輪郭線抽出装置を提案する。
【発明の効果】
【０００９】
上記一態様によれば、パターンのサイズに応じて変化するシュリンク量に依らず、高精度にパターン寸法値を導出することが可能となる。また、上記他の態様によれば、複雑な形状を有するパターンであっても、シュリンク前の形状を正確に再現した輪郭線の抽出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電子ビーム照射によってシュリンクするパターンの測長値と測定回数との関係を示す図。
【図２】測長値と測定回数の関係を示すカーブ（シュリンクカーブ）に基づいて、シュリンク前の測長値を推定する例を説明する図。
【図３】微細パターンのシュリンクカーブの一例を説明する図。
【図４】微細パターンのシュリンクカーブに基づいて、シュリンク前の測長値を推定する例を説明する図。
【図５】微細パターンのシュリンク前寸法の推定値と、実際の寸法値との関係を説明する図。
【図６】ΔＳカーブ作成工程を説明するフローチャート。
【図７】ΔＳカーブを説明する説明図。
【図８】標準シュリンク量の算出工程を説明するフローチャート。
【図９】シュリンクカーブを用いた測長値推測工程を説明するフローチャート。
【図１０】ホールパターンの測長値推測工程を説明するフローチャート。
【図１１】ＯＰＣパターンのシュリンク例を説明する図。
【図１２】ＯＰＣパターンのシュリンク例を説明する図。
【図１３】シュリンク前輪郭線への補正工程を説明するフローチャート。
【図１４】レジスト幅の検索を説明する図。
【図１５】走査電子顕微鏡の概略説明図。
【図１６】走査電子顕微鏡の制御装置の概略説明図。
【図１７】輪郭線抽出法の一例を説明する図。
【図１８】輪郭線抽出工程を説明するフローチャート。
【図１９】シュリンク前輪郭線への補正法を説明する図。
【図２０】シュリンク前寸法値の推定工程を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて適正なシュリンクカーブを形成するための手法について説明する。図１５は、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）の一態様を説明する図である。
【００１２】
電子源１５０１から引出電極１５０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１５０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ１５０４によって、絞られた後に、走査偏向器１５０５により、試料１５０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム１５０３は試料台１５０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１５０６のレンズ作用によって集束されて試料１５０９上に照射される。
【００１３】
電子ビーム１５０３が試料１５０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１５１０が放出される。放出された電子１５１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１５１２に衝突し、二次電子１５１１を生じさせる。変換電極１５１２から放出された二次電子１５１１は、検出器１５１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１５１３の出力Ｉが変化する。この出力Ｉに応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１５０５への偏向信号と、検出器１５１３の出力Ｉとの同期をとることで、走査領域の画像を形成する。
【００１４】
なお、図１５の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
【００１５】
制御装置１５１４は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。
【００１６】
図１６は、走査電子顕微鏡の制御装置１５１４の詳細を説明する図である。制御装置１５１４内には、演算部１６０３と記憶部１６０２が内蔵されている。装置条件制御部１６０３は、装置条件記憶部１６１０に記憶されている装置条件（電子ビームの加速電圧，倍率（視野の大きさ），ビーム電流，各レンズの集束条件、及びパターン測定の際の測定条件等）に基づいて、制御信号を生成する。測定部１６０４では、ＳＥＭによって得られた検出信号に基づいて、パターン幅を測定する。測定部１６０４では、検出信号に基づいて、ラインプロファイルを形成し、当該ラインプロファイルのピーク幅に基づいて、所望のパターンの寸法値を測定する。測定部１６０４における測定結果は、測定結果記憶部１６１１に記憶される。Ｓカーブ形成部１６０５は、測定部１６０４にて得られた測定結果に基づいて、横軸を測定回数、縦軸を寸法値とするカーブ（Ｓカーブ）を形成する。形成されたＳカーブに関する情報は、測定結果記憶部１６１１に記憶される。測定値差分演算部１６０６では、異なる測定回数間の測定値の差分が計算される。その演算結果は、測定値差分記憶部１６１２に記憶される。寸法推定部１６０６では、Ｓカーブ形成部１６０５にて形成されたＳカーブに基づいて、電子ビームを照射する前のパターン寸法を推定する。具体的な手法については後述する。推定結果は、寸法推定結果記憶部１６１３に記憶される。
【００１７】
ΔＳカーブ形成部１６０８は、測定値差分演算部１６０６による演算結果を、横軸をパターンサイズ（或いは設計サイズ）、縦軸を測定値差分とするカーブ（ΔＳカーブ）を形成する。具体的な選択法については後述する。
【００１８】
輪郭線形成部１６０９は、ＳＥＭによって得られた画像に基づいて、輪郭線を形成する。図１７は、検出された電子に基づいて形成されるパターン画像から、輪郭線を抽出するための手法の一例を説明する図である。なお、この輪郭線抽出工程は、制御装置１５１４内で行うようにしても良いし、他の演算装置等で行うようにしても良い。輪郭線抽出には、図１８のフローチャートに例示するように、先ずＳＥＭ画像を形成する（ステップ１８０１）。次にＳＥＭ画像上のパターン１７０１のエッジ部分に相当するホワイトバンド１７０２から第１の輪郭線（図示せず）を抽出する（ステップ１８０２）。なお、この第１の輪郭線の抽出手法としては、ＳＥＭ像からビットマップデータで構成されたパターン像を抽出し、そのパターン像をベクトルデータで構成されたパターンデータに変換する方法が考えられる。
【００１９】
次に、形成された第１の輪郭線とレイアウトデータ１７０３とのベクトルデータ比較、或いはパターンマッチングによって、レイアウトデータ１７０３と第１の輪郭線との重ね合わせを行う（ステップ１８０３）。レイアウトデータ１７０３は、ＧＤＳフォーマット等で記憶された設計データの線分情報であり、データベース１６１４から読み出して適用する。このような重ね合わせを行った上で、輝度分布情報収集領域１７０４，１７０５を、第１の輪郭線の線分と垂直になるように設定し、輝度分布１７０６，１７０７を検出する（ステップ１８０４）。このように形成された輝度分布の所定の明るさを持つ画素を抽出しその位置を第２の輪郭線位置と定義することで、より正確な輪郭線の形成が可能となる（ステップ１８０５）。
【００２０】
なお、このような正確な輪郭線形成手法は、特開昭６０−１６９９７７号公報，特開平６−３２５１７６号公報，特開平８−１６１５０８号公報，特開平９−２０４５２９号公報等に記載された既存の手法の適用が可能である。
【００２１】
なお、上述のように第１の輪郭線とレイアウトデータと重ね合わせることによって、線分単位でレイアウトデータと第１の輪郭線との対応付けが可能となる。レイアウトデータが持つ各線分の線分情報を、輪郭線の各線分情報とすることによって、輪郭線データを設計データと同じ所定のフォーマットにて登録することが可能となる。
【実施例１】
【００２２】
上述のように、電子ビームを照射すると、体積が減少するパターンがある。例えば、ＡｒＦレジストに電子線を照射した場合の生じる体積の減少は、集束電子線のパターンへの加速電圧Ｖacc，電子線電流密度Ｉpd，ライン形状のパターンにおけるシュリンク量２Ｓ（片側のエッジでのシュリンク量をＳとした場合の両エッジでのシュリンク量）に基づいて、式（１）を用いて求めることができる。
【００２３】
２Ｓ＝Ｋ１・ＶaccK2・｛１−exp(−(Ｉpd0.5・ｎ／Ｋ３))｝ …（１）
ここで、２Ｓ：シュリンク量（両側）、Ｖacc：加速電圧（Ｖ）、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３：レジストによって決まるパラメータ、ｎ：測定回数である。
【００２４】
よって、同一点を繰り返し画像取得し測定した場合の寸法変化は、図１のような変化をすることになり、この寸法変化をシュリンクカーブと呼ぶ。シュリンクカーブを、上記式（１）に基づいて近似すると、図２のように１回目の測長前の寸法値を推測することができる。また、１回目の測長で生じるシュリンク量、つまりシュリンク前寸法と１回目の測長値の差分をゼロシュリンクと呼ぶ。
【００２５】
しかし、発明者の実験において、測定線幅が１００ｎｍ以下の微細なパターンにおいては、実際の計測結果が上記式（１）に従わなくなることが分かった。
【００２６】
図３は、微細なパターンを計測した場合のシュリンクカーブである。このカーブから式（１）にて推測されるゼロシュリンクは、図４のように非常に小さくなりシュリンクが生じないように見える。しかしながら本現象は、発明者の実験によりシュリンク速度が高速になり、図５のようにゼロシュリンクが大きいためにこのように見えることが分かった。また、本現象は、１００ｎｍ以下の微細パターンで顕著に現れ、上記式では、現在のプロセスパターンのゼロシュリンクを推測できず、シュリンク前の寸法値を推測することができない。
【００２７】
実験結果によると、寸法に依存してシュリンク速度が高速化しており、観察条件（加速電圧，電流密度）が同一の場合、ゼロシュリンク（ΔＳ）は測定寸法に依存し、以下の式（２）で表すことができる。
【００２８】
ΔＳ＝exp（−(ＣＤ0.5／Ｋ１)） …（２）
ここで、Ｋ１は、レジストの種類によって決まるパラメータである。本実施例では、線幅に依存せずシュリンク前の寸法値を推測する手順を示す。
【００２９】
本手法を用いて寸法の推測を行うために、使用するレジストと同一のレジストを用いてパターンニングをしたウェハを準備し、事前に線幅とシュリンク量の計測を行う。次に、事前測定結果より、近似曲線（ΔＳカーブ）とゼロシュリンク量を算出する。
【００３０】
シュリンク前寸法値を推測する計測を行う場合には、上記、ΔＳカーブと標準ゼロシュリンク量から補正値を算出し寸法値を推測する。以下に、手順を示す。
【００３１】
事前測定に必要となるものは、デザイン寸法を変化させたラインパターンである。例えば、５０ｎｍから１５０ｎｍまで１０ｎｍ刻みで寸法の変化させたラインパターンなどを準備する。ΔＳカーブ算出シーケンスを図６に示す。寸法変化したパターン各々をそれぞれ連続２回測定し、それぞれの１回目の測長結果をＣＤ1、２回目の測長結果をＣＤ2として測長値を記録する。
【００３２】
本実施例にて求めるΔＳカーブとは、１回目の測長値と２回目の測長値の差分を、異なるパターン寸法毎にプロットすることによって求められるものであり、ΔＳカーブを作成する手法としては、上述のように、ＣＤ1とＣＤ2に基づいて、ＣＤ1−ＣＤ2を演算し、ΔＳ(1-2)を求め、当該演算結果をプロットする。
【００３３】
計測後、パターン寸法ＣＤ1もしくは、デザインサイズとΔＳ(1-2)＝ＣＤ1−ＣＤ2より、式（２）に従いΔＳカーブ１を作成する。
【００３４】
この時、得られるΔＳカーブ１を図７に例示する。ここでＸ軸は、１回目の測長結果となっているが、デザインサイズでも良い。次に標準ゼロシュリンク量２Ｓ（Ｓ）を算出するための代表パターンを決定する。代表パターンの決定シーケンスを図８に示す。
【００３５】
標準ゼロシュリンク量を決定するための代表パターンは、式（１）でシュリンク量を推測できるほどの十分な大きさがなければならず、ΔＳカーブにおいて傾きがゼロになる寸法以上となる。また、経験上、１００ｎｍ以上のラインパターンであれば寸法によるゼロシュリンクの変化が現れないため、１００ｎｍ以上の任意の寸法値を持つパターンを、代表パターンとするようにしても良い。代表パターンの決定後、代表パターンを最低３回から通常５〜１０回の連続測定を行いそれぞれの寸法値を記録する。
【００３６】
記録した寸法値を用いて式（１）よりシュリンク前の測長値ＣＤ0を推測後、ＣＤ0−ＣＤ1の値を標準ゼロシュリンク量とする。測定に使用したパターンが、ΔＳカーブ取得ポイントと同様の場合、推測に用いる寸法値は、ＣＤ1，ＣＤ2にΔＳカーブ取得時の寸法値を用いる。
【００３７】
また、同一ウェハ面内より代表パターンと同じ寸法パターンを複数個測定しその平均値を用いて標準ゼロシュリンク量を算出しても良い。
【００３８】
次に、算出したΔＳカーブ１と標準ゼロシュリンク量より、シュリンク補正式（３）を算出し、記憶する。
ΔＳ1＝exp｛−(ＣＤ10.5／Ｋ１)｝＋２Ｓ …（３）
次に、上記式（３）を用いた、測定時のシュリンク前測長値推測シーケンス図９に示す。
【００３９】
測長後、得られた寸法値を元に、事前取得していた式（３）よりＣＤ1のゼロシュリンク量を算出し、表示することができる。これにより測定時は、１回の測長でシュリンク前の測長値を推測でき、最小限の電子線照射によるダメージに抑えることが可能となる。
【００４０】
本実施例では、代表パターンのシュリンクカーブを用いて、シュリンク前の寸法推定（計算）を行うために、４０ｎｍ近傍のパターンにおけるオーバーシュリンク量を補正値の一部として導出する。オーバーシュリンク量とは、測定対象パターン（例えば１回目の測定で大きなシュリンクを発生させる４０ｎｍ程度の幅を持つパターン）のシュリンク量と、代表パターンのシュリンク量との１回目の測定値と２回目の測定値の差分である。標準ゼロシュリンク量にオーバーシュリンク量を加算することによって、シュリンクが大きなパターンに対する補正量とする。
【００４１】
よって、式（４）を解くことによって、シュリンクが大きく発生する測定対象パターンのシュリンク量を推定することができる。
【００４２】
２Ｓ＝２Ｓ(Ｓ)＋ΔＳ …（４）
（２Ｓ(Ｓ)：代表パターンの標準シュリンク量、２Ｓ：測定対象パターンのシュリンク量、ΔＳ：測定対象パターンのオーバーシュリンク量）
式（５）のように、以上のようにして求められた２Ｓを、測定対象パターンの測定値に加算することによって、シュリンク前のパターン寸法を推定することが可能となる。
【００４３】
ＣＤｅ＝ＣＤｘ＋２Ｓ …（５）
（ＣＤｅ：シュリンク前のパターン寸法推定値、ＣＤｘ：パターン寸法測定値）
なお、ΔＳは、上述したように測定対象パターンの大きさによって変化するため、パターンの種類に応じて予め所定の記憶媒体に記憶しておき、演算時に読み出すようにすると良い。なお、ΔＳは、パターンの実寸法によって変化するため、測定対象パターンの設計データのサイズに応じてその値を読み出すようにすると良い。また、ΔＳとパターンサイズとの関係を示す近似曲線（関数）、或いはテーブルを予め作成しておき、当該関数とパターンのサイズに基づいて、ΔＳを導出するようにしても良い。
【００４４】
また、パターンの実測値（ＣＤ1（１回目の測定値））と、ΔＳ（或いは２Ｓ）との関係を、予め関数化、或いはテーブル化しておき、実際の測定時に得られた実測値に基づいて、ΔＳ（或いは２Ｓ）を導出するようにしても良い。
【００４５】
図２０は、微細なパターンのシュリンク補正量の算出工程と、当該補正量に基づいて測定値を補正することによって、シュリンク前のパターン寸法を推定する工程を説明するフローチャートである。
【００４６】
まず、複数のサイズのパターン（例えば、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの寸法幅を持つパターン）について、ＣＤ1（１回目の測長値）とＣＤ2（２回目の測長値）を測定する（ステップ２００１）。次に各サイズについてＣＤ1−ＣＤ2を演算し、横軸をパターンサイズ（設計サイズでも可）、縦軸をＣＤ1−ＣＤ2とするグラフ上にプロット（ΔＳカーブ１）を形成する（ステップ２００２）。次に、ΔＳカーブ１の傾きがゼロ、或いは傾きが所定値以下のポイントに相当するパターンサイズの選択（代表パターンの選択）を行う（ステップ２００３）。この代表パターンは、第１のパターンサイズを持つ。次に代表パターンに対するｎ回の測定に基づいて、シュリンクカーブ（Ｓカーブ）を作成する（ステップ２００４）。次に、代表パターンについて形成されたＳカーブに基づいて、『標準ゼロシュリンク量（推定されるゼロ回値と１回目の測定値との差分）』を算出する（ステップ２００５）。次に、代表パターンのＣＤ1−ＣＤ2と、代表パターンに対して、パターンサイズが小なる複数のパターンのＣＤ1−ＣＤ2との差分（ΔＳ：ΔＳ1〜ΔＳn）を算出する（ステップ２００６）。ここまでが、シュリンク補正量の算出ステップであり、所定の記憶媒体に上記情報を記憶する。なお、上記順番はシュリンク補正量を求める手法の一例に過ぎず、標準ゼロシュリンク量とΔＳを別の順番で求めるようにしても良い。
【００４７】
次に、実際の測定対象パターンの測長を実行する（ステップ２００７）。次に、測定対象パターンの寸法値，標準ゼロシュリンク量、及びΔＳに基づいて、式（５）等に基づいて、シュリンク前の寸法値を演算する（ステップ２００８）。このようにして求められたシュリンク前寸法値を、所定の記憶媒体に記憶、及び図示しない表示装置に測長値（或いは推定値）として出力する（ステップ２００９）。
【００４８】
本実施例では、標準ゼロシュリンク量（２Ｓ(Ｓ)）と各パターンの寸法に依存したシュリンク量（ΔＳ）を実測値に加算することによって、トータルのシュリンク量を求める例を説明したが、その都度計算するのではなく、例えば、２Ｓ(Ｓ)＋ΔＳを予め各パターンの寸法（デザインサイズ、或いは実測値）毎に登録したテーブル、或いは関係式を用意しておき、測定された実測値（或いは測定対象パターンのデザインサイズ）に応じて、総シュリンク量をテーブルから読み出し、或いは関係式に基づいて演算を行うことによって、総シュリンク量を導出するようにしても良い。
【００４９】
以上のように、１回の測定（電子ビーム照射）によるシュリンクが大きく、フィッティングカーブによるゼロ回値の推定が困難なパターンであっても、予め標準ゼロシュリンク量やΔＳを求めておくことにより、ゼロ回値の正確な推定が可能となる。また、標準ゼロシュリンク量とΔＳを求めておけば、１回の測定でシュリンク前寸法の演算が可能となる。
【実施例２】
【００５０】
実施例１は、微細ラインパターンのシュリンク前寸法の推測方法であるが、微細ホールパターンのシュリンク前寸法値の推測方法にも有効である。
【００５１】
複数個のホールが密集したパターンでは、ホール間隔が近づくほど、微細ラインパターンと同様の現象が見られる。密集ホールパターンの場合、ホールとホールの間がレジスト領域になり、ホール間隔が近づくほど、レジスト領域が微細になる。よってホールパターンにおいては、ホール寸法でなく、ホール間隔でΔＳカーブを作成することができる。図６におけるＣＤ1，ＣＤ2はそれぞれ測定ホールと周辺ホールとの間隔測定結果となる。標準ゼロシュリンク量の算出方法は同じ方法で算出することができる。測定時のシュリンク前測長値推測シーケンスを図１０に示す。
【００５２】
ホール測長時に、同一画面内でホール測長とホール間隔測長を行いそれぞれの寸法値を記録する。ホール間隔をＣＤ1とし、式（３）よりゼロシュリンク量を推測することができる。ホール測長結果は、ホール測長結果ＣＤ2と上記ゼロシュリンク量よりシュリンク前寸法ＣＤ(０)を算出し、表示する。
【００５３】
同様に、スペース測定時もホール測定同様にスペースとスペースの間隔で推測することができる。この場合、スペース間隔をＣＤ1としてスペース測定結果をＣＤ2としてシュリンク前寸法を推測することができる。
【実施例３】
【００５４】
半導体パターンやフラットパネル等の転写に用いられるフォトマスクでは、パターン等の微細化に伴い、光近接効果（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）の影響によって設計データに忠実なレジストパターンを形成することが困難になりつつある。このような課題に対し、補助パターン（ＯＰＣパターン）を付加することによって、適正なパターン形成を実現する試みがなされている。このようなＯＰＣにおいては、実施例１，２のような一次元的な寸法測定だけではなく、二次元的な寸法測定に基づく形状評価の要求がある。このような形状評価に基づいて、マスクデザインの補正が行われる。このＯＰＣ測定では、ＳＥＭ像からパターン輪郭線を抽出し、輪郭線に基づいて二次元形状を評価したり、輪郭線に基づく露光シミュレーションによる形状評価を行うことが知られている。
【００５５】
二次元測定を要するようなパターンの場合、計測パターン形状や周辺パターンが複雑であり、シュリンク量がパターンやパターンの部位ごとに異なる場合がある。即ち、ゼロシュリンク量がパターンやパターンの部位毎に異なる場合がある。本実施例では、パターンやパターンの部位毎に異なるシュリンク量に依らず、パターンエッジの輪郭抽出を高精度に行い得る輪郭線抽出法を説明する。
【００５６】
図１１はＯＰＣパターンの一例である。Ｔ字型の部分がＡｒＦレジストで形成されたパターンを例に説明する。Ｔ字パターンのシュリンクは、図１１のポイントＡ，Ｂ，Ｃそれぞれにおいてレジストの線幅が異なるためにゼロシュリンク量が異なる。よって、輪郭線抽出のためのＳＥＭ像を取得すると、シュリンク量は、Ａ＞Ｂ＞Ｃの順で大きくなり、線幅の小さなＡはよりシュリンクし、線幅の大きいＣはシュリンクしにくくなる。このＳＥＭ像から輪郭線抽出を行うと、本来得られる輪郭線よりポイントＡではより内側へ入り込んだ輪郭線となってしまう。
【００５７】
また、図１２のようにホールパターンが並んだ場合も、同様に一様なシュリンクとならない。ホールパターンの場合、周辺がレジストとなるため周辺パターン密度によりシュリンクが異なる。
【００５８】
ホール上部は、レジストが広がっているのに対してホール側部は、別のホールが並んでいるためレジスト量が少なくなっている。よってゼロシュリンク量は水平方向に対して垂直方向が大きくなるためシュリンク後は、楕円形状のＳＥＭ像となり、本来と異なる輪郭線抽出となってしまう。
【００５９】
本実施例では、このようなＯＰＣパターンで正しい輪郭線へ補正する方法を示す。図１３にシーケンスを示す。輪郭線補正を行うためには、実施例１同様にラインパターンを用いたΔＳカーブを作成と標準ゼロシュリンク量の計測を行っておき、式（３）を取得しておく。次に輪郭線を抽出するためのＳＥＭ画像を取得し、パターンエッジに追従したエッジ点検出し輪郭線を抽出する。抽出した各エッジ点より、図１４のように、パターンに垂直方向でレジスト方向に対してエッジ検出を行い、レジスト幅ＣＤ1を計測する。次に各エッジ点のレジスト幅をＣＤ1として式（３）より寸法値を推測する。エッジが検出できない場合、レジスト量は無限にあると考えパターン形状，密度による影響を受けないと考え標準ゼロシュリンク量を補正値とする。なお、ΔＳは、両エッジの変化をシュリンクとしているため片側エッジ単体のゼロシュリンクは、ゼロシュリンクの半分の値となる。
【００６０】
次に取得したＳＥＭ像の倍率より補正量をピクセルへ変換し、現在のエッジ位置よりエッジ検出方向に対して、補正量の分だけエッジ位置をずらす。この補正を全エッジ点に行い、新たな輪郭線を表示する。これによりパターン形状と周辺パターンに依存せずシュリンク前の輪郭線を抽出することが可能となる。
【００６１】
図１９は、図１８の工程を経て形成された輪郭線（第２の輪郭線）に基づいて、シュリンク量を加味した輪郭線（第３の輪郭線）を形成する工程を説明する図である。まず、第２の輪郭線１９０１上の各点１９０２（画素）について、各線分に割り当てられた補正量を導出する（図１９（２））。各点が属する片の属性情報は、第２の輪郭線を形成したときに、レイアウトデータ１７０３に基づいて、予め第２の輪郭線１９０１上の各片に付加されているので、その情報を利用する。各片の補正量は、予め所定の記憶媒体に記憶しておき、各点１９０２の指定に基づいて、読み出されるようにする。本例の場合、最も長いパターン寸法１９０３の補正量１９０４が最も小さく、２番目に長いパターン寸法１９０５の補正量１９０６が２番目に小さい。また、パターン寸法１９０３，１９０５のより短い寸法１９０７の補正量１９０８は、３つの補正量の中で最も小さいものとなっている。上述したように、パターン寸法が小さい程、シュリンクが大きく発生する傾向にあるため、補正量もそのように登録しておく。各片の補正量は、近接するパターンの存在等によっても変化するため、少なくともパターン寸法と、他のパターンの位置の組み合わせ毎に登録しておき、輪郭線を形成するパターン部位の状況に応じて、適用するようにすると良い。
【００６２】
各点の補正量は、レイアウトデータ１７０３の各片の垂直方向の補正量を登録しておくことが望ましい。次に、補正によって位置調整された補正点１９０９を繋ぎ合わせるように、第３の輪郭線１９１０を形成する（図１９（３），（４））。輪郭線補正量は、輪郭線補正量記憶部１６１５に予め記憶しておき、必要に応じて読み出せるようにしておく。補正量は、同じ材質からなるパターンの各部位について実際に測定した結果から補正量を抽出するようにすると良い。
【００６３】
また、シュリンク量がある部分において一定と見なせる領域が存在するのであれば、片毎ではなくパターンの部位単位で補正量を登録しておくようにしても良い。
【００６４】
以上のような構成によれば、パターン、或いはパターンの部位毎にシュリンク量が異なるような場合であっても、高精度に輪郭線形成を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１５０１ 電子源
１５０２ 引出電極
１５０３ 電子ビーム
１５０４ コンデンサレンズ
１５０５ 走査偏向器
１５０６ 対物レンズ
１５０７ 試料室
１５０８ 試料台
１５０９ 試料
１５１０ 電子
１５１１ 二次電子
１５１２ 変換電極
１５１３ 検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン寸法測定装置及び輪郭線抽出装置に係り、特に、電子ビーム等の照射によってシュリンクするパターンであっても高精度に測定及び輪郭線形成を行い得るパターン寸法測定装置及び輪郭線抽出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトリソグラフィーでは、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ光に反応するフォトレジスト（以下「ＡｒＦレジスト」と呼ぶ）を用いて微細な回路パターンを加工している。このＡｒＦレジストには、電子線照射によりアクリル樹脂等が縮合反応をおこし体積が減少する現象が知られている（以下「シュリンク」と呼ぶ）。
【０００３】
特許文献１、及び特許文献２には、シュリンクを起こすパターンの実際の寸法値（即ち、シュリンク前の寸法値）を適正に求めるための手法として、測定回数とシュリンク量との関係を示すカーブを用意し、当該カーブを１回目以降の測定値にフィッティングすることによって、シュリンク前の寸法値（ゼロ回値）を推定する手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ０３／０２１１８６号公報（対応米国特許USP7,659,508）
【特許文献２】ＷＯ０３／０９８１４９号公報（対応米国特許USP7,285,777）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子顕微鏡を用いた加工パターンの観察や測長を行う場合、画像取得時の電子線照射により、シュリンクが生じ、本来の寸法測定が特定できない問題がある。特許文献１及び２には、計測点で連続して複数回画像取得し、寸法変化よりフィティングカーブを作成し、シュリンク前の寸法である本来の寸法を推定する方法である。しかし、現在の微細な回路パターンにおいては、シュリンクがパターン寸法に依存し、微細であるほど高速に反応することが発明者らの検討によって明らかになった。即ち、パターンの寸法によっては、単なるフィッティングカーブを用いた推定法では、高い測定精度を維持できない可能性のあることが分かった。
【０００６】
以下にパターンサイズに応じてシュリンクの程度が異なる場合であっても、適正に寸法測定、或いはパターンエッジの輪郭線抽出を行うことを目的とした、パターン寸法測定装置、及び輪郭線抽出装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための一態様として、以下に、試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置において、前記信号に基づいて得られる前記パターンの寸法値に、前記パターンの寸法に応じた補正量を加算することによって、前記パターン寸法値を補正する演算装置を備えたことを特徴とするパターン寸法測定装置を提案する。
【０００８】
また、上記目的を達成するための他の態様として、以下に、試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンエッジの輪郭線を抽出する輪郭線形成部を備えた輪郭線抽出装置において、当該輪郭線形成部は、前記信号に基づいて得られた輪郭線を構成する複数の片、或いは部位毎に登録された補正量に基づいて、前記輪郭線を構成する各点の位置を補正し、当該補正された点に基づいて、新たな輪郭線を形成することを特徴とする輪郭線抽出装置を提案する。
【発明の効果】
【０００９】
上記一態様によれば、パターンのサイズに応じて変化するシュリンク量に依らず、高精度にパターン寸法値を導出することが可能となる。また、上記他の態様によれば、複雑な形状を有するパターンであっても、シュリンク前の形状を正確に再現した輪郭線の抽出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電子ビーム照射によってシュリンクするパターンの測長値と測定回数との関係を示す図。
【図２】測長値と測定回数の関係を示すカーブ（シュリンクカーブ）に基づいて、シュリンク前の測長値を推定する例を説明する図。
【図３】微細パターンのシュリンクカーブの一例を説明する図。
【図４】微細パターンのシュリンクカーブに基づいて、シュリンク前の測長値を推定する例を説明する図。
【図５】微細パターンのシュリンク前寸法の推定値と、実際の寸法値との関係を説明する図。
【図６】ΔＳカーブ作成工程を説明するフローチャート。
【図７】ΔＳカーブを説明する説明図。
【図８】標準シュリンク量の算出工程を説明するフローチャート。
【図９】シュリンクカーブを用いた測長値推測工程を説明するフローチャート。
【図１０】ホールパターンの測長値推測工程を説明するフローチャート。
【図１１】ＯＰＣパターンのシュリンク例を説明する図。
【図１２】ＯＰＣパターンのシュリンク例を説明する図。
【図１３】シュリンク前輪郭線への補正工程を説明するフローチャート。
【図１４】レジスト幅の検索を説明する図。
【図１５】走査電子顕微鏡の概略説明図。
【図１６】走査電子顕微鏡の制御装置の概略説明図。
【図１７】輪郭線抽出法の一例を説明する図。
【図１８】輪郭線抽出工程を説明するフローチャート。
【図１９】シュリンク前輪郭線への補正法を説明する図。
【図２０】シュリンク前寸法値の推定工程を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて適正なシュリンクカーブを形成するための手法について説明する。図１５は、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）の一態様を説明する図である。
【００１２】
電子源１５０１から引出電極１５０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１５０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ１５０４によって、絞られた後に、走査偏向器１５０５により、試料１５０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム１５０３は試料台１５０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１５０６のレンズ作用によって集束されて試料１５０９上に照射される。
【００１３】
電子ビーム１５０３が試料１５０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１５１０が放出される。放出された電子１５１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１５１２に衝突し、二次電子１５１１を生じさせる。変換電極１５１２から放出された二次電子１５１１は、検出器１５１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１５１３の出力Ｉが変化する。この出力Ｉに応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１５０５への偏向信号と、検出器１５１３の出力Ｉとの同期をとることで、走査領域の画像を形成する。
【００１４】
なお、図１５の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
【００１５】
制御装置１５１４は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。
【００１６】
図１６は、走査電子顕微鏡の制御装置１５１４の詳細を説明する図である。制御装置１５１４内には、演算部１６０３と記憶部１６０２が内蔵されている。装置条件制御部１６０３は、装置条件記憶部１６１０に記憶されている装置条件（電子ビームの加速電圧，倍率（視野の大きさ），ビーム電流，各レンズの集束条件、及びパターン測定の際の測定条件等）に基づいて、制御信号を生成する。測定部１６０４では、ＳＥＭによって得られた検出信号に基づいて、パターン幅を測定する。測定部１６０４では、検出信号に基づいて、ラインプロファイルを形成し、当該ラインプロファイルのピーク幅に基づいて、所望のパターンの寸法値を測定する。測定部１６０４における測定結果は、測定結果記憶部１６１１に記憶される。Ｓカーブ形成部１６０５は、測定部１６０４にて得られた測定結果に基づいて、横軸を測定回数、縦軸を寸法値とするカーブ（Ｓカーブ）を形成する。形成されたＳカーブに関する情報は、測定結果記憶部１６１１に記憶される。測定値差分演算部１６０６では、異なる測定回数間の測定値の差分が計算される。その演算結果は、測定値差分記憶部１６１２に記憶される。寸法推定部１６０６では、Ｓカーブ形成部１６０５にて形成されたＳカーブに基づいて、電子ビームを照射する前のパターン寸法を推定する。具体的な手法については後述する。推定結果は、寸法推定結果記憶部１６１３に記憶される。
【００１７】
ΔＳカーブ形成部１６０８は、測定値差分演算部１６０６による演算結果を、横軸をパターンサイズ（或いは設計サイズ）、縦軸を測定値差分とするカーブ（ΔＳカーブ）を形成する。具体的な選択法については後述する。
【００１８】
輪郭線形成部１６０９は、ＳＥＭによって得られた画像に基づいて、輪郭線を形成する。図１７は、検出された電子に基づいて形成されるパターン画像から、輪郭線を抽出するための手法の一例を説明する図である。なお、この輪郭線抽出工程は、制御装置１５１４内で行うようにしても良いし、他の演算装置等で行うようにしても良い。輪郭線抽出には、図１８のフローチャートに例示するように、先ずＳＥＭ画像を形成する（ステップ１８０１）。次にＳＥＭ画像上のパターン１７０１のエッジ部分に相当するホワイトバンド１７０２から第１の輪郭線（図示せず）を抽出する（ステップ１８０２）。なお、この第１の輪郭線の抽出手法としては、ＳＥＭ像からビットマップデータで構成されたパターン像を抽出し、そのパターン像をベクトルデータで構成されたパターンデータに変換する方法が考えられる。
【００１９】
次に、形成された第１の輪郭線とレイアウトデータ１７０３とのベクトルデータ比較、或いはパターンマッチングによって、レイアウトデータ１７０３と第１の輪郭線との重ね合わせを行う（ステップ１８０３）。レイアウトデータ１７０３は、ＧＤＳフォーマット等で記憶された設計データの線分情報であり、データベース１６１４から読み出して適用する。このような重ね合わせを行った上で、輝度分布情報収集領域１７０４，１７０５を、第１の輪郭線の線分と垂直になるように設定し、輝度分布１７０６，１７０７を検出する（ステップ１８０４）。このように形成された輝度分布の所定の明るさを持つ画素を抽出しその位置を第２の輪郭線位置と定義することで、より正確な輪郭線の形成が可能となる（ステップ１８０５）。
【００２０】
なお、このような正確な輪郭線形成手法は、特開昭６０−１６９９７７号公報，特開平６−３２５１７６号公報，特開平８−１６１５０８号公報，特開平９−２０４５２９号公報等に記載された既存の手法の適用が可能である。
【００２１】
なお、上述のように第１の輪郭線とレイアウトデータと重ね合わせることによって、線分単位でレイアウトデータと第１の輪郭線との対応付けが可能となる。レイアウトデータが持つ各線分の線分情報を、輪郭線の各線分情報とすることによって、輪郭線データを設計データと同じ所定のフォーマットにて登録することが可能となる。
【実施例１】
【００２２】
上述のように、電子ビームを照射すると、体積が減少するパターンがある。例えば、ＡｒＦレジストに電子線を照射した場合の生じる体積の減少は、集束電子線のパターンへの加速電圧Ｖacc，電子線電流密度Ｉpd，ライン形状のパターンにおけるシュリンク量２Ｓ（片側のエッジでのシュリンク量をＳとした場合の両エッジでのシュリンク量）に基づいて、式（１）を用いて求めることができる。
【００２３】
２Ｓ＝Ｋ１・ＶaccK2・｛１−exp(−(Ｉpd0.5・ｎ／Ｋ３))｝ …（１）
ここで、２Ｓ：シュリンク量（両側）、Ｖacc：加速電圧（Ｖ）、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３：レジストによって決まるパラメータ、ｎ：測定回数である。
【００２４】
よって、同一点を繰り返し画像取得し測定した場合の寸法変化は、図１のような変化をすることになり、この寸法変化をシュリンクカーブと呼ぶ。シュリンクカーブを、上記式（１）に基づいて近似すると、図２のように１回目の測長前の寸法値を推測することができる。また、１回目の測長で生じるシュリンク量、つまりシュリンク前寸法と１回目の測長値の差分をゼロシュリンクと呼ぶ。
【００２５】
しかし、発明者の実験において、測定線幅が１００ｎｍ以下の微細なパターンにおいては、実際の計測結果が上記式（１）に従わなくなることが分かった。
【００２６】
図３は、微細なパターンを計測した場合のシュリンクカーブである。このカーブから式（１）にて推測されるゼロシュリンクは、図４のように非常に小さくなりシュリンクが生じないように見える。しかしながら本現象は、発明者の実験によりシュリンク速度が高速になり、図５のようにゼロシュリンクが大きいためにこのように見えることが分かった。また、本現象は、１００ｎｍ以下の微細パターンで顕著に現れ、上記式では、現在のプロセスパターンのゼロシュリンクを推測できず、シュリンク前の寸法値を推測することができない。
【００２７】
実験結果によると、寸法に依存してシュリンク速度が高速化しており、観察条件（加速電圧，電流密度）が同一の場合、ゼロシュリンク（ΔＳ）は測定寸法に依存し、以下の式（２）で表すことができる。
【００２８】
ΔＳ＝exp（−(ＣＤ0.5／Ｋ１)） …（２）
ここで、Ｋ１は、レジストの種類によって決まるパラメータである。本実施例では、線幅に依存せずシュリンク前の寸法値を推測する手順を示す。
【００２９】
本手法を用いて寸法の推測を行うために、使用するレジストと同一のレジストを用いてパターンニングをしたウェハを準備し、事前に線幅とシュリンク量の計測を行う。次に、事前測定結果より、近似曲線（ΔＳカーブ）とゼロシュリンク量を算出する。
【００３０】
シュリンク前寸法値を推測する計測を行う場合には、上記、ΔＳカーブと標準ゼロシュリンク量から補正値を算出し寸法値を推測する。以下に、手順を示す。
【００３１】
事前測定に必要となるものは、デザイン寸法を変化させたラインパターンである。例えば、５０ｎｍから１５０ｎｍまで１０ｎｍ刻みで寸法の変化させたラインパターンなどを準備する。ΔＳカーブ算出シーケンスを図６に示す。寸法変化したパターン各々をそれぞれ連続２回測定し、それぞれの１回目の測長結果をＣＤ1、２回目の測長結果をＣＤ2として測長値を記録する。
【００３２】
本実施例にて求めるΔＳカーブとは、１回目の測長値と２回目の測長値の差分を、異なるパターン寸法毎にプロットすることによって求められるものであり、ΔＳカーブを作成する手法としては、上述のように、ＣＤ1とＣＤ2に基づいて、ＣＤ1−ＣＤ2を演算し、ΔＳ(1-2)を求め、当該演算結果をプロットする。
【００３３】
計測後、パターン寸法ＣＤ1もしくは、デザインサイズとΔＳ(1-2)＝ＣＤ1−ＣＤ2より、式（２）に従いΔＳカーブ１を作成する。
【００３４】
この時、得られるΔＳカーブ１を図７に例示する。ここでＸ軸は、１回目の測長結果となっているが、デザインサイズでも良い。次に標準ゼロシュリンク量２Ｓ（Ｓ）を算出するための代表パターンを決定する。代表パターンの決定シーケンスを図８に示す。
【００３５】
標準ゼロシュリンク量を決定するための代表パターンは、式（１）でシュリンク量を推測できるほどの十分な大きさがなければならず、ΔＳカーブにおいて傾きがゼロになる寸法以上となる。また、経験上、１００ｎｍ以上のラインパターンであれば寸法によるゼロシュリンクの変化が現れないため、１００ｎｍ以上の任意の寸法値を持つパターンを、代表パターンとするようにしても良い。代表パターンの決定後、代表パターンを最低３回から通常５〜１０回の連続測定を行いそれぞれの寸法値を記録する。
【００３６】
記録した寸法値を用いて式（１）よりシュリンク前の測長値ＣＤ0を推測後、ＣＤ0−ＣＤ1の値を標準ゼロシュリンク量とする。測定に使用したパターンが、ΔＳカーブ取得ポイントと同様の場合、推測に用いる寸法値は、ＣＤ1，ＣＤ2にΔＳカーブ取得時の寸法値を用いる。
【００３７】
また、同一ウェハ面内より代表パターンと同じ寸法パターンを複数個測定しその平均値を用いて標準ゼロシュリンク量を算出しても良い。
【００３８】
次に、算出したΔＳカーブ１と標準ゼロシュリンク量より、シュリンク補正式（３）を算出し、記憶する。
ΔＳ1＝exp｛−(ＣＤ10.5／Ｋ１)｝＋２Ｓ …（３）
次に、上記式（３）を用いた、測定時のシュリンク前測長値推測シーケンス図９に示す。
【００３９】
測長後、得られた寸法値を元に、事前取得していた式（３）よりＣＤ1のゼロシュリンク量を算出し、表示することができる。これにより測定時は、１回の測長でシュリンク前の測長値を推測でき、最小限の電子線照射によるダメージに抑えることが可能となる。
【００４０】
本実施例では、代表パターンのシュリンクカーブを用いて、シュリンク前の寸法推定（計算）を行うために、４０ｎｍ近傍のパターンにおけるオーバーシュリンク量を補正値の一部として導出する。オーバーシュリンク量とは、測定対象パターン（例えば１回目の測定で大きなシュリンクを発生させる４０ｎｍ程度の幅を持つパターン）のシュリンク量と、代表パターンのシュリンク量との１回目の測定値と２回目の測定値の差分である。標準ゼロシュリンク量にオーバーシュリンク量を加算することによって、シュリンクが大きなパターンに対する補正量とする。
【００４１】
よって、式（４）を解くことによって、シュリンクが大きく発生する測定対象パターンのシュリンク量を推定することができる。
【００４２】
２Ｓ＝２Ｓ(Ｓ)＋ΔＳ …（４）
（２Ｓ(Ｓ)：代表パターンの標準シュリンク量、２Ｓ：測定対象パターンのシュリンク量、ΔＳ：測定対象パターンのオーバーシュリンク量）
式（５）のように、以上のようにして求められた２Ｓを、測定対象パターンの測定値に加算することによって、シュリンク前のパターン寸法を推定することが可能となる。
【００４３】
ＣＤｅ＝ＣＤｘ＋２Ｓ …（５）
（ＣＤｅ：シュリンク前のパターン寸法推定値、ＣＤｘ：パターン寸法測定値）
なお、ΔＳは、上述したように測定対象パターンの大きさによって変化するため、パターンの種類に応じて予め所定の記憶媒体に記憶しておき、演算時に読み出すようにすると良い。なお、ΔＳは、パターンの実寸法によって変化するため、測定対象パターンの設計データのサイズに応じてその値を読み出すようにすると良い。また、ΔＳとパターンサイズとの関係を示す近似曲線（関数）、或いはテーブルを予め作成しておき、当該関数とパターンのサイズに基づいて、ΔＳを導出するようにしても良い。
【００４４】
また、パターンの実測値（ＣＤ1（１回目の測定値））と、ΔＳ（或いは２Ｓ）との関係を、予め関数化、或いはテーブル化しておき、実際の測定時に得られた実測値に基づいて、ΔＳ（或いは２Ｓ）を導出するようにしても良い。
【００４５】
図２０は、微細なパターンのシュリンク補正量の算出工程と、当該補正量に基づいて測定値を補正することによって、シュリンク前のパターン寸法を推定する工程を説明するフローチャートである。
【００４６】
まず、複数のサイズのパターン（例えば、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの寸法幅を持つパターン）について、ＣＤ1（１回目の測長値）とＣＤ2（２回目の測長値）を測定する（ステップ２００１）。次に各サイズについてＣＤ1−ＣＤ2を演算し、横軸をパターンサイズ（設計サイズでも可）、縦軸をＣＤ1−ＣＤ2とするグラフ上にプロット（ΔＳカーブ１）を形成する（ステップ２００２）。次に、ΔＳカーブ１の傾きがゼロ、或いは傾きが所定値以下のポイントに相当するパターンサイズの選択（代表パターンの選択）を行う（ステップ２００３）。この代表パターンは、第１のパターンサイズを持つ。次に代表パターンに対するｎ回の測定に基づいて、シュリンクカーブ（Ｓカーブ）を作成する（ステップ２００４）。次に、代表パターンについて形成されたＳカーブに基づいて、『標準ゼロシュリンク量（推定されるゼロ回値と１回目の測定値との差分）』を算出する（ステップ２００５）。次に、代表パターンのＣＤ1−ＣＤ2と、代表パターンに対して、パターンサイズが小なる複数のパターンのＣＤ1−ＣＤ2との差分（ΔＳ：ΔＳ1〜ΔＳn）を算出する（ステップ２００６）。ここまでが、シュリンク補正量の算出ステップであり、所定の記憶媒体に上記情報を記憶する。なお、上記順番はシュリンク補正量を求める手法の一例に過ぎず、標準ゼロシュリンク量とΔＳを別の順番で求めるようにしても良い。
【００４７】
次に、実際の測定対象パターンの測長を実行する（ステップ２００７）。次に、測定対象パターンの寸法値，標準ゼロシュリンク量、及びΔＳに基づいて、式（５）等に基づいて、シュリンク前の寸法値を演算する（ステップ２００８）。このようにして求められたシュリンク前寸法値を、所定の記憶媒体に記憶、及び図示しない表示装置に測長値（或いは推定値）として出力する（ステップ２００９）。
【００４８】
本実施例では、標準ゼロシュリンク量（２Ｓ(Ｓ)）と各パターンの寸法に依存したシュリンク量（ΔＳ）を実測値に加算することによって、トータルのシュリンク量を求める例を説明したが、その都度計算するのではなく、例えば、２Ｓ(Ｓ)＋ΔＳを予め各パターンの寸法（デザインサイズ、或いは実測値）毎に登録したテーブル、或いは関係式を用意しておき、測定された実測値（或いは測定対象パターンのデザインサイズ）に応じて、総シュリンク量をテーブルから読み出し、或いは関係式に基づいて演算を行うことによって、総シュリンク量を導出するようにしても良い。
【００４９】
以上のように、１回の測定（電子ビーム照射）によるシュリンクが大きく、フィッティングカーブによるゼロ回値の推定が困難なパターンであっても、予め標準ゼロシュリンク量やΔＳを求めておくことにより、ゼロ回値の正確な推定が可能となる。また、標準ゼロシュリンク量とΔＳを求めておけば、１回の測定でシュリンク前寸法の演算が可能となる。
【実施例２】
【００５０】
実施例１は、微細ラインパターンのシュリンク前寸法の推測方法であるが、微細ホールパターンのシュリンク前寸法値の推測方法にも有効である。
【００５１】
複数個のホールが密集したパターンでは、ホール間隔が近づくほど、微細ラインパターンと同様の現象が見られる。密集ホールパターンの場合、ホールとホールの間がレジスト領域になり、ホール間隔が近づくほど、レジスト領域が微細になる。よってホールパターンにおいては、ホール寸法でなく、ホール間隔でΔＳカーブを作成することができる。図６におけるＣＤ1，ＣＤ2はそれぞれ測定ホールと周辺ホールとの間隔測定結果となる。標準ゼロシュリンク量の算出方法は同じ方法で算出することができる。測定時のシュリンク前測長値推測シーケンスを図１０に示す。
【００５２】
ホール測長時に、同一画面内でホール測長とホール間隔測長を行いそれぞれの寸法値を記録する。ホール間隔をＣＤ1とし、式（３）よりゼロシュリンク量を推測することができる。ホール測長結果は、ホール測長結果ＣＤ2と上記ゼロシュリンク量よりシュリンク前寸法ＣＤ(０)を算出し、表示する。
【００５３】
同様に、スペース測定時もホール測定同様にスペースとスペースの間隔で推測することができる。この場合、スペース間隔をＣＤ1としてスペース測定結果をＣＤ2としてシュリンク前寸法を推測することができる。
【実施例３】
【００５４】
半導体パターンやフラットパネル等の転写に用いられるフォトマスクでは、パターン等の微細化に伴い、光近接効果（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）の影響によって設計データに忠実なレジストパターンを形成することが困難になりつつある。このような課題に対し、補助パターン（ＯＰＣパターン）を付加することによって、適正なパターン形成を実現する試みがなされている。このようなＯＰＣにおいては、実施例１，２のような一次元的な寸法測定だけではなく、二次元的な寸法測定に基づく形状評価の要求がある。このような形状評価に基づいて、マスクデザインの補正が行われる。このＯＰＣ測定では、ＳＥＭ像からパターン輪郭線を抽出し、輪郭線に基づいて二次元形状を評価したり、輪郭線に基づく露光シミュレーションによる形状評価を行うことが知られている。
【００５５】
二次元測定を要するようなパターンの場合、計測パターン形状や周辺パターンが複雑であり、シュリンク量がパターンやパターンの部位ごとに異なる場合がある。即ち、ゼロシュリンク量がパターンやパターンの部位毎に異なる場合がある。本実施例では、パターンやパターンの部位毎に異なるシュリンク量に依らず、パターンエッジの輪郭抽出を高精度に行い得る輪郭線抽出法を説明する。
【００５６】
図１１はＯＰＣパターンの一例である。Ｔ字型の部分がＡｒＦレジストで形成されたパターンを例に説明する。Ｔ字パターンのシュリンクは、図１１のポイントＡ，Ｂ，Ｃそれぞれにおいてレジストの線幅が異なるためにゼロシュリンク量が異なる。よって、輪郭線抽出のためのＳＥＭ像を取得すると、シュリンク量は、Ａ＞Ｂ＞Ｃの順で大きくなり、線幅の小さなＡはよりシュリンクし、線幅の大きいＣはシュリンクしにくくなる。このＳＥＭ像から輪郭線抽出を行うと、本来得られる輪郭線よりポイントＡではより内側へ入り込んだ輪郭線となってしまう。
【００５７】
また、図１２のようにホールパターンが並んだ場合も、同様に一様なシュリンクとならない。ホールパターンの場合、周辺がレジストとなるため周辺パターン密度によりシュリンクが異なる。
【００５８】
ホール上部は、レジストが広がっているのに対してホール側部は、別のホールが並んでいるためレジスト量が少なくなっている。よってゼロシュリンク量は水平方向に対して垂直方向が大きくなるためシュリンク後は、楕円形状のＳＥＭ像となり、本来と異なる輪郭線抽出となってしまう。
【００５９】
本実施例では、このようなＯＰＣパターンで正しい輪郭線へ補正する方法を示す。図１３にシーケンスを示す。輪郭線補正を行うためには、実施例１同様にラインパターンを用いたΔＳカーブを作成と標準ゼロシュリンク量の計測を行っておき、式（３）を取得しておく。次に輪郭線を抽出するためのＳＥＭ画像を取得し、パターンエッジに追従したエッジ点検出し輪郭線を抽出する。抽出した各エッジ点より、図１４のように、パターンに垂直方向でレジスト方向に対してエッジ検出を行い、レジスト幅ＣＤ1を計測する。次に各エッジ点のレジスト幅をＣＤ1として式（３）より寸法値を推測する。エッジが検出できない場合、レジスト量は無限にあると考えパターン形状，密度による影響を受けないと考え標準ゼロシュリンク量を補正値とする。なお、ΔＳは、両エッジの変化をシュリンクとしているため片側エッジ単体のゼロシュリンクは、ゼロシュリンクの半分の値となる。
【００６０】
次に取得したＳＥＭ像の倍率より補正量をピクセルへ変換し、現在のエッジ位置よりエッジ検出方向に対して、補正量の分だけエッジ位置をずらす。この補正を全エッジ点に行い、新たな輪郭線を表示する。これによりパターン形状と周辺パターンに依存せずシュリンク前の輪郭線を抽出することが可能となる。
【００６１】
図１９は、図１８の工程を経て形成された輪郭線（第２の輪郭線）に基づいて、シュリンク量を加味した輪郭線（第３の輪郭線）を形成する工程を説明する図である。まず、第２の輪郭線１９０１上の各点１９０２（画素）について、各線分に割り当てられた補正量を導出する（図１９（２））。各点が属する片の属性情報は、第２の輪郭線を形成したときに、レイアウトデータ１７０３に基づいて、予め第２の輪郭線１９０１上の各片に付加されているので、その情報を利用する。各片の補正量は、予め所定の記憶媒体に記憶しておき、各点１９０２の指定に基づいて、読み出されるようにする。本例の場合、最も長いパターン寸法１９０３の補正量１９０４が最も小さく、２番目に長いパターン寸法１９０５の補正量１９０６が２番目に小さい。また、パターン寸法１９０３，１９０５のより短い寸法１９０７の補正量１９０８は、３つの補正量の中で最も小さいものとなっている。上述したように、パターン寸法が小さい程、シュリンクが大きく発生する傾向にあるため、補正量もそのように登録しておく。各片の補正量は、近接するパターンの存在等によっても変化するため、少なくともパターン寸法と、他のパターンの位置の組み合わせ毎に登録しておき、輪郭線を形成するパターン部位の状況に応じて、適用するようにすると良い。
【００６２】
各点の補正量は、レイアウトデータ１７０３の各片の垂直方向の補正量を登録しておくことが望ましい。次に、補正によって位置調整された補正点１９０９を繋ぎ合わせるように、第３の輪郭線１９１０を形成する（図１９（３），（４））。輪郭線補正量は、輪郭線補正量記憶部１６１５に予め記憶しておき、必要に応じて読み出せるようにしておく。補正量は、同じ材質からなるパターンの各部位について実際に測定した結果から補正量を抽出するようにすると良い。
【００６３】
また、シュリンク量がある部分において一定と見なせる領域が存在するのであれば、片毎ではなくパターンの部位単位で補正量を登録しておくようにしても良い。
【００６４】
以上のような構成によれば、パターン、或いはパターンの部位毎にシュリンク量が異なるような場合であっても、高精度に輪郭線形成を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１５０１ 電子源
１５０２ 引出電極
１５０３ 電子ビーム
１５０４ コンデンサレンズ
１５０５ 走査偏向器
１５０６ 対物レンズ
１５０７ 試料室
１５０８ 試料台
１５０９ 試料
１５１０ 電子
１５１１ 二次電子
１５１２ 変換電極
１５１３ 検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置において、
前記信号に基づいて得られる前記パターンの寸法値に、前記パターンの寸法に応じた補正量を加算することによって、前記パターン寸法値を補正する演算装置を備えたことを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記演算装置は、第１のサイズのパターンに電子ビームを照射したときの第１のシュリンク量に基づく補正量、或いは当該第１のシュリンク量に、当該第１のサイズより小さなパターンのサイズに応じて記憶された第２のシュリンク量を加算した補正量を用いて、前記パターンの寸法値を補正することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記演算装置は、前記第１のサイズのパターンの第１回目の電子ビーム照射による測定値と第２回目の電子ビーム照射による測定値の差分と、前記第２のサイズのパターンの第１回目の電子ビーム照射による測定値と第２回目の電子ビーム照射による測定値の差分との差異に基づいて、前記補正量を算出することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記演算装置は、前記第１のサイズのパターンに対する複数回の測定に基づいて、測定回数に対するシュリンク量を示すシュリンクカーブを形成し、当該シュリンクカーブに基づいて、当該第１のサイズのパターンの電子ビーム照射前の寸法値を演算することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記演算装置は、前記第１のサイズのパターンの電子ビーム照射前の寸法値と、第１回目の電子ビーム照射による測定値との差分に基づいて、前記補正量を演算することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記演算装置は、前記試料上に形成されたパターンに対する第１回目の電子ビーム照射による寸法値に、前記補正量を加算することによって、前記パターン寸法値を補正することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項７】
試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンエッジの輪郭線を抽出する輪郭線形成部を備えた輪郭線抽出装置において、
当該輪郭線形成部は、前記信号に基づいて得られた輪郭線を構成する複数の片、或いは部位毎に登録された補正量に基づいて、前記輪郭線を構成する各点の位置を補正し、当該補正された点に基づいて、新たな輪郭線を形成することを特徴とする輪郭線抽出装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記輪郭線形成部は、前記信号に基づいて形成される画像のエッジ部を細線化することによって、前記輪郭線を抽出することを特徴とする輪郭線抽出装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記補正量は、前記試料に対する電子ビームの照射によって発生するシュリンク量に基づいて得られるものであることを特徴とする輪郭線抽出装置。
【請求項１０】
請求項７において、
前記補正量は、前記片によって形成されるパターンの幅が小さい程、大きくなることを特徴とする輪郭線抽出装置。
【請求項１】
試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置において、
前記信号に基づいて得られる前記パターンの寸法値に、前記パターンの寸法に応じた補正量を加算することによって、前記パターン寸法値を補正する演算装置を備えたことを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記演算装置は、第１のサイズのパターンに電子ビームを照射したときの第１のシュリンク量に基づく補正量、或いは当該第１のシュリンク量に、当該第１のサイズより小さなパターンのサイズに応じて記憶された第２のシュリンク量を加算した補正量を用いて、前記パターンの寸法値を補正することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記演算装置は、前記第１のサイズのパターンの第１回目の電子ビーム照射による測定値と第２回目の電子ビーム照射による測定値の差分と、前記第２のサイズのパターンの第１回目の電子ビーム照射による測定値と第２回目の電子ビーム照射による測定値の差分との差異に基づいて、前記補正量を算出することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記演算装置は、前記第１のサイズのパターンに対する複数回の測定に基づいて、測定回数に対するシュリンク量を示すシュリンクカーブを形成し、当該シュリンクカーブに基づいて、当該第１のサイズのパターンの電子ビーム照射前の寸法値を演算することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記演算装置は、前記第１のサイズのパターンの電子ビーム照射前の寸法値と、第１回目の電子ビーム照射による測定値との差分に基づいて、前記補正量を演算することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記演算装置は、前記試料上に形成されたパターンに対する第１回目の電子ビーム照射による寸法値に、前記補正量を加算することによって、前記パターン寸法値を補正することを特徴とするパターン寸法測定装置。
【請求項７】
試料に電子ビームを走査することによって得られる信号に基づいて、前記試料上に形成されたパターンエッジの輪郭線を抽出する輪郭線形成部を備えた輪郭線抽出装置において、
当該輪郭線形成部は、前記信号に基づいて得られた輪郭線を構成する複数の片、或いは部位毎に登録された補正量に基づいて、前記輪郭線を構成する各点の位置を補正し、当該補正された点に基づいて、新たな輪郭線を形成することを特徴とする輪郭線抽出装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記輪郭線形成部は、前記信号に基づいて形成される画像のエッジ部を細線化することによって、前記輪郭線を抽出することを特徴とする輪郭線抽出装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記補正量は、前記試料に対する電子ビームの照射によって発生するシュリンク量に基づいて得られるものであることを特徴とする輪郭線抽出装置。
【請求項１０】
請求項７において、
前記補正量は、前記片によって形成されるパターンの幅が小さい程、大きくなることを特徴とする輪郭線抽出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−２７６５（Ｐ２０１２−２７６５Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４００５７（Ｐ２０１０−１４００５７）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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