説明

パターン寸法算出方法、画像解析方法及び装置

【課題】輪郭線の任意の局所的な位置や特定の部位におけるパターン寸法の算出が容易にでき、また、輪郭線パターンの代表寸法値を精度良く求めることができる画像データ解析を実現する。
【解決手段】検査対象パターンの画像データから得られる輪郭データから、検査対象パターンの対象寸法値を求めるパターン寸法算出方法を開示する。このパターン寸法算出方法では、画像処理部が、対象検査パターンの輪郭データと測長用矩形データとの重なり領域を算出し、重なり領域の面積から対象寸法値を算出する。算出された対象寸法値は画像データ及び輪郭データの少なくとも1つと共に表示部に表示されるようにしても良い。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はパターン寸法算出方法、画像解析方法及び装置に関し、例えば、電子顕微鏡の撮像画像から抽出したパターンの輪郭線から寸法計測値を算出する方法、その寸法計測値を評価する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来からCAD(Computer Aided Design) データや露光シミュレーションデータを用いて、半導体集積回路上のパターンを計測することが知られている。CADデータや露光シミュレーションデータは、半導体素子が本来あるべき理想的な形状を示すものであるため、実際に形成されたパターンを比較することによって、半導体製造プロセスの評価が可能である。
【0003】
その一方で、半導体素子の微細化に伴いパターンを理想的な形状に形成することが困難になっている。その為、露光シミュレーションなどのリソグラフィー・アウェアー・ツール(Lithography Aware Tool)を用い、半導体製造の条件を設計段階から考慮することの重要性が増している。リソグラフィー・アウェアー・ツールには実際に形成された半導体パターンの寸法や形状のデータを入力する必要があり、より多くの計測項目且つ高精度なデータを入力する要求が高まっている。半導体パターンの寸法や形状データは、走査電子顕微鏡で撮像した画像のパターンから算出される。
【0004】
また、従来、半導体パターンの形状を評価する為の基本的な寸法は、パターンの長さやホールの半径などの代表値である。これは測長走査電子顕微鏡により撮像した画像のパターンから算出している。リソグラフィー・アウェアー・ツールにおいて、パターンの形状を評価及び、露光シミュレーションなどの製造に関するシミュレーションのため、より多項目に亘る計測データを入力する要求が高まっており、測長走査電子顕微鏡などで撮像したパターンから高精度な輪郭データを抽出し、リソグラフィー・アウェアー・ツールに入力することが行われつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002−229179号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、リソグラフィー・アウェアー・ツールにおいて、パターンの長さやホールの半径などの代表値に代えて輪郭データを入力した際には様々な問題がある。
【0007】
例えば、輪郭線から局所的なパターン寸法を算出する場合、算出する為の設定項目が多く、また、精度が不足してしまう。従って、輪郭線から任意の局所的な位置においてパターン寸法算出が望まれる場合に対応できないという問題がある。
【0008】
また、リソグラフィー・アウェアー・ツールでは、撮像されたパターン全体の輪郭線ではなく、輪郭線の特定部分だけを必要とすることがあるが、輪郭線全体から局所領域を切り出すことが困難という問題がある。
【0009】
さらに、精度の高い輪郭線を作成する為には、従来の計測器で計測した寸法値と比較し、評価することが必要であるが、輪郭線(2次元的なデータ:どの部分の寸法を代表値とすればいいか特定が困難)と長さなどの寸法値とでは、比較や評価が困難であるという問題がある。
【0010】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、輪郭線の任意の局所的な位置や特定の部位におけるパターン寸法の算出が容易にでき、また、輪郭線パターンの代表寸法値を精度良く求めることができる画像データ解析を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明は、検査対象パターンの画像データから得られる輪郭データから、検査対象パターンの対象寸法値を求めるパターン寸法算出方法を開示する。このパターン寸法算出方法では、画像処理部が、対象検査パターンの輪郭データと測長用矩形データとの重なり領域を算出し、重なり領域の面積から対象寸法値を算出する。より具体的には、画像処理部は、重なり領域を複数の台形領域に分割し(図2参照)、各台形領域の面積の総和から重なり領域の面積を算出し、重なり領域の面積を測長用矩形データであって輪郭データと交差しない辺(図2では測長Boxの縦の辺となっている。輪郭データが図2のように縦ではなく横に伸びている場合には測長Boxの横の辺となる。)の寸法で除算することにより、対象寸法値を算出する。なお、算出された対象寸法値は画像データ及び輪郭データの少なくとも1つと共に表示部に表示されるようにしても良い。
【0012】
また、本発明は、検査対象パターンの画像データを解析する画像データ解析装置及び方法を開示する。この画像データ解析装置及び方法では、画像処理部が、画像データを実際に測定して取得した測長値と、画像データから得られる輪郭データから算出した対象寸法値とを比較し、比較結果を表示部に表示する。対象寸法値の算出方法については、上述の通りである。さらに、画像処理部は、測長値と対象寸法値との寸法差が所定範囲内にある場合に、対象寸法値を寸法代表値として使用可能と判断し、判断結果を表示部に表示する。
【0013】
さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、輪郭線の任意の局所的な位置や特定の部位におけるパターン寸法の算出が容易にでき、また、輪郭線パターンの代表寸法値を精度良く求めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】測長走査電子顕微鏡の構成概要を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施形態による輪郭線の寸法算出方法を示す図である。
【図3】本発明の実施形態による測長値と輪郭線の寸法を比較する方法を示す図である。
【図4】輪郭線寸法値算出処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図5】実際の測長値と輪郭線の計算値とを比較する処理を説明するためのフローチャートである。
【図6】本発明の実施例である輪郭線の寸法算出方法を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明は、電子顕微鏡画像の輪郭線パターンの寸法値(代表値或いは平均値)を容易かつ精度良く求める方法を開示するものである。
【0017】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【0018】
<画像データ解析装置の構成>
図1は、本発明の実施形態による画像データ解析装置の概略構成を示すブロック図である。図1においては、電子顕微鏡101が画像データ解析装置100の一部の構成に含まれているが、これに限られず、電子顕微鏡装置で別途取得した画像データを入力して解析するような構成であってもよい。
【0019】
本実施形態による画像データ解析装置100は、走査型電子顕微鏡101と、設計データ格納部112と、制御システム110と、画像処理プロセッサ109と、表示装置111と、を備えている。
【0020】
図1において、電子顕微鏡101内の、電子銃102から発せられた電子線103が電子レンズ113によって収束され、試料105に照射される。電子線照射によって、試料105表面から発生する二次電子114、或いは反射電子の強度が電子検出器106によって検出され、増幅器107で増幅される。電子線103の照射位置を移動させる偏向器104は、制御システム110の制御信号108に応答して電子線103を試料105表面上でラスタ走査させる。画像処理プロセッサ109は、増幅器107から出力される信号をAD変換し、デジタル画像データを作る。また、表示装置111は、画像データを表示する装置である。
【0021】
CADデータ等の半導体チップの設計データ112において、検査すべき領域を任意に指定することが可能である。また、試料台制御装置116は、電子線103に対して試料台115を移動させることが可能である。表示装置111は、試料105を撮像した電子顕微鏡画像118及び画像処理プロセッサ109で撮像画像から抽出した輪郭線117を表示することが可能である。
【0022】
画像処理プロセッサ109は、電子顕微鏡画像118より電子顕微鏡画像パターン寸法値120を算出すること、輪郭線117より輪郭線パターン平均寸法値119を算出することが可能である。なお、輪郭線パターンは、顕微鏡画像(SEM画像)に対して、例えばソーベルフィルタ等のエッジ強調フィルタを掛けることにより抽出することができる。輪郭線(エッジ)パターン抽出の詳細については、例えば、特開2001−338304号公報や特開2002−31525号公報等に記載されている。
【0023】
表示装置111は電子顕微鏡画像パターン寸法値120と輪郭線パターン平均寸法値119との比較結果121を表示することが可能である。比較結果については後述するが、例えば、電子顕微鏡画像パターン平均寸法値120と輪郭線パターン平均寸法値119の差である。
【0024】
制御システム110は、設計データ112及び検査すべき領域の情報を用いて半導体ウェーハの撮影や検査の為の制御、また、画像処理プロセッサ109への通信を行う。電子顕微鏡101、画像処理プロセッサ109、制御システム110、表示装置111、設計データ112を格納する装置から構成されるシステムはデータを交換する為の通信手段を有している。
【0025】
<輪郭線平均(代表)寸法値の算出>
図2は、測長走査電子顕微鏡で撮像された画像から抽出したラインパターン輪郭線202のデータに基づいてラインパターン輪郭線平均寸法値119を算出する方法(概念)を示す図である。
【0026】
輪郭線データ201は、測長走査電子顕微鏡で撮像した画像の所定範囲内におけるパターンの輪郭線を示しており、その中にラインパターン輪郭線202が含まれている。図2では斜線部で示した領域がラインパターン輪郭線202に囲まれた領域である。ラインパターン輪郭線の抽出は前述の通り、従来から行われており、画像処理による微分フィルタ演算の後、画像二値化、細線化処理などを用いて抽出することが可能である。また、抽出した輪郭線はGDSIIなどのCADツールに読み込み可能なデータ形式に変換することも可能である。
【0027】
リソグラフィー・アウェアー・ツールなどの解析ツールでデータ解析を行う場合、ラインパターン輪郭線202の横方向の幅を求める必要がある。目的により特定の領域の幅を求めることが必要な場合がある。測長走査電子顕微鏡でライン幅を求める場合、測長Boxという特定範囲内の幅を画像より算出している。測長Box203は測長走査電子顕微鏡で撮像した画像上の測長Boxを、輪郭線データ201上に変換したものである。ここで、測長Box203は長方形である。また、測長Box高さ204は測長Boxの縦方向の長さである。
【0028】
ラインパターン輪郭線202と測長Box203を重ねた場合、重なり領域231が求められる。重なり領域231は交点206・207・208・209及び、ラインパターン輪郭線202の頂点210・211・212・213を頂点とする閉多角形であり、図では斜線部の領域である。この図形の面積を求める為、補助線205を作成する。ここで、補助線205は長方形の上下の辺に垂直とする。補助線205にラインパターン輪郭線202の頂点210・211・212・213から垂線を下ろすことで重なり領域231は6個の台形領域215・216・217・218・219・220に分割することが可能である。台形領域215の面積は、台形上底長さ221・台形下底長さ222・台形高さ223及び、式224にて算出が可能である。ここで、台形上底長さ221は頂点206と補助線205の距離、台形下底長さ222は頂点210と補助線205の距離、台形高さ223は両垂線間の距離であり座標演算により算出が可能である。6個の台形領域215・216・217・218・219・220は同様の方法で面積が算出可能である。従って重なり領域231の面積は式225により、6個の台形領域215・216・217・218・219・220の面積の総和を求めることで算出が可能である。重なり領域231面積と測長Box高さ204、及び式227により測長Box内平均長さ228が算出可能である。本手法は輪郭線の局所領域の寸法を精度よく算出する手法である。
【0029】
以上の処理をフローチャートで示すと図4のようになる。まず、画像処理プロセッサ109は、電子線のスキャン範囲内における電子顕微鏡画像118を取得する(ステップS401)。また、画像処理プロセッサ109は、ステップS401で取得した電子顕微鏡画像118に基づいて、上述した方法によって輪郭データ201を取得する(ステップS402)。さらに、画像処理プロセッサ109は、ステップS402において取得した輪郭線データ201上に測長Box203を配置する(ステップS403)。
【0030】
続いて、画像処理プロセッサ109は、測長Box203と輪郭線データ201のラインパターン輪郭線202で囲まれた領域231を複数の台形領域215乃至220に分割する(ステップS404)。また、画像処理プロセッサ109は、各台形領域215乃至220の面積を、式224(図2参照)を用いて算出する(ステップS405)。そして、画像処理プロセッサ109は、式225を用いて各台形領域の面積の総和を求める(ステップS406)。さらに、画像処理プロセッサ109は、式227を用いて輪郭線パターン平均値119を算出し、図示しないメモリに格納する(ステップS407)。
【0031】
<輪郭線寸法差を算出する方法>
図3は、走査電子顕微鏡(測長SEM)の撮像画像301から算出する測長値315と輪郭線データ316から算出する寸法値320の輪郭線寸法差321を算出する方法(概念)を説明するための図である。
【0032】
測長走査電子顕微鏡の撮像画像301から算出する測長値315を算出する手法は既存の手法である。ラインパターン302が撮像画像301にあり、測長Box303を設定し、内部のラインパターンの幅を算出する。
【0033】
測長値315を求める方法として、例えば、測長Box303を複数個に縦に分割し、その平均をとる方法がある。図3では5個に分割する例が示されている。測長走査電子顕微鏡で撮像される画像はノイズが存在する為、1pixの画像プロファイル306はノイズが多く、安定したライン幅の算出が困難である。その為、複数のピクセルのラインプロファイルを積算し、積算プロファイル307のようにS/Nを向上したラインプロファイルを作成する。さらに、積算プロファイル307に対して平滑化処理を行い、ラインプロファイル308のピークの最大値の50%などの場所の距離をライン幅にする手法などがある。
【0034】
さらに、この方法により算出したライン幅310・311・312・313・314の平均をとり、測長Box303に対する測長値315が算出される。この手法は既存の手法においても複数種類が存在する。また、輪郭線の抽出方法も様々な手法が存在する。測長のライン幅の算出方法及び輪郭線の抽出方法の両者にはそれぞれ複数種類の方法が存在し、種類によりライン幅・輪郭線の位置が異なる。
【0035】
しかしながら、前述のように両者の差をできるだけ小さくする必要がある場合がある。その為、図2の手法により測長Box内平均長さ119を算出し、測長値315と比較する必要がある。輪郭線データ316は撮像画像301から抽出したものである。また、ラインパターン輪郭線317はラインパターン302の輪郭線である。測長Box318は測長Box303を輪郭線データ316の座標上に変換したものである。ラインパターン輪郭線317の測長Box318内の測長Box内平均長さ320は図2の手法により算出が可能である。また、式321により、従来の手法による測長値315を基準に輪郭線の位置の確認が可能な輪郭線寸法差が算出可能である。そして、寸法差が所定の範囲内(例えば、1%以内の誤差)である場合に、平均長さ320は代表寸法値として用いることができると評価することが出来るようになる。
【0036】
以上の処理をフローチャートで示すと図5のようになる。まず、画像処理プロセッサ109は、電子線のスキャン範囲内における電子顕微鏡画像301を取得する(ステップS501)。また、画像プロセッサ109は、測長範囲を確定するように電子顕微鏡画像301上に測長Box310を設定する(ステップS502)。さらに、画像処理プロセッサ109は、測長Box310を所定幅間隔で縦に複数領域305に分割する(ステップS503)。
【0037】
画像処理プロセッサ109は、ステップS503で得られた各領域について、ラインプロファイル306を取得し(ステップS504)、さらにそのラインプロファイルを積算して積算したラインプロファイル307を取得する(ステップS505)。続いて、画像処理プロセッサ109は、積算ラインプロファイル307に平滑化処理を施す(ステップS506)。
【0038】
さらに、画像処理プロセッサ109は、各領域において、平滑化した積算ラインプロファイル308から測長値(ライン幅)309を取得し(ステップS507)、各領域の測長値310乃至314のライン幅平均値を算出する(ステップS508)。なお、ライン幅309は、例えば、エッジ部分を示すプロファイルの各極大値の半値幅を測定することにより得られるものである。
【0039】
また、画像処理プロセッサ109は、ステップS508で得られたライン幅平均値を電子顕微鏡画像パターン寸法値とし、これと図4の処理で求めた輪郭線パターン平均寸法値との差を算出する(ステップS509)。そして、画像処理プロセッサ109は、この寸法差が所定値A%以下であるかを判断し(ステップS510)、所定値A%以下であれば当該輪郭線パターン平均寸法値を代表寸法値として用いることができると判定し(ステップS511)、所定値A%より大きい場合には当該輪郭線パターン平均寸法値を代表寸法値として用いることができないと判定する(ステップS512)。代表寸法値として用いることができないと判定された輪郭線パターン平均寸法値はメモリから消去される。この場合、測定位置を変えて再度図4の処理を実行して輪郭線パターン平均寸法値を算出するようにしてもよい。
【0040】
<まとめ>
本実施形態では、検査対象パターンの画像データ(電子顕微鏡画像)から輪郭データを取得し、その輪郭データから検査対象パターンの対象寸法値を求めている。つまり、画像処理プロセッサが、重なり領域を複数の台形領域に分割し(図2参照)、各台形領域の面積の総和から重なり領域の面積を算出し、重なり領域の面積を測長Boxあって輪郭データと交差しない辺(図2では測長Boxの縦の辺となっている。輪郭データが図2のように縦ではなく横に伸びている場合には測長Boxの横の辺となる。)の寸法で除算することにより、対象寸法値を算出する。このような演算を実行することにより、局所的な平均寸法値を簡単に、かつ精度良く求めることができる。
【0041】
また、本実施形態では、画像処理プロセッサが、画像データを実際に測定して取得した測長値と、画像データから得られる輪郭データから算出した対象寸法値とを比較し、比較結果を表示部に表示する。これにより、ユーザは輪郭データからの対象寸法値が指標として使えるか否か判断することができるようになる。また、1つのシステムで従来手法による測長値と輪郭線からの寸法値とを比較することができる。また、測長値と対象寸法値との寸法差が所定範囲内にある場合に、対象寸法値を寸法代表値として使用可能と判断し、判断結果を表示部に表示するようにしてもよい。これによれば、ユーザがわざわざ使用可能の是非を判断する必要はなくなる。
【0042】
なお、本発明は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。
【0043】
また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。
【0044】
また、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD-RW、CD-R等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【0045】
101・・・走査型電子顕微鏡(測長SEM)
109・・・画像処理プロセッサ
110・・・制御システム
111・・・表示装置
112・・・設計データ格納部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
検査対象パターンの画像データから得られる輪郭データから、前記検査対象パターンの対象寸法値を求めるパターン寸法算出方法であって、
画像処理部が、前記対象検査パターンの前記輪郭データと測長用矩形データとの重なり領域を算出し、前記重なり領域の面積から前記対象寸法値を算出することを特徴とするパターン寸法算出方法。
【請求項2】
前記画像処理部は、前記重なり領域を複数の台形領域に分割し、各台形領域の面積の総和から前記重なり領域の面積を算出し、前記重なり領域の面積を前記測長用矩形データであって前記輪郭データと交差しない辺の寸法で除算することにより、前記対象寸法値を算出することを特徴とする請求項1に記載のパターン寸法算出方法。
【請求項3】
前記画像処理部は、前記対象寸法値を前記画像データ及び前記輪郭データの少なくとも1つと共に表示部に表示することを特徴とする請求項2に記載のパターン寸法算出方法。
【請求項4】
検査対象パターンの画像データを解析する画像データ解析装置であって、
表示部と、
前記画像データを解析し、前記表示部に解析結果を表示する画像処理部と、を備え、
前記画像処理部は、前記画像データを測定して測長値を取得し、前記画像データから得られる輪郭データから対象寸法値を算出し、前記測長値と前記対象寸法値を比較し、比較結果を前記表示部に表示することを特徴とする画像データ解析装置。
【請求項5】
前記画像処理部は、前記輪郭データと測長用矩形データとの重なり領域を算出し、前記重なり領域の面積から前記対象寸法値を算出することを特徴とする請求項4に記載の画像データ解析装置。
【請求項6】
前記画像処理部は、前記重なり領域を複数の台形領域に分割し、各台形領域の面積の総和から前記重なり領域の面積を算出し、前記重なり領域の面積を前記測長用矩形データであって前記輪郭データと交差しない辺の寸法で除算することにより、前記対象寸法値を算出することを特徴とする請求項5に記載の画像解析装置。
【請求項7】
前記画像処理部は、前記測長値と前記対象寸法値との寸法差が所定範囲内にある場合に、前記対象寸法値を寸法代表値として使用可能と判断し、判断結果を前記表示部に表示することを特徴とする請求項4に記載の画像データ解析装置。
【請求項8】
検査対象パターンの画像データを解析する画像データ解析方法であって、
画像処理部が、前記画像データを測定して測長値を取得し、前記画像データから得られる輪郭データから対象寸法値を算出し、前記測長値と前記対象寸法値を比較し、比較結果を表示部に表示することを特徴とする画像データ解析方法。
【請求項9】
前記画像処理部は、前記測長値と前記対象寸法値との寸法差が所定範囲内にある場合に、前記対象寸法値を寸法代表値として使用可能と判断し、判断結果を前記表示部に表示することを特徴とする請求項8に記載の画像データ解析方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2010−236978(P2010−236978A)
【公開日】平成22年10月21日(2010.10.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−84198(P2009−84198)
【出願日】平成21年3月31日(2009.3.31)
【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)】