パターン寸法計測方法及びそのシステム
【課題】
測長ＳＥＭは高速な寸法計測が可能であるが，原理上，パターン形状に依存したシステマティックな計測バイアスを有す問題がある。測長ＳＥＭの計測値を校正するには，例えば，ＡＦＭの計測値との比較が必要であるが，従来，測長ＳＥＭとＡＦＭとで同一箇所の寸法計測を行うのは容易ではなかった。
【解決手段】
設計レイアウトデータを用い，測長ＳＥＭとＡＦＭの撮像レシピを自動作成する。また，両装置間の撮像位置ずれ，撮像倍率ずれを自動補正する。これにより，両装置の寸法計測結果の照合を，より容易かつ高精度に行うことが可能となる。
測長ＳＥＭは高速な寸法計測が可能であるが，原理上，パターン形状に依存したシステマティックな計測バイアスを有す問題がある。測長ＳＥＭの計測値を校正するには，例えば，ＡＦＭの計測値との比較が必要であるが，従来，測長ＳＥＭとＡＦＭとで同一箇所の寸法計測を行うのは容易ではなかった。
【解決手段】
設計レイアウトデータを用い，測長ＳＥＭとＡＦＭの撮像レシピを自動作成する。また，両装置間の撮像位置ずれ，撮像倍率ずれを自動補正する。これにより，両装置の寸法計測結果の照合を，より容易かつ高精度に行うことが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスのパターン寸法をより正確に計測する方法及びそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に述べられているように，半導体プロセスにおいてパターン寸法管理ツールとしても最も普及しているのは，走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと略す）を半導体専用に特化した測長ＳＥＭである。図２に測長ＳＥＭの原理を示す。電子銃９０１から放出された電子ビーム９１０は収束レンズ９０２で細く絞られ，対物レンズ９０４で焦点を試料９００の表面に合わせた状態で制御装置９０６で制御された偏向器９０３により試料９００上を２次元的に走査される。電子ビーム９１０の照射によって試料から発生した二次電子９２０を検出器９０５で捕らえて制御装置９０６で信号処理することで，ＣＲＴ９０７に表示されているような電子線像が得られる。二次電子はパターンエッジ部でより多く発生するため，電子線像は，ＣＲＴ９０７に表示されているように、パターンエッジに相当する部分が明るい画像となる。測長ＳＥＭにおいては，電子線像上でのエッジ間距離lに画素サイズpを乗じる（l×p）ことにより寸法が求められる。
【０００３】
測長ＳＥＭにおける測長処理の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１の開示例においては，測定対象配線を撮像した画像内の局所領域から，配線の信号プロファイルを配線の長手方向に加算平均した投影プロファイルを作成し，このプロファイルにおいて検出した左右の配線エッジ間の距離として配線寸法を算出している。
【０００４】
エッジ間距離lを自動計算するための種々の方法が提案されているが，ここでは代表的な手法としてしきい値法について述べる。しきい値法の考え方は，特許文献２に示されている。図３のように，試料上に形成されたパターン９３０を電子ビームを走査して検出される二次電子の検出波形９４０において、パターン９３０の左右のエッジ９３１と９３２に相当する信号量の大きい部分を，それぞれ左ホワイトバンド（左ＷＢ）９４１，右ホワイトバンド（右ＷＢ）９４５と呼ぶことにする。しきい値法は，左ＷＢ９４１と右ＷＢ９４５それぞれで，Ｍａｘ値９４２と９４６，Ｍｉｎ値９４３と９４７を求め，これらを所定の比率で内分するしきい値レベル９４４と９４８を算出し，しきい値９４４と９４８を信号波形９４０が横切るポジション９５１と９５２とをエッジ位置として検出し，左右エッジ間９５１と９５２との距離をlとする。
【０００５】
また，特許文献３には，測長ＳＥＭにおいて，計測対象のＳＥＭ像を取得するため撮像レシピを，計算機上で設計レイアウトデータを用いて自動作成する方法が開示されている。ここで開示されている方法によれば，計測対象パターンの位置座標を入力すると，所定のアルゴリズムにて，ステージの停止誤差や電子線の走査可能領域のサイズなどを考慮して，最適な位置決め用パターンや焦点合わせ用パターンなどが自動的に決定される。
【０００６】
測長ＳＥＭは、安定であり，かつ高スループットな計測が可能であり，加えて上記のように自動的に撮像レシピを作成する技術も実用化されているという利点を有するが，非特許文献２に開示されているように，ＳＥＭの信号波形においては，その計測対象の形状が異なると，それに応じて信号波形が変化するため計測誤差を生じるという問題がある。
【０００７】
一方，微細パターンの立体形状の計測が可能な計測ツールとして，近年，走査プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭと略す），特に，原子間力顕微鏡（以下，ＡＦＭと略す）が注目をあびつつある。図４にＡＦＭの一般的な構成を示す。計測対象パターン間の移動は，粗動ステージ９６１にて行う。光学顕微鏡９６２は，撮像箇所の大まかな確認用である。ＡＦＭ探針９６３は片持ちバネ（カンチレバー）９６４の先端に取り付けられており，探針９６３と試料９６０の間に働く原子間力（斥力あるいは引力）を，カンチレバー９６４のたわみとして検出する。カンチレバー９６４のたわみが一定になるように探針・試料間距離（Ｚ）を全体制御器９６５で制御されているＸＹ制御器９６６及びＺ軸制御器９７１にフィードバック制御しながら水平（Ｘ，Ｙ）に走査することで、試料９６０の立体形状情報を得ることができる。カンチレバー９６４のＸ，Ｙ，Ｚ方向走査には，圧電素子（ピエゾ素子）９６７が用いられる。カンチレバー９６４のたわみは，例えば，光てこ方式により検出される。すなわち，レーザダイオード９６８から発射されたレーザ光（半導体ダイオードなど）をカンチレバー９６４の背面に照射し，反射したレーザ光を４分割位置センサー（４分割フォトダイオードなど）９６９で検出する。ＡＦＭにおいても測長ＳＥＭと同様，エッジ間距離lにプロービングピッチpを乗じる（l×p）ことにより寸法（ＣＤ）が求められる。
図５Ａ〜Ｃにエッジ間距離lを求める方法の例を示す。図５Ａは，パーセンテージにて指定した所定高さにおける寸法を求める方法である。例えばＡＦＭでパターンを測定して得られたデータプロファイル９８１の最大値９８２と最小値９８３との差をパターン９３０の高さとして、１／２高さにおける寸法を求めたい場合には，しきい値を最大値９８２と最小値９８３との差の５０％と設定し、データプロファイル９８１が５０％のライン９８４と交わる点９８５と９８６との間隔をエッジ間距離ｌとする。図５Ｂは，二つのしきい値th1：９８７とth2：９８８とデータプロファイル９８１との交点を結ぶ直線が最小値９８３のラインと交わる点９８９と９９０とをエッジ点として、その間隔をエッジ間距離ｌとする方法である。図５Ｃは，最小値９８３のライン（基板面）からの高さdh：９９１を指定して、ｄｈのライン９９１と交わる点９９２と９９３とをエッジ点として指定して、その間隔をエッジ間距離ｌとする方法である。
【０００８】
ＡＦＭは理論的および実験的に高い分解能を持ち，特に，Ｚ方向（試料表面に対して垂直な方向、高さ方向）に高分解能の計測機能を持っており，試料の３次元情報を得られるという利点があるが，測長ＳＥＭと比べると，計測のスループットが小さいという問題がある。測長ＳＥＭにおける電子ビームの走査速度と，ＡＦＭにおける探針の走査速度を単純に比較すると，両者の間には二桁以上の差がある。また，測長ＳＥＭに比べて，自動化が進んでいないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３１６１１５号公報
【特許文献２】特開昭５５−７２８０７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５０５２８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】社団法人 日本半導体製造装置協会（ＳＥＡＪ）平成１７年度半導体製造装置技術ロードマップ報告書 第５編計測
【非特許文献２】J. S. Villarrubia, A. E. Vladar, J. R. Lowney, and M. T. Postek, “Scanning electron microscope analog of scatterometry,” Proc. of the SPIE, Vol. 4689, pp. 304-312 (2002)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
半導体パターンの微細化に伴い，より正確な寸法計測，すなわり，実寸法と計測値の差であるところの計測バイアスを低減するニーズが高まっている。
【００１２】
しかしながら，測長ＳＥＭの場合，前述のように，計測対象の形状の違いによって信号波形が変化し，計測誤差が生じるという問題を有す。この問題が，上記のニーズに対して，いかなる不都合を引き起こすかを図６Ａ〜Ｃを用いて説明する。
【００１３】
図６Ａに示すように，ＳＥＭにおいては，試料上のパターン９３０に照射された電子線６５０がパターン９３０の内部６５１で拡散するため，パターン９３０から発生する２次電子６５２を検出して得られるＳＥＭ信号波形６５３は広がりを有す。そして，図６Ｂ及びＣに示すように，ＳＥＭ信号波形６５４及び６５５の広がり方は対象パターン６５６及び６５７の形状によって異なる。例えば，前述のしきい値法にて，しきい値５０％の条件でエッジ検出を行った場合，図６Ｂのようなテーパが大きいパターン６５６で検出されるエッジ位置６５８は，計測対象のボトム位置６６０より0.5 nm内側となるのに対し，図６Ｃのようなテーパが小さいパターン６５７で検出されるエッジ位置６５９は，計測対象のボトム位置６６０より2.5 nm外側となる。つまり，測長ＳＥＭによる計測は，計測バイアス６６１や６６２を有し，さらに，計測バイアス値６６１及び６６２は一定ではなく，パターン形状に依存して変化する。一般に，半導体パターンの断面形状は一定ではない。レジストパターンであれ，エッチングパターンであれ，パターンサイズや，パターン密度／配置によって断面形状が異なる。従って，測長ＳＥＭの計測値は常に未知の計測バイアスを有すといえる。
一方，ＡＦＭ計測の場合，試料表面を探針がなぞるという原理上，計測対象の形状変化による計測バイアスは測長ＳＥＭに比べて十分に小さい。しかしながら，前述のようにＡＦＭは計測のスループットが低いという問題，また，自動化が進んでいないという問題があり，測長ＳＥＭが果たしている，半導体プロセスにおけるパターン寸法管理ツールの役割を，ＡＦＭが代替することは，事実上困難である。
【００１４】
本発明の目的は，計測バイアス低減のニーズに応えるため，ＡＦＭ計測との比較により，測長ＳＥＭの計測バイアスを求めてパターンの寸法を計測する方法及びそのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため，本発明は，測長ＳＥＭ，ＡＦＭ，および，自動レシピ作成装置から構成される寸法計測システムにおいて，計測対象パターンの設計レイアウトデータと計測対象パターンの位置座標を自動レシピ作成装置に入力し，自動レシピ作成装置にて測長ＳＥＭ像取得用レシピ，および，ＡＦＭ像取得用レシピを自動作成し，上記作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像を取得し，ＡＦＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＡＦＭ像を取得し，ＳＥＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し，ＡＦＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し，ＳＥＭ像の寸法計測値とＡＦＭ像の寸法計測値とを照合することにより，ＳＥＭ像の寸法計測値とＡＦＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出するようにしたものである。
【００１６】
また、上記目的を達成するために本発明では、パターン寸法計測システムを、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）手段と、計測対象パターンの設計レイアウトデータと該計測対象パターンの座標データを入力する入力手段と，入力手段から入力された設計レイアウトデータを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像取得用レシピとＳＰＭ像取得用レシピとを作成する撮像レシピ作成手段と，撮像レシピ作成手段で作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いてＳＥＭ手段で撮像して得た計測対象パターンのＳＥＭ像から計測対象パターンの寸法を算出するＳＥＭ画像処理手段と、撮像レシピ作成手段で作成されたＳＰＭ像取得用レシピを用いてＳＰＭ手段で撮像して得た計測対象パターンのＳＰＭ像から計測対象パターンの寸法を算出するＳＰＭ画像処理手段と、ＳＥＭ画像処理手段で算出した計測対象パターンの寸法とＳＰＭ画像処理手段で算出した計測対象パターンの寸法とを照合してＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出する演算手段と、演算手段で算出した計測バイアス値に関する情報を表示する表示手段とを備えて構成した。
【００１７】
また、上記目的を達成するために本発明では、パターン寸法計測システムを、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、計測対象パターンの設計データを入力する入力手段と，入力手段から入力された設計データを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像取得用レシピを作成する撮像レシピ作成手段と，撮像レシピ作成手段で作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いてＳＥＭ手段で撮像して得た計測対象パターンのＳＥＭ像から計測対象パターンの寸法を算出するＳＥＭ画像処理手段と、ＳＥＭ画像処理手段で算出した計測対象パターンの寸法を計測対象パターンを他の計測手段で計測して得た計測対象パターンの寸法とを照合してＳＥＭ像の寸法計測値と他の計測手段で計測して得た計測対象パターンの寸法計測値との差である計測バイアス値を算出する演算手段と、演算手段で算出した計測バイアス値に関する情報を表示する表示手段とを備えて構成した。
【００１８】
更にまた、上記した目的を達成するために、本発明では、パターン寸法計測方法を、計測対象パターンの設計レイアウトデータと該計測対象パターンの位置座標をレシピ作成装置に入力し，レシピ作成装置にて走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像取得用レシピを作成するし、レシピ作成装置にて走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）像取得用レシピを作成し、作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像を取得し、作成されたＳＰＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＰＭ像を取得し、取得したＳＥＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し、取得したＳＰＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し、ＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測値とを照合し、ＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出するようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，設計レイアウトデータを用いることで，測長ＳＥＭとＡＦＭの撮像レシピが自動的に作成されるようになるため，両方の装置に関する知識がなくとも，同一箇所の撮像が可能な，高精度な撮像レシピを作成することが可能となる。これにより，測長ＳＥＭとＡＦＭで同一箇所の計測データを取得することが容易になるため，両方の計測結果を照合による計測バイアスの算出が効率的に行えるようになる。測長ＳＥＭとＡＦＭ間の計測バイアスが容易に行えれば，データ点数を増やすことが可能となるため，測長ＳＥＭの計測バイアスの校正をより高精度に行うことが可能となる。
【００２０】
また，本発明によれば，レシピ作成が計算機上で行われるため，撮像レシピ作成のために測長ＳＥＭ，ＡＦＭを使用する必要がなくなるため，ＣＯＯ(Cost of Ownership)の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】全体シーケンスを示すフロー図である。
【図２】測長ＳＥＭの概略の構成を示すブロック図である。
【図３】測長ＳＥＭにおけるエッジ点検出方法を説明するパターンの断面形状とこのパターンをＳＥＭで撮像して得られる信号の波形を示す図である。
【図４Ａ】ＡＦＭの概略の構成を示すブロック図である。
【図４Ｂ】ＡＦＭで試料を走査して得られた画像とこの画像からパターン寸法を求める式を表した図である。
【図５Ａ】ＡＦＭにおけるエッジ間距離を求める方法を説明する図で、最大値と最小値との差をパターンの高さとして１/２高さの部分をエッジ位置とする場合のＡＦＭの波形信号を示す図である。
【図５Ｂ】ＡＦＭにおけるエッジ間距離を求める方法を説明する図で、最大値と最小値との差に対して指定した二つのしきい値とデータプロファイルとの交点を結ぶ２本の直線がそれぞれ最小値のラインと交わる点をエッジ位置とする場合のＡＦＭの波形信号を示す図である。
【図５Ｃ】ＡＦＭにおけるエッジ間距離を求める方法を説明する図で、最小値のラインから所定の高さの部分をエッジ位置とする場合のＡＦＭの波形信号を示す図である。
【図６Ａ】パターンの断面形状とこのパターンをＳＥＭで検出したときに得られる信号波形を示す図である。
【図６Ｂ】側面の傾斜が比較的緩やかなパターンの断面形状とこのパターンをＳＥＭで検出したときに得られる信号波形を示す図である。
【図６Ｃ】側面の傾斜が急峻なパターンの断面形状とこのパターンをＳＥＭで検出したときに得られる信号波形を示す図である。
【図７】全体のシステム構成を示すブロック図である。
【図８Ａ】測長ＳＥＭを用いて任意の評価ポイントを観察するための撮像シー件を示すフロー図である。
【図８Ｂ】試料パターンの低倍率のＳＥＭ画像で、ＥＰとその周りのＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの各領域の配置を示す図である。
【図９】ＡＦＭ撮像レシピ作成のフロー図である。
【図１０】代表的な位置決め用走査箇所を説明する試料パターンの平面図である。
【図１１Ａ】位置決め用走査箇所を選択する試料パターンの平面図である。
【図１１Ｂ】試料パターン上の複数の位置決め用走査領域と該領域内のほぼ中央部を走査した状態を示す試料パターンの平面図である。
【図１１Ｃ】試料パターン上の複数の位置決め用走査領域と該領域内の中央部から外れた部分又はパターンから外れた部分を走査した状態を示す試料パターンの平面図である。
【図１２Ａ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０４Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｂ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０５Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｃ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０６Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｄ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０７Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｅ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０８Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｆ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０９Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１３】ＡＦＭの撮像レシピを自動作成するためのＧＵＩの図である。
【図１４】ＡＦＭの撮像レシピを自動作成するためのＧＵＩの一部分の図である。
【図１５Ａ】ＡＦＭの撮像レシピを自動作成するためのＧＵＩの計測シーケンス部の表示の変形例を示す図である。
【図１５Ｂ】ＡＦＭの撮像レシピを自動作成するためのＧＵＩの計測シーケンス部の表示の他の変形例を示す図である。
【図１６】パターンラフネスを説明するパターンの平面図である。
【図１７】代表的なドリフト量検出用走査箇所を説明する試料パターンの平面図である。
【図１８Ａ】所定の回数ライン走査するごとにドリフト補正を行う場合のライン走査回数とドリフト量との関係を示すグラフである。
【図１８Ｂ】ドリフト補正を行わずにライン走査を行った場合のライン走査回数とドリフト量との関係を示すグラフである。
【図１９Ａ】所定の回数ライン走査するごとにドリフト補正を行う場合の処理の流れを示すフロー図である。
【図１９Ｂ】ドリフト補正を行わずにライン走査を行った後にラインスキャンデータに対してドリフト補正を実行する場合の処理の流れを示すフロー図である。
【図１９Ｃ】所定の回数ライン走査するごとにドリフト補正を行い、更に、走査終了後にラインスキャンデータに対してドリフト補正を実行する場合の処理の流れを示すフロー図である。
【図２０】測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果を照合するための処理の流れを示すフロー図である。
【図２１】測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果の照合するためのＧＵＩの図である。
【図２２】測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果の照合結果を表示するためのＧＵの図である。
【図２３】リファレンスパターン上のリファレンス点の座標を求める状態を説明するリファレンスパターンの平面図である。
【図２４Ａ】リファレンスパターンの中央点を通って各エッジの方向に１回ずつスキャンしてリファレンスパターンの傾きと位置ずれを求める状態を説明するリファレンスパターンの平面図である。
【図２４Ｂ】リファレンスパターンの各エッジの方向に２回ずつスキャンしてリファレンスパターンの傾きと位置ずれを求める状態を説明するリファレンスパターンの平面図である。
【図２５】楕円状のエッジを有するリファレンスパターンの平面図である。
【図２６】楕円状のエッジを有するリファレンスパターンをＸ方向とＹ方向とにスキャンする状態を説明する楕円状のエッジを有するリファレンスパターンの平面図である
【図２７】Ｘ方向もしくはＹ方向の一方向に長い線状のパターンの平面図である。
【図２８】リファレンス点の測定によって探針と試料間の位置ずれ量を特定する方法を説明するＸ方向もしくはＹ方向の一方向に長い線状のパターンの平面図である。
【図２９Ａ】ライン・アンド・スペースパターンと測定スキャンの方向の関係を示すライン・アンド・スペースパターンの平面図である。
【図２９Ｂ】位置ずれ補正によっても除去しきれないドリフトが残った状態のライン・アンド・スペースパターンの平面図である。
【図３０】チャンバ内の温度の時間変化とリファレンス測定のタイミングの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は，各種の荷電粒子線走査顕微鏡（ＳＥＭ，ＦＩＢ等）と各種の走査プローブ顕微鏡（ＡＦＭ等）の組み合わせに対して適用することが可能であるが，以下の実施例では前者の代表としてＳＥＭを用いる場合，後者の代表としてＡＦＭを例にとって説明する。
【００２３】
（１）全体フローとシステム構成
本発明は、測長ＳＥＭ，ＡＦＭ，および，自動レシピ作成装置を備えた寸法計測システムであって，計測対象パターンの設計レイアウトデータと計測対象パターンの位置座標を自動レシピ作成装置に入力し，自動レシピ作成装置にて測長ＳＥＭ像取得用レシピ，および，ＡＦＭ像取得用レシピを自動作成し，上記作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像を取得し，ＡＦＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＡＦＭ像を取得し，ＳＥＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し，ＡＦＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し，ＳＥＭ像の寸法計測値とＡＦＭ像の寸法計測値とを照合することにより，ＳＥＭ像の寸法計測値とＡＦＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出するようにしたものである。
【００２４】
本発明に係る寸法計測のフローを図１，本発明に係る寸法計測を実施するためのシステム構成を図７に示す。
【００２５】
始めに，図７を参照してシステム構成を説明する。本システムは，ＬＡＮ（１５０）に接続された測長ＳＥＭ（１５１），ＡＦＭ（１５２），レシピを自動作成するための計算機であるところの自動レシピ作成装置（１５３），得られた寸法計測結果を解析するための計算機と計算機の処理結果などを表示する表示画面を備えた寸法計測結果解析装置（１５４）と，撮像レシピ，設計レイアウトデータ，寸法計測結果などを格納するデータベース（１５５）とを備えて構成される。自動レシピ作成装置と寸法計測結果解析装置を，同じ計算機が兼ねるようにしてもよい。また，測長ＳＥＭやＡＦＭが複数台存在してもよい。本実施例で用いる測長ＳＥＭ（１５１）及びＡＦＭ（１５２）は、従来技術の欄で図２を用いて説明した測長ＳＥＭ、及び図４Ａを用いて説明したＡＦＭと同じ基本構成を有している。
【００２６】
続いて，図１を参照して，寸法計測のフローを説明する。本発明では，ユーザが入力した計測箇所の座標に基づき（１０１），設計レイアウト情報を用いて，測長ＳＥＭ用，およびＡＦＭ用の撮像レシピを自動レシピ作成装置において自動作成する（１０２，１０３）。そして，作成された撮像レシピを用いて，測長ＳＥＭでの計測，および，ＡＦＭでの計測を行う（１０４，１０５）。計測が終了したら，計測箇所ごとに，測長ＳＥＭとＡＦＭの計測値の比較を行い（１０６），測長ＳＥＭの計測値とＡＦＭの計測値の差である計測バイアスを算出し（１０７），この結果を表示する（１０８）。
【００２７】
以上述べたステップのうち，測長ＳＥＭの撮像レシピを自動作成する方法については，特許文献３に開示されている方法を適用することが可能である。また，測長ＳＥＭによる計測（１０４），ＡＦＭによる計測（１０５）については，[背景技術]で述べた通りである。以下，ＡＦＭの撮像レシピ自動作成するステップ（１０３），及び，測長ＳＥＭとＡＦＭの計測値の比較を行い測長ＳＥＭの計測値とＡＦＭの計測値の差である計測バイアスを算出し，この結果を表示するステップ（１０６〜１０８）について詳述する。
【００２８】
（２）測長ＳＥＭの撮像レシピ自動作成（Ｓ１０２の説明）
先ず、任意の評価ポイントを高画質，高精度に観察するための撮像レシピを、実ウェーハを用いずに回路設計データからかつ自動で決定する測長ＳＥＭの撮像レシピを自動作成する方法について説明する。 検査を要する半導体パターン上のポイントを評価ポイント（以降，ＥＰと呼ぶ）として、ＥＰを位置ずれなく，かつ高画質で撮像するため，アドレッシングポイント（以降，ＡＰと呼ぶ）あるいはオートフォーカスポイント（以降，ＡＦと呼ぶ）あるいはオートスティグマポイント（以降，ＡＳＴと呼ぶ）あるいはオートブライトネス・コントラストポイント（以降，ＡＢＣＣと呼ぶ）の一部又は全ての撮像ポイントを設定し，それぞれの撮像ポイントにおいて，アドレッシング，オートフォーカス調整，オートスティグマ調整，オートブライトネス・コントラスト調整を行っている。
【００２９】
前記アドレッシングにおける撮像位置のずれ量は，事前に登録テンプレートとして登録された座標既知のＡＰにおけるＳＥＭ画像と，実際の撮像シーケンスにおいて観察されたＳＥＭ画像（実撮像テンプレート）とをマッチングし，前記マッチングの位置ずれ量として推定している。前記ＥＰ，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣをまとめて撮像ポイントと呼び，前記撮像ポイントの一部または全てを含むポイントの座標，サイズ・形状，撮像シーケンス，撮像条件と，前記登録テンプレートは撮像レシピとして管理される。
【００３０】
従来，撮像レシピの生成はＳＥＭオペレータがマニュアルで行っており，労力と時間を要する作業であった。また，各撮像ポイントの決定や登録テンプレートを撮像レシピに登録するためには，実際にウェーハを低倍で撮像する必要があることから，撮像レシピの生成がＳＥＭの稼働率低下の一因となっていた。更に，パターンの微細化に伴うＯＰＣ（Optical Proximity Correction）技術等の導入により，評価を要するＥＰの点数は爆発的に増加し，前記撮像レシピのマニュアル生成は非現実的になりつつある。
【００３１】
そこで，例えばＧＤＳ２形式で記述された半導体の回路設計データ（以降，ＣＡＤデータ（Computer Aided Design）と呼ぶ）を基にＡＰを決定し，さらにＣＡＤデータからＡＰにおけるデータを切り出して前記登録テンプレート（以降，ＣＡＤデータを切り出して生成したテンプレートをＣＡＤデータテンプレートと呼ぶ）として撮像レシピに登録する半導体検査システムが、特開２００２−３２８０１５号公報に開示されている。そこでは，ＡＰの決定ならびに登録テンプレートの登録の目的のみで実ウェーハを撮像する必要がなく，ＳＥＭの稼働率向上が実現する。
【００３２】
また，実際の撮像シーケンスにおいてＡＰにおけるＳＥＭ画像（実撮像テンプレートと呼ぶ）を取得した際，前記実撮像テンプレートとＣＡＤデータテンプレートとのマッチングを行い，前記ＣＡＤデータテンプレートの位置に対応するＳＥＭ画像をSEM画像テンプレートとして撮像レシピに再登録し，以降，前記再登録したSEM画像テンプレートをアドレッシング処理に使用する機能を有する。さらにＣＡＤデータから特徴のあるパターン部分を自動的に検出し，ＡＰとして登録する機能を有する。
【００３３】
図８Aに任意の評価ポイント（以降，ＥＰと記す）を観察するための代表的な撮像シーケンスを示す。前記撮像シーケンスにおける撮像ポイント，撮像順序，撮像条件は撮像レシピにより指定する。まず図８AのステップS３０１において試料である半導体ウェーハをＳＥＭ装置のステージ上に取り付ける。ステップS３０２において光学顕微鏡等でウェーハ上のグローバルアライメントマークを観察することにより，ウェーハの原点ずれやウェーハの回転を補正する。ステップS３０３において，処理・制御部の制御及び処理に基づいて，ステージを移動して，撮像位置をアドレッシングポイント（以降，ＡＰと呼ぶ）に移動して撮像し，アドレッシングのパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてアドレッシングを行う。ここでＡＰについて説明を加えておく。ＥＰを観察する場合，ステージシフトにより直接ＥＰを観察しようとすると，ステージの位置決め精度により，大きく撮像ポイントがすれてしまう危険性がある。
【００３４】
そこで，一旦位置決め用として予め撮像ポイントの座標値とテンプレート（撮像ポイントのパターン）とが与えられたＡＰを観察する。前記テンプレートは撮像レシピに登録されるので，以降，登録テンプレートと呼ぶ。ＡＰはＥＰの近傍（最大でもビームシフトにより移動可能な範囲）から選択する。また，ＡＰはＥＰに対して一般に低倍視野であるため，多少の撮像位置のずれに対しても，撮像したいパターンが全てに視野外になる危険性は低い。
【００３５】
そこで，予め登録されたＡＰの登録テンプレートと，実際に撮像されたＡＰのＳＥＭ像（実撮像テンプレート）とをマッチングすることにより，ＡＰにおける撮像ポイントの位置ずれ量を推定することができる。ＡＰ，ＥＰの座標値は既知なので，ＡＰ−ＥＰ間の相対変位量を求めることができ，かつＡＰにおける撮像ポイントの位置ずれ量も前述のマッチングにより推定できるため，前記相対変位量から前記位置ずれ量を差し引くことにより，実際に移動すべきＡＰ撮像位置からＥＰまでの相対変位量が分かる。前記相対変位量分だけ，位置決め精度の高いビームシフトによって移動することにより，高い座標精度でＥＰを撮像することが可能となる。
【００３６】
登録するＡＰにおける画像テンプレートはＣＡＤ画像，あるいはＳＥＭ画像，あるいは特開２００２−３２８０１５号公報に開示されているように画像テンプレートの登録のためだけに撮像を行うのを避けるため，一旦ＣＡＤデータテンプレートで登録しておき，実際の撮像時に得たＡＰのＳＥＭ画像をＳＥＭ画像テンプレートとして再登録する等のバリエーションが考えられる。
【００３７】
前述のＡＰ選択範囲について補足する。一般的に電子ビーム垂直入射座標はＥＰの中心座標に設定されるので，ＡＰの選択範囲は最大でもＥＰを中心としたビームシフト可動範囲としたが，電子ビーム垂直入射座標がＥＰの中心座標と異なる場合は，前記電子ビーム垂直入射座標からのビームシフト可動範囲が選択範囲となる。また撮像ポイントに要求される許容電子ビーム入射角によっては，電子ビーム垂直入射座標からの探索範囲もビームシフト可動範囲より小さくなることがある。これらは他のテンプレートについても同様である。以降の説明において，単独ＥＰの撮像の場合は特に断りのない限り電子ビーム垂直入射座標とＥＰの中心座標は同じとして説明するが，前述の通り本発明はこれに限られるものではない。
【００３８】
次にステップS３０４において，処理・制御部の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置をオートフォーカスポイント（以降，ＡＦと記す）に移動して撮像し，オートフォーカス調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートフォーカス調整を行う。ここでＡＦについて説明を加えておく。撮像時には鮮明な画像を取得するためオートフォーカスを行うが，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう（コンタミネーション）。そこで，ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＥＰ周辺の座標をＡＦとして観察し，オートフォーカスのパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観察するという手段がとられる。
【００３９】
次にステップS３０５において，処理・制御部の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置をオートスティグマポイント（以降，ＡＳＴと記す）に移動して撮像し，オートスティグマ調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートスティグマ調整を行う。ここでＡＳＴについて説明を加えておく。撮像時には歪みのない画像を取得するため非点収差補正を行うが，ＡＦと同様，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう。そこで，ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＥＰ近くの座標をＡＳＴとして観察し，非点収差補正のパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観察するという手段がとられる。
【００４０】
本実施例によれば，ＡＳＴ選択についても，ＡＰと同様，前述の条件をシステム内部で評価し，自動で良好なＡＳＴの選択を行うことが可能となる。
【００４１】
次にステップＳ３０６において，処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置をオートブライトネス＆コントラストポイント（以降，ＡＢＣＣと記す）に移動して撮像し，ブライトネス・コントラスト調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートブライトネス・コントラスト調整を行う。ここでＡＢＣＣについて説明を加えておく。
【００４２】
撮像時には適切な明度値及びコントラストをもつ鮮明な画像を取得するため，例えば二次電子検出器１０９におけるフォトマル（光電子増倍管）の電圧値等のパラメータを調整することよって，例えば画像信号の最も高い部分と最も低い部分とがフルコントラストあるいはそれに近いコントラストになるように設定するが，ＡＦと同様，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう。そこで，ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＥＰ近くの座標をＡＢＣＣとして観察し，ブライトネス・コントラスト調整のパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観察するという方法がとられる。
【００４３】
なお，前述したステップＳ３０３，Ｓ３０４，Ｓ３０５，Ｓ３０６におけるＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの撮像は場合によって，一部あるいは全てが省略される，あるいはＳ３０３，Ｓ３０４，Ｓ３０５，Ｓ３０６の順番が任意に入れ替わる，あるいはＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの座標で重複するものがある（例えばオートフォーカス，オートスティグマを同一箇所で行う）等のバリエーションがある。
【００４４】
最後にステップＳ３０７においてビームシフトにより撮像ポイントをＥＰに移動して撮像し，例えば設定した測長条件でパターンの測長等を行う。ＥＰにおいても，撮像したＳＥＭ画像と事前に撮像レシピに登録された前記ＥＰ位置に対応する登録テンプレートとをマッチングし，計測位置のすれを検出することがある。撮像レシピには前述の撮像ポイント（ＥＰ，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣ）の座標や撮像シーケンス，撮像条件等の情報が書き込まれており，ＳＥＭは前記撮像レシピに基づきＥＰを観察する。図８Bに低倍像３０８上におけるＥＰ：Ａ３０９，ＡＰ：Ａ３１０，ＡＦ：Ａ３１１，ＡＳＴ：Ａ３１２，ＡＢＣＣ：Ａ３１３のテンプレート位置の一例を点線枠で図示する。
【００４５】
（３）ＡＦＭの撮像レシピ自動作成（Ｓ１０３の説明）
ここではＡＦＭの撮像レシピを自動作成する方法について述べる。図８９は，自動レシピ作成装置における，ＡＦＭの撮像レシピ自動作成のフローである。
【００４６】
まず、図１に示した全体シーケンスの計測する箇所の座標を指定するステップ（Ｓ１０１）に対応して、撮像レシピ自動作成エンジンに対して，計測対象パターンの位置座標（Ｄ１０１１），試料の設計レイアウトデータ（Ｄ１０１２），および，装置パラメータ（粗動ステージの停止誤差，探針走査可能エリア等）（Ｄ１０１３）を入力する。
【００４７】
図１に示した全体シーケンスの撮像レシピを自動で作成するステップ（Ｓ１０３）に対応して、撮像レシピ自動作成エンジンにおいて上記のＳ１０１で入力した情報に基づき，設計レイアウトデータから計測対象パターンの近傍領域を切り出し（Ｄ１０３１），これを解析して，位置決め用走査箇所，ドリフト量検出用走査箇所を決定する（Ｄ１０３２）。位置決め用走査，ドリフト量検出用走査に関しては後述する。出力される撮像レシピは，位置決め用走査シーケンス（Ｄ１０３３），ドリフト量検出用走査シーケンス（Ｄ１０３４），計測対象パターン撮像シーケンス（Ｄ１０３５）の各走査のシーケンスを実行するのに必要な情報，すなわち，各走査の始点座標，走査長，走査ライン数，走査方向などが記述されている。
【００４８】
図１０に位置決め用走査箇所の例を示す。位置決め用走査が必要なのは，粗動ステージの停止誤差に相当する分，計測対象パターンの位置がずれる可能性があるためである。図１０において，２０１が計測対象パターン，２０２は設計レイアウト情報，２０３は計測対象パターンを中心とした，走査素子（図４参照）の可動範囲である。位置決め用走査箇所，ドリフト補正用走査箇所は，２０３の領域内から選択する必要がある。２０４はｘ方向位置決め用走査を行う箇所，２０６はｙ方向位置決め用走査を行う箇所である。それぞれ，ｘ方向の探針走査，ｙ方向の探針走査によって，パターンの高さ情報を得てエッジ位置を検出することで，それぞれ，ｘ方向，ｙ方向の座標シフト量（設計レイアウト情報の座標系と，実試料の座標系のずれ）を求めることができる。
【００４９】
上述のように，ステージ停止位置がずれると，これらの走査箇所は，ｘ，ｙ方向に一定量（ステージ停止後差分）ずれる。ずれる可能性のある領域を，ぞれぞれ２０５，２０７のハッチング領域として示した。ｘ方向位置決め用の走査箇所は，ハッチング領域内，どこに走査位置がずれようとも，ｘ方向の位置決め誤差が発生しないような箇所が選択される必要がある。ｙ方向位置決め用の走査箇所は，ハッチング領域内のどこに走査位置がずれようとも，ｙ方向の位置決め誤差が発生しないような箇所が選択される必要がある。
【００５０】
図１１Ａ〜Ｃ，及び図１２Ａ〜Ｆに位置決め用走査箇所ならびに走査長の決定ルール，すなわち，自動レシピ作成装置における自動選択のルールを示す。図１１Ａのパターン群から，ｙ方向位置決め走査箇所を選択することを想定する。図１１Ｂの３０４Ａ〜３０９Ａのうち，ｙ方向位置決め走査箇所ならびに走査長としてふさわしいのは，３０４Ａのみである。このことを，図１１Ｃおよび，図１２Ａ〜Ｆにて説明する。図１１Ｃは，粗動ステージの停止誤差により，走査箇所がずれた状況の一例を表している（３０４Ｂ〜３０９Ｂがその時の走査箇所）。
【００５１】
図１２Ａ〜Ｆは，図１１Ｂ，Ｃに示すｙ方向の探針走査によって取得される，試料の高さ情報である。以下，図１２Ａ〜Ｆにて，各走査箇所の状況を説明する。図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０４Ａ又はＢの場合，図１２Ａ（ａ）の３０４Ａ，及び図１２Ａ（ｂ）の３０４Ｂいずれにおいてもｙ方向の位置を一意に決定することが可能である。図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０５Ａ又はＢの場合，パターンが含まれないので図１２Ｂ（ａ）の３０５Ａ，及び図１２Ｂ（ｂ）の３０４Ｂのようになり論外である。
【００５２】
図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０６Ａ又はＢは，３０４Ａ及びＢと比べて走査長が短い場合である。走査長が短いと，図１１Ｃの３０６Ｂの状況になった場合，片側のエッジしか含まれなくなる可能性がある。この場合、図１２Ｃ（ｂ）に示すような信号波形となり、位置決定の精度が不足するため不適である。さらに走査長が短いと，図１１Ｂ及びＣの３０５Ａ又はＢのように走査箇所がまったくエッジにかからなくなるケースも起こりうる。その意味で，走査箇所と走査長は合わせて決定する必要がある。図１１Ｂ及びＣに示すようなパターンに対する走査箇所３０７Ａ又はＢの場合のうち，図１１Ｃの３０７Ｂに示すような捜査範囲の状況になった場合，ｙ方向の位置が一意に定まらないため不適である。
【００５３】
図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０８Ａ又はＢの場合，図１１Ａ及びＢを見ると分かるように，パターンのｙ方向エッジ位置が変化しているため，図１２Ｅにおける（ａ）の信号波形３０８Ａと（ｂ）の信号波形３０８Ｂとの差異をｙ方向の位置ずれと誤判定する可能性があるので不適である。図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０９Ａ又はＢの場合のうち，図１１Ｃの３０９Ｂに示すような捜査範囲の状況になった場合，パターンが含まれなくなるため不適である。以上のようにして，走査箇所ならびに走査長として図１２Ａに示すような波形信号が得られる図１１Ｂ及びＣに示す走査範囲３０４が選択される。
【００５４】
図１３はＡＦＭの撮像レシピを自動作成するための，ＧＵＩ（グラフィック・ユーザ・インターフェース）の例である。図１４に図１３の右側部分４０３の内容を示す。図１４の４０４の領域にて，計測対象パターンの位置座標，装置パラメータ（粗動ステージの停止誤差，探針走査可能エリア等），計測位置精度の要求仕様を入力し，位置決め走査自動決定／手動決定ボタン（４０５）にて，自動を選択すると，図１３の左側画面４０２に，計測対象パターン，及び，自動選定された位置決め用走査箇所が表示され，図１４の４０７の領域に一連の計測シーケンスが表示される。
【００５５】
図１４の位置決め走査自動決定／手動決定ボタン４０５にて，手動を選択して、位置決め用の走査箇所を手動で決定することを選択することも可能である。この場合は，図１３の左側画面４０２に表示された設計レイアウトデータ上で，カーソル（４０９）を用いて走査箇所を設定する。手動設定した後，図１４の位置決め用走査ルールチェックボタン（４０６）をクリックすると，手動決定した走査箇所が適切か否かの判定が行われる。また，図１４の領域４０８には，計測対象パターンの予想位置ずれ量が表示される。
【００５６】
図１４の領域４０４の計測位置精度の要求仕様の欄で設定する仕様は、パターンレイアウトや，目的に応じて様々なケースがあり得る。そして、この設定された要求使用に応じて、領域４０７に表示される計測シーケンスを切替える。例えば，ｘ方向の計測位置精度要求仕様が厳しい場合（例えば，パターンがｘ方向に密に存在しているような場合）には，図１４の図１５Ａのように，ｘ方向の位置決め走査を２回行うようなシーケンスを自動または手動で領域４０７に設定する。
【００５７】
逆に，計測位置精度の要求仕様が緩いケースもあり得る。例えば，ｙ方向の計測位置精度の要求仕様が緩い場合（ｙ方向に長く続くラインパターンのどこを計測しても問題ないような場合）には，図１５Ｂのように，ｘ方向の位置決め用走査のみを行い，ｙ方向の位置決め用走査を行わないようなシーケンスを自動または手動で領域４０７に設定する。なお，位置決め用走査は，スループットの面では，１走査が望ましいが，図１６に示すように，パターン２２１にラフネス２２２が存在する場合，１走査では十分な精度を得るのが難しいため，ラフネスの程度に応じて，走査数ｎ、走査間隔ｄの複数走査とする。
【００５８】
さらに，ＡＦＭ計測においては，温度などの環境変化によって，探針位置がｘ、ｙ、ｚ各方向に徐々にずれる現象（ドリフト）が起こりうる。図１７の１００２（ハッチング領域）は，ドリフトによって，計測対象パターンの撮像範囲がずれる可能性のある領域を示したものである。ドリフト量を検出するため，計測対象パターン撮像中の一定時間間隔ごとに，ドリフト量検出用のリファレンスパターンの走査を行うようなシーケンスをレシピに組み込むことも可能である。リファレンスパターンは、周辺部との高さが異なる凹凸パターンの他、凹凸はないが周辺部と材質が異なる領域で構成されるパターンを用いてもよい。前者の場合は試料の表面形状を表す形状像でパターンの測定が可能であり、後者の場合は表面材質の違いを測定画像の差として表すことが可能な、摩擦像（スキャン時の探針の捩れ量を表す）、弾性特性、もしくは吸着力、もしくは電磁気特性、もしくは光学特性を用いて測定することができる。
【００５９】
ドリフト量検出用の走査箇所を決定するルールは，粗動ステージの停止誤差をドリフトによる位置ずれに置き換えて，位置決め用の走査箇所を決定するのと同じルールを適用する。ここで注目すべきは，粗動ステージの停止誤差による予想ずれ量と，ドリフトによる予想ずれ量とが異なるため（本例ではドリフトによる予想ずれ量の方が小さい），それぞれのずれ量を補正するための適切な走査箇所ならびに走査長が異なる点である。本発明では，それぞれの予想ずれ量をステップ：Ｓ１０１（図１，図９参照）で入力することにより，ずれの種類に応じた適切な走査箇所ならびに走査長を設定することができる。ドリフト量検出用の走査についても，パターンのラフネスの程度，及び，必要な位置ずれ検出精度に応じて，走査数ｎ、走査間隔ｄの複数走査とする。以下でドリフト量を算出する方法について詳細に説明する。
【００６０】
最初にエッジ部が直線状かつエッジの延長線が互いに交差するリファレンスパターンを用いた際の位置ずれ量の特定方法について図２３と２４Ａ及びＢを用いて説明する。まず、図２３において、測定パターンの測定前にリファレンスパターン１５０１を走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）で予備測定し、リファレンスパターン１５０１の形状を同定する。この場合、ＳＰＭ像からそれぞれのエッジ１５０２、１５０３のＸＹ軸に対する角度１５０４、１５０５、およびエッジ交差位置１５０６のＸＹ座標を求める。さらに算出したエッジ交差位置１５０６のＸＹ座標を基準として、リファレンスパターン１５０１上、もしくはリファレンスパターン１５０１の近傍で探針の移動が可能な任意位置をリファレンス点１５０７に決定し、リファレンス点１５０７の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を記録する。
【００６１】
上記リファレンスパターン１５０１６予備測定後、測定パターンの測定を開始する。試料特性の測定中には予備測定で決定したリファレンス点１５０７の測定を適宜行い、探針と試料間の位置ずれ量（ドリフト量）の特定を行う。
【００６２】
以下でリファレンス点１５０７の測定によって探針と試料間の位置ずれ量を特定する方法について図２４Ａ及びＢを用いて説明する。図２４Ａに示すように、リファレンスパターンの各エッジの方向に対してスキャンを行い、各エッジ上の位置の特定を行う。スキャン位置は、XY平面内の各方向の位置ずれ量に対して各エッジを捉える確率が高くなるように、リファレンスパターン初期位置の中央点１６０１を通過するスキャン（１６０２、１６０３）を行い、各エッジ方向の走査方向がエッジと交差する各エッジ上の任意点（１６０４、 １６０５）を特定する。
【００６３】
リファレンスパターンにおける各エッジ上の任意位置１６０４、１６０５が特定されると、予備測定で特定した角度１５０４、角度１５０５から、位置ずれ後のエッジ交差位置１６０６の座標を算出することができる。
【００６４】
ここでエッジ交差位置１６０６とリファレンス点の位置関係は予備測定によって既知であるため、算出したエッジ交差位置から位置ずれ後のリファレンス点１６０７を特定し、リファレンス点における高さ（Ｚ）の測定を行う。これにより、位置ずれ前のリファレンス点１５０７の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と位置ずれ後のリファレンス点１６０７の座標（Ｘ０＋ΔＸ、Ｙ０＋ΔＹ、Ｚ０＋ΔＺ）の差を算出でき、ドリフト量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を特定できる。更に、リファレンス測定におけるスキャンの際、上記（１６０２、１６０３）のスキャンに加えて、図２４Ｂに示すように（１６０８、１６０９）のスキャンを行えば、１６０４と１６１１を結ぶベクトル１６１３の方向と１６０５と１６１０間結ぶベクトル１６１４の方向が検出でき、測定中に試料位置が回転した際の回転角１６１２も含めた高精度な位置ずれ補正が可能となる。
【００６５】
次に、リファレンスパターンとして円、もしくは楕円状のエッジを有するパターンを用いた場合の探針と試料間の位置ずれ量の特定方法について図２５，２６を用いて説明する。図２３、２４Ａ及びＢで説明したのと同様、最初に試料特性の測定前のリファレンスパターン領域１７０１を走査プローブ顕微鏡で予備測定し、リファレンスパターン形状の同定を行う。この場合、予備測定によって楕円の長軸半径１７０２、短軸半径１７０３（パターン形状が円であった場合、１７０２と１７０３の値は一致する）と中心位置１７０４を特定し、中心位置１７０４を基準とした座標で、リファレンスパターン１７０１上、もしくはリファレンスパターン近傍で探針の移動が可能な任意位置をリファレンス点の座標１７０５として記録する（１７０４と１７０５は同じ位置としても問題ない）。
【００６６】
上記リファレンスパターンの予備測定後、試料特性の測定を行う。試料特性の測定中には予備測定で決定したリファレンス点１７０５の測定を適宜行い、探針と試料間の位置ずれ量の特定を行う。以下でリファレンス点１７０５の測定によって位置ずれ量を特定する方法について図２６を用いて説明する。XY平面の各方向に対して各エッジを捉える確率が高くなるように、リファレンスパターン初期位置の中心位置１８０１を通過するスキャン（１８０２、１８０３）を行う。エッジが楕円形状である場合、エッジ上の点を4点以上特定すれば、楕円の中心位置を算出することが可能であるため、エッジ上で4点を通過するようにスキャンを行う。図２６には、中心位置をより高精度に特定するため、Ｘ方向、Ｙ方向（互いに直交する方向）にスキャンする例を示すが、スキャン方法はこれに限るものではなく、エッジ上で4点以上特定できるスキャン方法を用いればよい。
【００６７】
次に上記スキャンで得られたエッジ上の４点（１８０４−１〜４）の位置から位置ずれ後の中心位置１８０５を算出する。ここで、中心位置１８０５とリファレンス点の位置関係は予備測定によって既知であるため、位置ずれ後のリファレンス点１８０６の位置を特定し、リファレンス点における高さ（Ｚ）の測定を行う。これにより、位置ずれ前のリファレンス点１７０５の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と位置ずれ後のリファレンス点１８０６の座標（Ｘ０＋ΔＸ、Ｙ０＋ΔＹ、Ｚ０＋ΔＺ）の差を算出でき、ドリフト量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を特定することができる。
【００６８】
次に、Ｘ方向もしくはＹ方向の一方にのみ数百ｎｍ〜数μｍ以上の領域を有する線状のパターン領域１９０１又は１９０２を用いる場合の探針と試料間の位置ずれ量の特定方法について図２７、図２８を用いて説明する。
【００６９】
最初に図２７に示すように、それぞれのパターンの予備測定を行い、各パターンの短手方向の位置座標（１９０３、１９０４）を特定する。さらに各パターン上、もしくはリファレンスパターン近傍で探針の移動が可能な位置座標（１９０５）をリファレンスとして記録する。
【００７０】
上記リファレンスパターンの予備測定後、試料特性の測定を開始する。試料特性の測定中には予備測定で決定したリファレンス点（１９０５）の測定を適宜行い、探針と試料間の位置ずれ量を特定する。
【００７１】
以下でリファレンス点（１９０５）の測定によって探針と試料間の位置ずれ量を特定する方法について図２８を用いて説明する。図２８に示すように、リファレンスパターンの各エッジと垂直な方向に対してスキャンを行い、各エッジ上の位置の特定を行う。スキャン位置は、XY平面内の各方向の位置ずれに対して各エッジを捉える確率が高くなるように、各リファレンスパターンの長手方向の中央位置を通過するスキャン（２００１、２００２）を行い、探針の走査方向がエッジと交差する各エッジ上の任意点（２００３、２００４）を特定する。さらに、特定された各エッジ上の任意点（２００３、２００４）からパターンの位置座標（２００５、２００６）の算出を行う。
【００７２】
ここで、パターンの位置座標（２００５、２００６）とリファレンス点の位置関係は予備測定によって既知であるため、算出したエッジ交差位置から位置ずれ後のリファレンス点（２００７）を特定し、リファレンス点における高さ（Ｚ）の測定を行う。これにより、位置ずれ前のリファレンス点（１９０５）の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と位置ずれ後のリファレンス点（２００７）の座標（Ｘ０＋ΔＸ、Ｙ０＋ΔＹ、Ｚ０＋ΔＺ）の差を算出でき、ドリフト量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を特定することができる。尚、図１７の２１０はｘ方向の位置ずれ量検出用走査箇所，２１１はｙ方向の位置ずれ量検出用走査箇所を示しており，２１０，２１１を走査した際にドリフトによってずれる可能性のある領域をそれぞれ２１２，２１３のハッチング領域として示した。
【００７３】
以下で検出したドリフト量に基づく走査位置ずれの補正方法の概念と処理のフロートを図１７及び１８を用いて説明する。ドリフト量に基づく走査位置ずれを補正する方法としては、図１８Ａに示すように，定期的にドリフト量を検出し、その都度，ドリフト量の分だけ，計測対象パターンの撮像中に走査開始箇所をずらす方法，あるいは，図１８Ｂのようにドリフト量は記憶するのみで，リアルタイムの補正は行わず，最終的にえられたＡＦＭ像の各走査に対して補正を行う方法、及びそれらを折衷した定期的にドリフト量を検出してその都度ドリフト量を補正するとともに、ドリフト量を検出して補正した後に次回のドリフト量を検出までの間に累積したドリフト量を最後に補正する方法とがあり得る。
【００７４】
図１９Ａに、図１８Ａに示した，定期的にドリフト量を検出し、その都度，ドリフト量の分だけ，計測対象パターンの撮像中に走査開始箇所をずらす方法に対応する処理のフローを示す。この処理では、先ず、検査対象のウェハをアライメントして検査装置であるＡＦＭに対してウェハの向きを合わせ（Ｓ１８０１）、次に、ウェハ上の計測箇所がプローブ探針９６３の捜査範囲に入るようにアドレッシングを行う（Ｓ１８０２）。つぎに、プロービングの走査回数をゼロにリセットし（Ｓ１８０３）、所定の計測領域を探針９６３でラインスキャンする（Ｓ１８０４）。１回ラインスキャンするごとにカウント数ｎを１ずつ増やし（Ｓ１８０５），所定の回数（例えば３回又は４回）ラインスキャンするごとに（Ｓ１８０６）プローブ探針９６３でリファレンスパターンを走査して（Ｓ１８０７）プローブ探針９６３のドリフト量を推定する（Ｓ１８０８）。ここで，Ｓ１８０６におけるｐは所定の回数を表し、nはその整数倍を表している。推定したドリフト量を基準値と比較し（Ｓ１８０９），大きい場合にはドリフト補正（Ｓ１８１０）を行ってから次のラインスキャンＳ１８０９を行う。この処理を所定の回数行って（Ｓ１８１１）処理を終了する。
【００７５】
図１９Ｂには、図１８Ｂに示したドリフトの補正をリアルタイムでは行わないときの処理のフローを示す。この処理では、図１９Ａの場合と同様に、先ず、検査対象のウェハをアライメントして検査装置であるＡＦＭに対してウェハの向きを合わせ（Ｓ１８２１）、次に、ウェハ上の計測箇所がプローブ探針９６３の捜査範囲に入るようにアドレッシングを行う（Ｓ１８２２）。つぎに、プロービングの走査回数をゼロにリセットし（Ｓ１８２３）、所定の計測領域を探針９６３でラインスキャンする（Ｓ１８２４）。１回ラインスキャンするごとにカウント数ｎを１ずつ増やし（Ｓ１８２５），所定の回数（例えばを３回又は５回）ラインスキャンするごとに（Ｓ１８２６）プローブ探針９６３でリファレンスパターンを走査して（Ｓ１８２７）プローブ探針９６３のドリフト量を推定する（Ｓ１８２８）。推定したドリフト量は図示していないＡＦＭ装置の記憶手段に記憶しておく。この処理を所定の回数行って（Ｓ１８２９）プローブ探針９６３による捜査を終了する。その後、記憶しておいたプローブ探針９６３のドリフト量に基づいてラインスキャンデータを補正する（Ｓ１８３０）。
【００７６】
次に、定期的にドリフト量を検出してその都度ドリフト量を補正するとともに、ドリフト量を検出して補正した後に次回のドリフト量を検出までの間に累積したドリフト量を最後に補正する方法について、図１９Ｃを用いて説明する。
【００７７】
図１８Ａのドリフト量の分だけ計測対象パターンの撮像中に走査開始箇所をずらす方法では、上で述べた各処理によって位置ずれ量を算出し、算出された位置ずれ量をキャンセルするように探針の指令位置（ＶＸ、ＶＹ、ＶＺ）を（ＶＸ−ΔＸ、ＶＹ−ΔＹ、ＶＺ−ΔＺ）に補正する。この補正を行うことによって、探針の位置が測定領域から大きく外れてしまうことを防ぐことができるとともに、リファレンス測定を高頻度に行うことによって、リアルタイムでの位置ずれ補正が可能となる。
【００７８】
ただし、各リファレンスパターン測定間（ｉ回目のリファレンスパターン測定（２１０２）から、ｉ＋１回目のリファレンスパターン測定（２１０３）を行うまでの間）に生じたドリフトについては、上記位置ずれ補正によって除去することができない。（図２９Ｂ参照）
このため、各リファレンスパターン測定の間（２１０４）に生じる位置ずれを補正する方法について説明する。上で述べたように、ドリフト量は測定時間の経過にほぼ比例するため、リファレンス領域測定終了時点からの経過時間に比例した補正量で補正を行う。まず、ｉ回目のリファレンス測定とｉ＋１回目のリファレンスパターン測定で特定された位置ずれ量の差分（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、およびリファレンスパターン測定間（ｉ回目とｉ＋１回目のリファレンスパターン測定時間間隔：Δｔ）から、式（２）を用いてリファレンス領域測定の間に生じた単位時間あたりのドリフト量（ｄＸ，ｄＹ，ｄＺ）を特定する。
ｄＸ＝ΔＸ／Δt， ｄＹ＝ΔＹ／Δt， ｄＺ＝ΔＺ／Δt
・・・（数２）
さらに、各データの測定時刻ｔｉｋ（ｋ＝0,1,2・・・）を記録しておくことにより、式（３）を用いてｉ回目のリファレンスパターン領域測定終了時点（ｔｉ０）からの経過時間に比例した補正量（ΔＣＸｉｋ、ΔＣＹｉｋ、ΔＣＺｉｋ）で補正を行うことが可能となる。
【００７９】
ΔＣＸｉｋ＝（ｔｉｋ−tｉ０）・ｄＸ，ΔＣＹｉｋ＝（ｔｉｋ−tｉ０）・ｄＹ，
ΔＣＺｉｋ＝（ｔｉｋ−tｉ０）・ｄＺ ・・・（数３）
また、各画素の測定時間がほぼ一定となる場合、ｉ回目のリファレンス測定とｉ＋１回目のリファレンスパターン測定で特定された位置ずれ量の差分（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、およびｉ回目とｉ＋１回目のリファレンス測定間（２１０４）に測定した画素数（Ｎ）から式（数４）を用いて各リファレンス領域の測定間に生じた単位画素あたりのドリフト量（ｄＸ，ｄＹ，ｄＺ）を特定し、式（５）を用いてｉ回目のリファレンス領域測定後の測定画素数ｋ（ｋ＝0,1,2・・・）に比例した補正量（ΔＣＸｋ、ΔＣＹｋ、ΔＣＺｋ）で補正を行うことも可能である。
ｄＸ＝ΔＸ／Ｎ， ｄＹ＝ΔＹ／Ｎ， ｄＺ＝ΔＺ／Ｎ ・・・（数４）
ΔＣＸｋ＝ｋ・ｄＸ，ΔＣＹｋ＝ｋ・ｄＹ，
ΔＣＺｋ＝ｋ・ｄＺ ・・・（数５）
この場合の処理のフローを図１９Ｃに基づいて説明する。
【００８０】
この処理では、図１９Ａの場合と同様に、先ず、検査対象のウェハをアライメントして検査装置であるＡＦＭに対してウェハの向きを合わせ（Ｓ１８４１）、次に、ウェハ上の計測箇所がプローブ探針９６３の捜査範囲に入るようにアドレッシングを行う（Ｓ１８４２）。つぎに、プロービングの走査回数をゼロにリセットし（Ｓ１８４３）、所定の計測領域を探針９６３でラインスキャンする（Ｓ１８４４）。１回ラインスキャンするごとにカウント数ｎを１ずつ増やし（Ｓ１８４５），所定の回数（例えばを３回又は５回）ラインスキャンするごとに（Ｓ１８４６）プローブ探針９６３でリファレンスパターンを走査して（Ｓ１８４７）プローブ探針９６３のドリフト量を推定する（Ｓ１８４８）。推定したドリフト量が基準値よりも大きいときにドリフト補正を行う（Ｓ１８５０）と共にこの推定したドリフト量を図示していないＡＦＭ装置の記憶手段に記憶しておく。この処理を所定の回数行って（Ｓ１８５１）プローブ探針９６３による捜査を終了する。その後、記憶しておいたプローブ探針９６３のドリフト量に基づいて上記に説明したようにして補正量を求め、ラインスキャンデータを補正する（Ｓ１８５２）。
【００８１】
その他、ドリフト量は測定チャンバー内の温度変化に比例するため、チャンバー内の温度データを用いて、各リファレンスパターン測定の間に生じる位置ずれの補正を行う方法について図３０を用いて以下で説明する。
【００８２】
まず、ｉ回目のリファレンスパターン測定と、ｉ＋１回目のリファレンスパターン測定で特定されたＳＰＭ像の位置ずれ量の差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、およびｉ回目のリファレンスパターン測定時（２２０１）と、ｉ＋１回目のリファレンスパターン測定時（２２０２）における測定チャンバー内の温度差ΔＴから、（数６）を用いることによって、各リファレンス測定間における単位温度あたりのドリフト量（ｄＸ、ｄＹ、ｄＺ）を算出する。
ｄＸ＝ΔＸ／ΔＴ， ｄＹ＝ΔＹ／ΔＴ， ｄＺ＝ΔＺ／ΔＴ
・・・（数６）
更に、ｉ回目のリファレンスパターン測定時の測定チャンバー内温度データをＴｉ０、ｋ番目の試料のＳＰＭ像Ｐｉｋ＝（Ｘｉｋ，Ｙｉｋ，Ｄｉｋ）の取得時点（１２０３）の温度データをＴｋとし、（数７）から各画素の補正量（ΔＣＸｉｋ、ΔＣＹｉｋ、ΔＣＺｉｋ）を決定することができる。
【００８３】
ΔＣＸｉｋ＝（Ｔｉｋ−Ｔｉ０）ｄＸ，ΔＣＹｉｋ＝（Ｔｉｋ−Ｔｉ０）ｄＹ，
ΔＣＺｉｋ＝（Ｔｉｋ−Ｔｉ０）ｄＺ ・・・（数７）
ここで、ＳＰＭ像が表面形状像であった場合、（ΔＣＸｉｋ，ΔＣＹｉｋ，ΔＣＺｉｋ）を（Ｘｉｋ，Ｙｉｋ，Ｄｉｋ）にそれぞれ加算することによって、ＸＹ平面と高さ方向の誤差を補正することができる。
【００８４】
また、ＳＰＭ像が表面形状像以外の物理量、例えば摩擦特性、弾性特性、吸着力、電磁気特性、光学特性でも本発明は適用可能であり、この場合は（数７）で求めた（ΔＣＸｉｋ，ΔＣＹｉｋ）を（Ｘｉｋ，Ｙｉｋ）に加算することによって、ＸＹ平面内の測定誤差を補正することができる。
【００８５】
リファレンスパターンの測定を行うタイミングは、予め定められた一定ライン毎にリファレンスパターン領域の測定を行うように、一定の測定周期を設定してもよいし、可変周期で測定を行ってもよい。
【００８６】
可変周期で測定を行う方法として、リファレンスパターン領域の測定結果から位置ずれの速度を特定し、前記特定された位置ずれの速度に基づいてリファレンスパターン測定のタイミングを決定する方法について図２３を用いて説明する。
【００８７】
本方法ではｉ−1回目（前回）とｉ回目(今回)のリファレンス測定における測定間隔（Δｔ）と、それぞれのリファレンスパターン測定で得られた位置ずれ量の差ΔEl（l：各リファレンスパターン測定方向）から（数８）を用いて各測定方向における単位時間あたりの位置ずれ量ｄEl（ｌ：各リファレンスパターン測定方向）を算出し、ｉ回目のリファレンス測定後、各方向における位置ずれ量が、リファレンス領域の各測定方向の最大幅（Dl）に達するまでの時間（Δｔl）を（数８）を用いて算出する（リファレンス領域の各測定方向の最大幅（Dl）はリファレンスパターン形状が１５０１の場合、１５０８、１５０９の長さとなり、リファレンスパターン形状が図２５に示すような１７０１の場合、１７０２、１７０３の長さとなる）。
【００８８】
さらに算出された各Δｔlのうち、最小値をｉ＋１回目(次回)のリファレンスパターン測定までの時間とする。これにより、リファレンス領域の測定回数を最小限に抑制することが可能となる。
El ＝ΔEl／Δｔ（l：リファレンスパターン測定方向）・・・（数８）
Δｔl＝Dl／ｄEl （l：リファレンスパターン測定方向）・・・（数９）
また、可変周期で測定を行う他の方法として、測定チャンバー内の温度データを用いて、測定チャンバー内の温度データからリファレンスパターン測定のタイミングを決定する方法について図３０を用いて説明する。
【００８９】
上で述べた通り、ドリフトは温度変化に起因して生じるため、チャンバー内の温度変化をモニタし、測定チャンバー内の温度変化（ΔＴ）が予め決められた閾値（ΔＴｔｈ）を超える（２２０４）場合、もしくは温度変化の方向（温度の上昇と下降）が変わる（２２０５）場合に、リファレンス測定を行う。この場合も、チャンバー内の温度変化と各軸方向に生じる位置ずれ量の関係を予め取得しておき、ドリフトによるＳＰＭ像の位置ずれがリファレンスパターン領域よりも小さくなるように、温度変化の閾値を設定する。これによって、リファレンス領域の測定回数を最小限に抑制できるとともに、より適切なタイミングで位置ずれ補正を行うことが可能となる。
【００９０】
なお，本実施例では設計レイアウトデータを入力することによりオフラインで撮像レシピを作成する方法について述べたが，設計レイアウトデータの代わりに光学式の顕微鏡により撮像した画像，あるいは，ＡＦＭの低倍像よりパターンのレイアウトを把握してレシピを作成することもできる。
【００９１】
（４）測長ＳＥＭとＡＦＭの計測値の照合・提示（Ｓ１０６〜Ｓ１０８の説明）
図２０に測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果を照合するためのフローを示す。照合に必要な入力情報は，設計レイアウト情報，測長ＳＥＭの撮像レシピ，測長ＳＥＭの計測結果，ＡＦＭの撮像レシピ，ＡＦＭの計測結果である。この計測結果の照合は、図７に示したシステム構成の寸法計測結果解析装置１５４で行う。設計レイアウト情報（Ｄ２００１１）はデータベース１５５から入力され、測長ＳＥＭの撮像レシピ（Ｄ２００１２）及びＡＦＭの撮像レシピ（Ｄ２００１４）は自動レシピ作成装置１５３から入力され、測長ＳＥＭの計測結果（Ｄ２００１３）は測長ＳＥＭ１５１から、ＡＦＭの計測結果（Ｄ２００１５）はＡＦＭ１５２からそれぞれ入力される。
【００９２】
先ず、入力のステップ（Ｓ２００１）で以上の情報をそれぞれの装置から寸法計測結果解析装置１５４に入力する。次に、この入力した情報を用いて寸法計測結果解析装置１５４において測長ＳＥＭ，ＡＦＭの計測結果を自動照合する（Ｓ２００２）。この自動照合ステップＳ２００２においては，計測対象パターンごとに，撮像位置ずれと，走査間隔のずれを算出し（Ｓ２００２１），ずれを補正した（Ｓ２００２２）上で，計測バイアスを算出する（Ｓ２００２３）。そして、最後に、照合した結果を寸法計測結果解析装置１５４の画面上に出力する（Ｓ２００３）。
【００９３】
図２１に測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果の照合を実行，及び，その照合結果を表示するためのＧＵＩ５００を示す。ＧＵＩ５００上で照合のために必要なファイル情報選択欄５１０で必要なファイル情報を選択し，計測番号入力欄５１１で計測対象パターンの番号を入力すると，ファイル情報選択欄５１０で選択した撮像レシピより位置座標が読み出され，設計レイアウトデータから対応する部分が切り出されて画面上の領域５０２に表示される。太枠２０１で囲まれた領域内のパターンが計測対象パターンである。また，該当番号の測長ＳＥＭ像（５０３）とＡＦＭ像（５０４）が表示される。５０４はドリフトによって走査開始位置がずれた状況を表している。
【００９４】
測長ＳＥＭ計測とＡＦＭ計測は，指定した同一座標の寸法計測を意図して行われるが、前述のパターンラフネスの影響や（図１６参照），位置決め時のエッジ位置検出誤差の影響，ＡＦＭにおけるドリフトの影響，さらに，倍率校正誤差の影響などがあり，両方の計測結果の間には，位置ずれ，走査間隔ずれが存在する。計測値の照合前後のデータを表示する欄５１４の左側グラフには、位置ずれ，走査間隔ずれを照合する前の測長ＳＥＭによる計測結果と，ＡＦＭによる計測結果が，５１４の右側グラフには，照合後の測長ＳＥＭによる計測結果と，ＡＦＭによる計測結果が表示される。横軸はｙ方向の位置，縦軸は寸法計測結果（この場合はライン幅）である。
【００９５】
位置ずれ，走査間隔ずれの照合は，ｙ方向の位置にそった寸法の増減が一致するように，ＡＦＭの計測結果を測長ＳＥＭの計測結果に合わせ込むことによって行われる（計測結果の安定性は測長ＳＥＭが勝るため）。計測値の照合前後のデータを表示する欄５１４の下側の欄５１５には，照合前，照合後の，撮像範囲内での寸法計測結果の平均値，及び，計測バイアスの平均値が表示される。
【００９６】
なお，測長ＳＥＭの寸法計測値は，計測条件（例えば，図３におけるしきい値のパーセンテージ（th[%]））を変更すると変化する。同様に，ＡＦＭの寸法計測値も，計測条件（例えば図５のいずれの方法で寸法計測を行うか，あるいは，各方法の条件をどう設定するか）によって変化する。これらの計測条件を変更して，計測バイアスを求めたい場合には，測長ＳＥＭ計測条件変更なし/あり選択欄５１２，ＡＦＭ計測条件変更なし/あり選択欄５１３において「変更あり」を選択して，図示しない計測条件変更ＧＵＩにて変更を行った後に，照合実行のボタン５１６をクリックすれば，新しい計測条件における，測長ＳＥＭ，ＡＦＭの寸法計測値，及び，計測バイアスが表示される。例えば，この結果に基づき，測長ＳＥＭの計測条件を，計測バイアスがより小さくなるような条件（計測対象パターンに対する電子ビームのスキャン方向、ＳＥＭ画像からのパターンエッジの抽出条件など）に変更することにより、測長ＳＥＭによるパターン寸法又は形状計測の結果の再現性及び信頼性を向上させることができるようになる。
【００９７】
計測バイアスを小さくするために測長ＳＥＭの計測条件を変えた場合には、この変えた計測条件で図１の処理フローのＳ１０２とＳ１０３とを実行した後に、先の処理ですでに取得しているＡＦＭの計測結果を用いてＳ１０６からＳ１０８の処理を実行して計測バイアスが改善されたことを確認する。その後、この計測バイアスの改善が確認された計測条件を用いて試料上の所望の計測点を測長ＳＥＭで順次計測することにより、より信頼度の高い計測結果を得ることができる。
【００９８】
図２２は，全ての計測対象パターンの計測結果をまとめて確認するためのＧＵＩ６００である。ファイル選択欄６０３にて，設計レイアウトファイル，測長ＳＥＭ計測結果ファイル，ＡＦＭ計測結果ファイルを選択し，一覧表示ボタン６０４をクリックすると、全計測対象パターンの，設計寸法，測長ＳＥＭによる寸法計測結果，ＡＦＭによる寸法計測結果，計測バイアスの一覧が表６０５に表示される。また，この表６０の計測番号の欄の所望の計測番号をクリックすると，該当の計測対象パターンのチップ内の位置が表示部６０１上でハイライトされると共に，設計レイアウトデータから該当箇所が切り出されて表示部６０２に表示される。本機能を利用することにより，計測バイアスの分布状況、及び，どういったパターンで計測バイアスが大きい／小さいかといった状況を容易に把握することが可能となる。
【００９９】
以上，本発明によれば，従来，多大な手間を要した測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果の照合が，より容易かつ高精度に行うことが可能となる。
【符号の説明】
【０１００】
１５１・・・即長ＳＥＭ １５２・・・ＡＦＭ １５３・・・自動レシピ作成装置 １５４・・・寸法計測結果解析装置 １５５・・・データベース。
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスのパターン寸法をより正確に計測する方法及びそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に述べられているように，半導体プロセスにおいてパターン寸法管理ツールとしても最も普及しているのは，走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと略す）を半導体専用に特化した測長ＳＥＭである。図２に測長ＳＥＭの原理を示す。電子銃９０１から放出された電子ビーム９１０は収束レンズ９０２で細く絞られ，対物レンズ９０４で焦点を試料９００の表面に合わせた状態で制御装置９０６で制御された偏向器９０３により試料９００上を２次元的に走査される。電子ビーム９１０の照射によって試料から発生した二次電子９２０を検出器９０５で捕らえて制御装置９０６で信号処理することで，ＣＲＴ９０７に表示されているような電子線像が得られる。二次電子はパターンエッジ部でより多く発生するため，電子線像は，ＣＲＴ９０７に表示されているように、パターンエッジに相当する部分が明るい画像となる。測長ＳＥＭにおいては，電子線像上でのエッジ間距離lに画素サイズpを乗じる（l×p）ことにより寸法が求められる。
【０００３】
測長ＳＥＭにおける測長処理の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１の開示例においては，測定対象配線を撮像した画像内の局所領域から，配線の信号プロファイルを配線の長手方向に加算平均した投影プロファイルを作成し，このプロファイルにおいて検出した左右の配線エッジ間の距離として配線寸法を算出している。
【０００４】
エッジ間距離lを自動計算するための種々の方法が提案されているが，ここでは代表的な手法としてしきい値法について述べる。しきい値法の考え方は，特許文献２に示されている。図３のように，試料上に形成されたパターン９３０を電子ビームを走査して検出される二次電子の検出波形９４０において、パターン９３０の左右のエッジ９３１と９３２に相当する信号量の大きい部分を，それぞれ左ホワイトバンド（左ＷＢ）９４１，右ホワイトバンド（右ＷＢ）９４５と呼ぶことにする。しきい値法は，左ＷＢ９４１と右ＷＢ９４５それぞれで，Ｍａｘ値９４２と９４６，Ｍｉｎ値９４３と９４７を求め，これらを所定の比率で内分するしきい値レベル９４４と９４８を算出し，しきい値９４４と９４８を信号波形９４０が横切るポジション９５１と９５２とをエッジ位置として検出し，左右エッジ間９５１と９５２との距離をlとする。
【０００５】
また，特許文献３には，測長ＳＥＭにおいて，計測対象のＳＥＭ像を取得するため撮像レシピを，計算機上で設計レイアウトデータを用いて自動作成する方法が開示されている。ここで開示されている方法によれば，計測対象パターンの位置座標を入力すると，所定のアルゴリズムにて，ステージの停止誤差や電子線の走査可能領域のサイズなどを考慮して，最適な位置決め用パターンや焦点合わせ用パターンなどが自動的に決定される。
【０００６】
測長ＳＥＭは、安定であり，かつ高スループットな計測が可能であり，加えて上記のように自動的に撮像レシピを作成する技術も実用化されているという利点を有するが，非特許文献２に開示されているように，ＳＥＭの信号波形においては，その計測対象の形状が異なると，それに応じて信号波形が変化するため計測誤差を生じるという問題がある。
【０００７】
一方，微細パターンの立体形状の計測が可能な計測ツールとして，近年，走査プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭと略す），特に，原子間力顕微鏡（以下，ＡＦＭと略す）が注目をあびつつある。図４にＡＦＭの一般的な構成を示す。計測対象パターン間の移動は，粗動ステージ９６１にて行う。光学顕微鏡９６２は，撮像箇所の大まかな確認用である。ＡＦＭ探針９６３は片持ちバネ（カンチレバー）９６４の先端に取り付けられており，探針９６３と試料９６０の間に働く原子間力（斥力あるいは引力）を，カンチレバー９６４のたわみとして検出する。カンチレバー９６４のたわみが一定になるように探針・試料間距離（Ｚ）を全体制御器９６５で制御されているＸＹ制御器９６６及びＺ軸制御器９７１にフィードバック制御しながら水平（Ｘ，Ｙ）に走査することで、試料９６０の立体形状情報を得ることができる。カンチレバー９６４のＸ，Ｙ，Ｚ方向走査には，圧電素子（ピエゾ素子）９６７が用いられる。カンチレバー９６４のたわみは，例えば，光てこ方式により検出される。すなわち，レーザダイオード９６８から発射されたレーザ光（半導体ダイオードなど）をカンチレバー９６４の背面に照射し，反射したレーザ光を４分割位置センサー（４分割フォトダイオードなど）９６９で検出する。ＡＦＭにおいても測長ＳＥＭと同様，エッジ間距離lにプロービングピッチpを乗じる（l×p）ことにより寸法（ＣＤ）が求められる。
図５Ａ〜Ｃにエッジ間距離lを求める方法の例を示す。図５Ａは，パーセンテージにて指定した所定高さにおける寸法を求める方法である。例えばＡＦＭでパターンを測定して得られたデータプロファイル９８１の最大値９８２と最小値９８３との差をパターン９３０の高さとして、１／２高さにおける寸法を求めたい場合には，しきい値を最大値９８２と最小値９８３との差の５０％と設定し、データプロファイル９８１が５０％のライン９８４と交わる点９８５と９８６との間隔をエッジ間距離ｌとする。図５Ｂは，二つのしきい値th1：９８７とth2：９８８とデータプロファイル９８１との交点を結ぶ直線が最小値９８３のラインと交わる点９８９と９９０とをエッジ点として、その間隔をエッジ間距離ｌとする方法である。図５Ｃは，最小値９８３のライン（基板面）からの高さdh：９９１を指定して、ｄｈのライン９９１と交わる点９９２と９９３とをエッジ点として指定して、その間隔をエッジ間距離ｌとする方法である。
【０００８】
ＡＦＭは理論的および実験的に高い分解能を持ち，特に，Ｚ方向（試料表面に対して垂直な方向、高さ方向）に高分解能の計測機能を持っており，試料の３次元情報を得られるという利点があるが，測長ＳＥＭと比べると，計測のスループットが小さいという問題がある。測長ＳＥＭにおける電子ビームの走査速度と，ＡＦＭにおける探針の走査速度を単純に比較すると，両者の間には二桁以上の差がある。また，測長ＳＥＭに比べて，自動化が進んでいないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３１６１１５号公報
【特許文献２】特開昭５５−７２８０７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５０５２８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】社団法人 日本半導体製造装置協会（ＳＥＡＪ）平成１７年度半導体製造装置技術ロードマップ報告書 第５編計測
【非特許文献２】J. S. Villarrubia, A. E. Vladar, J. R. Lowney, and M. T. Postek, “Scanning electron microscope analog of scatterometry,” Proc. of the SPIE, Vol. 4689, pp. 304-312 (2002)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
半導体パターンの微細化に伴い，より正確な寸法計測，すなわり，実寸法と計測値の差であるところの計測バイアスを低減するニーズが高まっている。
【００１２】
しかしながら，測長ＳＥＭの場合，前述のように，計測対象の形状の違いによって信号波形が変化し，計測誤差が生じるという問題を有す。この問題が，上記のニーズに対して，いかなる不都合を引き起こすかを図６Ａ〜Ｃを用いて説明する。
【００１３】
図６Ａに示すように，ＳＥＭにおいては，試料上のパターン９３０に照射された電子線６５０がパターン９３０の内部６５１で拡散するため，パターン９３０から発生する２次電子６５２を検出して得られるＳＥＭ信号波形６５３は広がりを有す。そして，図６Ｂ及びＣに示すように，ＳＥＭ信号波形６５４及び６５５の広がり方は対象パターン６５６及び６５７の形状によって異なる。例えば，前述のしきい値法にて，しきい値５０％の条件でエッジ検出を行った場合，図６Ｂのようなテーパが大きいパターン６５６で検出されるエッジ位置６５８は，計測対象のボトム位置６６０より0.5 nm内側となるのに対し，図６Ｃのようなテーパが小さいパターン６５７で検出されるエッジ位置６５９は，計測対象のボトム位置６６０より2.5 nm外側となる。つまり，測長ＳＥＭによる計測は，計測バイアス６６１や６６２を有し，さらに，計測バイアス値６６１及び６６２は一定ではなく，パターン形状に依存して変化する。一般に，半導体パターンの断面形状は一定ではない。レジストパターンであれ，エッチングパターンであれ，パターンサイズや，パターン密度／配置によって断面形状が異なる。従って，測長ＳＥＭの計測値は常に未知の計測バイアスを有すといえる。
一方，ＡＦＭ計測の場合，試料表面を探針がなぞるという原理上，計測対象の形状変化による計測バイアスは測長ＳＥＭに比べて十分に小さい。しかしながら，前述のようにＡＦＭは計測のスループットが低いという問題，また，自動化が進んでいないという問題があり，測長ＳＥＭが果たしている，半導体プロセスにおけるパターン寸法管理ツールの役割を，ＡＦＭが代替することは，事実上困難である。
【００１４】
本発明の目的は，計測バイアス低減のニーズに応えるため，ＡＦＭ計測との比較により，測長ＳＥＭの計測バイアスを求めてパターンの寸法を計測する方法及びそのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため，本発明は，測長ＳＥＭ，ＡＦＭ，および，自動レシピ作成装置から構成される寸法計測システムにおいて，計測対象パターンの設計レイアウトデータと計測対象パターンの位置座標を自動レシピ作成装置に入力し，自動レシピ作成装置にて測長ＳＥＭ像取得用レシピ，および，ＡＦＭ像取得用レシピを自動作成し，上記作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像を取得し，ＡＦＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＡＦＭ像を取得し，ＳＥＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し，ＡＦＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し，ＳＥＭ像の寸法計測値とＡＦＭ像の寸法計測値とを照合することにより，ＳＥＭ像の寸法計測値とＡＦＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出するようにしたものである。
【００１６】
また、上記目的を達成するために本発明では、パターン寸法計測システムを、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）手段と、計測対象パターンの設計レイアウトデータと該計測対象パターンの座標データを入力する入力手段と，入力手段から入力された設計レイアウトデータを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像取得用レシピとＳＰＭ像取得用レシピとを作成する撮像レシピ作成手段と，撮像レシピ作成手段で作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いてＳＥＭ手段で撮像して得た計測対象パターンのＳＥＭ像から計測対象パターンの寸法を算出するＳＥＭ画像処理手段と、撮像レシピ作成手段で作成されたＳＰＭ像取得用レシピを用いてＳＰＭ手段で撮像して得た計測対象パターンのＳＰＭ像から計測対象パターンの寸法を算出するＳＰＭ画像処理手段と、ＳＥＭ画像処理手段で算出した計測対象パターンの寸法とＳＰＭ画像処理手段で算出した計測対象パターンの寸法とを照合してＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出する演算手段と、演算手段で算出した計測バイアス値に関する情報を表示する表示手段とを備えて構成した。
【００１７】
また、上記目的を達成するために本発明では、パターン寸法計測システムを、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、計測対象パターンの設計データを入力する入力手段と，入力手段から入力された設計データを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像取得用レシピを作成する撮像レシピ作成手段と，撮像レシピ作成手段で作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いてＳＥＭ手段で撮像して得た計測対象パターンのＳＥＭ像から計測対象パターンの寸法を算出するＳＥＭ画像処理手段と、ＳＥＭ画像処理手段で算出した計測対象パターンの寸法を計測対象パターンを他の計測手段で計測して得た計測対象パターンの寸法とを照合してＳＥＭ像の寸法計測値と他の計測手段で計測して得た計測対象パターンの寸法計測値との差である計測バイアス値を算出する演算手段と、演算手段で算出した計測バイアス値に関する情報を表示する表示手段とを備えて構成した。
【００１８】
更にまた、上記した目的を達成するために、本発明では、パターン寸法計測方法を、計測対象パターンの設計レイアウトデータと該計測対象パターンの位置座標をレシピ作成装置に入力し，レシピ作成装置にて走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像取得用レシピを作成するし、レシピ作成装置にて走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）像取得用レシピを作成し、作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像を取得し、作成されたＳＰＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＰＭ像を取得し、取得したＳＥＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し、取得したＳＰＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し、ＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測値とを照合し、ＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出するようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，設計レイアウトデータを用いることで，測長ＳＥＭとＡＦＭの撮像レシピが自動的に作成されるようになるため，両方の装置に関する知識がなくとも，同一箇所の撮像が可能な，高精度な撮像レシピを作成することが可能となる。これにより，測長ＳＥＭとＡＦＭで同一箇所の計測データを取得することが容易になるため，両方の計測結果を照合による計測バイアスの算出が効率的に行えるようになる。測長ＳＥＭとＡＦＭ間の計測バイアスが容易に行えれば，データ点数を増やすことが可能となるため，測長ＳＥＭの計測バイアスの校正をより高精度に行うことが可能となる。
【００２０】
また，本発明によれば，レシピ作成が計算機上で行われるため，撮像レシピ作成のために測長ＳＥＭ，ＡＦＭを使用する必要がなくなるため，ＣＯＯ(Cost of Ownership)の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】全体シーケンスを示すフロー図である。
【図２】測長ＳＥＭの概略の構成を示すブロック図である。
【図３】測長ＳＥＭにおけるエッジ点検出方法を説明するパターンの断面形状とこのパターンをＳＥＭで撮像して得られる信号の波形を示す図である。
【図４Ａ】ＡＦＭの概略の構成を示すブロック図である。
【図４Ｂ】ＡＦＭで試料を走査して得られた画像とこの画像からパターン寸法を求める式を表した図である。
【図５Ａ】ＡＦＭにおけるエッジ間距離を求める方法を説明する図で、最大値と最小値との差をパターンの高さとして１/２高さの部分をエッジ位置とする場合のＡＦＭの波形信号を示す図である。
【図５Ｂ】ＡＦＭにおけるエッジ間距離を求める方法を説明する図で、最大値と最小値との差に対して指定した二つのしきい値とデータプロファイルとの交点を結ぶ２本の直線がそれぞれ最小値のラインと交わる点をエッジ位置とする場合のＡＦＭの波形信号を示す図である。
【図５Ｃ】ＡＦＭにおけるエッジ間距離を求める方法を説明する図で、最小値のラインから所定の高さの部分をエッジ位置とする場合のＡＦＭの波形信号を示す図である。
【図６Ａ】パターンの断面形状とこのパターンをＳＥＭで検出したときに得られる信号波形を示す図である。
【図６Ｂ】側面の傾斜が比較的緩やかなパターンの断面形状とこのパターンをＳＥＭで検出したときに得られる信号波形を示す図である。
【図６Ｃ】側面の傾斜が急峻なパターンの断面形状とこのパターンをＳＥＭで検出したときに得られる信号波形を示す図である。
【図７】全体のシステム構成を示すブロック図である。
【図８Ａ】測長ＳＥＭを用いて任意の評価ポイントを観察するための撮像シー件を示すフロー図である。
【図８Ｂ】試料パターンの低倍率のＳＥＭ画像で、ＥＰとその周りのＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの各領域の配置を示す図である。
【図９】ＡＦＭ撮像レシピ作成のフロー図である。
【図１０】代表的な位置決め用走査箇所を説明する試料パターンの平面図である。
【図１１Ａ】位置決め用走査箇所を選択する試料パターンの平面図である。
【図１１Ｂ】試料パターン上の複数の位置決め用走査領域と該領域内のほぼ中央部を走査した状態を示す試料パターンの平面図である。
【図１１Ｃ】試料パターン上の複数の位置決め用走査領域と該領域内の中央部から外れた部分又はパターンから外れた部分を走査した状態を示す試料パターンの平面図である。
【図１２Ａ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０４Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｂ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０５Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｃ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０６Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｄ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０７Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｅ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０８Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１２Ｆ】図１１Ｂ及びＣの走査線３０９Ａ及びＢに対応する検出信号波形を示す図である。
【図１３】ＡＦＭの撮像レシピを自動作成するためのＧＵＩの図である。
【図１４】ＡＦＭの撮像レシピを自動作成するためのＧＵＩの一部分の図である。
【図１５Ａ】ＡＦＭの撮像レシピを自動作成するためのＧＵＩの計測シーケンス部の表示の変形例を示す図である。
【図１５Ｂ】ＡＦＭの撮像レシピを自動作成するためのＧＵＩの計測シーケンス部の表示の他の変形例を示す図である。
【図１６】パターンラフネスを説明するパターンの平面図である。
【図１７】代表的なドリフト量検出用走査箇所を説明する試料パターンの平面図である。
【図１８Ａ】所定の回数ライン走査するごとにドリフト補正を行う場合のライン走査回数とドリフト量との関係を示すグラフである。
【図１８Ｂ】ドリフト補正を行わずにライン走査を行った場合のライン走査回数とドリフト量との関係を示すグラフである。
【図１９Ａ】所定の回数ライン走査するごとにドリフト補正を行う場合の処理の流れを示すフロー図である。
【図１９Ｂ】ドリフト補正を行わずにライン走査を行った後にラインスキャンデータに対してドリフト補正を実行する場合の処理の流れを示すフロー図である。
【図１９Ｃ】所定の回数ライン走査するごとにドリフト補正を行い、更に、走査終了後にラインスキャンデータに対してドリフト補正を実行する場合の処理の流れを示すフロー図である。
【図２０】測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果を照合するための処理の流れを示すフロー図である。
【図２１】測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果の照合するためのＧＵＩの図である。
【図２２】測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果の照合結果を表示するためのＧＵの図である。
【図２３】リファレンスパターン上のリファレンス点の座標を求める状態を説明するリファレンスパターンの平面図である。
【図２４Ａ】リファレンスパターンの中央点を通って各エッジの方向に１回ずつスキャンしてリファレンスパターンの傾きと位置ずれを求める状態を説明するリファレンスパターンの平面図である。
【図２４Ｂ】リファレンスパターンの各エッジの方向に２回ずつスキャンしてリファレンスパターンの傾きと位置ずれを求める状態を説明するリファレンスパターンの平面図である。
【図２５】楕円状のエッジを有するリファレンスパターンの平面図である。
【図２６】楕円状のエッジを有するリファレンスパターンをＸ方向とＹ方向とにスキャンする状態を説明する楕円状のエッジを有するリファレンスパターンの平面図である
【図２７】Ｘ方向もしくはＹ方向の一方向に長い線状のパターンの平面図である。
【図２８】リファレンス点の測定によって探針と試料間の位置ずれ量を特定する方法を説明するＸ方向もしくはＹ方向の一方向に長い線状のパターンの平面図である。
【図２９Ａ】ライン・アンド・スペースパターンと測定スキャンの方向の関係を示すライン・アンド・スペースパターンの平面図である。
【図２９Ｂ】位置ずれ補正によっても除去しきれないドリフトが残った状態のライン・アンド・スペースパターンの平面図である。
【図３０】チャンバ内の温度の時間変化とリファレンス測定のタイミングの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は，各種の荷電粒子線走査顕微鏡（ＳＥＭ，ＦＩＢ等）と各種の走査プローブ顕微鏡（ＡＦＭ等）の組み合わせに対して適用することが可能であるが，以下の実施例では前者の代表としてＳＥＭを用いる場合，後者の代表としてＡＦＭを例にとって説明する。
【００２３】
（１）全体フローとシステム構成
本発明は、測長ＳＥＭ，ＡＦＭ，および，自動レシピ作成装置を備えた寸法計測システムであって，計測対象パターンの設計レイアウトデータと計測対象パターンの位置座標を自動レシピ作成装置に入力し，自動レシピ作成装置にて測長ＳＥＭ像取得用レシピ，および，ＡＦＭ像取得用レシピを自動作成し，上記作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像を取得し，ＡＦＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＡＦＭ像を取得し，ＳＥＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し，ＡＦＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測し，ＳＥＭ像の寸法計測値とＡＦＭ像の寸法計測値とを照合することにより，ＳＥＭ像の寸法計測値とＡＦＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出するようにしたものである。
【００２４】
本発明に係る寸法計測のフローを図１，本発明に係る寸法計測を実施するためのシステム構成を図７に示す。
【００２５】
始めに，図７を参照してシステム構成を説明する。本システムは，ＬＡＮ（１５０）に接続された測長ＳＥＭ（１５１），ＡＦＭ（１５２），レシピを自動作成するための計算機であるところの自動レシピ作成装置（１５３），得られた寸法計測結果を解析するための計算機と計算機の処理結果などを表示する表示画面を備えた寸法計測結果解析装置（１５４）と，撮像レシピ，設計レイアウトデータ，寸法計測結果などを格納するデータベース（１５５）とを備えて構成される。自動レシピ作成装置と寸法計測結果解析装置を，同じ計算機が兼ねるようにしてもよい。また，測長ＳＥＭやＡＦＭが複数台存在してもよい。本実施例で用いる測長ＳＥＭ（１５１）及びＡＦＭ（１５２）は、従来技術の欄で図２を用いて説明した測長ＳＥＭ、及び図４Ａを用いて説明したＡＦＭと同じ基本構成を有している。
【００２６】
続いて，図１を参照して，寸法計測のフローを説明する。本発明では，ユーザが入力した計測箇所の座標に基づき（１０１），設計レイアウト情報を用いて，測長ＳＥＭ用，およびＡＦＭ用の撮像レシピを自動レシピ作成装置において自動作成する（１０２，１０３）。そして，作成された撮像レシピを用いて，測長ＳＥＭでの計測，および，ＡＦＭでの計測を行う（１０４，１０５）。計測が終了したら，計測箇所ごとに，測長ＳＥＭとＡＦＭの計測値の比較を行い（１０６），測長ＳＥＭの計測値とＡＦＭの計測値の差である計測バイアスを算出し（１０７），この結果を表示する（１０８）。
【００２７】
以上述べたステップのうち，測長ＳＥＭの撮像レシピを自動作成する方法については，特許文献３に開示されている方法を適用することが可能である。また，測長ＳＥＭによる計測（１０４），ＡＦＭによる計測（１０５）については，[背景技術]で述べた通りである。以下，ＡＦＭの撮像レシピ自動作成するステップ（１０３），及び，測長ＳＥＭとＡＦＭの計測値の比較を行い測長ＳＥＭの計測値とＡＦＭの計測値の差である計測バイアスを算出し，この結果を表示するステップ（１０６〜１０８）について詳述する。
【００２８】
（２）測長ＳＥＭの撮像レシピ自動作成（Ｓ１０２の説明）
先ず、任意の評価ポイントを高画質，高精度に観察するための撮像レシピを、実ウェーハを用いずに回路設計データからかつ自動で決定する測長ＳＥＭの撮像レシピを自動作成する方法について説明する。 検査を要する半導体パターン上のポイントを評価ポイント（以降，ＥＰと呼ぶ）として、ＥＰを位置ずれなく，かつ高画質で撮像するため，アドレッシングポイント（以降，ＡＰと呼ぶ）あるいはオートフォーカスポイント（以降，ＡＦと呼ぶ）あるいはオートスティグマポイント（以降，ＡＳＴと呼ぶ）あるいはオートブライトネス・コントラストポイント（以降，ＡＢＣＣと呼ぶ）の一部又は全ての撮像ポイントを設定し，それぞれの撮像ポイントにおいて，アドレッシング，オートフォーカス調整，オートスティグマ調整，オートブライトネス・コントラスト調整を行っている。
【００２９】
前記アドレッシングにおける撮像位置のずれ量は，事前に登録テンプレートとして登録された座標既知のＡＰにおけるＳＥＭ画像と，実際の撮像シーケンスにおいて観察されたＳＥＭ画像（実撮像テンプレート）とをマッチングし，前記マッチングの位置ずれ量として推定している。前記ＥＰ，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣをまとめて撮像ポイントと呼び，前記撮像ポイントの一部または全てを含むポイントの座標，サイズ・形状，撮像シーケンス，撮像条件と，前記登録テンプレートは撮像レシピとして管理される。
【００３０】
従来，撮像レシピの生成はＳＥＭオペレータがマニュアルで行っており，労力と時間を要する作業であった。また，各撮像ポイントの決定や登録テンプレートを撮像レシピに登録するためには，実際にウェーハを低倍で撮像する必要があることから，撮像レシピの生成がＳＥＭの稼働率低下の一因となっていた。更に，パターンの微細化に伴うＯＰＣ（Optical Proximity Correction）技術等の導入により，評価を要するＥＰの点数は爆発的に増加し，前記撮像レシピのマニュアル生成は非現実的になりつつある。
【００３１】
そこで，例えばＧＤＳ２形式で記述された半導体の回路設計データ（以降，ＣＡＤデータ（Computer Aided Design）と呼ぶ）を基にＡＰを決定し，さらにＣＡＤデータからＡＰにおけるデータを切り出して前記登録テンプレート（以降，ＣＡＤデータを切り出して生成したテンプレートをＣＡＤデータテンプレートと呼ぶ）として撮像レシピに登録する半導体検査システムが、特開２００２−３２８０１５号公報に開示されている。そこでは，ＡＰの決定ならびに登録テンプレートの登録の目的のみで実ウェーハを撮像する必要がなく，ＳＥＭの稼働率向上が実現する。
【００３２】
また，実際の撮像シーケンスにおいてＡＰにおけるＳＥＭ画像（実撮像テンプレートと呼ぶ）を取得した際，前記実撮像テンプレートとＣＡＤデータテンプレートとのマッチングを行い，前記ＣＡＤデータテンプレートの位置に対応するＳＥＭ画像をSEM画像テンプレートとして撮像レシピに再登録し，以降，前記再登録したSEM画像テンプレートをアドレッシング処理に使用する機能を有する。さらにＣＡＤデータから特徴のあるパターン部分を自動的に検出し，ＡＰとして登録する機能を有する。
【００３３】
図８Aに任意の評価ポイント（以降，ＥＰと記す）を観察するための代表的な撮像シーケンスを示す。前記撮像シーケンスにおける撮像ポイント，撮像順序，撮像条件は撮像レシピにより指定する。まず図８AのステップS３０１において試料である半導体ウェーハをＳＥＭ装置のステージ上に取り付ける。ステップS３０２において光学顕微鏡等でウェーハ上のグローバルアライメントマークを観察することにより，ウェーハの原点ずれやウェーハの回転を補正する。ステップS３０３において，処理・制御部の制御及び処理に基づいて，ステージを移動して，撮像位置をアドレッシングポイント（以降，ＡＰと呼ぶ）に移動して撮像し，アドレッシングのパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてアドレッシングを行う。ここでＡＰについて説明を加えておく。ＥＰを観察する場合，ステージシフトにより直接ＥＰを観察しようとすると，ステージの位置決め精度により，大きく撮像ポイントがすれてしまう危険性がある。
【００３４】
そこで，一旦位置決め用として予め撮像ポイントの座標値とテンプレート（撮像ポイントのパターン）とが与えられたＡＰを観察する。前記テンプレートは撮像レシピに登録されるので，以降，登録テンプレートと呼ぶ。ＡＰはＥＰの近傍（最大でもビームシフトにより移動可能な範囲）から選択する。また，ＡＰはＥＰに対して一般に低倍視野であるため，多少の撮像位置のずれに対しても，撮像したいパターンが全てに視野外になる危険性は低い。
【００３５】
そこで，予め登録されたＡＰの登録テンプレートと，実際に撮像されたＡＰのＳＥＭ像（実撮像テンプレート）とをマッチングすることにより，ＡＰにおける撮像ポイントの位置ずれ量を推定することができる。ＡＰ，ＥＰの座標値は既知なので，ＡＰ−ＥＰ間の相対変位量を求めることができ，かつＡＰにおける撮像ポイントの位置ずれ量も前述のマッチングにより推定できるため，前記相対変位量から前記位置ずれ量を差し引くことにより，実際に移動すべきＡＰ撮像位置からＥＰまでの相対変位量が分かる。前記相対変位量分だけ，位置決め精度の高いビームシフトによって移動することにより，高い座標精度でＥＰを撮像することが可能となる。
【００３６】
登録するＡＰにおける画像テンプレートはＣＡＤ画像，あるいはＳＥＭ画像，あるいは特開２００２−３２８０１５号公報に開示されているように画像テンプレートの登録のためだけに撮像を行うのを避けるため，一旦ＣＡＤデータテンプレートで登録しておき，実際の撮像時に得たＡＰのＳＥＭ画像をＳＥＭ画像テンプレートとして再登録する等のバリエーションが考えられる。
【００３７】
前述のＡＰ選択範囲について補足する。一般的に電子ビーム垂直入射座標はＥＰの中心座標に設定されるので，ＡＰの選択範囲は最大でもＥＰを中心としたビームシフト可動範囲としたが，電子ビーム垂直入射座標がＥＰの中心座標と異なる場合は，前記電子ビーム垂直入射座標からのビームシフト可動範囲が選択範囲となる。また撮像ポイントに要求される許容電子ビーム入射角によっては，電子ビーム垂直入射座標からの探索範囲もビームシフト可動範囲より小さくなることがある。これらは他のテンプレートについても同様である。以降の説明において，単独ＥＰの撮像の場合は特に断りのない限り電子ビーム垂直入射座標とＥＰの中心座標は同じとして説明するが，前述の通り本発明はこれに限られるものではない。
【００３８】
次にステップS３０４において，処理・制御部の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置をオートフォーカスポイント（以降，ＡＦと記す）に移動して撮像し，オートフォーカス調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートフォーカス調整を行う。ここでＡＦについて説明を加えておく。撮像時には鮮明な画像を取得するためオートフォーカスを行うが，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう（コンタミネーション）。そこで，ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＥＰ周辺の座標をＡＦとして観察し，オートフォーカスのパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観察するという手段がとられる。
【００３９】
次にステップS３０５において，処理・制御部の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置をオートスティグマポイント（以降，ＡＳＴと記す）に移動して撮像し，オートスティグマ調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートスティグマ調整を行う。ここでＡＳＴについて説明を加えておく。撮像時には歪みのない画像を取得するため非点収差補正を行うが，ＡＦと同様，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう。そこで，ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＥＰ近くの座標をＡＳＴとして観察し，非点収差補正のパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観察するという手段がとられる。
【００４０】
本実施例によれば，ＡＳＴ選択についても，ＡＰと同様，前述の条件をシステム内部で評価し，自動で良好なＡＳＴの選択を行うことが可能となる。
【００４１】
次にステップＳ３０６において，処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置をオートブライトネス＆コントラストポイント（以降，ＡＢＣＣと記す）に移動して撮像し，ブライトネス・コントラスト調整のパラメータを求め，該求められたパラメータに基づいてオートブライトネス・コントラスト調整を行う。ここでＡＢＣＣについて説明を加えておく。
【００４２】
撮像時には適切な明度値及びコントラストをもつ鮮明な画像を取得するため，例えば二次電子検出器１０９におけるフォトマル（光電子増倍管）の電圧値等のパラメータを調整することよって，例えば画像信号の最も高い部分と最も低い部分とがフルコントラストあるいはそれに近いコントラストになるように設定するが，ＡＦと同様，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう。そこで，ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＥＰ近くの座標をＡＢＣＣとして観察し，ブライトネス・コントラスト調整のパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観察するという方法がとられる。
【００４３】
なお，前述したステップＳ３０３，Ｓ３０４，Ｓ３０５，Ｓ３０６におけるＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの撮像は場合によって，一部あるいは全てが省略される，あるいはＳ３０３，Ｓ３０４，Ｓ３０５，Ｓ３０６の順番が任意に入れ替わる，あるいはＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの座標で重複するものがある（例えばオートフォーカス，オートスティグマを同一箇所で行う）等のバリエーションがある。
【００４４】
最後にステップＳ３０７においてビームシフトにより撮像ポイントをＥＰに移動して撮像し，例えば設定した測長条件でパターンの測長等を行う。ＥＰにおいても，撮像したＳＥＭ画像と事前に撮像レシピに登録された前記ＥＰ位置に対応する登録テンプレートとをマッチングし，計測位置のすれを検出することがある。撮像レシピには前述の撮像ポイント（ＥＰ，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣ）の座標や撮像シーケンス，撮像条件等の情報が書き込まれており，ＳＥＭは前記撮像レシピに基づきＥＰを観察する。図８Bに低倍像３０８上におけるＥＰ：Ａ３０９，ＡＰ：Ａ３１０，ＡＦ：Ａ３１１，ＡＳＴ：Ａ３１２，ＡＢＣＣ：Ａ３１３のテンプレート位置の一例を点線枠で図示する。
【００４５】
（３）ＡＦＭの撮像レシピ自動作成（Ｓ１０３の説明）
ここではＡＦＭの撮像レシピを自動作成する方法について述べる。図８９は，自動レシピ作成装置における，ＡＦＭの撮像レシピ自動作成のフローである。
【００４６】
まず、図１に示した全体シーケンスの計測する箇所の座標を指定するステップ（Ｓ１０１）に対応して、撮像レシピ自動作成エンジンに対して，計測対象パターンの位置座標（Ｄ１０１１），試料の設計レイアウトデータ（Ｄ１０１２），および，装置パラメータ（粗動ステージの停止誤差，探針走査可能エリア等）（Ｄ１０１３）を入力する。
【００４７】
図１に示した全体シーケンスの撮像レシピを自動で作成するステップ（Ｓ１０３）に対応して、撮像レシピ自動作成エンジンにおいて上記のＳ１０１で入力した情報に基づき，設計レイアウトデータから計測対象パターンの近傍領域を切り出し（Ｄ１０３１），これを解析して，位置決め用走査箇所，ドリフト量検出用走査箇所を決定する（Ｄ１０３２）。位置決め用走査，ドリフト量検出用走査に関しては後述する。出力される撮像レシピは，位置決め用走査シーケンス（Ｄ１０３３），ドリフト量検出用走査シーケンス（Ｄ１０３４），計測対象パターン撮像シーケンス（Ｄ１０３５）の各走査のシーケンスを実行するのに必要な情報，すなわち，各走査の始点座標，走査長，走査ライン数，走査方向などが記述されている。
【００４８】
図１０に位置決め用走査箇所の例を示す。位置決め用走査が必要なのは，粗動ステージの停止誤差に相当する分，計測対象パターンの位置がずれる可能性があるためである。図１０において，２０１が計測対象パターン，２０２は設計レイアウト情報，２０３は計測対象パターンを中心とした，走査素子（図４参照）の可動範囲である。位置決め用走査箇所，ドリフト補正用走査箇所は，２０３の領域内から選択する必要がある。２０４はｘ方向位置決め用走査を行う箇所，２０６はｙ方向位置決め用走査を行う箇所である。それぞれ，ｘ方向の探針走査，ｙ方向の探針走査によって，パターンの高さ情報を得てエッジ位置を検出することで，それぞれ，ｘ方向，ｙ方向の座標シフト量（設計レイアウト情報の座標系と，実試料の座標系のずれ）を求めることができる。
【００４９】
上述のように，ステージ停止位置がずれると，これらの走査箇所は，ｘ，ｙ方向に一定量（ステージ停止後差分）ずれる。ずれる可能性のある領域を，ぞれぞれ２０５，２０７のハッチング領域として示した。ｘ方向位置決め用の走査箇所は，ハッチング領域内，どこに走査位置がずれようとも，ｘ方向の位置決め誤差が発生しないような箇所が選択される必要がある。ｙ方向位置決め用の走査箇所は，ハッチング領域内のどこに走査位置がずれようとも，ｙ方向の位置決め誤差が発生しないような箇所が選択される必要がある。
【００５０】
図１１Ａ〜Ｃ，及び図１２Ａ〜Ｆに位置決め用走査箇所ならびに走査長の決定ルール，すなわち，自動レシピ作成装置における自動選択のルールを示す。図１１Ａのパターン群から，ｙ方向位置決め走査箇所を選択することを想定する。図１１Ｂの３０４Ａ〜３０９Ａのうち，ｙ方向位置決め走査箇所ならびに走査長としてふさわしいのは，３０４Ａのみである。このことを，図１１Ｃおよび，図１２Ａ〜Ｆにて説明する。図１１Ｃは，粗動ステージの停止誤差により，走査箇所がずれた状況の一例を表している（３０４Ｂ〜３０９Ｂがその時の走査箇所）。
【００５１】
図１２Ａ〜Ｆは，図１１Ｂ，Ｃに示すｙ方向の探針走査によって取得される，試料の高さ情報である。以下，図１２Ａ〜Ｆにて，各走査箇所の状況を説明する。図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０４Ａ又はＢの場合，図１２Ａ（ａ）の３０４Ａ，及び図１２Ａ（ｂ）の３０４Ｂいずれにおいてもｙ方向の位置を一意に決定することが可能である。図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０５Ａ又はＢの場合，パターンが含まれないので図１２Ｂ（ａ）の３０５Ａ，及び図１２Ｂ（ｂ）の３０４Ｂのようになり論外である。
【００５２】
図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０６Ａ又はＢは，３０４Ａ及びＢと比べて走査長が短い場合である。走査長が短いと，図１１Ｃの３０６Ｂの状況になった場合，片側のエッジしか含まれなくなる可能性がある。この場合、図１２Ｃ（ｂ）に示すような信号波形となり、位置決定の精度が不足するため不適である。さらに走査長が短いと，図１１Ｂ及びＣの３０５Ａ又はＢのように走査箇所がまったくエッジにかからなくなるケースも起こりうる。その意味で，走査箇所と走査長は合わせて決定する必要がある。図１１Ｂ及びＣに示すようなパターンに対する走査箇所３０７Ａ又はＢの場合のうち，図１１Ｃの３０７Ｂに示すような捜査範囲の状況になった場合，ｙ方向の位置が一意に定まらないため不適である。
【００５３】
図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０８Ａ又はＢの場合，図１１Ａ及びＢを見ると分かるように，パターンのｙ方向エッジ位置が変化しているため，図１２Ｅにおける（ａ）の信号波形３０８Ａと（ｂ）の信号波形３０８Ｂとの差異をｙ方向の位置ずれと誤判定する可能性があるので不適である。図１１Ｂ及びＣの走査箇所３０９Ａ又はＢの場合のうち，図１１Ｃの３０９Ｂに示すような捜査範囲の状況になった場合，パターンが含まれなくなるため不適である。以上のようにして，走査箇所ならびに走査長として図１２Ａに示すような波形信号が得られる図１１Ｂ及びＣに示す走査範囲３０４が選択される。
【００５４】
図１３はＡＦＭの撮像レシピを自動作成するための，ＧＵＩ（グラフィック・ユーザ・インターフェース）の例である。図１４に図１３の右側部分４０３の内容を示す。図１４の４０４の領域にて，計測対象パターンの位置座標，装置パラメータ（粗動ステージの停止誤差，探針走査可能エリア等），計測位置精度の要求仕様を入力し，位置決め走査自動決定／手動決定ボタン（４０５）にて，自動を選択すると，図１３の左側画面４０２に，計測対象パターン，及び，自動選定された位置決め用走査箇所が表示され，図１４の４０７の領域に一連の計測シーケンスが表示される。
【００５５】
図１４の位置決め走査自動決定／手動決定ボタン４０５にて，手動を選択して、位置決め用の走査箇所を手動で決定することを選択することも可能である。この場合は，図１３の左側画面４０２に表示された設計レイアウトデータ上で，カーソル（４０９）を用いて走査箇所を設定する。手動設定した後，図１４の位置決め用走査ルールチェックボタン（４０６）をクリックすると，手動決定した走査箇所が適切か否かの判定が行われる。また，図１４の領域４０８には，計測対象パターンの予想位置ずれ量が表示される。
【００５６】
図１４の領域４０４の計測位置精度の要求仕様の欄で設定する仕様は、パターンレイアウトや，目的に応じて様々なケースがあり得る。そして、この設定された要求使用に応じて、領域４０７に表示される計測シーケンスを切替える。例えば，ｘ方向の計測位置精度要求仕様が厳しい場合（例えば，パターンがｘ方向に密に存在しているような場合）には，図１４の図１５Ａのように，ｘ方向の位置決め走査を２回行うようなシーケンスを自動または手動で領域４０７に設定する。
【００５７】
逆に，計測位置精度の要求仕様が緩いケースもあり得る。例えば，ｙ方向の計測位置精度の要求仕様が緩い場合（ｙ方向に長く続くラインパターンのどこを計測しても問題ないような場合）には，図１５Ｂのように，ｘ方向の位置決め用走査のみを行い，ｙ方向の位置決め用走査を行わないようなシーケンスを自動または手動で領域４０７に設定する。なお，位置決め用走査は，スループットの面では，１走査が望ましいが，図１６に示すように，パターン２２１にラフネス２２２が存在する場合，１走査では十分な精度を得るのが難しいため，ラフネスの程度に応じて，走査数ｎ、走査間隔ｄの複数走査とする。
【００５８】
さらに，ＡＦＭ計測においては，温度などの環境変化によって，探針位置がｘ、ｙ、ｚ各方向に徐々にずれる現象（ドリフト）が起こりうる。図１７の１００２（ハッチング領域）は，ドリフトによって，計測対象パターンの撮像範囲がずれる可能性のある領域を示したものである。ドリフト量を検出するため，計測対象パターン撮像中の一定時間間隔ごとに，ドリフト量検出用のリファレンスパターンの走査を行うようなシーケンスをレシピに組み込むことも可能である。リファレンスパターンは、周辺部との高さが異なる凹凸パターンの他、凹凸はないが周辺部と材質が異なる領域で構成されるパターンを用いてもよい。前者の場合は試料の表面形状を表す形状像でパターンの測定が可能であり、後者の場合は表面材質の違いを測定画像の差として表すことが可能な、摩擦像（スキャン時の探針の捩れ量を表す）、弾性特性、もしくは吸着力、もしくは電磁気特性、もしくは光学特性を用いて測定することができる。
【００５９】
ドリフト量検出用の走査箇所を決定するルールは，粗動ステージの停止誤差をドリフトによる位置ずれに置き換えて，位置決め用の走査箇所を決定するのと同じルールを適用する。ここで注目すべきは，粗動ステージの停止誤差による予想ずれ量と，ドリフトによる予想ずれ量とが異なるため（本例ではドリフトによる予想ずれ量の方が小さい），それぞれのずれ量を補正するための適切な走査箇所ならびに走査長が異なる点である。本発明では，それぞれの予想ずれ量をステップ：Ｓ１０１（図１，図９参照）で入力することにより，ずれの種類に応じた適切な走査箇所ならびに走査長を設定することができる。ドリフト量検出用の走査についても，パターンのラフネスの程度，及び，必要な位置ずれ検出精度に応じて，走査数ｎ、走査間隔ｄの複数走査とする。以下でドリフト量を算出する方法について詳細に説明する。
【００６０】
最初にエッジ部が直線状かつエッジの延長線が互いに交差するリファレンスパターンを用いた際の位置ずれ量の特定方法について図２３と２４Ａ及びＢを用いて説明する。まず、図２３において、測定パターンの測定前にリファレンスパターン１５０１を走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）で予備測定し、リファレンスパターン１５０１の形状を同定する。この場合、ＳＰＭ像からそれぞれのエッジ１５０２、１５０３のＸＹ軸に対する角度１５０４、１５０５、およびエッジ交差位置１５０６のＸＹ座標を求める。さらに算出したエッジ交差位置１５０６のＸＹ座標を基準として、リファレンスパターン１５０１上、もしくはリファレンスパターン１５０１の近傍で探針の移動が可能な任意位置をリファレンス点１５０７に決定し、リファレンス点１５０７の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を記録する。
【００６１】
上記リファレンスパターン１５０１６予備測定後、測定パターンの測定を開始する。試料特性の測定中には予備測定で決定したリファレンス点１５０７の測定を適宜行い、探針と試料間の位置ずれ量（ドリフト量）の特定を行う。
【００６２】
以下でリファレンス点１５０７の測定によって探針と試料間の位置ずれ量を特定する方法について図２４Ａ及びＢを用いて説明する。図２４Ａに示すように、リファレンスパターンの各エッジの方向に対してスキャンを行い、各エッジ上の位置の特定を行う。スキャン位置は、XY平面内の各方向の位置ずれ量に対して各エッジを捉える確率が高くなるように、リファレンスパターン初期位置の中央点１６０１を通過するスキャン（１６０２、１６０３）を行い、各エッジ方向の走査方向がエッジと交差する各エッジ上の任意点（１６０４、 １６０５）を特定する。
【００６３】
リファレンスパターンにおける各エッジ上の任意位置１６０４、１６０５が特定されると、予備測定で特定した角度１５０４、角度１５０５から、位置ずれ後のエッジ交差位置１６０６の座標を算出することができる。
【００６４】
ここでエッジ交差位置１６０６とリファレンス点の位置関係は予備測定によって既知であるため、算出したエッジ交差位置から位置ずれ後のリファレンス点１６０７を特定し、リファレンス点における高さ（Ｚ）の測定を行う。これにより、位置ずれ前のリファレンス点１５０７の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と位置ずれ後のリファレンス点１６０７の座標（Ｘ０＋ΔＸ、Ｙ０＋ΔＹ、Ｚ０＋ΔＺ）の差を算出でき、ドリフト量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を特定できる。更に、リファレンス測定におけるスキャンの際、上記（１６０２、１６０３）のスキャンに加えて、図２４Ｂに示すように（１６０８、１６０９）のスキャンを行えば、１６０４と１６１１を結ぶベクトル１６１３の方向と１６０５と１６１０間結ぶベクトル１６１４の方向が検出でき、測定中に試料位置が回転した際の回転角１６１２も含めた高精度な位置ずれ補正が可能となる。
【００６５】
次に、リファレンスパターンとして円、もしくは楕円状のエッジを有するパターンを用いた場合の探針と試料間の位置ずれ量の特定方法について図２５，２６を用いて説明する。図２３、２４Ａ及びＢで説明したのと同様、最初に試料特性の測定前のリファレンスパターン領域１７０１を走査プローブ顕微鏡で予備測定し、リファレンスパターン形状の同定を行う。この場合、予備測定によって楕円の長軸半径１７０２、短軸半径１７０３（パターン形状が円であった場合、１７０２と１７０３の値は一致する）と中心位置１７０４を特定し、中心位置１７０４を基準とした座標で、リファレンスパターン１７０１上、もしくはリファレンスパターン近傍で探針の移動が可能な任意位置をリファレンス点の座標１７０５として記録する（１７０４と１７０５は同じ位置としても問題ない）。
【００６６】
上記リファレンスパターンの予備測定後、試料特性の測定を行う。試料特性の測定中には予備測定で決定したリファレンス点１７０５の測定を適宜行い、探針と試料間の位置ずれ量の特定を行う。以下でリファレンス点１７０５の測定によって位置ずれ量を特定する方法について図２６を用いて説明する。XY平面の各方向に対して各エッジを捉える確率が高くなるように、リファレンスパターン初期位置の中心位置１８０１を通過するスキャン（１８０２、１８０３）を行う。エッジが楕円形状である場合、エッジ上の点を4点以上特定すれば、楕円の中心位置を算出することが可能であるため、エッジ上で4点を通過するようにスキャンを行う。図２６には、中心位置をより高精度に特定するため、Ｘ方向、Ｙ方向（互いに直交する方向）にスキャンする例を示すが、スキャン方法はこれに限るものではなく、エッジ上で4点以上特定できるスキャン方法を用いればよい。
【００６７】
次に上記スキャンで得られたエッジ上の４点（１８０４−１〜４）の位置から位置ずれ後の中心位置１８０５を算出する。ここで、中心位置１８０５とリファレンス点の位置関係は予備測定によって既知であるため、位置ずれ後のリファレンス点１８０６の位置を特定し、リファレンス点における高さ（Ｚ）の測定を行う。これにより、位置ずれ前のリファレンス点１７０５の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と位置ずれ後のリファレンス点１８０６の座標（Ｘ０＋ΔＸ、Ｙ０＋ΔＹ、Ｚ０＋ΔＺ）の差を算出でき、ドリフト量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を特定することができる。
【００６８】
次に、Ｘ方向もしくはＹ方向の一方にのみ数百ｎｍ〜数μｍ以上の領域を有する線状のパターン領域１９０１又は１９０２を用いる場合の探針と試料間の位置ずれ量の特定方法について図２７、図２８を用いて説明する。
【００６９】
最初に図２７に示すように、それぞれのパターンの予備測定を行い、各パターンの短手方向の位置座標（１９０３、１９０４）を特定する。さらに各パターン上、もしくはリファレンスパターン近傍で探針の移動が可能な位置座標（１９０５）をリファレンスとして記録する。
【００７０】
上記リファレンスパターンの予備測定後、試料特性の測定を開始する。試料特性の測定中には予備測定で決定したリファレンス点（１９０５）の測定を適宜行い、探針と試料間の位置ずれ量を特定する。
【００７１】
以下でリファレンス点（１９０５）の測定によって探針と試料間の位置ずれ量を特定する方法について図２８を用いて説明する。図２８に示すように、リファレンスパターンの各エッジと垂直な方向に対してスキャンを行い、各エッジ上の位置の特定を行う。スキャン位置は、XY平面内の各方向の位置ずれに対して各エッジを捉える確率が高くなるように、各リファレンスパターンの長手方向の中央位置を通過するスキャン（２００１、２００２）を行い、探針の走査方向がエッジと交差する各エッジ上の任意点（２００３、２００４）を特定する。さらに、特定された各エッジ上の任意点（２００３、２００４）からパターンの位置座標（２００５、２００６）の算出を行う。
【００７２】
ここで、パターンの位置座標（２００５、２００６）とリファレンス点の位置関係は予備測定によって既知であるため、算出したエッジ交差位置から位置ずれ後のリファレンス点（２００７）を特定し、リファレンス点における高さ（Ｚ）の測定を行う。これにより、位置ずれ前のリファレンス点（１９０５）の座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と位置ずれ後のリファレンス点（２００７）の座標（Ｘ０＋ΔＸ、Ｙ０＋ΔＹ、Ｚ０＋ΔＺ）の差を算出でき、ドリフト量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を特定することができる。尚、図１７の２１０はｘ方向の位置ずれ量検出用走査箇所，２１１はｙ方向の位置ずれ量検出用走査箇所を示しており，２１０，２１１を走査した際にドリフトによってずれる可能性のある領域をそれぞれ２１２，２１３のハッチング領域として示した。
【００７３】
以下で検出したドリフト量に基づく走査位置ずれの補正方法の概念と処理のフロートを図１７及び１８を用いて説明する。ドリフト量に基づく走査位置ずれを補正する方法としては、図１８Ａに示すように，定期的にドリフト量を検出し、その都度，ドリフト量の分だけ，計測対象パターンの撮像中に走査開始箇所をずらす方法，あるいは，図１８Ｂのようにドリフト量は記憶するのみで，リアルタイムの補正は行わず，最終的にえられたＡＦＭ像の各走査に対して補正を行う方法、及びそれらを折衷した定期的にドリフト量を検出してその都度ドリフト量を補正するとともに、ドリフト量を検出して補正した後に次回のドリフト量を検出までの間に累積したドリフト量を最後に補正する方法とがあり得る。
【００７４】
図１９Ａに、図１８Ａに示した，定期的にドリフト量を検出し、その都度，ドリフト量の分だけ，計測対象パターンの撮像中に走査開始箇所をずらす方法に対応する処理のフローを示す。この処理では、先ず、検査対象のウェハをアライメントして検査装置であるＡＦＭに対してウェハの向きを合わせ（Ｓ１８０１）、次に、ウェハ上の計測箇所がプローブ探針９６３の捜査範囲に入るようにアドレッシングを行う（Ｓ１８０２）。つぎに、プロービングの走査回数をゼロにリセットし（Ｓ１８０３）、所定の計測領域を探針９６３でラインスキャンする（Ｓ１８０４）。１回ラインスキャンするごとにカウント数ｎを１ずつ増やし（Ｓ１８０５），所定の回数（例えば３回又は４回）ラインスキャンするごとに（Ｓ１８０６）プローブ探針９６３でリファレンスパターンを走査して（Ｓ１８０７）プローブ探針９６３のドリフト量を推定する（Ｓ１８０８）。ここで，Ｓ１８０６におけるｐは所定の回数を表し、nはその整数倍を表している。推定したドリフト量を基準値と比較し（Ｓ１８０９），大きい場合にはドリフト補正（Ｓ１８１０）を行ってから次のラインスキャンＳ１８０９を行う。この処理を所定の回数行って（Ｓ１８１１）処理を終了する。
【００７５】
図１９Ｂには、図１８Ｂに示したドリフトの補正をリアルタイムでは行わないときの処理のフローを示す。この処理では、図１９Ａの場合と同様に、先ず、検査対象のウェハをアライメントして検査装置であるＡＦＭに対してウェハの向きを合わせ（Ｓ１８２１）、次に、ウェハ上の計測箇所がプローブ探針９６３の捜査範囲に入るようにアドレッシングを行う（Ｓ１８２２）。つぎに、プロービングの走査回数をゼロにリセットし（Ｓ１８２３）、所定の計測領域を探針９６３でラインスキャンする（Ｓ１８２４）。１回ラインスキャンするごとにカウント数ｎを１ずつ増やし（Ｓ１８２５），所定の回数（例えばを３回又は５回）ラインスキャンするごとに（Ｓ１８２６）プローブ探針９６３でリファレンスパターンを走査して（Ｓ１８２７）プローブ探針９６３のドリフト量を推定する（Ｓ１８２８）。推定したドリフト量は図示していないＡＦＭ装置の記憶手段に記憶しておく。この処理を所定の回数行って（Ｓ１８２９）プローブ探針９６３による捜査を終了する。その後、記憶しておいたプローブ探針９６３のドリフト量に基づいてラインスキャンデータを補正する（Ｓ１８３０）。
【００７６】
次に、定期的にドリフト量を検出してその都度ドリフト量を補正するとともに、ドリフト量を検出して補正した後に次回のドリフト量を検出までの間に累積したドリフト量を最後に補正する方法について、図１９Ｃを用いて説明する。
【００７７】
図１８Ａのドリフト量の分だけ計測対象パターンの撮像中に走査開始箇所をずらす方法では、上で述べた各処理によって位置ずれ量を算出し、算出された位置ずれ量をキャンセルするように探針の指令位置（ＶＸ、ＶＹ、ＶＺ）を（ＶＸ−ΔＸ、ＶＹ−ΔＹ、ＶＺ−ΔＺ）に補正する。この補正を行うことによって、探針の位置が測定領域から大きく外れてしまうことを防ぐことができるとともに、リファレンス測定を高頻度に行うことによって、リアルタイムでの位置ずれ補正が可能となる。
【００７８】
ただし、各リファレンスパターン測定間（ｉ回目のリファレンスパターン測定（２１０２）から、ｉ＋１回目のリファレンスパターン測定（２１０３）を行うまでの間）に生じたドリフトについては、上記位置ずれ補正によって除去することができない。（図２９Ｂ参照）
このため、各リファレンスパターン測定の間（２１０４）に生じる位置ずれを補正する方法について説明する。上で述べたように、ドリフト量は測定時間の経過にほぼ比例するため、リファレンス領域測定終了時点からの経過時間に比例した補正量で補正を行う。まず、ｉ回目のリファレンス測定とｉ＋１回目のリファレンスパターン測定で特定された位置ずれ量の差分（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、およびリファレンスパターン測定間（ｉ回目とｉ＋１回目のリファレンスパターン測定時間間隔：Δｔ）から、式（２）を用いてリファレンス領域測定の間に生じた単位時間あたりのドリフト量（ｄＸ，ｄＹ，ｄＺ）を特定する。
ｄＸ＝ΔＸ／Δt， ｄＹ＝ΔＹ／Δt， ｄＺ＝ΔＺ／Δt
・・・（数２）
さらに、各データの測定時刻ｔｉｋ（ｋ＝0,1,2・・・）を記録しておくことにより、式（３）を用いてｉ回目のリファレンスパターン領域測定終了時点（ｔｉ０）からの経過時間に比例した補正量（ΔＣＸｉｋ、ΔＣＹｉｋ、ΔＣＺｉｋ）で補正を行うことが可能となる。
【００７９】
ΔＣＸｉｋ＝（ｔｉｋ−tｉ０）・ｄＸ，ΔＣＹｉｋ＝（ｔｉｋ−tｉ０）・ｄＹ，
ΔＣＺｉｋ＝（ｔｉｋ−tｉ０）・ｄＺ ・・・（数３）
また、各画素の測定時間がほぼ一定となる場合、ｉ回目のリファレンス測定とｉ＋１回目のリファレンスパターン測定で特定された位置ずれ量の差分（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、およびｉ回目とｉ＋１回目のリファレンス測定間（２１０４）に測定した画素数（Ｎ）から式（数４）を用いて各リファレンス領域の測定間に生じた単位画素あたりのドリフト量（ｄＸ，ｄＹ，ｄＺ）を特定し、式（５）を用いてｉ回目のリファレンス領域測定後の測定画素数ｋ（ｋ＝0,1,2・・・）に比例した補正量（ΔＣＸｋ、ΔＣＹｋ、ΔＣＺｋ）で補正を行うことも可能である。
ｄＸ＝ΔＸ／Ｎ， ｄＹ＝ΔＹ／Ｎ， ｄＺ＝ΔＺ／Ｎ ・・・（数４）
ΔＣＸｋ＝ｋ・ｄＸ，ΔＣＹｋ＝ｋ・ｄＹ，
ΔＣＺｋ＝ｋ・ｄＺ ・・・（数５）
この場合の処理のフローを図１９Ｃに基づいて説明する。
【００８０】
この処理では、図１９Ａの場合と同様に、先ず、検査対象のウェハをアライメントして検査装置であるＡＦＭに対してウェハの向きを合わせ（Ｓ１８４１）、次に、ウェハ上の計測箇所がプローブ探針９６３の捜査範囲に入るようにアドレッシングを行う（Ｓ１８４２）。つぎに、プロービングの走査回数をゼロにリセットし（Ｓ１８４３）、所定の計測領域を探針９６３でラインスキャンする（Ｓ１８４４）。１回ラインスキャンするごとにカウント数ｎを１ずつ増やし（Ｓ１８４５），所定の回数（例えばを３回又は５回）ラインスキャンするごとに（Ｓ１８４６）プローブ探針９６３でリファレンスパターンを走査して（Ｓ１８４７）プローブ探針９６３のドリフト量を推定する（Ｓ１８４８）。推定したドリフト量が基準値よりも大きいときにドリフト補正を行う（Ｓ１８５０）と共にこの推定したドリフト量を図示していないＡＦＭ装置の記憶手段に記憶しておく。この処理を所定の回数行って（Ｓ１８５１）プローブ探針９６３による捜査を終了する。その後、記憶しておいたプローブ探針９６３のドリフト量に基づいて上記に説明したようにして補正量を求め、ラインスキャンデータを補正する（Ｓ１８５２）。
【００８１】
その他、ドリフト量は測定チャンバー内の温度変化に比例するため、チャンバー内の温度データを用いて、各リファレンスパターン測定の間に生じる位置ずれの補正を行う方法について図３０を用いて以下で説明する。
【００８２】
まず、ｉ回目のリファレンスパターン測定と、ｉ＋１回目のリファレンスパターン測定で特定されたＳＰＭ像の位置ずれ量の差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、およびｉ回目のリファレンスパターン測定時（２２０１）と、ｉ＋１回目のリファレンスパターン測定時（２２０２）における測定チャンバー内の温度差ΔＴから、（数６）を用いることによって、各リファレンス測定間における単位温度あたりのドリフト量（ｄＸ、ｄＹ、ｄＺ）を算出する。
ｄＸ＝ΔＸ／ΔＴ， ｄＹ＝ΔＹ／ΔＴ， ｄＺ＝ΔＺ／ΔＴ
・・・（数６）
更に、ｉ回目のリファレンスパターン測定時の測定チャンバー内温度データをＴｉ０、ｋ番目の試料のＳＰＭ像Ｐｉｋ＝（Ｘｉｋ，Ｙｉｋ，Ｄｉｋ）の取得時点（１２０３）の温度データをＴｋとし、（数７）から各画素の補正量（ΔＣＸｉｋ、ΔＣＹｉｋ、ΔＣＺｉｋ）を決定することができる。
【００８３】
ΔＣＸｉｋ＝（Ｔｉｋ−Ｔｉ０）ｄＸ，ΔＣＹｉｋ＝（Ｔｉｋ−Ｔｉ０）ｄＹ，
ΔＣＺｉｋ＝（Ｔｉｋ−Ｔｉ０）ｄＺ ・・・（数７）
ここで、ＳＰＭ像が表面形状像であった場合、（ΔＣＸｉｋ，ΔＣＹｉｋ，ΔＣＺｉｋ）を（Ｘｉｋ，Ｙｉｋ，Ｄｉｋ）にそれぞれ加算することによって、ＸＹ平面と高さ方向の誤差を補正することができる。
【００８４】
また、ＳＰＭ像が表面形状像以外の物理量、例えば摩擦特性、弾性特性、吸着力、電磁気特性、光学特性でも本発明は適用可能であり、この場合は（数７）で求めた（ΔＣＸｉｋ，ΔＣＹｉｋ）を（Ｘｉｋ，Ｙｉｋ）に加算することによって、ＸＹ平面内の測定誤差を補正することができる。
【００８５】
リファレンスパターンの測定を行うタイミングは、予め定められた一定ライン毎にリファレンスパターン領域の測定を行うように、一定の測定周期を設定してもよいし、可変周期で測定を行ってもよい。
【００８６】
可変周期で測定を行う方法として、リファレンスパターン領域の測定結果から位置ずれの速度を特定し、前記特定された位置ずれの速度に基づいてリファレンスパターン測定のタイミングを決定する方法について図２３を用いて説明する。
【００８７】
本方法ではｉ−1回目（前回）とｉ回目(今回)のリファレンス測定における測定間隔（Δｔ）と、それぞれのリファレンスパターン測定で得られた位置ずれ量の差ΔEl（l：各リファレンスパターン測定方向）から（数８）を用いて各測定方向における単位時間あたりの位置ずれ量ｄEl（ｌ：各リファレンスパターン測定方向）を算出し、ｉ回目のリファレンス測定後、各方向における位置ずれ量が、リファレンス領域の各測定方向の最大幅（Dl）に達するまでの時間（Δｔl）を（数８）を用いて算出する（リファレンス領域の各測定方向の最大幅（Dl）はリファレンスパターン形状が１５０１の場合、１５０８、１５０９の長さとなり、リファレンスパターン形状が図２５に示すような１７０１の場合、１７０２、１７０３の長さとなる）。
【００８８】
さらに算出された各Δｔlのうち、最小値をｉ＋１回目(次回)のリファレンスパターン測定までの時間とする。これにより、リファレンス領域の測定回数を最小限に抑制することが可能となる。
El ＝ΔEl／Δｔ（l：リファレンスパターン測定方向）・・・（数８）
Δｔl＝Dl／ｄEl （l：リファレンスパターン測定方向）・・・（数９）
また、可変周期で測定を行う他の方法として、測定チャンバー内の温度データを用いて、測定チャンバー内の温度データからリファレンスパターン測定のタイミングを決定する方法について図３０を用いて説明する。
【００８９】
上で述べた通り、ドリフトは温度変化に起因して生じるため、チャンバー内の温度変化をモニタし、測定チャンバー内の温度変化（ΔＴ）が予め決められた閾値（ΔＴｔｈ）を超える（２２０４）場合、もしくは温度変化の方向（温度の上昇と下降）が変わる（２２０５）場合に、リファレンス測定を行う。この場合も、チャンバー内の温度変化と各軸方向に生じる位置ずれ量の関係を予め取得しておき、ドリフトによるＳＰＭ像の位置ずれがリファレンスパターン領域よりも小さくなるように、温度変化の閾値を設定する。これによって、リファレンス領域の測定回数を最小限に抑制できるとともに、より適切なタイミングで位置ずれ補正を行うことが可能となる。
【００９０】
なお，本実施例では設計レイアウトデータを入力することによりオフラインで撮像レシピを作成する方法について述べたが，設計レイアウトデータの代わりに光学式の顕微鏡により撮像した画像，あるいは，ＡＦＭの低倍像よりパターンのレイアウトを把握してレシピを作成することもできる。
【００９１】
（４）測長ＳＥＭとＡＦＭの計測値の照合・提示（Ｓ１０６〜Ｓ１０８の説明）
図２０に測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果を照合するためのフローを示す。照合に必要な入力情報は，設計レイアウト情報，測長ＳＥＭの撮像レシピ，測長ＳＥＭの計測結果，ＡＦＭの撮像レシピ，ＡＦＭの計測結果である。この計測結果の照合は、図７に示したシステム構成の寸法計測結果解析装置１５４で行う。設計レイアウト情報（Ｄ２００１１）はデータベース１５５から入力され、測長ＳＥＭの撮像レシピ（Ｄ２００１２）及びＡＦＭの撮像レシピ（Ｄ２００１４）は自動レシピ作成装置１５３から入力され、測長ＳＥＭの計測結果（Ｄ２００１３）は測長ＳＥＭ１５１から、ＡＦＭの計測結果（Ｄ２００１５）はＡＦＭ１５２からそれぞれ入力される。
【００９２】
先ず、入力のステップ（Ｓ２００１）で以上の情報をそれぞれの装置から寸法計測結果解析装置１５４に入力する。次に、この入力した情報を用いて寸法計測結果解析装置１５４において測長ＳＥＭ，ＡＦＭの計測結果を自動照合する（Ｓ２００２）。この自動照合ステップＳ２００２においては，計測対象パターンごとに，撮像位置ずれと，走査間隔のずれを算出し（Ｓ２００２１），ずれを補正した（Ｓ２００２２）上で，計測バイアスを算出する（Ｓ２００２３）。そして、最後に、照合した結果を寸法計測結果解析装置１５４の画面上に出力する（Ｓ２００３）。
【００９３】
図２１に測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果の照合を実行，及び，その照合結果を表示するためのＧＵＩ５００を示す。ＧＵＩ５００上で照合のために必要なファイル情報選択欄５１０で必要なファイル情報を選択し，計測番号入力欄５１１で計測対象パターンの番号を入力すると，ファイル情報選択欄５１０で選択した撮像レシピより位置座標が読み出され，設計レイアウトデータから対応する部分が切り出されて画面上の領域５０２に表示される。太枠２０１で囲まれた領域内のパターンが計測対象パターンである。また，該当番号の測長ＳＥＭ像（５０３）とＡＦＭ像（５０４）が表示される。５０４はドリフトによって走査開始位置がずれた状況を表している。
【００９４】
測長ＳＥＭ計測とＡＦＭ計測は，指定した同一座標の寸法計測を意図して行われるが、前述のパターンラフネスの影響や（図１６参照），位置決め時のエッジ位置検出誤差の影響，ＡＦＭにおけるドリフトの影響，さらに，倍率校正誤差の影響などがあり，両方の計測結果の間には，位置ずれ，走査間隔ずれが存在する。計測値の照合前後のデータを表示する欄５１４の左側グラフには、位置ずれ，走査間隔ずれを照合する前の測長ＳＥＭによる計測結果と，ＡＦＭによる計測結果が，５１４の右側グラフには，照合後の測長ＳＥＭによる計測結果と，ＡＦＭによる計測結果が表示される。横軸はｙ方向の位置，縦軸は寸法計測結果（この場合はライン幅）である。
【００９５】
位置ずれ，走査間隔ずれの照合は，ｙ方向の位置にそった寸法の増減が一致するように，ＡＦＭの計測結果を測長ＳＥＭの計測結果に合わせ込むことによって行われる（計測結果の安定性は測長ＳＥＭが勝るため）。計測値の照合前後のデータを表示する欄５１４の下側の欄５１５には，照合前，照合後の，撮像範囲内での寸法計測結果の平均値，及び，計測バイアスの平均値が表示される。
【００９６】
なお，測長ＳＥＭの寸法計測値は，計測条件（例えば，図３におけるしきい値のパーセンテージ（th[%]））を変更すると変化する。同様に，ＡＦＭの寸法計測値も，計測条件（例えば図５のいずれの方法で寸法計測を行うか，あるいは，各方法の条件をどう設定するか）によって変化する。これらの計測条件を変更して，計測バイアスを求めたい場合には，測長ＳＥＭ計測条件変更なし/あり選択欄５１２，ＡＦＭ計測条件変更なし/あり選択欄５１３において「変更あり」を選択して，図示しない計測条件変更ＧＵＩにて変更を行った後に，照合実行のボタン５１６をクリックすれば，新しい計測条件における，測長ＳＥＭ，ＡＦＭの寸法計測値，及び，計測バイアスが表示される。例えば，この結果に基づき，測長ＳＥＭの計測条件を，計測バイアスがより小さくなるような条件（計測対象パターンに対する電子ビームのスキャン方向、ＳＥＭ画像からのパターンエッジの抽出条件など）に変更することにより、測長ＳＥＭによるパターン寸法又は形状計測の結果の再現性及び信頼性を向上させることができるようになる。
【００９７】
計測バイアスを小さくするために測長ＳＥＭの計測条件を変えた場合には、この変えた計測条件で図１の処理フローのＳ１０２とＳ１０３とを実行した後に、先の処理ですでに取得しているＡＦＭの計測結果を用いてＳ１０６からＳ１０８の処理を実行して計測バイアスが改善されたことを確認する。その後、この計測バイアスの改善が確認された計測条件を用いて試料上の所望の計測点を測長ＳＥＭで順次計測することにより、より信頼度の高い計測結果を得ることができる。
【００９８】
図２２は，全ての計測対象パターンの計測結果をまとめて確認するためのＧＵＩ６００である。ファイル選択欄６０３にて，設計レイアウトファイル，測長ＳＥＭ計測結果ファイル，ＡＦＭ計測結果ファイルを選択し，一覧表示ボタン６０４をクリックすると、全計測対象パターンの，設計寸法，測長ＳＥＭによる寸法計測結果，ＡＦＭによる寸法計測結果，計測バイアスの一覧が表６０５に表示される。また，この表６０の計測番号の欄の所望の計測番号をクリックすると，該当の計測対象パターンのチップ内の位置が表示部６０１上でハイライトされると共に，設計レイアウトデータから該当箇所が切り出されて表示部６０２に表示される。本機能を利用することにより，計測バイアスの分布状況、及び，どういったパターンで計測バイアスが大きい／小さいかといった状況を容易に把握することが可能となる。
【００９９】
以上，本発明によれば，従来，多大な手間を要した測長ＳＥＭとＡＦＭの計測結果の照合が，より容易かつ高精度に行うことが可能となる。
【符号の説明】
【０１００】
１５１・・・即長ＳＥＭ １５２・・・ＡＦＭ １５３・・・自動レシピ作成装置 １５４・・・寸法計測結果解析装置 １５５・・・データベース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と
走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）手段と
計測対象パターンの設計レイアウトデータと該計測対象パターンの座標データを入力する入力手段と，
該入力手段から入力された設計レイアウトデータを用いて前記計測対象パターンのＳＥＭ像取得用レシピとＳＰＭ像取得用レシピとを作成する撮像レシピ作成手段と，
該撮像レシピ作成手段で作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて前記ＳＥＭ手段で撮像して得た前記計測対象パターンのＳＥＭ像から前記計測対象パターンの寸法を算出するＳＥＭ画像処理手段と、
前記撮像レシピ作成手段で作成されたＳＰＭ像取得用レシピを用いて前記ＳＰＭ手段で撮像して得た前記計測対象パターンのＳＰＭ像から前記計測対象パターンの寸法を算出するＳＰＭ画像処理手段と、
前記ＳＥＭ画像処理手段で算出した前記計測対象パターンの寸法と前記ＳＰＭ画像処理手段で算出した前記計測対象パターンの寸法とを照合してＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出する演算手段と、
該演算手段で算出した計測バイアス値に関する情報を表示する表示手段と
を備えることを特徴とするパターン寸法計測システム。
【請求項２】
前記表示手段は、前記ＳＥＭ像の寸法計測値と前記ＳＰＭ像の寸法計測値とを照合させた結果，および，前記算出した計測バイアス値を画面上に表示することを特徴とする請求項１記載のパターン寸法計測システム。
【請求項３】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と
計測対象パターンの設計データを入力する入力手段と，
該入力手段から入力された設計データを用いて前記計測対象パターンのＳＥＭ像取得用レシピを作成する撮像レシピ作成手段と，
該撮像レシピ作成手段で作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて前記ＳＥＭ手段で撮像して得た前記計測対象パターンのＳＥＭ像から前記計測対象パターンの寸法を算出するＳＥＭ画像処理手段と、
前記ＳＥＭ画像処理手段で算出した前記計測対象パターンの寸法を前記計測対象パターンを他の計測手段で計測して得た前記計測対象パターンの寸法とを照合してＳＥＭ像の寸法計測値と前記他の計測手段で計測して得た前記計測対象パターンの寸法計測値との差である計測バイアス値を算出する演算手段と、
該演算手段で算出した計測バイアス値に関する情報を表示する表示手段と
を備えることを特徴とするパターン寸法計測システム。
【請求項４】
前記表示手段は、前記ＳＥＭ像から算出した前記計測対象パターンの寸法計測地と前記他の計測手段で計測して得た前記計測対象パターンの寸法計測値とを照合させた結果，および，前記算出した計測バイアス値を画面上に表示することを特徴とする請求項３記載のパターン寸法計測システム。
【請求項５】
前記演算手段で算出した計測バイアス値の情報を用いて前記ＳＥＭ画像処理手段で算出した前記計測対象パターンの寸法を補正するパターン寸法補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項１又は３に記載のパターン寸法計測システム。
【請求項６】
計測対象パターンの設計レイアウトデータと該計測対象パターンの位置座標をレシピ作成装置に入力する過程と，レシピ作成装置にて走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像取得用レシピを作成する過程と，レシピ作成装置にて走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）像取得用レシピを作成する過程と，上記作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像を取得する過程と，上記作成されたＳＰＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＰＭ像を取得する過程と，前記取得したＳＥＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測する過程と，前記取得したＳＰＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測する過程と，前記ＳＥＭ像の寸法計測値と前記ＳＰＭ像の寸法計測値とを照合する過程と，ＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出する過程とを有することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項７】
前記計測対象パターンの設計レイアウトデータと前記計測対象パターンの位置座標をレシピ作成装置に入力する過程において，さらに，ＳＰＭの装置パラメータ情報として，ＳＰＭステージ停止誤差，ＳＰＭプローブの最大走査範囲を入力し，
前記，レシピ作成装置にてＳＰＭ像取得用レシピを作成する過程において，上記入力されたＳＰＭステージ停止誤差，ＳＰＭプローブの最大走査範囲を考慮して，計測対象パターンの撮像位置を一意に決定するための位置決め用のパターンを，設計レイアウトデータから選択することを特徴とする請求項第６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項８】
前記，自動レシピ作成装置にてＳＰＭ像取得用レシピを自動作成する過程において，計測対象パターンの撮像位置を一意に決定するための位置決め用のパターンとして，ｘ方向の位置決めに適したパターンと，ｙ方向の位置決めに適したパターンを，それぞれ独立に設計レイアウトデータから自動選択し，
前記，ＳＰＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＰＭ像を取得する過程において，上記ｘ方向の位置決めに適したパターンのＳＰＭ像をｘ方向走査にて取得してｘ方向の位置ずれ量（ｄｘ）を求め，上記ｙ方向の位置決めに適したパターンのＳＰＭ像をｙ方向走査にて取得してｙ方向の位置ずれ量（ｄｙ）を求め，ｄｘとｄｙに基づき，計測対象パターンの撮像位置を決定することを特徴とする請求項第６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項９】
前記ＳＥＭ像の寸法計測値と前記ＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出するする過程において，さらに，前記ＳＥＭ像の寸法計測値と前記ＳＰＭ像の寸法計測値との照合結果，および，計測バイアス値を提示することを特徴とする，請求項第６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１０】
前記レシピ作成装置にてＳＰＭ像取得用レシピを作成する過程において，測定中の時間経過に伴い発生するＳＰＭ像の位置ずれ量を検出するためのリファレンスパターンを設計レイアウトデータから選択し，
前記，ＳＰＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＰＭ像を取得する過程において，ＳＰＭ像取得中の所定の時間間隔で，上記リファレンスパターンのＳＰＭ像を取得して位置ずれ量を求め，位置ずれ量に基づきＳＰＭプローブのプロービング位置の補正を行うことを特徴とする請求項第６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１１】
前記リファレンスパターン領域が周辺部と高さが異なる領域、もしくは周辺部と材質の異なる領域で形成され、直線状で互いに交差するエッジ部を有する領域、もしくは円状のエッジ部を有する領域、もしくは楕円状のエッジを有する領域、もしくはＸ方向に平行な直線状のエッジを有する領域とＹ方向に平行な直線状のエッジを有する領域で構成されることを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１２】
前記リファレンスパターン上の任意の位置を通過する断面プロファイルから、リファレンスパターンエッジ上の点を特定することによって前記ＳＰＭ像の位置ずれ量を特定することを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１３】
前記ＳＰＭ像が試料の表面形状像、もしくは摩擦特性像、もしくは弾性特性像、もしくは吸着力像、もしくは電磁気特性像、もしくは光学特性像であることを特徴とする請求項６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１４】
前記リファレンスパターンのＳＰＭ像を取得するタイミングが、予め決められた一定ライン毎であることを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１５】
リファレンスパターンＳＰＭ像の取得終了時点から次のリファレンスパターンＳＰＭ像の取得開始時点までに生じたＳＰＭ像の位置ずれ量、及び前記リファレンスパターンＳＰＭ像の取得終了時点からの測定チャンバー内の温度履歴を用いて、前記ＳＰＭ像の位置ずれ補正を行うことを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１６】
前記リファレンスパターンＳＰＭ像を取得するタイミングが、測定チャンバー内の温度変化が予め決められた閾値を越えた場合、もしくは前記測定チャンバー内の温度変化の方向が変わった場合のいずれかであることを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と
走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）手段と
計測対象パターンの設計レイアウトデータと該計測対象パターンの座標データを入力する入力手段と，
該入力手段から入力された設計レイアウトデータを用いて前記計測対象パターンのＳＥＭ像取得用レシピとＳＰＭ像取得用レシピとを作成する撮像レシピ作成手段と，
該撮像レシピ作成手段で作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて前記ＳＥＭ手段で撮像して得た前記計測対象パターンのＳＥＭ像から前記計測対象パターンの寸法を算出するＳＥＭ画像処理手段と、
前記撮像レシピ作成手段で作成されたＳＰＭ像取得用レシピを用いて前記ＳＰＭ手段で撮像して得た前記計測対象パターンのＳＰＭ像から前記計測対象パターンの寸法を算出するＳＰＭ画像処理手段と、
前記ＳＥＭ画像処理手段で算出した前記計測対象パターンの寸法と前記ＳＰＭ画像処理手段で算出した前記計測対象パターンの寸法とを照合してＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出する演算手段と、
該演算手段で算出した計測バイアス値に関する情報を表示する表示手段と
を備えることを特徴とするパターン寸法計測システム。
【請求項２】
前記表示手段は、前記ＳＥＭ像の寸法計測値と前記ＳＰＭ像の寸法計測値とを照合させた結果，および，前記算出した計測バイアス値を画面上に表示することを特徴とする請求項１記載のパターン寸法計測システム。
【請求項３】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と
計測対象パターンの設計データを入力する入力手段と，
該入力手段から入力された設計データを用いて前記計測対象パターンのＳＥＭ像取得用レシピを作成する撮像レシピ作成手段と，
該撮像レシピ作成手段で作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて前記ＳＥＭ手段で撮像して得た前記計測対象パターンのＳＥＭ像から前記計測対象パターンの寸法を算出するＳＥＭ画像処理手段と、
前記ＳＥＭ画像処理手段で算出した前記計測対象パターンの寸法を前記計測対象パターンを他の計測手段で計測して得た前記計測対象パターンの寸法とを照合してＳＥＭ像の寸法計測値と前記他の計測手段で計測して得た前記計測対象パターンの寸法計測値との差である計測バイアス値を算出する演算手段と、
該演算手段で算出した計測バイアス値に関する情報を表示する表示手段と
を備えることを特徴とするパターン寸法計測システム。
【請求項４】
前記表示手段は、前記ＳＥＭ像から算出した前記計測対象パターンの寸法計測地と前記他の計測手段で計測して得た前記計測対象パターンの寸法計測値とを照合させた結果，および，前記算出した計測バイアス値を画面上に表示することを特徴とする請求項３記載のパターン寸法計測システム。
【請求項５】
前記演算手段で算出した計測バイアス値の情報を用いて前記ＳＥＭ画像処理手段で算出した前記計測対象パターンの寸法を補正するパターン寸法補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項１又は３に記載のパターン寸法計測システム。
【請求項６】
計測対象パターンの設計レイアウトデータと該計測対象パターンの位置座標をレシピ作成装置に入力する過程と，レシピ作成装置にて走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像取得用レシピを作成する過程と，レシピ作成装置にて走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）像取得用レシピを作成する過程と，上記作成されたＳＥＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＥＭ像を取得する過程と，上記作成されたＳＰＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＰＭ像を取得する過程と，前記取得したＳＥＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測する過程と，前記取得したＳＰＭ像にてエッジ位置を検出して計測対象パターンの寸法を計測する過程と，前記ＳＥＭ像の寸法計測値と前記ＳＰＭ像の寸法計測値とを照合する過程と，ＳＥＭ像の寸法計測値とＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出する過程とを有することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項７】
前記計測対象パターンの設計レイアウトデータと前記計測対象パターンの位置座標をレシピ作成装置に入力する過程において，さらに，ＳＰＭの装置パラメータ情報として，ＳＰＭステージ停止誤差，ＳＰＭプローブの最大走査範囲を入力し，
前記，レシピ作成装置にてＳＰＭ像取得用レシピを作成する過程において，上記入力されたＳＰＭステージ停止誤差，ＳＰＭプローブの最大走査範囲を考慮して，計測対象パターンの撮像位置を一意に決定するための位置決め用のパターンを，設計レイアウトデータから選択することを特徴とする請求項第６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項８】
前記，自動レシピ作成装置にてＳＰＭ像取得用レシピを自動作成する過程において，計測対象パターンの撮像位置を一意に決定するための位置決め用のパターンとして，ｘ方向の位置決めに適したパターンと，ｙ方向の位置決めに適したパターンを，それぞれ独立に設計レイアウトデータから自動選択し，
前記，ＳＰＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＰＭ像を取得する過程において，上記ｘ方向の位置決めに適したパターンのＳＰＭ像をｘ方向走査にて取得してｘ方向の位置ずれ量（ｄｘ）を求め，上記ｙ方向の位置決めに適したパターンのＳＰＭ像をｙ方向走査にて取得してｙ方向の位置ずれ量（ｄｙ）を求め，ｄｘとｄｙに基づき，計測対象パターンの撮像位置を決定することを特徴とする請求項第６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項９】
前記ＳＥＭ像の寸法計測値と前記ＳＰＭ像の寸法計測との差である計測バイアス値を算出するする過程において，さらに，前記ＳＥＭ像の寸法計測値と前記ＳＰＭ像の寸法計測値との照合結果，および，計測バイアス値を提示することを特徴とする，請求項第６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１０】
前記レシピ作成装置にてＳＰＭ像取得用レシピを作成する過程において，測定中の時間経過に伴い発生するＳＰＭ像の位置ずれ量を検出するためのリファレンスパターンを設計レイアウトデータから選択し，
前記，ＳＰＭ像取得用レシピを用いて計測対象パターンのＳＰＭ像を取得する過程において，ＳＰＭ像取得中の所定の時間間隔で，上記リファレンスパターンのＳＰＭ像を取得して位置ずれ量を求め，位置ずれ量に基づきＳＰＭプローブのプロービング位置の補正を行うことを特徴とする請求項第６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１１】
前記リファレンスパターン領域が周辺部と高さが異なる領域、もしくは周辺部と材質の異なる領域で形成され、直線状で互いに交差するエッジ部を有する領域、もしくは円状のエッジ部を有する領域、もしくは楕円状のエッジを有する領域、もしくはＸ方向に平行な直線状のエッジを有する領域とＹ方向に平行な直線状のエッジを有する領域で構成されることを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１２】
前記リファレンスパターン上の任意の位置を通過する断面プロファイルから、リファレンスパターンエッジ上の点を特定することによって前記ＳＰＭ像の位置ずれ量を特定することを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１３】
前記ＳＰＭ像が試料の表面形状像、もしくは摩擦特性像、もしくは弾性特性像、もしくは吸着力像、もしくは電磁気特性像、もしくは光学特性像であることを特徴とする請求項６記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１４】
前記リファレンスパターンのＳＰＭ像を取得するタイミングが、予め決められた一定ライン毎であることを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１５】
リファレンスパターンＳＰＭ像の取得終了時点から次のリファレンスパターンＳＰＭ像の取得開始時点までに生じたＳＰＭ像の位置ずれ量、及び前記リファレンスパターンＳＰＭ像の取得終了時点からの測定チャンバー内の温度履歴を用いて、前記ＳＰＭ像の位置ずれ補正を行うことを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【請求項１６】
前記リファレンスパターンＳＰＭ像を取得するタイミングが、測定チャンバー内の温度変化が予め決められた閾値を越えた場合、もしくは前記測定チャンバー内の温度変化の方向が変わった場合のいずれかであることを特徴とする請求項１０記載のパターン寸法計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図３０】
【公開番号】特開２０１１−４３４５８（Ｐ２０１１−４３４５８Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９２９８３（Ｐ２００９−１９２９８３）
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【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２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【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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