パターン寸法計測方法及び走査電子顕微鏡
【課題】
入射電子線により試料上の観察領域内のパターン寸法を計測する方法において、これまで実現困難であった高精度でかつ低ダメージの計測を可能とするパターン寸法計測技術を提供する。
【解決手段】
試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、前記試料上の複数の観察領域に電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とする。
入射電子線により試料上の観察領域内のパターン寸法を計測する方法において、これまで実現困難であった高精度でかつ低ダメージの計測を可能とするパターン寸法計測技術を提供する。
【解決手段】
試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、前記試料上の複数の観察領域に電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の試料に形成された微細パターンの寸法計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細パターンを有する半導体の検査では高精度な寸法管理が必要とされる。そこで半導体製造工程での微細パターンの寸法管理には高精度寸法計測が可能な走査電子顕微鏡が用いられる。走査電子顕微鏡は試料上に収束した電子線を照射し、該電子線照射によって試料から発生した二次電子や反射電子を検出器で捕らえることで走査電子顕微鏡像が得られる。特にパターン寸法を計測するときはＣＤ−ＳＥＭ（測長ＳＥＭ）と呼ばれる走査電子顕微鏡が用いられる。
【０００３】
走査電子顕微鏡像は一般的に電子線の照射エネルギーや照射量が大きいほどＳ/Ｎの高い画像が得られ、計測精度は高くなる。計測精度が高くなるとはつまり誤差の少ない寸法管理が可能ということである。そこで、従来はＣＤ−ＳＥＭで観察を行う際に同一箇所で複数回電子線照射を行うことで得られた複数の画像を重ね合わせて一つの画像を形成していた(フレーム加算)（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３４６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最先端半導体プロセスで用いられるArFエキシマレーザー光を用いたリソグラフィ（ArFリソグラフィ）はフォトレジスト(ArFレジスト)を感光させ、微細パターンを作ることができる。しかし、ArFレジストはＣＤ−ＳＥＭを用いた寸法計測の際の電子線照射によりシュリンクと呼ばれる体積収縮が生じることが知られており、この体積収縮により検査前後でパターン寸法には差が生じ、正確な寸法検査の妨げとなっている。
【０００６】
体積収縮つまりレジストダメージ抑制には、照射する電子線の照射エネルギーや照射量を小さくすることが有効であるとされる。一方、前述した計測精度は照射する電子線の照射エネルギーや照射量を大きくすることが有効であるので、ArFレジストパターンの寸法計測には計測精度とダメージにトレードオフが存在し、計測精度の向上とダメージの抑制を同時に満たすのは困難である。
【０００７】
従来の前記フレーム加算ではＳ/Ｎは改善されるものの、同一箇所に電子線照射を繰り返すので、該観察箇所では電子線照射量が多くなるため体積収縮が多く起こり、パターン寸法が大きく変化する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、かかる点に鑑み、入射電子線を用いて試料上の観察領域内のパターン寸法を計測する技術において、これまで実現困難であった高精度でかつ低ダメージの計測を可能とするパターン寸法計測技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、一箇所の観察領域においては少ないフレーム加算枚数条件で画像取得を行い、前記画像取得を複数箇所で繰り返す。このようにして得られた複数の画像を足し合わせることでＳ/Ｎ向上を図る。
【００１０】
複数箇所の観察領域で走査電子顕微鏡像を得ることで、一箇所の電子線照射量を少なく抑えても、複数箇所分の信号量を得られるので、走査電子顕微鏡の寸法計測精度を高く保ち、尚且つ一箇所の電子線照射量が少ないので、該観察領域のダメージ量を低減できる。つまりこれまで実現困難であった高精度・低ダメージ計測が可能となる。
【００１１】
以下、本発明の代表的な構成例を列挙する。
【００１２】
（１）本発明のパターン寸法計測方法は、試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、前記試料上の複数の観察領域に前記入射電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とする。
【００１３】
（２）試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して二次的に発生する反射電子または二次電子を検出し、検出された前記反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、前記試料上の複数の観察領域のそれぞれについて前記入射電子線を複数回照射することで得られる複数の電子顕微鏡像をフレーム加算して重ね合わせ画像を作成し、複数の前記重ね合わせ画像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とする。
【００１４】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、前記試料の前記電子線によるダメージ量に許容値を設け、前記ダメージ量の許容値を上回らないように前記観察領域内の同一箇所に電子線を照射する回数を制限することを特徴とする。
【００１５】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、前記電子線を照射し画像取得を行う観察領域の数は、観察時の計測精度から決められることを特徴とする。
【００１６】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、観察対象となる試料のダメージ量と観察時の計測精度から、観察時の電子線照射条件を決めることを特徴とする。
【００１７】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、複数の前記重ね合わせ画像を重ね合わせて前記一つの画像を作成する際の画像間のずれ量は、複数の前記重ね合わせ画像を一次元ないし二次元的に照合を行い、該照合結果に基づき決定することを特徴とする。
【００１８】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、照合を行う際に用いる画像は走査電子顕微鏡で得られた画像全体あるいは画像の一部を用いることを特徴とする。
【００１９】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、複数の前記観察領域は、設計レイアウトが同じであるパターン座標で取得した画像を用いることを特徴とする。
【００２０】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、前記複数の観察領域間の距離を予め設定した距離より大きくすることを特徴とする。
【００２１】
（３）本発明による走査電子顕微鏡は、試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子を検出する検出器を有し、検出された前記反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する走査電子顕微鏡において、前記試料上の複数の観察領域に電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を記憶する手段と、前記複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることで一つの画像を作成する手段と、重ね合わせた前記一つの画像を表示する手段と、重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測する手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、入射電子線により被検査物上の観察領域内のパターン寸法を計測する技術において、これまで実現困難であった高精度で低ダメージの計測を可能とするパターン寸法計測技術を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は、本発明に係る、パターン寸法を計測する走査電子顕微鏡の構成の概念図である。
【００２５】
本発明に係る走査電子顕微鏡は、一次電子ビームを放出する電子銃２、一次電子ビームを収束するコンデンサレンズ３、一次電子ビームを走査する偏向器４、一次電子ビームを試料７上に収束させる対物レンズ５、試料７を移動させるステージ６、一次電子ビーム照射により試料７から二次的に発生した二次電子もしくは反射電子を捕捉する検出器８とを有する電子光学系１と、得られた二次電子もしくは反射電子信号を画像化する画像メモリ１２６、複数の画像の重ね合わせ位置を決定する重ね合わせ位置設定部１２５、該重ね合わせ位置で画像の重ね合わせ演算を行う画像重ね合わせ部１２４、該重ね合わせ画像を用いて寸法計測を行う寸法計測部１２３、複数の画像を取得する位置を設定する観察領域設定部１２２、該複数の画像を取得する位置の間の距離を設定する観察領域間距離設定部１１９、ダメージ量の許容値を設定するダメージ量許容値設定部１２０、計測精度の許容値を設定する計測精度設定部１２１とを有する演算部１０８と、オペレータが入力を行い、走査電子顕微鏡像の表示を行うための表示部１０、過去のデータを格納している記憶部１１、電子線照射条件を電子光学系１に反映し制御する電子光学系制御部１２、とで構成されている。
【００２６】
なお、図１中の１３は結果を記憶部１１に保存するなどのフローを示し、１４は記憶部１１に保存されているデータを呼び出すなどのフローを示す。
【００２７】
図２に、本発明に係るパターン寸法計測のフローチャートを示す。まず、画像を取得する領域の数N0を指定する（ステップ2002）。そして、最初に計測を行う領域（N＝１）で高倍画像を取得する。（ステップ2004）。該高倍画像をpict1として記憶部１１に記憶する（ステップ2005）。以上で第一観察領域での寸法計測が終わり、第二観察領域での寸法計測を行う。第二観察領域にて画像取得を行い（ステップ2007）、該画像を記憶部１１に記憶する（ステップ2009）。以上までで合計二箇所での画像取得を行った。ステップ2010で変数Nと定数N0の比較を行い、変数Nが定数N0と異なる場合、ステップ2006に戻り、第N観察領域にて画像取得と画像保存を繰り返し行う。ステップ2010でNとN0が等しくなった場合、これまで記憶部１１に保存してきたpict1からpictNを重ね合わせて、pict0を作成する（ステップ2011）。こうして作成したpict0をステップ2012で寸法計測する。
【００２８】
このように、単一の観察領域からパターン寸法を求めているのではなく、複数箇所で取得した画像を重ね合わせ、重ね合わせ画像からパターン寸法を求めている点が、従来とは異なる。
【００２９】
本発明を用いることにより、試料の一箇所に照射する電子線量を少なくし、ダメージが少ない条件に設定した場合でも、画像重ね合わせによりＳ/Ｎは確保できるので計測精度が劣化することはない。つまり高精度・低ダメージ計測が可能となる。
【００３０】
次に、図３を用いて、複数枚の画像の重ね合わせについて説明する。図３（ａ）は重ね合わせる２つの画像（pict1、pict２）を示し、（ｂ）は重ね合わせる位置決めに必要な評価値（２つの画像の一致度）を示し、（ｃ）は重ね合わせ画像（pict0）を示している。図３（ａ）中の二つの電子顕微鏡像はそれぞれ４フレーム加算の画像である。４フレーム加算の画像同士を足し合わせるので、足し合わせ後の画像は８フレーム加算相当のＳ/Ｎを有することとなる。しかし、一箇所に照射する電子線の量は４フレーム加算のままなので、ダメージ量は４フレーム加算相当分となる。図３（ｂ）の本実施例の画像重ね合わせの位置決めに関しては、二つの画像を１pixelずつずらして相関を計算し、相関値が最も大きくなる位置で画像を重ね合わせた。もちろん、画像重ね合わせ位置を決めるアルゴリズムはこれに限らない。例えば、パターンの左エッジ同士を合わせても良い。今回のパターンは孤立ラインパターンを仮定しているが、ホールパターンなどの二次元的に照合を行うことも考えられる。図３（ｃ）は（ａ）の二つの画像を（ｂ）の評価値が最も大きくなる位置で実際に重ね合わせた画像である。
【００３１】
図４は、複数箇所で取得した画像を重ね合わせるときに用いる入力画面（ＧＵＩ, Graphic User Interface）を示す。図４では、MP1からMP4までの４箇所で画像取得を行い、重ね合わせ画像を作成する場合の図である。4001は各箇所の座標が表示される。4002は重ね合わせに用いる画像を選択するときに押すボタンである。この4002ボタンを押すと、そのとき画像取得を行っている箇所の座標が4001に表示されることとなる。更に4003には取得した画像が表示される。こうして４箇所の画像を取得し、画像重ね合わせ実行ボタン4004を押すことで重ね合わせ画像表示部4005に重ね合わせ画像が表示される。
【００３２】
（実施例２）
実施例１ではユーザーが画像取得領域の数をステップ2002で指定していたが、本実施例では、観察材料・加速電圧・プローブ電流・画像倍率の入力からフレーム加算枚数の上限と、異なる計測座標を設定する例を示す。
【００３３】
図５に、本実施例のフローを示す。まず、ユーザーが測長するときの条件を設定する（ステップ5002）。次に、該測長条件で電子線照射を行ったときのダメージデータを記憶部から呼び出す（ステップ5003）。これに対し、ダメージの許容値を設定し（ステップ5004）、前記呼び出したダメージデータと許容値を比較する（ステップ5005）。このときの測長条件でのダメージ量が許容値よりも上回っていなければ測長条件と観察領域を記憶し（ステップ5008）、設定を終了する（ステップ5009）。ステップ5005で設定した測長条件でのダメージ量が許容値を上回っている場合、ダメージ量が許容値を下回る値までフレーム加算枚数を制限する（ステップ5006）。次に、信号量の減少を補うため、異なる観察領域を設定する（ステップ5007）。新たに設定したこれらの測長条件および観察領域を記憶部に記憶し（ステップ5008）、設定を終了する（ステップ5009）。
【００３４】
電子線を照射し画像を取得する観察領域の数の決定について、図６を用いて説明する。レジストダメージは照射する電子線の照射エネルギーと照射量により決まる。図６は、ArFレジストに電子線照射を繰り返し行ったときの寸法変化を示す。図６から分かるように照射回数が増えると寸法が小さくなり、ダメージ量が増加する。図６のような寸法変化のデータベースを記憶部１１に持っていると、ユーザーが設定した観察条件ではどの程度ダメージするかが定量的にわかる。よってダメージ量に許容値を設定すれば、一箇所の電子線照射量を装置が自動で制限し、足りない信号量を照射箇所増加で補うことが可能である。
【００３５】
図７に前述した設定を行うＧＵＩを示す。図７中の7001には記憶部１１にダメージのデータがある材料名を入力する枠である。ここに枠内に入力されたレジスト種からダメージデータを記憶部１１から呼び出すことでダメージの許容値さらには照射量の許容値を決めることができる。加速電圧入力枠（Vacc）7002、プローブ電流入力枠（Ip）7003、観察倍率入力枠（Mag.）7004にそれぞれ対応する条件を入力し、観察領域間距離入力枠（FOV distance）7010に複数の観察領域間の最短距離を入力し、計算実行ボタン7007を押すと、ダメージデータ表示部7009に該当する材料のフレーム加算枚数に対するダメージ量のデータが表示される。該記憶部１１から呼び出したダメージデータを参照し、フレーム加算枚数の制限値を設定し、フレーム加算枚数制限値表示部7005に表示する。
【００３６】
ユーザーが望むフレーム加算枚数が7005の制限値を上回る場合は、異なる観察領域入力部7006に指定する座標にて画像取得を行う。観察領域間距離入力部7010に比べて、異なる観察領域入力部7006の座標と現在の観察領域座標が近いときは入力エラーとなり、異なる観察領域入力部7006に座標を再入力する必要がある。
【００３７】
このときの座標のパターンは第一観察領域のパターンと同一形状であることが必要である。また、露光時の近接効果などを考えると被検査パターンの周辺部は大きく異ならないことが望ましい。複数の観察領域には設計レイアウトが同じであるパターン座標の領域を用いることが必要である。上記パターンの例を、図８に示す。図８中の8001はパターンの位置決めを行うアライメントマークであり、8002はレジストパターンを示す。8003、8004、8005は観察領域の例を示す。観察領域8003に対して観察領域8004は同じ設計レイアウトのパターンである。しかし観察領域8005はパターンが途中で途切れており、同じ設計レイアウトであるとはいえない。また、観察領域同士が重なっているとダメージや試料帯電の影響が強くなり、正確な寸法計測ができない。従って、図８に示すように被観察領域同士は重ならない領域を選ぶ必要がある。この観察領域間の距離は予め設定することができる。
【００３８】
図８では、異なる照射箇所を一箇所のみの場合を示しているがこれに限らない。
【００３９】
（実施例３）
前述の実施例２では光学条件を設定するとダメージデータが呼び出され、フレーム加算枚数の制限と、異なる計測場所の指定を行っていたが、ダメージ量と計測精度の許容値をユーザーが入力し、許容値に応じた光学条件をＣＤ−ＳＥＭに反映することもできるので、本実施例にて説明する。
【００４０】
図９に、本実施例のフローチャートを示す。本実施例では、まずユーザーがダメージ量と計測精度の許容値を設定する（ステップ9002）。次に、記憶部に記憶されている過去のデータから、設定した許容値に当てはまる測長条件を抽出する（ステップ9003）。このときの測長条件は、図１０に示すように、加速電圧（Vacc）、プローブ電流（Ip）、画像倍率（Mag.）、フレーム加算枚数（Frame）、観察領域数（FOV）からなる。ステップ9003で得られた測長条件を表示部にて表示し（ステップ9004）、ユーザーが測長条件を一つ選択・装置に設定する（ステップ9005）。
【００４１】
図１０に、本実施例で用いるＧＵＩを示す。図１０中の10001はダメージ量（Shrinkage）の許容値を入力する枠で、10002は計測精度（Precision）の許容値を入力する枠である。10001と10002に許容値を入力し、測長条件抽出ボタン10003を押すと、該当測長条件表示枠10004に許容値を満たす測長条件が表示される。図１０では、４つの測長条件を抽出し表示している。表示された測長条件からユーザーが一つの測長条件を選び、装置への設定ボタン10005を押すと選択された測長条件が装置へ設定される。
【００４２】
（実施例４）
電子線を照射して画像を取得する領域の数を決定するときに品質管理手法の一つであるタグチメソッドを応用することができる。本実施例では、タグチメソッドを用いて画像取得領域の数を決定する例を示す。
【００４３】
観察領域の数と、そのときの光学条件によってダメージ量と再現性が大きく変化す
る。よって、観察領域の数、加速電圧、プロープ電流、観察倍率、フレーム数の最適化
が低ダメージかつ高精度計測に有効である。最適化にタグチメソッドを用いることで
最適化の効率向上を図る。例えば、観察領城の数、加速電圧、プローブ電流、観察倍
率、フレーム数を３水準変化させた揚合の総当り実験粂件は、３５＝２４３通りとなるが、タグチメソッドを用いると１８実験で同等の効果を得ることができる。
【００４４】
図１１に、タグチメソッドで用いるＬ１８直交表の例を示す。図１１のＬ１８直交表の要因Aから要因Hまでに最適化するパラメータを制御因子として割り当てる。木発明で
は観察領域の数、加速電圧、プロープ電流、観察倍率、フレーム数を制御因子とする。
Ｌ１８直交表と制御因子から１８種の初期実験条件が求まる。この１８種の初期実験条
件下でダメージ量と計測精度を算出すると、直交表に割り当てた制御因子の要因効果が算出される。この要因効果から初期実験を行った１８条件を含む全組み合わせ条件でのダメージ量と計測精度が推定され、推定結果からダメージ量と計測精度が共に小さくなるパラメータの組み合わせを最適条件と求めることができる。
【００４５】
（実施例５）
以上の実施例は、異なる場所で取得した信号を二次元画像単位で重ね合わせるものであった。しかし、走査ライン単位、あるいは、走査ラインのパターンエッジ単位すなわち一次元画像単位で重ね合わせることも効果的である。これらの場合でも、低ダメージや低帯電で高いＳ/Ｎの情報を得ることが可能なことは明らかである。走査ライン単位の重ね合わせではパターン位置の揺らぎに起因する測長値の誤差の低減に、パターンエッジ単位での重ね合わせではパターン幅の揺らぎに起因するエッジプロファイルの誤差の低減に、それぞれ有効である。
【００４６】
本実施例に関して、図１２を用いて説明する。図１２の第一画像12001と第二画像12002に示す画像を重ね合わせる際はパターンの湾曲方向がそれぞれ異なっており、困難であると考えられる。そこで、第一画像12001と第二画像12002を重ね合わせるのではなく、第一画像内の第一重ね合わせ領域12005と第二画像内の第一重ね合わせ領域12006を重ね合わせる。さらに第一画像内の第二重ね合わせ領域12007と第二画像内の第二重ね合わせ領域12008を重ね合わせる。この作業を画像全体にわたって行うことで画像全体にわたる重ね合わせを行う。このように画像全体ではなく、画像の一部分を用いて画像合成を行うことにより、図１２に示すようなパターン形状の場合でも画像の重ね台わせを行うことができる。
【００４７】
走査ライン単位で合成する揚合について、図１３を用いて説明する。図１３中の13001は第一観察領城で取得した画像を示し、13002は第二観察領域で取得した画像を示す。本実施例では上記二箇所で取得した両像の走査ライン単位での重ね合わせについて説明する。13005は画像13001上に13003で示す走査ラインの輝度プロファイルである。13006は画像13002上に13004で示す走査ラインの輝度プロファイルである。
【００４８】
本実施例では13005と13006で示すプロファイルを照合し、照合結果から走査ラインの重ね合わせ位置を決める。
【００４９】
上記のような、照合と重ね合わせを画像の第１走査ラインから第Ｎ走査ラインまで繰り返し、各走査ラインについて重ね合わせを行う。図１３の13001および13002に示す画像は、縦方向に５１２pixelの画素数から構成されている。つまりＮ＝５１２となるが、本発明はこれに限るものではない。
【００５０】
次に、図１４を用いて走査ラインのパターンエッジ単位での重ね合わせについて説明する。図１４中の14001は第一観察領域で取得した画像を示し、14004は第二観察領域で取得した画像を示す。走査ライン単位での重ね合わせの場合と同様に二箇所で取得した画像の走査ラインのパターンエッジ単位での重ね合わせについて説明する。14005は画像14001上に14003で示す走査ラインの輝度プロファイルである。14006は画像14002上に14004で示す走査ラインの輝度プロファイルである。14003および14004はパターンの左エッジのみを含み、右エッジを含まない輝度プロファイルである。
【００５１】
本実施例では、14005と14006で示すプロファイルを照合し、照合結果から走査ラインのパターンエッジ単位での重ね合わせ位置を決める。
【００５２】
ただし、パターンエッジ単位での照合は、一走査ラインを左右二つのプロファイルに分ける必要があり、よって上記照合と重ね合わせを第１走査ラインから第Ｎ走査ラインまで左右二本のプロファイルで繰り返し行う必要がある。
【００５３】
以上、述べてきた実施例では、電子線による走査電子顕微鏡を例に本発明を説明したが、本発明の基本的な考え方は、これに限らず、他の荷電粒子線、例えばイオンビームを用いた顕微鏡等に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に一実施例に係る走査電子顕微鏡の構成を説明する概念図。
【図２】実施例１のパターン寸法計測のフローチャートを示す図。
【図３】複数の画像の重ね合わせを行う際の重ね合わせ位置の決定について説明する図。
【図４】実施例１に示すパターン寸法計測の際に使用するＧＵＩを示す図。
【図５】実施例２のパターン寸法計測のフローチャートを示す図。
【図６】ArFレジストパターンに電子線照射を繰り返し行った際の寸法変化を説明する図。
【図７】実施例２に示すパターン寸法計測の際に使用するＧＵＩを示す図。
【図８】複数の観察領域を設定する際の観察領域の決定を説明する図。
【図９】実施例３のパターン寸法計測のフローチャートを示す図。
【図１０】実施例３に示すパターン寸法計測の際に使用するＧＵＩを示す図。
【図１１】タグチメソッドを用いて観察領域の数を決定する実施例４を説明する図。
【図１２】実施例５のパターン寸法計測を説明する図。
【図１３】実施例５のパターン寸法計測における走査ライン単位での画像合成を説明する図。
【図１４】実施例５のパターン寸法計測における走査ラインのパターンエッジ単位での画像合成を説明する図。
【符号の説明】
【００５５】
１…電子光学系、２…電子銃、３…コンデンサレンズ、４…偏向器、５…対物レンズ、６…ステージ、７…試料、８…検出器、１０…表示部、１１…記憶部、１２…電子光学系制御部、１３…記憶部に保存するフロー、１４…記億部からデー一タを呼び出すフロー、１０８…演算部、１１９…観察領域間距離設定部、１２０…ダメージ量許容値設定部、１２１…計測精度設定部、１２２…観察領域設定部、１２３…寸法計測部、１２４…画像重ね合わせ部、１２５…画像重ね合わせ位置演算部、１２６…画像メモリ、4001…画像取得位置座標表示部、4002…画像取得位置座標取得ボタン、4003…電子顕微鏡画像、4004…画像重ね合わせ実行ボタン、4005…重ね合わせ後の画像、7001…観察材料入力枠、7002…加速電圧入力枠、7003…プロープ電流人力枠、7004…観察倍率入力枠、7005…フレーム数制限値人力枠、7006…異なる観察領域位置座標入力部、7007…計算実行ボタン、7009…ダメージデータ表示部、7010…FOV問の距離入力部、8001…アライメントマーク、8002…レジストパターン、8003…第一観鑛領域、8004…第二観察領域、8005…第三観察領域、10001…ダメージ量許容値入力枠、10002…計測精度許容値入力枠、10003…測長条件抽出ボタン、10004…該当測長条件表示枠、10005…光学条件設定ボタン、12001…第'画像、12002…第二画像.12003…第一画像のレジストパターン、12004…第二画像のレジストパターン、12005…第一画像内の第一重ね合わせ領域、12006…第二画像内の第一重ね合わせ領域、12007…第一画像内の第二重ね合わせ領域、12008…第一画像内の第二重ね合わせ領域、13001…第一画像、13002…第二画像、13003…一画像内の重ね合わせ領域、13004…第二画像内の重ね合わせ領域、13005…第一画像内の重ね合わせ領域の信号波形、13006…第二画像内の重ね合わせ領域の信号波形、14001…第一画像、14002…第二画像、14003…第一画像内の重ね合わせ領域、14004…第二画像内の重ね合わせ領域、14005…第一画像内の重ね合わせ領域の信号波形、14006…第二画像内の重ね合わせ領域の信号波形。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の試料に形成された微細パターンの寸法計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細パターンを有する半導体の検査では高精度な寸法管理が必要とされる。そこで半導体製造工程での微細パターンの寸法管理には高精度寸法計測が可能な走査電子顕微鏡が用いられる。走査電子顕微鏡は試料上に収束した電子線を照射し、該電子線照射によって試料から発生した二次電子や反射電子を検出器で捕らえることで走査電子顕微鏡像が得られる。特にパターン寸法を計測するときはＣＤ−ＳＥＭ（測長ＳＥＭ）と呼ばれる走査電子顕微鏡が用いられる。
【０００３】
走査電子顕微鏡像は一般的に電子線の照射エネルギーや照射量が大きいほどＳ/Ｎの高い画像が得られ、計測精度は高くなる。計測精度が高くなるとはつまり誤差の少ない寸法管理が可能ということである。そこで、従来はＣＤ−ＳＥＭで観察を行う際に同一箇所で複数回電子線照射を行うことで得られた複数の画像を重ね合わせて一つの画像を形成していた(フレーム加算)（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３４６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最先端半導体プロセスで用いられるArFエキシマレーザー光を用いたリソグラフィ（ArFリソグラフィ）はフォトレジスト(ArFレジスト)を感光させ、微細パターンを作ることができる。しかし、ArFレジストはＣＤ−ＳＥＭを用いた寸法計測の際の電子線照射によりシュリンクと呼ばれる体積収縮が生じることが知られており、この体積収縮により検査前後でパターン寸法には差が生じ、正確な寸法検査の妨げとなっている。
【０００６】
体積収縮つまりレジストダメージ抑制には、照射する電子線の照射エネルギーや照射量を小さくすることが有効であるとされる。一方、前述した計測精度は照射する電子線の照射エネルギーや照射量を大きくすることが有効であるので、ArFレジストパターンの寸法計測には計測精度とダメージにトレードオフが存在し、計測精度の向上とダメージの抑制を同時に満たすのは困難である。
【０００７】
従来の前記フレーム加算ではＳ/Ｎは改善されるものの、同一箇所に電子線照射を繰り返すので、該観察箇所では電子線照射量が多くなるため体積収縮が多く起こり、パターン寸法が大きく変化する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、かかる点に鑑み、入射電子線を用いて試料上の観察領域内のパターン寸法を計測する技術において、これまで実現困難であった高精度でかつ低ダメージの計測を可能とするパターン寸法計測技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、一箇所の観察領域においては少ないフレーム加算枚数条件で画像取得を行い、前記画像取得を複数箇所で繰り返す。このようにして得られた複数の画像を足し合わせることでＳ/Ｎ向上を図る。
【００１０】
複数箇所の観察領域で走査電子顕微鏡像を得ることで、一箇所の電子線照射量を少なく抑えても、複数箇所分の信号量を得られるので、走査電子顕微鏡の寸法計測精度を高く保ち、尚且つ一箇所の電子線照射量が少ないので、該観察領域のダメージ量を低減できる。つまりこれまで実現困難であった高精度・低ダメージ計測が可能となる。
【００１１】
以下、本発明の代表的な構成例を列挙する。
【００１２】
（１）本発明のパターン寸法計測方法は、試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、前記試料上の複数の観察領域に前記入射電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とする。
【００１３】
（２）試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して二次的に発生する反射電子または二次電子を検出し、検出された前記反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、前記試料上の複数の観察領域のそれぞれについて前記入射電子線を複数回照射することで得られる複数の電子顕微鏡像をフレーム加算して重ね合わせ画像を作成し、複数の前記重ね合わせ画像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とする。
【００１４】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、前記試料の前記電子線によるダメージ量に許容値を設け、前記ダメージ量の許容値を上回らないように前記観察領域内の同一箇所に電子線を照射する回数を制限することを特徴とする。
【００１５】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、前記電子線を照射し画像取得を行う観察領域の数は、観察時の計測精度から決められることを特徴とする。
【００１６】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、観察対象となる試料のダメージ量と観察時の計測精度から、観察時の電子線照射条件を決めることを特徴とする。
【００１７】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、複数の前記重ね合わせ画像を重ね合わせて前記一つの画像を作成する際の画像間のずれ量は、複数の前記重ね合わせ画像を一次元ないし二次元的に照合を行い、該照合結果に基づき決定することを特徴とする。
【００１８】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、照合を行う際に用いる画像は走査電子顕微鏡で得られた画像全体あるいは画像の一部を用いることを特徴とする。
【００１９】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、複数の前記観察領域は、設計レイアウトが同じであるパターン座標で取得した画像を用いることを特徴とする。
【００２０】
また、前記構成のパターン寸法計測方法において、前記複数の観察領域間の距離を予め設定した距離より大きくすることを特徴とする。
【００２１】
（３）本発明による走査電子顕微鏡は、試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子を検出する検出器を有し、検出された前記反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する走査電子顕微鏡において、前記試料上の複数の観察領域に電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を記憶する手段と、前記複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることで一つの画像を作成する手段と、重ね合わせた前記一つの画像を表示する手段と、重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測する手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、入射電子線により被検査物上の観察領域内のパターン寸法を計測する技術において、これまで実現困難であった高精度で低ダメージの計測を可能とするパターン寸法計測技術を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は、本発明に係る、パターン寸法を計測する走査電子顕微鏡の構成の概念図である。
【００２５】
本発明に係る走査電子顕微鏡は、一次電子ビームを放出する電子銃２、一次電子ビームを収束するコンデンサレンズ３、一次電子ビームを走査する偏向器４、一次電子ビームを試料７上に収束させる対物レンズ５、試料７を移動させるステージ６、一次電子ビーム照射により試料７から二次的に発生した二次電子もしくは反射電子を捕捉する検出器８とを有する電子光学系１と、得られた二次電子もしくは反射電子信号を画像化する画像メモリ１２６、複数の画像の重ね合わせ位置を決定する重ね合わせ位置設定部１２５、該重ね合わせ位置で画像の重ね合わせ演算を行う画像重ね合わせ部１２４、該重ね合わせ画像を用いて寸法計測を行う寸法計測部１２３、複数の画像を取得する位置を設定する観察領域設定部１２２、該複数の画像を取得する位置の間の距離を設定する観察領域間距離設定部１１９、ダメージ量の許容値を設定するダメージ量許容値設定部１２０、計測精度の許容値を設定する計測精度設定部１２１とを有する演算部１０８と、オペレータが入力を行い、走査電子顕微鏡像の表示を行うための表示部１０、過去のデータを格納している記憶部１１、電子線照射条件を電子光学系１に反映し制御する電子光学系制御部１２、とで構成されている。
【００２６】
なお、図１中の１３は結果を記憶部１１に保存するなどのフローを示し、１４は記憶部１１に保存されているデータを呼び出すなどのフローを示す。
【００２７】
図２に、本発明に係るパターン寸法計測のフローチャートを示す。まず、画像を取得する領域の数N0を指定する（ステップ2002）。そして、最初に計測を行う領域（N＝１）で高倍画像を取得する。（ステップ2004）。該高倍画像をpict1として記憶部１１に記憶する（ステップ2005）。以上で第一観察領域での寸法計測が終わり、第二観察領域での寸法計測を行う。第二観察領域にて画像取得を行い（ステップ2007）、該画像を記憶部１１に記憶する（ステップ2009）。以上までで合計二箇所での画像取得を行った。ステップ2010で変数Nと定数N0の比較を行い、変数Nが定数N0と異なる場合、ステップ2006に戻り、第N観察領域にて画像取得と画像保存を繰り返し行う。ステップ2010でNとN0が等しくなった場合、これまで記憶部１１に保存してきたpict1からpictNを重ね合わせて、pict0を作成する（ステップ2011）。こうして作成したpict0をステップ2012で寸法計測する。
【００２８】
このように、単一の観察領域からパターン寸法を求めているのではなく、複数箇所で取得した画像を重ね合わせ、重ね合わせ画像からパターン寸法を求めている点が、従来とは異なる。
【００２９】
本発明を用いることにより、試料の一箇所に照射する電子線量を少なくし、ダメージが少ない条件に設定した場合でも、画像重ね合わせによりＳ/Ｎは確保できるので計測精度が劣化することはない。つまり高精度・低ダメージ計測が可能となる。
【００３０】
次に、図３を用いて、複数枚の画像の重ね合わせについて説明する。図３（ａ）は重ね合わせる２つの画像（pict1、pict２）を示し、（ｂ）は重ね合わせる位置決めに必要な評価値（２つの画像の一致度）を示し、（ｃ）は重ね合わせ画像（pict0）を示している。図３（ａ）中の二つの電子顕微鏡像はそれぞれ４フレーム加算の画像である。４フレーム加算の画像同士を足し合わせるので、足し合わせ後の画像は８フレーム加算相当のＳ/Ｎを有することとなる。しかし、一箇所に照射する電子線の量は４フレーム加算のままなので、ダメージ量は４フレーム加算相当分となる。図３（ｂ）の本実施例の画像重ね合わせの位置決めに関しては、二つの画像を１pixelずつずらして相関を計算し、相関値が最も大きくなる位置で画像を重ね合わせた。もちろん、画像重ね合わせ位置を決めるアルゴリズムはこれに限らない。例えば、パターンの左エッジ同士を合わせても良い。今回のパターンは孤立ラインパターンを仮定しているが、ホールパターンなどの二次元的に照合を行うことも考えられる。図３（ｃ）は（ａ）の二つの画像を（ｂ）の評価値が最も大きくなる位置で実際に重ね合わせた画像である。
【００３１】
図４は、複数箇所で取得した画像を重ね合わせるときに用いる入力画面（ＧＵＩ, Graphic User Interface）を示す。図４では、MP1からMP4までの４箇所で画像取得を行い、重ね合わせ画像を作成する場合の図である。4001は各箇所の座標が表示される。4002は重ね合わせに用いる画像を選択するときに押すボタンである。この4002ボタンを押すと、そのとき画像取得を行っている箇所の座標が4001に表示されることとなる。更に4003には取得した画像が表示される。こうして４箇所の画像を取得し、画像重ね合わせ実行ボタン4004を押すことで重ね合わせ画像表示部4005に重ね合わせ画像が表示される。
【００３２】
（実施例２）
実施例１ではユーザーが画像取得領域の数をステップ2002で指定していたが、本実施例では、観察材料・加速電圧・プローブ電流・画像倍率の入力からフレーム加算枚数の上限と、異なる計測座標を設定する例を示す。
【００３３】
図５に、本実施例のフローを示す。まず、ユーザーが測長するときの条件を設定する（ステップ5002）。次に、該測長条件で電子線照射を行ったときのダメージデータを記憶部から呼び出す（ステップ5003）。これに対し、ダメージの許容値を設定し（ステップ5004）、前記呼び出したダメージデータと許容値を比較する（ステップ5005）。このときの測長条件でのダメージ量が許容値よりも上回っていなければ測長条件と観察領域を記憶し（ステップ5008）、設定を終了する（ステップ5009）。ステップ5005で設定した測長条件でのダメージ量が許容値を上回っている場合、ダメージ量が許容値を下回る値までフレーム加算枚数を制限する（ステップ5006）。次に、信号量の減少を補うため、異なる観察領域を設定する（ステップ5007）。新たに設定したこれらの測長条件および観察領域を記憶部に記憶し（ステップ5008）、設定を終了する（ステップ5009）。
【００３４】
電子線を照射し画像を取得する観察領域の数の決定について、図６を用いて説明する。レジストダメージは照射する電子線の照射エネルギーと照射量により決まる。図６は、ArFレジストに電子線照射を繰り返し行ったときの寸法変化を示す。図６から分かるように照射回数が増えると寸法が小さくなり、ダメージ量が増加する。図６のような寸法変化のデータベースを記憶部１１に持っていると、ユーザーが設定した観察条件ではどの程度ダメージするかが定量的にわかる。よってダメージ量に許容値を設定すれば、一箇所の電子線照射量を装置が自動で制限し、足りない信号量を照射箇所増加で補うことが可能である。
【００３５】
図７に前述した設定を行うＧＵＩを示す。図７中の7001には記憶部１１にダメージのデータがある材料名を入力する枠である。ここに枠内に入力されたレジスト種からダメージデータを記憶部１１から呼び出すことでダメージの許容値さらには照射量の許容値を決めることができる。加速電圧入力枠（Vacc）7002、プローブ電流入力枠（Ip）7003、観察倍率入力枠（Mag.）7004にそれぞれ対応する条件を入力し、観察領域間距離入力枠（FOV distance）7010に複数の観察領域間の最短距離を入力し、計算実行ボタン7007を押すと、ダメージデータ表示部7009に該当する材料のフレーム加算枚数に対するダメージ量のデータが表示される。該記憶部１１から呼び出したダメージデータを参照し、フレーム加算枚数の制限値を設定し、フレーム加算枚数制限値表示部7005に表示する。
【００３６】
ユーザーが望むフレーム加算枚数が7005の制限値を上回る場合は、異なる観察領域入力部7006に指定する座標にて画像取得を行う。観察領域間距離入力部7010に比べて、異なる観察領域入力部7006の座標と現在の観察領域座標が近いときは入力エラーとなり、異なる観察領域入力部7006に座標を再入力する必要がある。
【００３７】
このときの座標のパターンは第一観察領域のパターンと同一形状であることが必要である。また、露光時の近接効果などを考えると被検査パターンの周辺部は大きく異ならないことが望ましい。複数の観察領域には設計レイアウトが同じであるパターン座標の領域を用いることが必要である。上記パターンの例を、図８に示す。図８中の8001はパターンの位置決めを行うアライメントマークであり、8002はレジストパターンを示す。8003、8004、8005は観察領域の例を示す。観察領域8003に対して観察領域8004は同じ設計レイアウトのパターンである。しかし観察領域8005はパターンが途中で途切れており、同じ設計レイアウトであるとはいえない。また、観察領域同士が重なっているとダメージや試料帯電の影響が強くなり、正確な寸法計測ができない。従って、図８に示すように被観察領域同士は重ならない領域を選ぶ必要がある。この観察領域間の距離は予め設定することができる。
【００３８】
図８では、異なる照射箇所を一箇所のみの場合を示しているがこれに限らない。
【００３９】
（実施例３）
前述の実施例２では光学条件を設定するとダメージデータが呼び出され、フレーム加算枚数の制限と、異なる計測場所の指定を行っていたが、ダメージ量と計測精度の許容値をユーザーが入力し、許容値に応じた光学条件をＣＤ−ＳＥＭに反映することもできるので、本実施例にて説明する。
【００４０】
図９に、本実施例のフローチャートを示す。本実施例では、まずユーザーがダメージ量と計測精度の許容値を設定する（ステップ9002）。次に、記憶部に記憶されている過去のデータから、設定した許容値に当てはまる測長条件を抽出する（ステップ9003）。このときの測長条件は、図１０に示すように、加速電圧（Vacc）、プローブ電流（Ip）、画像倍率（Mag.）、フレーム加算枚数（Frame）、観察領域数（FOV）からなる。ステップ9003で得られた測長条件を表示部にて表示し（ステップ9004）、ユーザーが測長条件を一つ選択・装置に設定する（ステップ9005）。
【００４１】
図１０に、本実施例で用いるＧＵＩを示す。図１０中の10001はダメージ量（Shrinkage）の許容値を入力する枠で、10002は計測精度（Precision）の許容値を入力する枠である。10001と10002に許容値を入力し、測長条件抽出ボタン10003を押すと、該当測長条件表示枠10004に許容値を満たす測長条件が表示される。図１０では、４つの測長条件を抽出し表示している。表示された測長条件からユーザーが一つの測長条件を選び、装置への設定ボタン10005を押すと選択された測長条件が装置へ設定される。
【００４２】
（実施例４）
電子線を照射して画像を取得する領域の数を決定するときに品質管理手法の一つであるタグチメソッドを応用することができる。本実施例では、タグチメソッドを用いて画像取得領域の数を決定する例を示す。
【００４３】
観察領域の数と、そのときの光学条件によってダメージ量と再現性が大きく変化す
る。よって、観察領域の数、加速電圧、プロープ電流、観察倍率、フレーム数の最適化
が低ダメージかつ高精度計測に有効である。最適化にタグチメソッドを用いることで
最適化の効率向上を図る。例えば、観察領城の数、加速電圧、プローブ電流、観察倍
率、フレーム数を３水準変化させた揚合の総当り実験粂件は、３５＝２４３通りとなるが、タグチメソッドを用いると１８実験で同等の効果を得ることができる。
【００４４】
図１１に、タグチメソッドで用いるＬ１８直交表の例を示す。図１１のＬ１８直交表の要因Aから要因Hまでに最適化するパラメータを制御因子として割り当てる。木発明で
は観察領域の数、加速電圧、プロープ電流、観察倍率、フレーム数を制御因子とする。
Ｌ１８直交表と制御因子から１８種の初期実験条件が求まる。この１８種の初期実験条
件下でダメージ量と計測精度を算出すると、直交表に割り当てた制御因子の要因効果が算出される。この要因効果から初期実験を行った１８条件を含む全組み合わせ条件でのダメージ量と計測精度が推定され、推定結果からダメージ量と計測精度が共に小さくなるパラメータの組み合わせを最適条件と求めることができる。
【００４５】
（実施例５）
以上の実施例は、異なる場所で取得した信号を二次元画像単位で重ね合わせるものであった。しかし、走査ライン単位、あるいは、走査ラインのパターンエッジ単位すなわち一次元画像単位で重ね合わせることも効果的である。これらの場合でも、低ダメージや低帯電で高いＳ/Ｎの情報を得ることが可能なことは明らかである。走査ライン単位の重ね合わせではパターン位置の揺らぎに起因する測長値の誤差の低減に、パターンエッジ単位での重ね合わせではパターン幅の揺らぎに起因するエッジプロファイルの誤差の低減に、それぞれ有効である。
【００４６】
本実施例に関して、図１２を用いて説明する。図１２の第一画像12001と第二画像12002に示す画像を重ね合わせる際はパターンの湾曲方向がそれぞれ異なっており、困難であると考えられる。そこで、第一画像12001と第二画像12002を重ね合わせるのではなく、第一画像内の第一重ね合わせ領域12005と第二画像内の第一重ね合わせ領域12006を重ね合わせる。さらに第一画像内の第二重ね合わせ領域12007と第二画像内の第二重ね合わせ領域12008を重ね合わせる。この作業を画像全体にわたって行うことで画像全体にわたる重ね合わせを行う。このように画像全体ではなく、画像の一部分を用いて画像合成を行うことにより、図１２に示すようなパターン形状の場合でも画像の重ね台わせを行うことができる。
【００４７】
走査ライン単位で合成する揚合について、図１３を用いて説明する。図１３中の13001は第一観察領城で取得した画像を示し、13002は第二観察領域で取得した画像を示す。本実施例では上記二箇所で取得した両像の走査ライン単位での重ね合わせについて説明する。13005は画像13001上に13003で示す走査ラインの輝度プロファイルである。13006は画像13002上に13004で示す走査ラインの輝度プロファイルである。
【００４８】
本実施例では13005と13006で示すプロファイルを照合し、照合結果から走査ラインの重ね合わせ位置を決める。
【００４９】
上記のような、照合と重ね合わせを画像の第１走査ラインから第Ｎ走査ラインまで繰り返し、各走査ラインについて重ね合わせを行う。図１３の13001および13002に示す画像は、縦方向に５１２pixelの画素数から構成されている。つまりＮ＝５１２となるが、本発明はこれに限るものではない。
【００５０】
次に、図１４を用いて走査ラインのパターンエッジ単位での重ね合わせについて説明する。図１４中の14001は第一観察領域で取得した画像を示し、14004は第二観察領域で取得した画像を示す。走査ライン単位での重ね合わせの場合と同様に二箇所で取得した画像の走査ラインのパターンエッジ単位での重ね合わせについて説明する。14005は画像14001上に14003で示す走査ラインの輝度プロファイルである。14006は画像14002上に14004で示す走査ラインの輝度プロファイルである。14003および14004はパターンの左エッジのみを含み、右エッジを含まない輝度プロファイルである。
【００５１】
本実施例では、14005と14006で示すプロファイルを照合し、照合結果から走査ラインのパターンエッジ単位での重ね合わせ位置を決める。
【００５２】
ただし、パターンエッジ単位での照合は、一走査ラインを左右二つのプロファイルに分ける必要があり、よって上記照合と重ね合わせを第１走査ラインから第Ｎ走査ラインまで左右二本のプロファイルで繰り返し行う必要がある。
【００５３】
以上、述べてきた実施例では、電子線による走査電子顕微鏡を例に本発明を説明したが、本発明の基本的な考え方は、これに限らず、他の荷電粒子線、例えばイオンビームを用いた顕微鏡等に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に一実施例に係る走査電子顕微鏡の構成を説明する概念図。
【図２】実施例１のパターン寸法計測のフローチャートを示す図。
【図３】複数の画像の重ね合わせを行う際の重ね合わせ位置の決定について説明する図。
【図４】実施例１に示すパターン寸法計測の際に使用するＧＵＩを示す図。
【図５】実施例２のパターン寸法計測のフローチャートを示す図。
【図６】ArFレジストパターンに電子線照射を繰り返し行った際の寸法変化を説明する図。
【図７】実施例２に示すパターン寸法計測の際に使用するＧＵＩを示す図。
【図８】複数の観察領域を設定する際の観察領域の決定を説明する図。
【図９】実施例３のパターン寸法計測のフローチャートを示す図。
【図１０】実施例３に示すパターン寸法計測の際に使用するＧＵＩを示す図。
【図１１】タグチメソッドを用いて観察領域の数を決定する実施例４を説明する図。
【図１２】実施例５のパターン寸法計測を説明する図。
【図１３】実施例５のパターン寸法計測における走査ライン単位での画像合成を説明する図。
【図１４】実施例５のパターン寸法計測における走査ラインのパターンエッジ単位での画像合成を説明する図。
【符号の説明】
【００５５】
１…電子光学系、２…電子銃、３…コンデンサレンズ、４…偏向器、５…対物レンズ、６…ステージ、７…試料、８…検出器、１０…表示部、１１…記憶部、１２…電子光学系制御部、１３…記憶部に保存するフロー、１４…記億部からデー一タを呼び出すフロー、１０８…演算部、１１９…観察領域間距離設定部、１２０…ダメージ量許容値設定部、１２１…計測精度設定部、１２２…観察領域設定部、１２３…寸法計測部、１２４…画像重ね合わせ部、１２５…画像重ね合わせ位置演算部、１２６…画像メモリ、4001…画像取得位置座標表示部、4002…画像取得位置座標取得ボタン、4003…電子顕微鏡画像、4004…画像重ね合わせ実行ボタン、4005…重ね合わせ後の画像、7001…観察材料入力枠、7002…加速電圧入力枠、7003…プロープ電流人力枠、7004…観察倍率入力枠、7005…フレーム数制限値人力枠、7006…異なる観察領域位置座標入力部、7007…計算実行ボタン、7009…ダメージデータ表示部、7010…FOV問の距離入力部、8001…アライメントマーク、8002…レジストパターン、8003…第一観鑛領域、8004…第二観察領域、8005…第三観察領域、10001…ダメージ量許容値入力枠、10002…計測精度許容値入力枠、10003…測長条件抽出ボタン、10004…該当測長条件表示枠、10005…光学条件設定ボタン、12001…第'画像、12002…第二画像.12003…第一画像のレジストパターン、12004…第二画像のレジストパターン、12005…第一画像内の第一重ね合わせ領域、12006…第二画像内の第一重ね合わせ領域、12007…第一画像内の第二重ね合わせ領域、12008…第一画像内の第二重ね合わせ領域、13001…第一画像、13002…第二画像、13003…一画像内の重ね合わせ領域、13004…第二画像内の重ね合わせ領域、13005…第一画像内の重ね合わせ領域の信号波形、13006…第二画像内の重ね合わせ領域の信号波形、14001…第一画像、14002…第二画像、14003…第一画像内の重ね合わせ領域、14004…第二画像内の重ね合わせ領域、14005…第一画像内の重ね合わせ領域の信号波形、14006…第二画像内の重ね合わせ領域の信号波形。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、
前記試料上の複数の観察領域に電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、
重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項２】
試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して二次的に発生する反射電子または二次電子を検出し、検出された前記反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、
前記試料上の複数の観察領域のそれぞれについて前記入射電子線を複数回照射することで得られる複数の電子顕微鏡像をフレーム加算して重ね合わせ画像を作成し、
複数の前記重ね合わせ画像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、
前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパターン寸法計測方法において、前記試料の前記電子線によるダメージ量に許容値を設け、前記ダメージ量の許容値を上回らないように前記観察領域内の同一箇所に電子線を照射する回数を制限することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のパターン寸法計測方法において、前記電子線を照射し画像取得を行う観察領域の数は、観察時の計測精度から決められることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のパターン寸法計測方法において、観察対象となる試料のダメージ量と観察時の計測精度から、観察時の電子線照射条件を決めることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のパターン寸法計測方法において、複数の前記重ね合わせ画像を重ね合わせて前記一つの画像を作成する際の画像間のずれ量は、複数の前記重ね合わせ画像を一次元ないし二次元的に照合を行い、該照合結果に基づき決定することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項７】
請求項６に記載のパターン寸法計測方法において、照合を行う際に用いる画像は走査電子顕微鏡で得られた画像全体あるいは画像の一部を用いることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項８】
請求項１に記載のパターン寸法計測方法において、複数の前記観察領域は、設計レイアウトが同じであるパターン座標で取得した画像を用いることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項９】
請求項１に記載のパターン寸法計測方法において、前記複数の観察領域間の距離を予め設定した距離より大きくすることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のパターン寸法計測方法において、直交表に従って初期実験を行い、ダメージ量と計測精度が共に小さくなるような観察領域の数を選ぶことを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１１】
試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子を検出する検出器を有し、検出された前記反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する走査電子顕微鏡において、
前記試料上の複数の観察領域に電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を記憶する手段と、
前記複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることで一つの画像を作成する手段と、
重ね合わせた前記一つの画像を表示する手段と、
重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測する手段とを有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、観察対象となる前記試料の前記電子線によるダメージ量に許容値を設定し、該ダメージ許容値を上回らないように前記観察領域内の同一箇所に前記電子線を照射する回数を制限することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１３】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、観察時の計測精度許容値を設定し、前記電子線を照射し画像取得を行う前記観察領域の数を前記許容値から求めることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、観察対象となる前記試料のダメージ量許容値と観察時の計測精度許容値を設定し、前記ダメージ量許容値と前記計測精度許容値をもとに電子線照射条件を決めることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、前記複数の電子顕微鏡像を、一次元ないし二次元的に照合し、該照合結果に基づき前記複数の電子顕微鏡像を重ね合わせる際の画像間のずれ量を決定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１５に記載の走査電子顕微鏡において、走査電子顕微鏡で得られた画像の全体あるいは一部を用いて前記照合を行うことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、前記複数の観察領域として、設計レイアウトが同じであるパターン座標を選ぶよう構成したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、前記複数の観察領域間の距離を予め設定した距離より大きくするよう構成したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１９】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、記憶部に記憶した直交表に従って初期実験を行い、該初期実験の結果からダメージ量と計測精度が共に小さくなるような観察領域の数を算出し、該算出結果を基に観察領域の数を決めることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１】
試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、
前記試料上の複数の観察領域に電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、
重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項２】
試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して二次的に発生する反射電子または二次電子を検出し、検出された前記反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する方法において、
前記試料上の複数の観察領域のそれぞれについて前記入射電子線を複数回照射することで得られる複数の電子顕微鏡像をフレーム加算して重ね合わせ画像を作成し、
複数の前記重ね合わせ画像を重ね合わせることにより一つの画像を作成し、
前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパターン寸法計測方法において、前記試料の前記電子線によるダメージ量に許容値を設け、前記ダメージ量の許容値を上回らないように前記観察領域内の同一箇所に電子線を照射する回数を制限することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のパターン寸法計測方法において、前記電子線を照射し画像取得を行う観察領域の数は、観察時の計測精度から決められることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のパターン寸法計測方法において、観察対象となる試料のダメージ量と観察時の計測精度から、観察時の電子線照射条件を決めることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のパターン寸法計測方法において、複数の前記重ね合わせ画像を重ね合わせて前記一つの画像を作成する際の画像間のずれ量は、複数の前記重ね合わせ画像を一次元ないし二次元的に照合を行い、該照合結果に基づき決定することを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項７】
請求項６に記載のパターン寸法計測方法において、照合を行う際に用いる画像は走査電子顕微鏡で得られた画像全体あるいは画像の一部を用いることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項８】
請求項１に記載のパターン寸法計測方法において、複数の前記観察領域は、設計レイアウトが同じであるパターン座標で取得した画像を用いることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項９】
請求項１に記載のパターン寸法計測方法において、前記複数の観察領域間の距離を予め設定した距離より大きくすることを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のパターン寸法計測方法において、直交表に従って初期実験を行い、ダメージ量と計測精度が共に小さくなるような観察領域の数を選ぶことを特徴とするパターン寸法計測方法。
【請求項１１】
試料上の観察領域を走査される入射電子線に対して発生する反射電子または二次電子を検出する検出器を有し、検出された前記反射電子または二次電子強度の情報から前記観察領域内のパターンの寸法を計測する走査電子顕微鏡において、
前記試料上の複数の観察領域に電子線を照射することで得られる複数の電子顕微鏡像を記憶する手段と、
前記複数の電子顕微鏡像を重ね合わせることで一つの画像を作成する手段と、
重ね合わせた前記一つの画像を表示する手段と、
重ね合わせた前記一つの画像の強度情報からパターンの寸法を計測する手段とを有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、観察対象となる前記試料の前記電子線によるダメージ量に許容値を設定し、該ダメージ許容値を上回らないように前記観察領域内の同一箇所に前記電子線を照射する回数を制限することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１３】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、観察時の計測精度許容値を設定し、前記電子線を照射し画像取得を行う前記観察領域の数を前記許容値から求めることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、観察対象となる前記試料のダメージ量許容値と観察時の計測精度許容値を設定し、前記ダメージ量許容値と前記計測精度許容値をもとに電子線照射条件を決めることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、前記複数の電子顕微鏡像を、一次元ないし二次元的に照合し、該照合結果に基づき前記複数の電子顕微鏡像を重ね合わせる際の画像間のずれ量を決定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１５に記載の走査電子顕微鏡において、走査電子顕微鏡で得られた画像の全体あるいは一部を用いて前記照合を行うことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、前記複数の観察領域として、設計レイアウトが同じであるパターン座標を選ぶよう構成したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、前記複数の観察領域間の距離を予め設定した距離より大きくするよう構成したことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１９】
請求項１１に記載の走査電子顕微鏡において、記憶部に記憶した直交表に従って初期実験を行い、該初期実験の結果からダメージ量と計測精度が共に小さくなるような観察領域の数を算出し、該算出結果を基に観察領域の数を決めることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【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】
【公開番号】特開２００９−１３５２７３（Ｐ２００９−１３５２７３Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１０１９８（Ｐ２００７−３１０１９８）
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【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２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【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）】
[ Back to top ]