パターン測定方法及びパターン測定装置
【課題】
本発明の目的はパターンエッジの傾斜を評価するのに好適な試料測定方法、及び試料測定装置の提供にある。
【解決手段】
上記目的を達成するために、以下にパターンエッジについて、複数の輪郭線を形成し、その輪郭線間の寸法を評価する方法、及び装置を提案する。このように複数の輪郭線を形成することによって、パターンのエッジ部分の傾斜の程度を評価することが可能となる。また、エッジ部分の傾斜の程度の評価値を、面内分布表示することによって、テーパーが形成される要因を特定することが容易になる。
本発明の目的はパターンエッジの傾斜を評価するのに好適な試料測定方法、及び試料測定装置の提供にある。
【解決手段】
上記目的を達成するために、以下にパターンエッジについて、複数の輪郭線を形成し、その輪郭線間の寸法を評価する方法、及び装置を提案する。このように複数の輪郭線を形成することによって、パターンのエッジ部分の傾斜の程度を評価することが可能となる。また、エッジ部分の傾斜の程度の評価値を、面内分布表示することによって、テーパーが形成される要因を特定することが容易になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上に形成されたパターンの測定方法、及びそのための装置に係り、特に走査電子顕微鏡等で取得された画像のパターンエッジから輪郭線を抽出するための方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下単にＳＥＭと称することもある）等の荷電粒子線装置を用い、半導体デバイスの線幅を測定し、その出来栄えを評価することが行われている。特に半導体のラインパターンやホールパターンの線幅やホール径を測定するＳＥＭはＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension ＳＥＭ）と呼ばれている。
【０００３】
従来、ＣＤ−ＳＥＭを用いた測定は、パターン寸法値という一次元的な測定結果を得るものであったが、昨今、一次元的な寸法だけではなく、二次元的な形状が重要な評価項目になりつつある。
【０００４】
パターンの二次元的な形状を評価するためには、パターンのエッジを正確に特定する必要があるが、ＳＥＭ画像のエッジ部分はある程度の太さを持っており、詳細な形状評価を行うには不向きである。このような問題を解決するために、特許文献１には、ＳＥＭ画像のパターンエッジから輪郭線を抽出する技術が説明されている。また、特許文献１には、パターンエッジのホワイトバンドの輝度変化情報に基づいて、輪郭線を抽出する技術が説明されている。
【０００５】
更に特許文献２には、一旦得られた輪郭線を更に高精度化するために、得られた輪郭線に基づいて、ＳＥＭによる部分的な走査方向を求め、当該部分的な走査に基づいて得られる新たな輝度変化情報に基づいて、輪郭線を抽出する技術が説明されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６６４７８号公報（対応米国特許出願ＵＳ２００６／００４５３２６）
【特許文献２】ＷＯ２００７／０９４４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２の記載によれば、パターンの正確な輪郭線抽出に基づく、二次元形状の評価が可能となるが、パターンのエッジ部分の傾斜状態を評価することについては、言及されていない。例えば、ＳＥＭの測定対象の１つであるフォトマスクは、石英基板上に、回路設計パターンに相当するクロム膜からなる遮光パターンが形成されている。このように形成されたフォトマスクは、半導体露光装置内において、写真のネガフィルムと同様の働きによりウェハ上に設計パターンを転写するために用いられる。
【０００８】
フォトマスクの遮光パターンは、昨今の半導体デバイスの微細化に伴い、薄膜化される傾向にあるものの、ある程度の厚みを持っている。このようにある程度の厚みがある遮光パターンのエッジ部分が傾斜していると、傾斜していないものと比較して露光結果に違いが生じる場合がある。
【０００９】
特に、テーパーが存在すると、光学式露光装置による光が斜めに入射することが考えられるため、露光後のパターンが予定していたものより小さくなる可能性がある。よって、フォトマスクの形状評価において、エッジ部分の傾斜は、重要な評価項目となり得る。また、ウェハ上に形成されたパターンにおいても、エッジ部分の形状は、パターンの出来栄えを評価する上で、重要な評価項目となることも考えられる。
【００１０】
以下に、パターンエッジの傾斜を評価するのに好適な試料測定方法、及び試料測定装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、以下にパターンエッジについて、複数の輪郭線を形成する方法、及び装置を提案する。
【発明の効果】
【００１２】
複数の輪郭線を形成することによって、パターンのエッジ部分の傾斜の程度を評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、複数の輪郭線を形成するための方法、それを実現するための装置、及びシステムについて、図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、走査電子顕微鏡画像（以下ＳＥＭ画像と称することもある）上のパターンから、輪郭線を抽出するシステムの一例を説明する図である。なお、以下の説明では、荷電粒子線装置の一態様として、走査電子顕微鏡を用いた例を説明するが、これに限られることはなく、例えば試料上にイオンビームを走査して画像を形成する集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）装置を荷電粒子線装置として採用するようにしても良い。但し、微細化が進むパターンのエッジ部分を、選択的に走査するためには、極めて高い倍率が要求されるため、一般的に分解能の面でＦＩＢ装置に勝るＳＥＭを用いることが望ましい。
【００１５】
図１には、データ管理装置１を中心として、複数のＳＥＭが接続された例が示されている。各ＳＥＭ２，３，４にはそれぞれの制御装置５，６，７が接続され、ＳＥＭに必要な制御が行われる。各ＳＥＭでは、電子源より放出される電子ビームが複数段のレンズにて集束されると共に、集束された電子ビームは走査偏向器によって、試料上を一次元的、或いは二次元的に走査される。
【００１６】
電子ビームの走査によって試料より放出される二次電子（Secondary Electron：ＳＥ）或いは後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ）は、検出器により検出され、前記走査偏向器の走査に同期して、フレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。
【００１７】
また、走査偏向器による走査は任意の大きさ，位置、及び方向について可能であり、後述する画像を形成するための走査やエッジ部分への選択的走査を可能にしている。
【００１８】
以上のような制御等は、各ＳＥＭの制御装置５，６，７にて行われ、電子ビームの走査の結果、得られた画像や信号は、通信回線８，９，１０を介してデータ管理装置１に送られる。なお、本例では、ＳＥＭを制御する制御装置と、ＳＥＭによって得られた信号に基づいて測定を行うデータ管理装置を別体のものとして、説明しているが、これに限られることはなく、データ管理装置にて装置の制御と測定処理を一括して行うようにしても良いし、各制御装置にて、ＳＥＭの制御と測定処理を併せて行うようにしても良い。
【００１９】
また、上記データ管理装置或いは制御装置（以下、画像処理装置と称することもある）には、測定処理を実行するためのプログラムが記憶されており、当該プログラムに従って測定が行われる。更にデザインデータ管理装置には、半導体製造工程に用いられるフォトマスク（以下単にマスクと称することもある）やウェハの設計データが記憶されている。この設計データは例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。
【００２０】
更に、データ管理装置等では、設計データに基づく図形データと、走査電子顕微鏡にて得られるＳＥＭ画像間でパターンマッチングを行う機能を備えている。例えばパターンマッチングは、図２に図示するように、設計データから抽出されたテンプレートと、ＳＥＭ画像についてそれぞれエッジ抽出処理（Ｓ０００１）を行い、その後両者に平滑化処理（Ｓ０００２）を行うことで、両者の形状差を補完し、その上でマッチング処理（Ｓ０００３）が行われる。無論、ベクトルデータ間でマッチングを行っても構わない。
【００２１】
以下に、半導体製造工程で使われるマスクの評価を行うのに好適な方法，装置、及びシステムについて説明する。なお、本例では主としてマスク測定の例を説明するが、その評価対象は半導体ウェハ上のパターンであっても良い。
【００２２】
半導体製造工程で使われるマスク検査に於いて、従来は測長用走査電子顕微鏡にて、マスクの一次元寸法を測定する手法が用いられていた。しかし、近年の微細加工ではその微細化の影響によりマスク自身の形状依存性による仕上がりが問題となっており、二次元の形状評価が必要となってきた。
【００２３】
マスク製造工程では主にドライエッチングのバラつきにより、プレート内のバラつき（マスク面内分布、局所的なパターンの粗密など）が問題となっている。これらのばらつきは、マスクの遮光膜の薄膜化によって遮光膜（クロムマスク，シフタ）のエッジ形状転写に影響する。更に、露光シュミレーションに必要な情報としてマスクのトポグラフィーが要求されるようになってきた。本例では、その情報の１つとして、パターンのエッジ部分のテーパーを評価する。
【００２４】
以下の説明では、ＣＤ−ＳＥＭで取得した画像から高精度なエッジ検出手法を用いて、マスクの輪郭線を高精度に構築する手法およびこれを用いた検査装置に関するものである。特にマスク形状の輪郭化によって、当該マスクパターンを含む周辺パターンの形状異状や欠陥形状を抽出すること、及びこの輪郭線をパターン設計データの形式として生成することについて説明する。輪郭線化によって、各種の設計工程で用いられている評価・検証技術を使用する事ができる為、半導体製造工程における高精度な歩留まり管理と向上を図ることが可能となる。さらに、本例では輪郭線化のためのエッジ検出閾値法をテーパー角の認識に使用することで、テーパー角の検査が可能とならしめる手法について説明する。
【００２５】
また、輪郭線を階層構造を持った設計データで表することで、当該回路の設計データの構造と対応関係を持って表現する事ができ、輪郭線の検証結果の良否を直接、設計データに反映し確認，予測及び修正することができ、より迅速な設計不具合に対応することができ、歩留まり向上に寄与することができる。
【実施例】
【００２６】
以下の説明では、ＳＥＭ画像から得られる複数の輪郭線を用いて、マスクのエッジ部分のテーパー（傾斜）を評価する手法について説明する。
【００２７】
図３はマスクの或る部分のＳＥＭ画像に基づくエッジ部分の輪郭線化の例を説明する図である。実線は、設計データを所定フォーマット（例えばＧＤＳファイル）化したものであり、線図にて表現される（以下、設計データの線図３０１と称することもある）。また一点鎖線は、ＳＥＭエッジを所定の手法に基づいて輪郭線化したものである（以下、第１の輪郭線３０２と称することもある）。更に二点鎖線は、ＳＥＭエッジを所定の手法に基づいて輪郭線化した他の輪郭線（以下、第２の輪郭線３０３と称することもある）である。
【００２８】
第１の輪郭線３０２と第２の輪郭線３０３は、マスクの上面と下面のエッジ部分の形状に応じて、その位置が変化するものであり、例えば、第１の輪郭線３０２と第２の輪郭線３０３間の距離を評価することで、マスクエッジのテーパーを評価することが可能になる。以下にその詳細を図面を用いて説明する。
【００２９】
図４は、マスクの平面と、その断面の形状を説明するための図である。フォトマスクは半導体素子製造過程にて用いられる原板であり、ガラス基板４０１上に回路パターン４０２が描画されており、主に光によって、半導体ウェハ等上に塗布されたレジストにパターンを転写するためのものである。テーパーが形成されていると、光学式露光装置の光が半導体ウェハの所望の個所に適切に照射されず、適正な露光ができない場合がある。よって、回路パターン４０２に予期しないテーパーが存在すると、正確な転写ができず、適正なパターンを形成することが困難となる場合がある。より具体的には、図５に図示するように、回路パターン４０２の形状は断面から見て矩形状であることが理想であるが、実際はマスク製造プロセスにおいて発生するドライエッチングのばらつき等の影響により、テーパーが形成されることがある。このようなテーパーの存在により、転写されるパターンの出来栄えが大きく変化するため、テーパー形状の適正な評価とその評価に基づくマスク製造プロセスへのフィードバックは、歩留まり等の向上に特に重要である。
【００３０】
以下にフローチャートを交えて、マスクのテーパーを適正に評価する一手法を説明する。図６は、ＳＥＭ画像取得からテーパー測定に至るまでの行程を説明するフローチャートである。まず、設計データに基づいて画像を取得すべき領域を選択する（Ｓ６０１）。次に、当該選択に基づいて指定される試料上の領域にて、ＳＥＭ画像を取得すべく、走査電子顕微鏡内に設けられた試料ステージ、及び電子ビームを所望の個所に偏向する偏向器によって、電子ビームが上記指定された試料上の領域に位置づけられ、当該部分で電子ビームを走査され、画像が取得される（Ｓ６０２）。
【００３１】
取得された画像からエッジを抽出し、当該エッジ部分と設計データの輪郭線間でのパターンマッチングを行う（Ｓ６０３）。本例ではパターンマッチングは、図２にて説明したステップに沿って行われるが、これに限られることなく、マッチングの精度が補償できれば、他のマッチング法によるパターンマッチングを行うようにしても良い。
【００３２】
次にＳＥＭエッジについて輪郭線化を行う（Ｓ６０４）。輪郭線化に際しては、図５に示すようにＳＥＭエッジのホワイトバンドの輝度分布を波形として認識し、輝度の大きな個所（或いは所定のしきい値の設定によって抽出される個所）をつなぎ合わせるようにして、輪郭線を抽出する。
【００３３】
このようにして抽出された輪郭線（以下画像輪郭線と称する）の精度を高めるために、画像輪郭線の複数の任意の個所に対し、例えば垂直な方向に電子ビームが走査されるように（走査線の軌道が画像輪郭線に対して垂直な方向となるように）、測長ボックスを設定し、電子ビームを走査する。測長ボックスは、画像輪郭線によって、その方向が適正化されているため、当該走査に基づいて形成される波形は、実際のパターンのエッジ部分の輝度分布を正確に示している。このようにして形成された波形について、所定のしきい値を示す個所をつなぎ合わせるようにして、新たな輪郭線（以下測長輪郭線と称する）を形成する（Ｓ６０５）。
【００３４】
測長輪郭線は、図７に図示するような原理のもと形成される。上述のように形成された画像輪郭線７０１に対して、電子ビームが垂直な方向に走査されるように、測長ボックス７０２が設定され、当該測長ボックス７０２内にて電子ビームを走査することによって検出される電子から波形７０３を形成する。当該波形７０３について、所定のしきい値を示す画像上の個所をつなぎ合わせるようにして、測長輪郭線７０４を形成する。
【００３５】
このようにして形成された測長輪郭線は、所定のフォーマット（例えばＧＤＳフォーマット）にて図形化され、記憶媒体に記憶される（Ｓ６０６）。
【００３６】
以下に、輪郭線を複数形成することによって、適正なフォトマスク評価を行う例をより具体的に説明する。図８は、測長ボックス内を走査することによって得られる波形に複数のしきい値を設定し、複数の測長輪郭線を抽出した例を示す図である。図８の例の場合、波形のピークの部分を１００％としたときに、しきい値を３０％〜９０％の範囲で１０％ステップで変化させて輪郭線抽出を行った場合を示している。仮に、しきい値９０％の部分がパターンの上面のエッジ部分、しきい値２０％の部分をパターンの下面のエッジ部分と定義した場合、両者間の距離を測定することによって、エッジのテーパー角を評価するための寸法を測定することが可能となる。
【００３７】
図９はしきい値２０％としきい値９０％の輪郭線間の寸法を測定する例を説明するための図である。図９では、２つの輪郭線間の寸法を測定し、両者間の寸法値が所定値より大きい場合、エラーを発生する例を説明している。当該寸法値が大きいということは、テーパー角が大きい（エッジ部分とガラス基板面との相対角がより平行に近い）ことを意味するため、当該寸法値が所定値を越えた場合にエラー信号の発生、或いはその旨を記憶媒体に記憶させるようにしておけば、当該マスクによる露光精度や歩留まりの適正な評価を行うことが可能となる。
【００３８】
また、仮にテーパー角が大きかったとしても、下面（光学式露光装置では光源側）が理想的な大きさに形成されており、テーパー角が露光条件にそれ程悪影響を与えない可能性もある。よって、本例の場合、しきい値２０％の輪郭線と設計データ間の距離も併せて測定しておき、当該距離が所定値を越えた場合であって、しきい値２０％としきい値９０％の輪郭線間の距離が所定値を越えた場合のように、両者のアンドがとれた場合に、選択的にエラーを発生するようにしても良い。
【００３９】
なお、波形を微分することによって得られる微分波形に基づいて、上記複数の輪郭線を決定するようにしても良い。この場合、２次微分以上の多次微分を用いて複数のピークを求め、当該ピークを用いて、輪郭線を抽出するようにしても良い。
【００４０】
また、図１０に図示するように、しきい値の異なる複数の輪郭線を併せて表示することで、テーパーの程度を客観的に評価できるようにしても良い。
【００４１】
更に、マスク等の所定の領域（マスク全体であっても良い）内のテーパー角の程度を、面内分布表示することによって、面内のばらつきを客観的に評価することもできる。例えば複数の同型のパターンが多数配列されているような場合、本来同型となるべきパターンが、隣接する他のパターンの影響によって、同型とならず、例えば他のパターンが近接しているパターンのテーパー角だけが大きく形成されてしまうようなことがある。パターンごと、或いは複数のパターンを含む領域ごとに、例えばしきい値２０％としきい値９０％の輪郭線間の距離を測定し、その結果を分布表示するようにすると、面内のばらつきを評価することが可能となる。また、パターンの部位ごとの寸法値やその評価値、或いはパターンごとの評価値を分布表示するようにしても良い。なお、輪郭線間の寸法ではなく、両者間に存在する二次元的な領域の面積を求め、当該面積に基づいて評価値を算出するようにしても良い。
【００４２】
なお面積を求める際には、その面積測定結果が、パターンの如何なる辺に属するのかを分類するようにすれば、辺ごとのテーパー量とテーパーの発生要因との因果関係を評価することが可能となる。
【００４３】
このような表示形態或いはデータの管理法によれば、例えば所定値以上のテーパー角を示す個所について、隣接するパターンをより離間させる等の設計へのフィードバック、マスクのリペアや、量産行程においては所定値以上のテーパー角を示す部分によって露光される個所を危険部位（ホットスポット）として管理することが可能となる。
【００４４】
例えば、図１の例において、フォトマスクやレチクルを測定する専用のＳＥＭをＳＥＭ２とし、ＳＥＭ３をウェハ専用のＳＥＭとした場合、ＳＥＭ２にて取得されたテーパー角に関する情報に基づいて、ＳＥＭ３にて測定すべき個所を自動決定することも可能となる。
【００４５】
このように、異なるＳＥＭにて、ウェハとフォトマスクという異なる測定対象を測定すると共に、その一方の装置の測定結果を、他の測定装置の測定条件に反映できるように構成すれば、測定装置の測定条件を記したレシピ作成を、半導体の出来栄えに影響を与えるであろう要因に応じて行うことが可能となる。
【００４６】
図１１はマスクのテーパー角の程度を示す評価値（本例の場合、２つの輪郭線間の寸法）の面内分布の表示例を説明するための図である。例えば、フォトマスク１１０１のパターン領域１１０２の一部分１１０３について、得られた２つの輪郭線間の寸法値、或いはそれに相当する評価値を、所定領域ごとに、識別表示する。本例の場合、パターン領域の一部分１１０３について、マトリクス状に領域を区切って表示すると共に、当該複数領域内ごと、或いはパターン単位で得られた寸法値等を表示しているが、マトリクス状でなくとも、分布状況がわかるような表示形態であれば、その種類は問わない。
【００４７】
また、寸法を直接表示しなくとも、所定寸法範囲ごとに寸法値を分類して、色分け等によって識別表示するようにしても良い。更に、寸法値は、各領域の代表値や平均値、或いは面積等、様々な設定が可能である。なお、以上のような演算や寸法測定結果の分類は、上述のデータ管理装置にて行っても良いし、ＳＥＭに設けられた制御装置にて行うようにしても良い。
【００４８】
他にも隣接するパターンとの距離等のパラメータが、テーパーにどの程度影響を与えているのかを客観的に評価するために、テーパー角の程度を示す評価値（ここでは例えばしきい値２０％としきい値９０％の輪郭線間の寸法値、或いは当該寸法値を大きさに応じて分類し、分類ごとに値をつけたものなど）の分布と、評価対象パターンと評価対象のパターンのテーパーに影響を与えると考えられるパターン（例えば評価対象パターンの至近のパターン）間の距離の評価値の分布を比較表示するようにしても良い。
【００４９】
また、距離の評価値だけではなく、テーパー角を形成する要因となり得る他のパラメータの評価値（マスクの製造条件、隣接するパターンの大きさ等）と、輪郭線間の寸法値に基づく評価値を比較表示するようにしても良い。
【００５０】
また、比較表示は例えば、図１１を用いて説明したマトリクスを複数用意し、切り替えによって、或いは併せて分布表示を行うようにすれば良い。また、表形式で表示することによって、複数のテーパー角の程度を示す評価値と、当該テーパー角を評価したパターンのテーパー角形成要因との因果関係を評価することも可能となる。
【００５１】
なお、評価対象パターンに近接するパターンとの距離は、設計データから抽出し、例えば図１４に例示するように、テーパー角の評価値と比較表示することによって、操作者は、設計段階で決定した評価対象パターンと近接するパターンの距離が、テーパー形成にどの程度影響を与えているのかを目視で判断することが可能となる。この例の場合、パターン番号５３番とパターン番号５６番を比較すると、パターン番号５６番の方が大きなテーパーが形成されていることが判る。設計データ上、Ｎo.５６のパターンの方がＮo.５３のパターンより、隣接パターンとの間隔が狭いので、隣接パターンとの距離が、テーパーに何等かの影響を与えているとの推測を行うことができる。また、設計データに替えて、ＳＥＭ画像に基づいて取得されるパターン間の寸法値を表示するようにしても良いが、評価対象パターンを高倍率で観察する場合には、隣接するパターンがＳＥＭ画像の視野（Field Of View：ＦＯＶ）から外れることがあるので、設計データから上記距離を抽出することが望ましい。
【００５２】
更に、本例では２つの輪郭線間の測定を行っているが、その測定方向を誤ると、適正にテーパー角を評価することが困難になる。２つの輪郭線が平行な場合は、例えば２つの輪郭線に垂直となるような方向で寸法測定を行えば良いが、２つの輪郭線が平行でない場合、その寸法測定方向の設定に何等かの基準がないと、適正な測定ができなくなるという問題がある。
【００５３】
そこで本例では、外側の輪郭線（パターン下面側）に垂直となるように、測長方向を設定する。テーパー角の評価は、パターン下面（露光装置の光源側）に対しパターン上面がどれだけ縮小しているかを評価していることになるため、当該測定の趣旨に基づいて、本例では基準となるパターン下面側の輪郭線を測定方向の基準とした。測定方向はその測定の目的に応じて、種々変化させることが可能であり、例えば２つの輪郭線と、当該輪郭線に交差し寸法測定方向を定義する直線が為す角が、２つの輪郭線間で同じとなるようにすることも可能であるし、マスクに形成されたパターンの基準となる設計データの線分を基準として（例えば設計データの線分に対して垂直な方向に）、測定方向を設定しても良い。更にこのようにして求められた方向に電子ビームの走査線の方向が一致するように、更なる電子ビーム走査を行うことで得られる新たな波形に基づいて、測定を行うようにしても良い。また、所定距離当たりの輪郭線間の面積を求めることによって、テーパー角を評価するようにしても良い。
【００５４】
更に、上述したように、フォトマスクパターンのテーパー角は、外側の輪郭線の出来栄えによって、転写されるパターンへの影響が変化する場合がある。例えば外側の輪郭線（露光時に光源側に配置される面）が設計データに忠実に形成されている場合、そうでない場合と比較して、テーパー角の存在がもたらす露光パターンへの影響が変化する場合がある。
【００５５】
このような状態を適正に評価するために、フォトマスクパターンの設計データ線分と輪郭線との間の寸法値（以下、Edge Placement Error：ＥＰＥと称することもある）と、外側輪郭線と内側輪郭線間の寸法を相対比較できるような測定，表示、及びデータ管理を行うことが考えられる。例えば図１３に図示するように、所望の測定点１３０１，１３０２について、設計データに基づく線分１３０３と外側輪郭線１３０４間の寸法測定と、外側輪郭線１３０４と内側輪郭線１３０５間の寸法測定を行う。このような測定結果を、例えば図１４に図示するように表形式で表示する。このような表示形態によれば、設計データとマスクパターンの乖離の程度に応じたテーパー角の評価を目視で行うことができる。
【００５６】
また、ＥＰＥ測定結果と複数の輪郭線間の測定結果を係数化し、その乗算結果に応じて、危険度の判定を行うようにしても良い。例えば、ＥＰＥ測定結果が０〜０.５ｎｍの場合に係数ａ１、０.５〜１.０ｎｍの場合に係数ａ２…のように設定すると共に、複数の輪郭線間の寸法値が、０〜０.５ｎｍの場合に係数ｂ１、０.５〜１.０ｎｍの場合に係数ｂ２…のように設定する。このような係数ａと係数ｂの乗算結果の大きさをパターンの各部位やパターンの形成領域ごとに算出することによって、同一基準のもと、パターンの危険部位を評価することが可能になる。もちろん、寸法値の乗算に基づいて危険度を判定するようにしても良い。
【００５７】
更に、これらの乗算結果を図１４に示すような表としての表示、或いは図１１に示すような分布表示させることによって、その評価結果を目視で判断することが可能となる。また、乗算結果を所定数値範囲ごとに分類し、色分け等の識別表示を行うことで、より目視での判断が容易になる。
【００５８】
次に、例えばフォトマスクのマスクプレート内に、複数の同一形状パターンが存在する場合に、その差分を求めることで、例えば隣接パターンの影響によって、マスクの一部の形状が変化してしまうような状態を測定する手法について図１２を用いて説明する。図１２は同じ形状の輪郭線間の差分を検出する例を説明する図である。図１２に図示されるＳＥＭ画像１２０７とＳＥＭ画像１２０８は、異なる位置に設けられた同一形状のパターンを撮像したものである。
【００５９】
この２つのＳＥＭ画像から、位置の異なる同一形状のＯＰＣ（Optical Proximity Correction）パターン１２０１と１２０２を選択し、それぞれの輪郭線１２０３，１２０４を抽出する。これら輪郭線１２０３，１２０４を重ね合わせ、その差分を検出することで、マスクプレート内での同型マスクパターン形状の仕上がりの差異を検出することができる。このような評価法によれば、隣接するパターン等のテーパーへの影響を客観的に評価することが可能となる。
【００６０】
また、上記の例では異なる部位の同一形状のパターンの同一部位の差分を検出しているが、これに限られることはなく、例えば、上記同一部分ごとのＥＰＥ測定結果の比較に基づいて、差分を評価するようにしても良い。図１２の例では、パターンＮo.５４とパターンＮo.３６の同一個所についてそれぞれＥＰＥ測定を行い、ＥＰＥ１，ＥＰＥ２を計測した上で、両者の差分（ＥＰＥ１−ＥＰＥ２）を算出するようにしても良い。
【００６１】
更に、上述のようにして求められた差分情報について、パターンの部位ごと、差分情報を抽出したパターンの方向ごと（例えば画像内のパターンの上下左右方向）に統計処理を行い、その統計処理結果を、パターンの部位ごと、差分情報を抽出したパターンの方向ごとに対比表示することによって、方向やパターンの部位に依存した仕上がりの差異を評価することができる。また、隣接するパターンとの関係（基準となるパターンと隣接パターンとの距離，方向，隣接パターンの種類、及び／又はその他必要な条件等）と、上記差分情報を対比表示することによって、隣接するパターンの存在が、基準となるパターンのテーパー角や変形等にどの程度、影響を与えているのかを客観的に評価することが可能になる。
【００６２】
次に、フォトマスクの輪郭線抽出に基づいて、ＭＥＥＦ（Mask ErrorEnhancement Factor）解析を行う例について説明する。ＭＥＥＦとは、マスクエラー増大分子のことである。マスクのエラー（製造時に起こる誤差）が、より強調されてウェハに転写される場合がある。ＭＥＥＦ解析は、この程度を評価するためのものである。
【００６３】
ＭＥＥＦは一般的に（ウェハ上での線幅エラー／マスク上の線幅エラー）で定義される。例えば、マスク上の線幅エラーを上述のテーパーとし、ウェハ上での線幅エラーを、設計値に対するパターンの減少量とすることによって、マスクのテーパーが実際に露光されたパターンの変形にどの程度寄与しているかを判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】走査電子顕微鏡画像上のパターンから、輪郭線を抽出するシステムの一例を説明する図である。
【図２】パターンマッチング法の一例を説明する図。
【図３】マスクの或る部分のＳＥＭ画像に基づくエッジ部分の輪郭線化の例を説明する図である。
【図４】マスクの平面と、その断面の形状を説明するための図である。
【図５】テーパーが形成されたパターンの一例を説明する図。
【図６】ＳＥＭ画像取得からテーパー測定に至るまでの行程を説明するフローチャート。
【図７】測長輪郭線の形成原理を説明する図。
【図８】複数の輪郭線を抽出した例を示す図である。
【図９】輪郭線間の寸法を測定する例を説明するための図である。
【図１０】しきい値の異なる複数の輪郭線を併せて表示する例を説明する図。
【図１１】マスクのテーパー角の程度を示す評価値の面内分布の表示例を説明するための図。
【図１２】パターンの部位ごとにテーパーを評価する例を説明する図。
【図１３】ＥＰＥ測長結果と輪郭線間測定の結果を併せて表示する例を説明する図。
【図１４】輪郭線間測定結果と、隣接するパターン間寸法値を表形式にて併せて表示する例を説明する図。
【符号の説明】
【００６５】
１ データ管理装置
２，３，４ ＳＥＭ
５，６，７ 制御装置
８，９，１０ 通信回線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上に形成されたパターンの測定方法、及びそのための装置に係り、特に走査電子顕微鏡等で取得された画像のパターンエッジから輪郭線を抽出するための方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下単にＳＥＭと称することもある）等の荷電粒子線装置を用い、半導体デバイスの線幅を測定し、その出来栄えを評価することが行われている。特に半導体のラインパターンやホールパターンの線幅やホール径を測定するＳＥＭはＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension ＳＥＭ）と呼ばれている。
【０００３】
従来、ＣＤ−ＳＥＭを用いた測定は、パターン寸法値という一次元的な測定結果を得るものであったが、昨今、一次元的な寸法だけではなく、二次元的な形状が重要な評価項目になりつつある。
【０００４】
パターンの二次元的な形状を評価するためには、パターンのエッジを正確に特定する必要があるが、ＳＥＭ画像のエッジ部分はある程度の太さを持っており、詳細な形状評価を行うには不向きである。このような問題を解決するために、特許文献１には、ＳＥＭ画像のパターンエッジから輪郭線を抽出する技術が説明されている。また、特許文献１には、パターンエッジのホワイトバンドの輝度変化情報に基づいて、輪郭線を抽出する技術が説明されている。
【０００５】
更に特許文献２には、一旦得られた輪郭線を更に高精度化するために、得られた輪郭線に基づいて、ＳＥＭによる部分的な走査方向を求め、当該部分的な走査に基づいて得られる新たな輝度変化情報に基づいて、輪郭線を抽出する技術が説明されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６６４７８号公報（対応米国特許出願ＵＳ２００６／００４５３２６）
【特許文献２】ＷＯ２００７／０９４４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２の記載によれば、パターンの正確な輪郭線抽出に基づく、二次元形状の評価が可能となるが、パターンのエッジ部分の傾斜状態を評価することについては、言及されていない。例えば、ＳＥＭの測定対象の１つであるフォトマスクは、石英基板上に、回路設計パターンに相当するクロム膜からなる遮光パターンが形成されている。このように形成されたフォトマスクは、半導体露光装置内において、写真のネガフィルムと同様の働きによりウェハ上に設計パターンを転写するために用いられる。
【０００８】
フォトマスクの遮光パターンは、昨今の半導体デバイスの微細化に伴い、薄膜化される傾向にあるものの、ある程度の厚みを持っている。このようにある程度の厚みがある遮光パターンのエッジ部分が傾斜していると、傾斜していないものと比較して露光結果に違いが生じる場合がある。
【０００９】
特に、テーパーが存在すると、光学式露光装置による光が斜めに入射することが考えられるため、露光後のパターンが予定していたものより小さくなる可能性がある。よって、フォトマスクの形状評価において、エッジ部分の傾斜は、重要な評価項目となり得る。また、ウェハ上に形成されたパターンにおいても、エッジ部分の形状は、パターンの出来栄えを評価する上で、重要な評価項目となることも考えられる。
【００１０】
以下に、パターンエッジの傾斜を評価するのに好適な試料測定方法、及び試料測定装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、以下にパターンエッジについて、複数の輪郭線を形成する方法、及び装置を提案する。
【発明の効果】
【００１２】
複数の輪郭線を形成することによって、パターンのエッジ部分の傾斜の程度を評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、複数の輪郭線を形成するための方法、それを実現するための装置、及びシステムについて、図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、走査電子顕微鏡画像（以下ＳＥＭ画像と称することもある）上のパターンから、輪郭線を抽出するシステムの一例を説明する図である。なお、以下の説明では、荷電粒子線装置の一態様として、走査電子顕微鏡を用いた例を説明するが、これに限られることはなく、例えば試料上にイオンビームを走査して画像を形成する集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）装置を荷電粒子線装置として採用するようにしても良い。但し、微細化が進むパターンのエッジ部分を、選択的に走査するためには、極めて高い倍率が要求されるため、一般的に分解能の面でＦＩＢ装置に勝るＳＥＭを用いることが望ましい。
【００１５】
図１には、データ管理装置１を中心として、複数のＳＥＭが接続された例が示されている。各ＳＥＭ２，３，４にはそれぞれの制御装置５，６，７が接続され、ＳＥＭに必要な制御が行われる。各ＳＥＭでは、電子源より放出される電子ビームが複数段のレンズにて集束されると共に、集束された電子ビームは走査偏向器によって、試料上を一次元的、或いは二次元的に走査される。
【００１６】
電子ビームの走査によって試料より放出される二次電子（Secondary Electron：ＳＥ）或いは後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ）は、検出器により検出され、前記走査偏向器の走査に同期して、フレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。
【００１７】
また、走査偏向器による走査は任意の大きさ，位置、及び方向について可能であり、後述する画像を形成するための走査やエッジ部分への選択的走査を可能にしている。
【００１８】
以上のような制御等は、各ＳＥＭの制御装置５，６，７にて行われ、電子ビームの走査の結果、得られた画像や信号は、通信回線８，９，１０を介してデータ管理装置１に送られる。なお、本例では、ＳＥＭを制御する制御装置と、ＳＥＭによって得られた信号に基づいて測定を行うデータ管理装置を別体のものとして、説明しているが、これに限られることはなく、データ管理装置にて装置の制御と測定処理を一括して行うようにしても良いし、各制御装置にて、ＳＥＭの制御と測定処理を併せて行うようにしても良い。
【００１９】
また、上記データ管理装置或いは制御装置（以下、画像処理装置と称することもある）には、測定処理を実行するためのプログラムが記憶されており、当該プログラムに従って測定が行われる。更にデザインデータ管理装置には、半導体製造工程に用いられるフォトマスク（以下単にマスクと称することもある）やウェハの設計データが記憶されている。この設計データは例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。
【００２０】
更に、データ管理装置等では、設計データに基づく図形データと、走査電子顕微鏡にて得られるＳＥＭ画像間でパターンマッチングを行う機能を備えている。例えばパターンマッチングは、図２に図示するように、設計データから抽出されたテンプレートと、ＳＥＭ画像についてそれぞれエッジ抽出処理（Ｓ０００１）を行い、その後両者に平滑化処理（Ｓ０００２）を行うことで、両者の形状差を補完し、その上でマッチング処理（Ｓ０００３）が行われる。無論、ベクトルデータ間でマッチングを行っても構わない。
【００２１】
以下に、半導体製造工程で使われるマスクの評価を行うのに好適な方法，装置、及びシステムについて説明する。なお、本例では主としてマスク測定の例を説明するが、その評価対象は半導体ウェハ上のパターンであっても良い。
【００２２】
半導体製造工程で使われるマスク検査に於いて、従来は測長用走査電子顕微鏡にて、マスクの一次元寸法を測定する手法が用いられていた。しかし、近年の微細加工ではその微細化の影響によりマスク自身の形状依存性による仕上がりが問題となっており、二次元の形状評価が必要となってきた。
【００２３】
マスク製造工程では主にドライエッチングのバラつきにより、プレート内のバラつき（マスク面内分布、局所的なパターンの粗密など）が問題となっている。これらのばらつきは、マスクの遮光膜の薄膜化によって遮光膜（クロムマスク，シフタ）のエッジ形状転写に影響する。更に、露光シュミレーションに必要な情報としてマスクのトポグラフィーが要求されるようになってきた。本例では、その情報の１つとして、パターンのエッジ部分のテーパーを評価する。
【００２４】
以下の説明では、ＣＤ−ＳＥＭで取得した画像から高精度なエッジ検出手法を用いて、マスクの輪郭線を高精度に構築する手法およびこれを用いた検査装置に関するものである。特にマスク形状の輪郭化によって、当該マスクパターンを含む周辺パターンの形状異状や欠陥形状を抽出すること、及びこの輪郭線をパターン設計データの形式として生成することについて説明する。輪郭線化によって、各種の設計工程で用いられている評価・検証技術を使用する事ができる為、半導体製造工程における高精度な歩留まり管理と向上を図ることが可能となる。さらに、本例では輪郭線化のためのエッジ検出閾値法をテーパー角の認識に使用することで、テーパー角の検査が可能とならしめる手法について説明する。
【００２５】
また、輪郭線を階層構造を持った設計データで表することで、当該回路の設計データの構造と対応関係を持って表現する事ができ、輪郭線の検証結果の良否を直接、設計データに反映し確認，予測及び修正することができ、より迅速な設計不具合に対応することができ、歩留まり向上に寄与することができる。
【実施例】
【００２６】
以下の説明では、ＳＥＭ画像から得られる複数の輪郭線を用いて、マスクのエッジ部分のテーパー（傾斜）を評価する手法について説明する。
【００２７】
図３はマスクの或る部分のＳＥＭ画像に基づくエッジ部分の輪郭線化の例を説明する図である。実線は、設計データを所定フォーマット（例えばＧＤＳファイル）化したものであり、線図にて表現される（以下、設計データの線図３０１と称することもある）。また一点鎖線は、ＳＥＭエッジを所定の手法に基づいて輪郭線化したものである（以下、第１の輪郭線３０２と称することもある）。更に二点鎖線は、ＳＥＭエッジを所定の手法に基づいて輪郭線化した他の輪郭線（以下、第２の輪郭線３０３と称することもある）である。
【００２８】
第１の輪郭線３０２と第２の輪郭線３０３は、マスクの上面と下面のエッジ部分の形状に応じて、その位置が変化するものであり、例えば、第１の輪郭線３０２と第２の輪郭線３０３間の距離を評価することで、マスクエッジのテーパーを評価することが可能になる。以下にその詳細を図面を用いて説明する。
【００２９】
図４は、マスクの平面と、その断面の形状を説明するための図である。フォトマスクは半導体素子製造過程にて用いられる原板であり、ガラス基板４０１上に回路パターン４０２が描画されており、主に光によって、半導体ウェハ等上に塗布されたレジストにパターンを転写するためのものである。テーパーが形成されていると、光学式露光装置の光が半導体ウェハの所望の個所に適切に照射されず、適正な露光ができない場合がある。よって、回路パターン４０２に予期しないテーパーが存在すると、正確な転写ができず、適正なパターンを形成することが困難となる場合がある。より具体的には、図５に図示するように、回路パターン４０２の形状は断面から見て矩形状であることが理想であるが、実際はマスク製造プロセスにおいて発生するドライエッチングのばらつき等の影響により、テーパーが形成されることがある。このようなテーパーの存在により、転写されるパターンの出来栄えが大きく変化するため、テーパー形状の適正な評価とその評価に基づくマスク製造プロセスへのフィードバックは、歩留まり等の向上に特に重要である。
【００３０】
以下にフローチャートを交えて、マスクのテーパーを適正に評価する一手法を説明する。図６は、ＳＥＭ画像取得からテーパー測定に至るまでの行程を説明するフローチャートである。まず、設計データに基づいて画像を取得すべき領域を選択する（Ｓ６０１）。次に、当該選択に基づいて指定される試料上の領域にて、ＳＥＭ画像を取得すべく、走査電子顕微鏡内に設けられた試料ステージ、及び電子ビームを所望の個所に偏向する偏向器によって、電子ビームが上記指定された試料上の領域に位置づけられ、当該部分で電子ビームを走査され、画像が取得される（Ｓ６０２）。
【００３１】
取得された画像からエッジを抽出し、当該エッジ部分と設計データの輪郭線間でのパターンマッチングを行う（Ｓ６０３）。本例ではパターンマッチングは、図２にて説明したステップに沿って行われるが、これに限られることなく、マッチングの精度が補償できれば、他のマッチング法によるパターンマッチングを行うようにしても良い。
【００３２】
次にＳＥＭエッジについて輪郭線化を行う（Ｓ６０４）。輪郭線化に際しては、図５に示すようにＳＥＭエッジのホワイトバンドの輝度分布を波形として認識し、輝度の大きな個所（或いは所定のしきい値の設定によって抽出される個所）をつなぎ合わせるようにして、輪郭線を抽出する。
【００３３】
このようにして抽出された輪郭線（以下画像輪郭線と称する）の精度を高めるために、画像輪郭線の複数の任意の個所に対し、例えば垂直な方向に電子ビームが走査されるように（走査線の軌道が画像輪郭線に対して垂直な方向となるように）、測長ボックスを設定し、電子ビームを走査する。測長ボックスは、画像輪郭線によって、その方向が適正化されているため、当該走査に基づいて形成される波形は、実際のパターンのエッジ部分の輝度分布を正確に示している。このようにして形成された波形について、所定のしきい値を示す個所をつなぎ合わせるようにして、新たな輪郭線（以下測長輪郭線と称する）を形成する（Ｓ６０５）。
【００３４】
測長輪郭線は、図７に図示するような原理のもと形成される。上述のように形成された画像輪郭線７０１に対して、電子ビームが垂直な方向に走査されるように、測長ボックス７０２が設定され、当該測長ボックス７０２内にて電子ビームを走査することによって検出される電子から波形７０３を形成する。当該波形７０３について、所定のしきい値を示す画像上の個所をつなぎ合わせるようにして、測長輪郭線７０４を形成する。
【００３５】
このようにして形成された測長輪郭線は、所定のフォーマット（例えばＧＤＳフォーマット）にて図形化され、記憶媒体に記憶される（Ｓ６０６）。
【００３６】
以下に、輪郭線を複数形成することによって、適正なフォトマスク評価を行う例をより具体的に説明する。図８は、測長ボックス内を走査することによって得られる波形に複数のしきい値を設定し、複数の測長輪郭線を抽出した例を示す図である。図８の例の場合、波形のピークの部分を１００％としたときに、しきい値を３０％〜９０％の範囲で１０％ステップで変化させて輪郭線抽出を行った場合を示している。仮に、しきい値９０％の部分がパターンの上面のエッジ部分、しきい値２０％の部分をパターンの下面のエッジ部分と定義した場合、両者間の距離を測定することによって、エッジのテーパー角を評価するための寸法を測定することが可能となる。
【００３７】
図９はしきい値２０％としきい値９０％の輪郭線間の寸法を測定する例を説明するための図である。図９では、２つの輪郭線間の寸法を測定し、両者間の寸法値が所定値より大きい場合、エラーを発生する例を説明している。当該寸法値が大きいということは、テーパー角が大きい（エッジ部分とガラス基板面との相対角がより平行に近い）ことを意味するため、当該寸法値が所定値を越えた場合にエラー信号の発生、或いはその旨を記憶媒体に記憶させるようにしておけば、当該マスクによる露光精度や歩留まりの適正な評価を行うことが可能となる。
【００３８】
また、仮にテーパー角が大きかったとしても、下面（光学式露光装置では光源側）が理想的な大きさに形成されており、テーパー角が露光条件にそれ程悪影響を与えない可能性もある。よって、本例の場合、しきい値２０％の輪郭線と設計データ間の距離も併せて測定しておき、当該距離が所定値を越えた場合であって、しきい値２０％としきい値９０％の輪郭線間の距離が所定値を越えた場合のように、両者のアンドがとれた場合に、選択的にエラーを発生するようにしても良い。
【００３９】
なお、波形を微分することによって得られる微分波形に基づいて、上記複数の輪郭線を決定するようにしても良い。この場合、２次微分以上の多次微分を用いて複数のピークを求め、当該ピークを用いて、輪郭線を抽出するようにしても良い。
【００４０】
また、図１０に図示するように、しきい値の異なる複数の輪郭線を併せて表示することで、テーパーの程度を客観的に評価できるようにしても良い。
【００４１】
更に、マスク等の所定の領域（マスク全体であっても良い）内のテーパー角の程度を、面内分布表示することによって、面内のばらつきを客観的に評価することもできる。例えば複数の同型のパターンが多数配列されているような場合、本来同型となるべきパターンが、隣接する他のパターンの影響によって、同型とならず、例えば他のパターンが近接しているパターンのテーパー角だけが大きく形成されてしまうようなことがある。パターンごと、或いは複数のパターンを含む領域ごとに、例えばしきい値２０％としきい値９０％の輪郭線間の距離を測定し、その結果を分布表示するようにすると、面内のばらつきを評価することが可能となる。また、パターンの部位ごとの寸法値やその評価値、或いはパターンごとの評価値を分布表示するようにしても良い。なお、輪郭線間の寸法ではなく、両者間に存在する二次元的な領域の面積を求め、当該面積に基づいて評価値を算出するようにしても良い。
【００４２】
なお面積を求める際には、その面積測定結果が、パターンの如何なる辺に属するのかを分類するようにすれば、辺ごとのテーパー量とテーパーの発生要因との因果関係を評価することが可能となる。
【００４３】
このような表示形態或いはデータの管理法によれば、例えば所定値以上のテーパー角を示す個所について、隣接するパターンをより離間させる等の設計へのフィードバック、マスクのリペアや、量産行程においては所定値以上のテーパー角を示す部分によって露光される個所を危険部位（ホットスポット）として管理することが可能となる。
【００４４】
例えば、図１の例において、フォトマスクやレチクルを測定する専用のＳＥＭをＳＥＭ２とし、ＳＥＭ３をウェハ専用のＳＥＭとした場合、ＳＥＭ２にて取得されたテーパー角に関する情報に基づいて、ＳＥＭ３にて測定すべき個所を自動決定することも可能となる。
【００４５】
このように、異なるＳＥＭにて、ウェハとフォトマスクという異なる測定対象を測定すると共に、その一方の装置の測定結果を、他の測定装置の測定条件に反映できるように構成すれば、測定装置の測定条件を記したレシピ作成を、半導体の出来栄えに影響を与えるであろう要因に応じて行うことが可能となる。
【００４６】
図１１はマスクのテーパー角の程度を示す評価値（本例の場合、２つの輪郭線間の寸法）の面内分布の表示例を説明するための図である。例えば、フォトマスク１１０１のパターン領域１１０２の一部分１１０３について、得られた２つの輪郭線間の寸法値、或いはそれに相当する評価値を、所定領域ごとに、識別表示する。本例の場合、パターン領域の一部分１１０３について、マトリクス状に領域を区切って表示すると共に、当該複数領域内ごと、或いはパターン単位で得られた寸法値等を表示しているが、マトリクス状でなくとも、分布状況がわかるような表示形態であれば、その種類は問わない。
【００４７】
また、寸法を直接表示しなくとも、所定寸法範囲ごとに寸法値を分類して、色分け等によって識別表示するようにしても良い。更に、寸法値は、各領域の代表値や平均値、或いは面積等、様々な設定が可能である。なお、以上のような演算や寸法測定結果の分類は、上述のデータ管理装置にて行っても良いし、ＳＥＭに設けられた制御装置にて行うようにしても良い。
【００４８】
他にも隣接するパターンとの距離等のパラメータが、テーパーにどの程度影響を与えているのかを客観的に評価するために、テーパー角の程度を示す評価値（ここでは例えばしきい値２０％としきい値９０％の輪郭線間の寸法値、或いは当該寸法値を大きさに応じて分類し、分類ごとに値をつけたものなど）の分布と、評価対象パターンと評価対象のパターンのテーパーに影響を与えると考えられるパターン（例えば評価対象パターンの至近のパターン）間の距離の評価値の分布を比較表示するようにしても良い。
【００４９】
また、距離の評価値だけではなく、テーパー角を形成する要因となり得る他のパラメータの評価値（マスクの製造条件、隣接するパターンの大きさ等）と、輪郭線間の寸法値に基づく評価値を比較表示するようにしても良い。
【００５０】
また、比較表示は例えば、図１１を用いて説明したマトリクスを複数用意し、切り替えによって、或いは併せて分布表示を行うようにすれば良い。また、表形式で表示することによって、複数のテーパー角の程度を示す評価値と、当該テーパー角を評価したパターンのテーパー角形成要因との因果関係を評価することも可能となる。
【００５１】
なお、評価対象パターンに近接するパターンとの距離は、設計データから抽出し、例えば図１４に例示するように、テーパー角の評価値と比較表示することによって、操作者は、設計段階で決定した評価対象パターンと近接するパターンの距離が、テーパー形成にどの程度影響を与えているのかを目視で判断することが可能となる。この例の場合、パターン番号５３番とパターン番号５６番を比較すると、パターン番号５６番の方が大きなテーパーが形成されていることが判る。設計データ上、Ｎo.５６のパターンの方がＮo.５３のパターンより、隣接パターンとの間隔が狭いので、隣接パターンとの距離が、テーパーに何等かの影響を与えているとの推測を行うことができる。また、設計データに替えて、ＳＥＭ画像に基づいて取得されるパターン間の寸法値を表示するようにしても良いが、評価対象パターンを高倍率で観察する場合には、隣接するパターンがＳＥＭ画像の視野（Field Of View：ＦＯＶ）から外れることがあるので、設計データから上記距離を抽出することが望ましい。
【００５２】
更に、本例では２つの輪郭線間の測定を行っているが、その測定方向を誤ると、適正にテーパー角を評価することが困難になる。２つの輪郭線が平行な場合は、例えば２つの輪郭線に垂直となるような方向で寸法測定を行えば良いが、２つの輪郭線が平行でない場合、その寸法測定方向の設定に何等かの基準がないと、適正な測定ができなくなるという問題がある。
【００５３】
そこで本例では、外側の輪郭線（パターン下面側）に垂直となるように、測長方向を設定する。テーパー角の評価は、パターン下面（露光装置の光源側）に対しパターン上面がどれだけ縮小しているかを評価していることになるため、当該測定の趣旨に基づいて、本例では基準となるパターン下面側の輪郭線を測定方向の基準とした。測定方向はその測定の目的に応じて、種々変化させることが可能であり、例えば２つの輪郭線と、当該輪郭線に交差し寸法測定方向を定義する直線が為す角が、２つの輪郭線間で同じとなるようにすることも可能であるし、マスクに形成されたパターンの基準となる設計データの線分を基準として（例えば設計データの線分に対して垂直な方向に）、測定方向を設定しても良い。更にこのようにして求められた方向に電子ビームの走査線の方向が一致するように、更なる電子ビーム走査を行うことで得られる新たな波形に基づいて、測定を行うようにしても良い。また、所定距離当たりの輪郭線間の面積を求めることによって、テーパー角を評価するようにしても良い。
【００５４】
更に、上述したように、フォトマスクパターンのテーパー角は、外側の輪郭線の出来栄えによって、転写されるパターンへの影響が変化する場合がある。例えば外側の輪郭線（露光時に光源側に配置される面）が設計データに忠実に形成されている場合、そうでない場合と比較して、テーパー角の存在がもたらす露光パターンへの影響が変化する場合がある。
【００５５】
このような状態を適正に評価するために、フォトマスクパターンの設計データ線分と輪郭線との間の寸法値（以下、Edge Placement Error：ＥＰＥと称することもある）と、外側輪郭線と内側輪郭線間の寸法を相対比較できるような測定，表示、及びデータ管理を行うことが考えられる。例えば図１３に図示するように、所望の測定点１３０１，１３０２について、設計データに基づく線分１３０３と外側輪郭線１３０４間の寸法測定と、外側輪郭線１３０４と内側輪郭線１３０５間の寸法測定を行う。このような測定結果を、例えば図１４に図示するように表形式で表示する。このような表示形態によれば、設計データとマスクパターンの乖離の程度に応じたテーパー角の評価を目視で行うことができる。
【００５６】
また、ＥＰＥ測定結果と複数の輪郭線間の測定結果を係数化し、その乗算結果に応じて、危険度の判定を行うようにしても良い。例えば、ＥＰＥ測定結果が０〜０.５ｎｍの場合に係数ａ１、０.５〜１.０ｎｍの場合に係数ａ２…のように設定すると共に、複数の輪郭線間の寸法値が、０〜０.５ｎｍの場合に係数ｂ１、０.５〜１.０ｎｍの場合に係数ｂ２…のように設定する。このような係数ａと係数ｂの乗算結果の大きさをパターンの各部位やパターンの形成領域ごとに算出することによって、同一基準のもと、パターンの危険部位を評価することが可能になる。もちろん、寸法値の乗算に基づいて危険度を判定するようにしても良い。
【００５７】
更に、これらの乗算結果を図１４に示すような表としての表示、或いは図１１に示すような分布表示させることによって、その評価結果を目視で判断することが可能となる。また、乗算結果を所定数値範囲ごとに分類し、色分け等の識別表示を行うことで、より目視での判断が容易になる。
【００５８】
次に、例えばフォトマスクのマスクプレート内に、複数の同一形状パターンが存在する場合に、その差分を求めることで、例えば隣接パターンの影響によって、マスクの一部の形状が変化してしまうような状態を測定する手法について図１２を用いて説明する。図１２は同じ形状の輪郭線間の差分を検出する例を説明する図である。図１２に図示されるＳＥＭ画像１２０７とＳＥＭ画像１２０８は、異なる位置に設けられた同一形状のパターンを撮像したものである。
【００５９】
この２つのＳＥＭ画像から、位置の異なる同一形状のＯＰＣ（Optical Proximity Correction）パターン１２０１と１２０２を選択し、それぞれの輪郭線１２０３，１２０４を抽出する。これら輪郭線１２０３，１２０４を重ね合わせ、その差分を検出することで、マスクプレート内での同型マスクパターン形状の仕上がりの差異を検出することができる。このような評価法によれば、隣接するパターン等のテーパーへの影響を客観的に評価することが可能となる。
【００６０】
また、上記の例では異なる部位の同一形状のパターンの同一部位の差分を検出しているが、これに限られることはなく、例えば、上記同一部分ごとのＥＰＥ測定結果の比較に基づいて、差分を評価するようにしても良い。図１２の例では、パターンＮo.５４とパターンＮo.３６の同一個所についてそれぞれＥＰＥ測定を行い、ＥＰＥ１，ＥＰＥ２を計測した上で、両者の差分（ＥＰＥ１−ＥＰＥ２）を算出するようにしても良い。
【００６１】
更に、上述のようにして求められた差分情報について、パターンの部位ごと、差分情報を抽出したパターンの方向ごと（例えば画像内のパターンの上下左右方向）に統計処理を行い、その統計処理結果を、パターンの部位ごと、差分情報を抽出したパターンの方向ごとに対比表示することによって、方向やパターンの部位に依存した仕上がりの差異を評価することができる。また、隣接するパターンとの関係（基準となるパターンと隣接パターンとの距離，方向，隣接パターンの種類、及び／又はその他必要な条件等）と、上記差分情報を対比表示することによって、隣接するパターンの存在が、基準となるパターンのテーパー角や変形等にどの程度、影響を与えているのかを客観的に評価することが可能になる。
【００６２】
次に、フォトマスクの輪郭線抽出に基づいて、ＭＥＥＦ（Mask ErrorEnhancement Factor）解析を行う例について説明する。ＭＥＥＦとは、マスクエラー増大分子のことである。マスクのエラー（製造時に起こる誤差）が、より強調されてウェハに転写される場合がある。ＭＥＥＦ解析は、この程度を評価するためのものである。
【００６３】
ＭＥＥＦは一般的に（ウェハ上での線幅エラー／マスク上の線幅エラー）で定義される。例えば、マスク上の線幅エラーを上述のテーパーとし、ウェハ上での線幅エラーを、設計値に対するパターンの減少量とすることによって、マスクのテーパーが実際に露光されたパターンの変形にどの程度寄与しているかを判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】走査電子顕微鏡画像上のパターンから、輪郭線を抽出するシステムの一例を説明する図である。
【図２】パターンマッチング法の一例を説明する図。
【図３】マスクの或る部分のＳＥＭ画像に基づくエッジ部分の輪郭線化の例を説明する図である。
【図４】マスクの平面と、その断面の形状を説明するための図である。
【図５】テーパーが形成されたパターンの一例を説明する図。
【図６】ＳＥＭ画像取得からテーパー測定に至るまでの行程を説明するフローチャート。
【図７】測長輪郭線の形成原理を説明する図。
【図８】複数の輪郭線を抽出した例を示す図である。
【図９】輪郭線間の寸法を測定する例を説明するための図である。
【図１０】しきい値の異なる複数の輪郭線を併せて表示する例を説明する図。
【図１１】マスクのテーパー角の程度を示す評価値の面内分布の表示例を説明するための図。
【図１２】パターンの部位ごとにテーパーを評価する例を説明する図。
【図１３】ＥＰＥ測長結果と輪郭線間測定の結果を併せて表示する例を説明する図。
【図１４】輪郭線間測定結果と、隣接するパターン間寸法値を表形式にて併せて表示する例を説明する図。
【符号の説明】
【００６５】
１ データ管理装置
２，３，４ ＳＥＭ
５，６，７ 制御装置
８，９，１０ 通信回線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料への荷電粒子線の走査によって、当該試料より放出される荷電粒子に基づいて画像データを形成し、当該画像データのパターンエッジを輪郭線化すると共に当該輪郭線を用いて前記試料上に形成されたパターンを測定するパターン測定方法において、
前記画像データ上にて第１の明るさを示す位置に沿って、第１の輪郭線を形成すると共に、前記画像データ上にて第２の明るさを示す位置に沿って第２の輪郭線を形成し、当該２つの輪郭線間の寸法を測定することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記２つの輪郭線の寸法情報を表形式、或いは面内分布表示を行うことを特徴とするパターン測定方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記輪郭線は、前記パターンのエッジ部分の輝度分布波形に基づいて形成されることを特徴とするパターン測定方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記輝度分布波形に、少なくとも２つのしきい値を設定し、当該複数のしきい値に基づいて、前記第１の輪郭線と第２の輪郭線を形成することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項５】
試料から放出された荷電粒子に基づいて形成された画像データから、前記試料上に形成されたパターンを測定する画像処理部を備えたパターン測定装置において、
当該パターン測定装置は、前記画像データのパターンエッジの内、第１の明るさを持つ位置に沿って第１の輪郭線を形成すると共に、前記パターンエッジの内、第２の明るさを持つ位置に沿って第２の輪郭線を形成し、当該２つの輪郭線間の寸法を測定することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記画像処理部は、前記２つの輪郭線の寸法情報を表形式、或いは面内分布表示を行うことを特徴とするパターン測定装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記画像処理部は、前記輪郭線を、前記パターンのエッジ部分の輝度分布波形に基づいて形成することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記画像処理部は、前記輝度分布波形に、少なくとも２つのしきい値を設定し、当該複数のしきい値に基づいて、前記第１の輪郭線と第２の輪郭線を形成することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項９】
試料に荷電粒子線を照射し、当該照射に基づいて得られる荷電粒子に基づいて画像データを形成する荷電粒子線装置と、当該荷電粒子線装置に通信媒体を経由して接続されると共に、前記画像データに基づいて前記試料上に形成されたパターンの測定を行う測定処理装置を備えた測定システムにおいて、
前記測定処理装置は、前記画像データ上にて第１の明るさを示す位置に沿って、第１の輪郭線を形成すると共に、前記画像データ上にて第２の明るさを示す位置に沿って第２の輪郭線を形成し、当該２つの輪郭線間の寸法を測定することを特徴とする測定システム。
【請求項１】
試料への荷電粒子線の走査によって、当該試料より放出される荷電粒子に基づいて画像データを形成し、当該画像データのパターンエッジを輪郭線化すると共に当該輪郭線を用いて前記試料上に形成されたパターンを測定するパターン測定方法において、
前記画像データ上にて第１の明るさを示す位置に沿って、第１の輪郭線を形成すると共に、前記画像データ上にて第２の明るさを示す位置に沿って第２の輪郭線を形成し、当該２つの輪郭線間の寸法を測定することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記２つの輪郭線の寸法情報を表形式、或いは面内分布表示を行うことを特徴とするパターン測定方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記輪郭線は、前記パターンのエッジ部分の輝度分布波形に基づいて形成されることを特徴とするパターン測定方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記輝度分布波形に、少なくとも２つのしきい値を設定し、当該複数のしきい値に基づいて、前記第１の輪郭線と第２の輪郭線を形成することを特徴とするパターン測定方法。
【請求項５】
試料から放出された荷電粒子に基づいて形成された画像データから、前記試料上に形成されたパターンを測定する画像処理部を備えたパターン測定装置において、
当該パターン測定装置は、前記画像データのパターンエッジの内、第１の明るさを持つ位置に沿って第１の輪郭線を形成すると共に、前記パターンエッジの内、第２の明るさを持つ位置に沿って第２の輪郭線を形成し、当該２つの輪郭線間の寸法を測定することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記画像処理部は、前記２つの輪郭線の寸法情報を表形式、或いは面内分布表示を行うことを特徴とするパターン測定装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記画像処理部は、前記輪郭線を、前記パターンのエッジ部分の輝度分布波形に基づいて形成することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記画像処理部は、前記輝度分布波形に、少なくとも２つのしきい値を設定し、当該複数のしきい値に基づいて、前記第１の輪郭線と第２の輪郭線を形成することを特徴とするパターン測定装置。
【請求項９】
試料に荷電粒子線を照射し、当該照射に基づいて得られる荷電粒子に基づいて画像データを形成する荷電粒子線装置と、当該荷電粒子線装置に通信媒体を経由して接続されると共に、前記画像データに基づいて前記試料上に形成されたパターンの測定を行う測定処理装置を備えた測定システムにおいて、
前記測定処理装置は、前記画像データ上にて第１の明るさを示す位置に沿って、第１の輪郭線を形成すると共に、前記画像データ上にて第２の明るさを示す位置に沿って第２の輪郭線を形成し、当該２つの輪郭線間の寸法を測定することを特徴とする測定システム。
【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２００９−２２２４５４（Ｐ２００９−２２２４５４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６５０７２（Ｐ２００８−６５０７２）
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【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１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【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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