ホールラフネス計測方法および装置

【課題】
真円ではないホール形状に対しても最適な近似曲線を求めてラフネスの評価を容易に行うことのできるホールラフネス計測方法および装置を提供する。
【解決手段】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出し、検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換し、θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求め、周波数成分に基づいてθ−ｒ平面でのホールの近似ホールの近似曲線を形成し、該近似曲線を検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パターンの微細化に伴うホールのラフネスの計測方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高精度でエッジラフネスを定量化し、接続誤差の影響を除去できるパターンの評価方法および評価装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、パターンが形成された被測定物にエネルギー線を走査して前記被測定物から発生する散乱粒子を検出して得られた画像データを取り込む工程と、前記画像データに基づいて少なくとも一つの前記パターンエッジを認識し、前記パターンエッジの形状を構成するエッジ点列の各エッジ点の座標位置を算出する工程と、各エッジ点から下ろした垂線の長さの和が最小となる直線を求める工程と、前記直線が求められたときの前記垂線の長さを統計的に処理して前記パターンエッジのラフネスを定量的に表現する評価情報を出力する工程と、を備えるパターン評価方法が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、所定のパターンが形成された被測定物に対し、該パターンの輪郭形状を評価するパターン評価方法であって、前記被測定物の異なる複数の箇所にエネルギー線を平行に走査して該被測定物からの反射エネルギーを検出し、複数の反射信号パターンを求める工程と、各反射信号パターンのピーク位置を求める工程と、求められたピーク位置のヒストグラムを作成する工程と、前記ヒストグラムの広がりを求め、前記パターンの輪郭形状を評価する工程とを含むパターン評価方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６２２１６号公報
【特許文献２】特開平１１−２５７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子顕微鏡画像をコンピュータ上で計測するシステムにおいて、半導体パターンの微細化に伴い、コンタクトホールなどのホール形状についてもラフネスを計測する必要が出てきた。
【０００７】
ラインパターンのラフネスにおいては、直線式に対してラフネスを評価すればよいが、ホール形状においては真円で設計しても、実際に真円になるとは限らず、どのような近似形状に対してラフネスを評価すればよいか、一意に決定することが困難であった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑み真円ではないホール形状に対しても近似曲線を求めてラフネスの評価を容易に行うことのできるホールラフネス計測方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
更に、本発明は、計測したホールラフネスを面積で画面表示することのできるホールラフネス計測方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出し、
検出したエッジについてエッジ座標をθ−ｒ平面に変換し、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求め、周波数成分に基づいてθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成し、
該近似曲線を検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測すること
を特徴とするホールラフネス計測方法および装置を提供する。
【００１１】
前述のホールラフネス計測方法および装置は、前記指定された閾値を可変にして複数の閾値に対応して複数のホールラフネスを検出する特徴を有する。
【００１２】
本発明は、更に被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出し、
検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換し、
θ−ｒ平面で、ホールの近似曲線を形成し
該近似曲線を検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測してホールラフネス曲線を形成し、
画面表示装置の画面上に、ホールの近似曲線による第１の円形状表示と、ホールラフネス曲線による第２の円形状表示を重ね合わせて行わせることによって両者の面積差が画面上に判別されるようにしたこと
を特徴とするホールラフネス計測方法および装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、
（１）設計したホール形状に応じ近似曲線を設定することで、真円ではないホール形状のラフネスを容易に評価することが可能になった。
（２）検出したホールのラフネスを面積表示して、視覚的に判断できる表示方法を実現した。
（３）閾値の設定に対応したラフネス画図を作成することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施例であるホールラフネス計測方法および装置は、被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出し、
検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換し、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求め、
フーリエ空間で、指定された閾値でローパスフィルタ処理を行って高周波成分をカットし、
高周波成分をカットした周波数成分について逆フーリエ変換してθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成し、
該近似曲線と検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測することで構成される。
【００１５】
更に、実施例であるホールラフネス計測方法および装置は、被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換するθ−ｒ平面変換手段と、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求める周波数成分演算手段と、
フーリエ空間で、指定された複数閾値でローパスフィルタ処理を行って高周波成分をカットするローパスフィルタ処理手段と、
高周波成分をカットした周波数成分について逆フーリエ変換してθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成する近似曲線形成手段と、
該近似曲線と検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測するホールラフネス計測処理手段と、
ホールの近似曲線による複数の第１の円形状表示と、ホールラフネス曲線による複数の第２の円形状表示をそれぞれ重ね合わせて行わせることによって両者の面積差が画面上に判別されるようにした画面表示手段と、を含んで構成される。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
まずホール形状におけるラフネスについて説明する。図１において、理論的なホールラフネスは、設計したホール形状、すなわち真円の中心から放射状に見たときの径ｒ_１〜ｒ_ｎの揺らぎをいう。設計したホール形状は真円であっても形成された実際のホール形状を示さない。実際のホール形状に対するホールラフネス（以下、「ホールラフネス」という。）は、円であるのか、楕円であるのか不確実であるためにホールラフネスを精確に測定できないでいた。特許文献にも示したように、従来はエッジラフネスを計測しており、エッジラフネスは直線に対するラフネスを計測している。
【００１８】
図２において、ホール形状をハフ変換してθ−ｒ平面で示すと、真円１に対する径ｒ_１〜ｒ_ｎの揺らぎ（図２（ａ））によって、図２（ｂ）に示すように真円１に対する楕円２のように示され、真円に対するラフネスが計測される。
【００１９】
図３において、本実施例におけるホールラフネス５は、実際のホール形状を近似曲線４、例えば楕円形状３で算出し、この楕円形状３に対する径の揺らぎをいう。従って、本実施例にあっては近似曲線４を形成し、この近似曲線によってホール形状を表示し、このホール形状に対するラフネスによるホールラフネス円を重ね合せてホールラフネスの面積が画面上に視覚的に認識できるようにする。
【００２０】
以下、実施例を詳細に説明する。
【００２１】
図４は、複数の並列した測長ＳＥＭ装置１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）をネットワーク装置１２を介して画像測長装置１３に連続した例を示す。画像測長装置１３は図４に示すようにいくつかの測長ＳＥＭ装置１１に接続されて情報の授受がなされてもよいし、１台の測長ＳＥＭ装置に接続されてもよい。
【００２２】
図５は、画像測長装置１３を利用して構成されるホールラフネス計測装置１００の例を示す。ホールラフネス計測装置１００は、測長ＳＥＭ装置１１と組み合わされ、測長ＳＥＭ装置１１からの計測データに基づいてホールラフネスの算出を行う。測長ＳＥＭ１１は、ステージ１４上に載置された被測定物１５に形成されたホールにエネルギー線１６を照射して被測定物１５から発生する反射エネルギー線１７を検出器１８で検出するように構成される。
【００２３】
ホールラフネス計測装置１００は、コンピュータ処理部２１、コンピュータ処理部２１への入力装置２２、記憶装置２３，電子光学系制御部２４および画像表示部２６を備えた画像表示装置２５から構成される。検出器１８で検出された検出信号は取込部２０に取り込まれてコンピュータ処理部２１に送られる。コンピュータ処理部２１で、記憶装置２４に格納するデータ、あるいはプログラムを使用してホールラフネスの算出および画像表示を行う。
【００２４】
図６において、コンピュータ処理部２１は、格納されるホール画像データ３１によって画像データ３２を取り込み、ホール形状検出３３、ホール形状近似３４、差分抽出３５を行い、差分画像３６を形成し、ラフネス情報の出力３７を行う。
【００２５】
図７は、ホールラフネス計測機能４１をブロックで示す。ホールラフネス計測機能４１は、ホールのエッジ検出手段４２、θ−ｒ平面変換手段４３、周波数成分取得手段４４、近似円形成手段４５、ホールラフネス円形成手段４６、画面表示手段４７および記憶手段４８からなる。
【００２６】
周波数成分取得手段４４は、周波数成分演算手段、ローパスフィルタ処理手段およびローパスフィルタの閾値をパラメータとしたときのパラメータ可変手段を有する。すなわち、フーリエ空間でローパスフィルタ処理をする際の閾値をマンマシンインタフェースで任意に外部から指定できる手段が設けられる。
【００２７】
近似円形成手段４５は、近似曲線形成手段を有しておりパラメータが可変されたことに対応した近似曲線を形成する。この近似曲線に基づいて近似円が形成される。
【００２８】
ホールラフネス円形成手段４６は、ホールラフネス算出処理手段およびホールラフネス円形状形成手段を有する。
【００２９】
表示手段４７は、近似円形状表示とホールラフネス円形表示との重ね合わせ手段およびホールラフネス面積表示手段を有する。この重ね合わせに当っては重ね合わさった部分、ホールラフネス面積部分とを色分け表示することができる。
【００３０】
記憶手段４８は、測定値，処理値（計測値），データおよび各種の処理（画面表示を含む。）のためのプログラムを格納する。
【００３１】
ホールラフネス測長の処理フローを図８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
Ｓ１：ホールの中心から放射状にエッジを検出する。例えば、５１２点について検出を行う。図９に、その検出を半径ｒ_１〜ｒ_ｎについて行う様子を示す。図９（ａ）は実際の測定画面を示す図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）をポンチ画で示す図である。
【００３３】
Ｓ２：検出したエッジ座標をハフ変換し、θ−ｒ平面（中心角−半径半面）におく。図１０に、検出したエッジを示す。なお、＋印は測定点である。
【００３４】
Ｓ３：θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求める。図１１に周波数成分分布状況を示す。
【００３５】
Ｓ４：フーリエ空間において指定された閾値でローパスフィルタで処理する。図１２は、マンマシンインタフェースで任意に外部から指定された閾値で、矢印で示す方向の高周波成分をローパスフィルタでカットすることを示す。すなわち、ある周波数以下の成分をホール形状形成のために使用する。
【００３６】
Ｓ５：逆フーリエ変換してθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を得る。図１３に、ホール近似曲線を示す。
【００３７】
Ｓ６：近似曲線を検出したエッジ座標との差（距離）をホールラフネスとして検出する。図１４にホールラフネスの検出する。すなわち、矢印で示す長さがホールラフネスとして計測される。
【００３８】
Ｓ７：検出したホールラフネスから３シグマ（３σ）、３シグマダッシュ（′）、最大−最小を計算する。
【００３９】
Ｓ８：検出したホールラフネス部分を塗りつぶし表示する。図１５に表示状況を示す。図１５（ａ）は実際の測定画面を示す図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）をポンチ画で示す図である。検出したホールラフネスを検出したエッジ座標の画像上に重ね合せてホールラフネス部分の面積を塗りつぶし表示する。これによってホールラフネス部分の面積が容易に判別できるようにする。
【００４０】
図１６は、測長結果を画面表示した例を示す。ホールラフネス検出部分を塗りつぶし表示している。図１６（ａ）は実際の測定画面を示す図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）をポンチ画で示す図である。
【００４１】
図１７は、閾値を変化させたときの、閾値に対応して得られホールラフネスの検出状況を示し、図１７（ａ）は閾値を低周波側に設定し、図１７（ｂ）は閾値を高周波側に設定した例を示す。閾値によって異なるホールラフネスが計測される。
【００４２】
図１８は、検出したホールラフネスの実例を示す図であり、ホール形状（左側）閾値を低周波側に設定（中央）および閾値を高周波側に設定（右側）した場合の実例である。このように閾値を振ることによって複数のホールラフネスの画像を形成することができ、最適な例を選択できる。
【００４３】
図１９は、図１８の例を判り易くするため図１８に示す測定画面であるホールラフネスをポンチ画で示している。
【００４４】
以上のように、本実施例になるホールラフネス計測装置１００は次の手段を備える。
【００４５】
被測定物１５に形成されたホールにエネルギー線１６を照射して被測定物１５から発生する反射エネルギー１７を検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出するエッジ検出手段４２。
【００４６】
検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換するθ−ｒ平面変換手段４３。
【００４７】
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求める周波数成分取得手段４４に含まれる周波数成分演算手段および
フーリエ空間で、指定された複数閾値でローパスフィルタ処理を行って高周波成分をカットするローパスフィルタ処理手段。
【００４８】
高周波成分をカットした周波数成分について逆フーリエ変換してθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成する近似曲線形成手段。
【００４９】
該近似曲線と検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測するホールラフネス計測処理手段。
【００５０】
ホールの近似曲線による複数の第１の円形状表示と、ホールラフネス曲線による複数の第２の円形状表示をそれぞれ重ね合わせて行わせることによって両者の面積差が画面上に判別されるようにした画面表示手段４７。
【００５１】
電子顕微鏡画像をコンピュータ上で計測するシステムにおいて、半導体パターンの微細化に伴い、コンタクトホールなどのホール形状についてもホールラフネスを計測する必要性に対応することができることになった。
【００５２】
ラインパターンのラフネスにおいては、直線式に対してラフネスを評価すればよいが、ホール形状においては真円で設計しても、実際に真円になるとは限らず、どのような近似形状に対してラフネスを評価すればよいか、一意に決定することが困難であったが、本実施例によって上述のように対応することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ホール形状におけるラフネスを説明する図。
【図２】ホール形状をハフ変換してθ−ｒ平面表示する例を示す図。
【図３】ホールラフネスを説明する図。
【図４】システム構成図。
【図５】本発明の実施例のホールラフネス計測装置の構成図。
【図６】コンピュータ処理手段による処理を説明する図。
【図７】ホールラフネス計測機能図。
【図８】ホールラフネス測長の処理フロー図。
【図９】Ｓ１でのエッジ検出状況を示す図。図９（ａ）は実際の測定画面を示す図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）をポンチ画で示す図。
【図１０】Ｓ２での検出したエッジをθ−ｒ平面図に表示する図。
【図１１】Ｓ３での求めた周波数成分分布を示す図。
【図１２】Ｓ４でのローパスフィルタで処理する例を示す図。
【図１３】Ｓ５でのホールの近似曲線を示す図。
【図１４】Ｓ６でのホールラフネスを検出（計測）する例を示す図。
【図１５】Ｓ８でのホールラフネスを塗りつぶして示す図。図１５（ａ）は実際の測定画面を示す図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）をポンチ画で示す図。
【図１６】測長結果の表示例図。図１６（ａ）は実際の測定画面を示す図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）をポンチ画で示す図。
【図１７】閾値を変化させた場合のホールラフネス図。
【図１８】ホールラフネス実行計測例図。
【図１９】図１８を線図で示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１１…測長ＳＥＭ装置、１２…ネットワーク装置、１３…画像測長装置、１４…ステージ、１５…被測定物、１６…エネルギー線、１７…反射エネルギー線、１８…検出器、２１…コンピュータ処理部、２２…入力装置、２３…記憶装置、２６…画像表示部、４１…ホールラフネス計測機能、１００…ホールラフネス計測装置。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出し、
検出したエッジについてエッジ座標をθ−ｒ平面に変換し、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求め、周波数成分に基づいてθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成し、
該近似曲線を検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測すること
を特徴とするホールラフネス計測方法。
【請求項２】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出し、
検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換し、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求め、
フーリエ空間で、指定された閾値でローパスフィルタ処理を行って高周波成分をカットし、
高周波成分をカットした周波数成分について逆フーリエ変換してθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成し、
該近似曲線と検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測すること
を特徴とするホールラフネス計測方法。
【請求項３】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出し、
検出したエッジについてエッジ座標をθ−ｒ平面に変換し、
θ−ｒ平面で、ホールの近似曲線を形成し、
該近似曲線を検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測してホールラフネス曲線を形成し、
画面表示装置の画面上に、ホールの近似曲線による第１の円形状表示と、ホールラフネス曲線による第２の円形状表示を重ね合わせて行わせることによって両者の面積差が画面上に判別されるようにしたこと
を特徴とするホールラフネス計測方法。
【請求項４】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出し、
検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換し、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求め、
フーリエ空間で、指定された閾値でのローパスフィルタ処理を行って高周波成分をカットし、
高周波成分をカットした周波数成分について逆フーリエ変換してθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成し、
該近似曲線と検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測してホールラフネス曲線を形成し、
画面表示装置の画面上に、ホールの近似曲線による第１の円形状表示と、ホールラフネス曲線による第２の円形状表示を重ね合わせて行わせることによって両者の面積差が画面上に判別されるようにしたこと
を特徴とするホールラフネス計測方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、前記指定された閾値を可変にして複数の閾値に対応して複数のホールラフネスを計測することを特徴とするホールラフネス計測方法。
【請求項６】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出したエッジについてエッジ座標をθ−ｒ平面に変換するθ−ｒ平面変換手段と、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求め、周波数成分に基づいてθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成する近似曲線形成手段と、
該近似曲線を検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測するホールラフネス計測手段と、を含んで構成されること
を特徴とするホールラフネス計測装置。
【請求項７】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換するθ−ｒ平面変換手段と、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求める周波数成分演算手段と、
フーリエ空間で、指定された閾値でローパスフィルタ処理を行って高周波成分をカットするローパスフィルタ処理手段と、
高周波成分をカットした周波数成分について逆フーリエ変換してθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成する近似曲線形成手段と、
該近似曲線と検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測するホールラフネス計測処理手段と、を含んで構成されること
を特徴とするホールラフネス計測装置。
【請求項８】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによって、ホールの中心から放射状にエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出したエッジについてエッジ座標をθ−ｒ平面に変換するθ−ｒ平面変換手段と、
θ−ｒ平面で、ホールの近似曲線を形成する近似曲線形成手段と、
該近似曲線と検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測してホールラフネス曲線を形成するホールラフネス曲線形成手段と、ホールの近似曲線による第１の円形状表示と、ホールラフネス曲線による第２の円形状表示を重ね合わせて行わせることによって両者の面積差が画面上に判別されるようにした画面表示手段と、を含んで構成されること
を特徴とするホールラフネス計測装置。
【請求項９】
被測定物に形成されたホールにエネルギー線を照射して被測定物から発生する反射エネルギーを検出することによってホールの中心から放射状にエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出したエッジについてのエッジ座標をθ−ｒ平面に変換するθ−ｒ平面変換手段と、
θ−ｒ平面でフーリエ変換して周波数成分を求める周波数成分演算手段と、
フーリエ空間で、指定された閾値でローパスフィルタ処理を行って高周波成分をカットするローパスフィルタ処理手段と、
高周波成分をカットした周波数成分について逆フーリエ変換してθ−ｒ平面でのホールの近似曲線を形成する近似曲線形成手段と、
該近似曲線と検出したエッジ座標との差からホールラフネスを計測するホールラフネス計測処理手段と、
ホールの近似曲線による第１の円形状表示と、ホールラフネス曲線による第２の円形状表示を重ね合わせて行わせることによって両者の面積差が画面上に判別されるようにした画面表示手段と、を含んで構成されること
を特徴とするホールラフネス計測装置。
【請求項１０】
請求項１か９のいずれかにおいて、前記指定された閾値を可変にして複数の閾値に対応して複数のホールラフネスを計測することを特徴とするホールラフネス計測装置。

【図１】