JP5174757B2 - 半導体パターンの計測方法及び計測システム - Google Patents

Description

本発明は半導体デバイスのパターン寸法を計測する方法，特に、半導体パターンの三次元形状を計測する方法及びこれを実施するシステムに関する。

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）を半導体計測用に特化した測長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９００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で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（画素）に画素サイズp（nm/画素）を乗じる（ｌ×ｐ）ことにより寸法が求められる。

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，配線の信号波形を配線の長手方向に加算平均した投影波形を作成し，この波形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。

エッジ間距離lを自動計算するためのエッジ位置検出方法として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、(a)しきい値法，及び，(b)モデルベース計測法、について述べる。

しきい値法の考え方は，例えば特許文献２に開示されている。図３で示すように，試料上に形成されたパターン９３０に対して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・９３２に相当する信号量の大きいピーク部分を，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・９４６，Ｍｉｎ値９４３・９４７を求め，これらを所定の比率th（％）で内分するしきい値レベル９４４・９４８を算出し，しきい値９４４・９４８と信号波形９４０との交差位置９５１・９５２をエッジ位置として検出し、左右エッジ間（９５１と９５２の間）の距離lを求める。

一方、モデルベース計測法は、例えば非特許文献１に開示されている方法である。図４上図のようにパターンの断面形状モデル９７０を規定し（この例では，パターン高さＨ，ボトム幅Ｗ，側壁傾斜角ＳＷＡ，ボトムの丸みＢＲ，トップの丸みＴＲの５個のパラメータでパターン形状を表現），種々のパターンの断面形状（パターン形状を表すパラメータを変化させる）とＳＥ Ｍ 信号波形の関係を予めシミュレーションにより計算し，模擬ＳＥＭ波形のライブラリ９８０を作成しておく（図４下図の例では，ＳＷＡとＴＲを変化させている）。モデルベース計測法は，シミュレーションにより計算し作成・記憶させたライブラリを参照して，計測対象の断面形状を推定し，その結果に基づき左右にエッジ位置を定義する。

特開平１１−３１６１１５号公報 特開昭５５−７２８０７号公報

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)

半導体パターンの微細化に伴い，パターンをより正確に計測する技術，すなわち，計測バイアス（実寸法と計測値の差）を低減する技術が求められている。
しかしながら，測長ＳＥＭにおいては，図５Ａに示すように、試料上のパターン９３０に照射された電子線５５０がパターン９３０の内部５５１で拡散するため，パターン９３０から発生する２次電子５５２を検出することで得られるＳＥＭ信号波形５５３のピーク（ＷＢ）は広がりを有す。そして、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、ＳＥＭ信号波形５５４・５５５の広がり方はパターン５５６・５５７の断面形状によって異なるため、前述のしきい値法では、パターンの断面形状に依存して変化する計測バイアスが発生してしまう。例えば、しきい値５０％の条件でエッジ検出を行った場合，図５Ｂのようなテーパが大きいパターン５５６で検出されるエッジ位置５５８は、計測対象のボトム位置５６０より0.5 nm内側となるのに対し，図５Ｃのようなテーパが小さいパターン５５７で検出されるエッジ位置５５９は、計測対象のボトム位置５６０より2.5 nm外側であり，両者の計測バイアス値５６１・５６２は明らかに異なる。

一方，前述のモデルベース計測法の場合では，計算で求めておいたパターンの断面形状とＳＥＭ信号波形の関係に基づいて計測を行うため，原理上，パターンの断面形状に依存した計測バイアスのずれの影響を受けることなく、寸法計測が実現できる。

しかしながら，ＳＥＭ信号波形を変化させる要因は，パターンの断面形状だけではない。パターン密度／配置によってもＳＥＭ信号波形は変化する。図６は，その状況をシミュレーションによって再現したものであり、実線で示すＳＥＭ信号波形６０１は，幅22nm，高さ50nmの矩形の断面形状を有する孤立ラインパターン６０３の信号波形を、破線で示すＳＥＭ信号波形６０２は，断面形状は同じであるが，パターンピッチが44nmのライン＆スペースパターン６０４の信号波形を示しており、両者の信号波形は相違する。なお、ここではパターンおよび基板の材料はシリコン，加速電圧800Vの条件で計算を行った。このように、孤立ラインパターン６０３とライン＆スペースパターン６０４のＳＥＭ信号波形６０１・６０２に差異が生じるのは，試料から放出された，反射電子（後方散乱電子）や二次電子が近隣のパターンへ再入射することで発生する二次電子が，最終的な二次電子強度（＝信号波形）に寄与する度合いが異なるからである。

半導体パターン計測においては，一般に，様々な密度／配置を有すパターンを計測することが求められる。上記のように，パターン断面形状が同じであっても，パターン密度／配置が異なると信号波形が変化するため，モデルベース計測法を適用したとしても，計測バイアスが十分に低減されないケースがあり得る。

本発明の目的の一つは，パターン密度／配置によらず，計測バイアスが低減可能な半導体パターンの計測方法及びそのシステムを提供することにある。

また，半導体パターンの微細化により，側壁傾斜角や，ボトムの丸まりといった微妙な断面形状変化がデバイス性能に及ぼす影響が相対的に高くなることから，従来の寸法計測に加え，三次元形状計測のニーズが高まっている。前記モデルベース計測法は，パターンの断面形状とＳＥＭ信号波形の関係に基づいて計測対象の断面形状を推定するので，原理上は上記のニーズに応えることが可能である。しかしながら，パターンの密度／配置の違いによって，断面形状の推定結果に誤差が生じるのは上記と同様である。

本発明の他の目的は，パターン密度／配置の影響なく，パターンの三次元形状計測が可能な半導体パターンの計測方法及びそのシステムを提供することにある。

上記いずれかの目的を達成するために、本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）半導体パターンの計測方法であって、入力された設計データに基づいて指定された複数の計測位置各々について周辺のパターン配置を考慮すべき近傍領域を算出するステップと、前記算出された複数の計測位置各々の近傍領域を含む範囲内のパターン配置に基づいて、前記複数の計測位置のパターン配置の同一性を判定し、同一と判定された計測位置ごとにグループ化して分類するステップと、前記分類された計測位置のグループごとに、前記設計データから断面形状情報を取得してライブラリを作成するステップと、前記分類された計測位置のグループごとにＳＥＭ信号波形を取得し、前記取得したＳＥＭ信号波形と前記作成されたライブラリを用いてモデルベース計測を実行し、前記複数の計測位置各々の断面形状を推定するステップと、を有することを特徴とする半導体パターンの計測方法である。
（２）計測対象パターンの電子線信号波形を予め作成しておいた試料の断面形状と電子線信号波形とを関連づけるライブラリに当てはめることによって，試料の断面形状を推定する方法（モデルベース計測法）において，計測対象パターンの位置を設計データ上で指定し，入射電子線の加速電圧等によって決まる入射電子線の内部拡散長に基づいて，パターン配置を考慮すべき近傍領域のｘ方向のサイズｘｓとｙ方向のサイズｙｓを自動決定し，計測対象パターンの位置を中心とするｘｓ×ｙｓの領域内について，設計データを用いて，基準三次元形状，及び，予め定めた予想変動範囲で基準三次元形状を様々に変化させた三次元形状情報を数値データでモデル化し，モデル化された三次元形状情報を電子線シミュレータに入力して模擬ＳＥＭ信号波形を生成し，模擬ＳＥＭ信号波形と形状情報と組み合わせてライブラリとして記憶するようにしたものである。さらにまた， 設計データを用いて，測対象パターンの位置を中心とするｘｓ×ｙｓの領域内におけるパターン配置の同一性判定を行い，同一と判定されたものについては，共通のライブラリを使用するようにしたものである。

本発明によれば，パターン密度／配置によらず，計測バイアスが低減可能な半導体パターンの計測方法及びそのシステムを提供することが可能である。
また、本発明によれば，パターン密度／配置の影響なく，パターンの三次元形状計測が可能な半導体パターンの計測方法及びそのシステムを提供することが可能である。

本発明に係る第1の実施形態の寸法計測フローを示す図である。 測長ＳＥＭの構成例を示す図である。 測長ＳＥＭにおけるエッジ点検出方法（しきい値法）を示す図である。 モデルベース計測法の原理を示す図である。 形状依存の計測バイアスの第一の説明図である。 形状依存の計測バイアスの第二の説明図である。 形状依存の計測バイアスの第三の説明図である。 パターン密度によってＳＥＭ信号波形が変化することを示す図である。 計測位置の三次元形状モデル化を行うためのＧＵＩの例を示す図である。 パターンレイアウトの同一性判定の概念の説明図である。 モデルベース計測のためのライブラリ作成のフローを示す図である。 第1の実施の形態に係るシステム構成例を示す図でる。 第1の実施の形態に係る他のシステム構成例を示す図でる。 寸法計測結果の出力例を示す図でる。 本発明に係る第２の実施形態の寸法計測フローを示す図である。 第２の実施の形態に係るシステム構成例を示す図である。 第２の実施の形態に係る寸法計測結果の出力例を示す図である。 仮想パターンを考慮する必要がある場合の説明図である。 計測対象パターンがホールである場合の説明図である。 単純ラインパターンでない場合の説明図である。

本発明に係る寸法計測フロー及びこれを実施するシステム構成の第一の実施形態について図１及び図１０を用いて説明する。なお，図１で示す各ステップが図１０のいずれの構成要素で実行されるかを，図１０の吹き出し内に示した。

まず，本発明に係るシステムの一例は、図１０に記載のように、ＬＡＮ３００と、これに接続された測長ＳＥＭ３０１・３０２・３０３と，測長ＳＥＭのレシピを格納するＳＥＭレシピデータベース３０４と、設計データを用いて計測対象の三次元形状のモデル化を行う計算機３０５と，半導体パターンの設計情報が格納されたデータベース３０６と，ＳＥＭ波形ライブラリを格納するデータベース３０７と，測長ＳＥＭで撮像されたＳＥＭ像が格納されるデータベース３０８と，電子線シミュレーションを行う計算機３０９と，モデルベース計測を実行する計算機３１０と、を適宜用いて構成される。ここで、測長ＳＥＭは３つである必要はなく、台数はこれに限られない。また、各計算機は必要に応じてまとめて１台としてもよく、複数台で構成してもよい。

続いて、このシステムにより実行される寸法計測フローの一例について、図１を用いて説明する。
本発明に係る寸法計測フローによれば、まず、上記システムのうち、三次元形状のモデル化を行う計算機３０５は、ユーザが選択した計測しようとするウェーハの設計データ情報、並びに、当該選択されたウェーハの設計データ上の計測したい位置情報を受け付ける（ｓ１０、ｓ１１）。ここでは、例えば、ユーザによって選択されたウェーハの設計データをＧＵＩに表示し、ユーザが表示された設計データを見ながら計測したい位置を画面上で指定できるようにすればよい。さらに、計算機５０３は、計測したい位置の積層情報、すなわちパターンや基板の材質や厚さの情報のほか、電子顕微鏡の撮像条件（入射電子線の加速電圧など）に関する情報の入力を受け付ける（ｓ１２、ｓ１３）。全ての計測したい位置についての情報入力を受け付けると、続いて、計算機３０５では、設計データを参照し、各計測位置のパターンレイアウトの同一性判定処理（ｓ１４）が実行される。

ここで、各入力情報を受け付けるためのＧＵＩ（グラフィック・ユーザ・インターフェース）の一例を図７に示す。このＧＵＩには、例えば、測定したい設計データの個数を指定する個数入力部４０１、個数入力部４０１で指定された個数の設計データを入力する設計データ入力部４０２、設計データに関するが表示される。また、下層パターンとの位置関係が重要なケース，あるいは，ダブルパターニング用の設計データの場合は，複数個の設計データを入力することが必要であることから、計測位置のｘ・ｙ座標入力部４０４や、ｘ・ｙ座標入力部４０４の入力を受け付けて該当箇所のパターンレイアウトを表示するパターンレイアウト表示部４０５が表示される。ここで、パターンレイアウト表示部４０５上に表示された計測位置１０４を適宜調整するためにポインティングデバイス４０６を利用するにしても構わない。この場合、ポインティングデバイス４０６での移動に応じて、ｘ・ｙ座標入力部４０４は連動する。さらに、ライン、ホールといった選択肢から所望のパターン種を選択するためのパターン選択部４０７や、パターン部や基板部の膜情報を入力する項目として、パターン材料の積層数入力部４１０、パターン材料の厚さ・材質入力部４１１、基板材料の下地総数入力部４１２、基板材料の厚さ・材質入力部４１３を表示する。ここで、膜の材料と膜厚の情報はＳＥＭシミュレーションを実行するのに必要な情報であり、通常の一般的な設計データにはこれらの情報が含まれていないため、ＧＵＩでの膜情報の入力は必要である。なお、ＴＣＡＤ（テクノロジー・ＣＡＤ）のデータが利用可能な場合には，そこから必要な情報を取り込んでもよい。また、必要に応じて、加圧電圧やスキャン方向、検出モードといった撮像条件入力部４１４を表示し、これらの情報を受け付けるようにしても構わない。
以上、入力された入力情報、及び、設計データに基づき、ＧＵＩでは確認用として計測パターンの断面形状４１５を表示する。

ここで、図１に示すステップｓ１４で実施する計測位置のパターンレイアウトの同一性判定処理方法について、図８を用いて説明する。実線で示した計測位置１０１〜１０６は、ユーザにより入力された計測位置を示し、各計測位置の周囲に破線で示された領域は、パターン配置を考慮すべき近傍領域を示す。前述の図６に示すように、ＳＥＭ信号波形は、近隣パターンの影響を受けて変化するが，影響を考慮すべき範囲は有限である。この範囲は，図５Ａに示したように，入射電子の拡散長に依存する。この拡散長は，主に入射電子の加速電圧と試料の材料によって変化する。従って、本発明においては，図７のＧＵＩにて入力された撮像条件（４１４）と膜材料情報（４１０〜４１３）に基づき，予め作成されたテーブルを参照して近傍領域の範囲が算出される。この算出された近傍領域の範囲内（１０１〜１０６の破線で囲まれた領域）で，パターン幅，パターン間隔といったレイアウトが同一で，かつ，撮像条件が同一であれば，ステップｓ１４において同一と判定される。例えば、図８の１０１〜１０６は撮像条件が等しいとすると、設計上は同一線幅のラインパターンであるが，ステップｓ１４にて互いに同一と判定されるのは，１０２と１０４，及び，１０３と１０５であり、これらは同グループとして纏められる。１０３と１０５については、その近傍領域まで含めた範囲を左右反転（１８０度回転）を行えば，両者同一となる。本ステップｓ１４にて判定された後のデータ構造は，図８の下表のように，各計測位置に対してライブラリ番号（同一と判定されたものには同一の番号）と，回転角の情報が付与されたものとなる。

上記したパターンレイアウトの同一性判定ステップｓ１４の後、計算機３０５では、図１に示す寸法計測フローの通り、計測対象の三次元形状のモデル化ステップｓ１５を実行する。前述のように，モデルベース計測法においては，種々のパターンの断面形状とＳＥＭ信号波形の関係を予め電子線シミュレーションにより計算しておく必要がある。従って、本ステップでは，同一性判定ステップｓ１４により同一とされたグループごとに、電子線シミュレーションを行う際に用いる入力断面形状データの作成が実行される。

ここで、入力断面形状データの作成方法について、図９を用いて説明する。同図では，図８における計測位置１０３の場合を例にとって示す。三次元形状は，設計データから得られる平面的なパターンレイアウト情報（パターンサイズ，配置）とユーザからの入力により得られた膜厚情報を用いて計算される。計算されるのは、基準の三次元形状（設計通りの三次元形状）を，所定の変動範囲内で様々に変化させた三次元形状である。図９には三次元形状の一断面（Ａ−Ａ）のうち基準断面形状２０１と変形断面形状２０２の一例を示す。変形断面形状２０２は基準断面形状２０１の線幅と側壁傾斜角を変化させたものであるが，実際には，図４に示したような，断面形状を表現する種々のパラメータを様々に変化させた三次元形状情報を複数作成する。なお，図４では，パターン高さＨ，ボトム幅Ｗ，側壁傾斜角ＳＷＡ，ボトムの丸みＢＲ，トップの丸みＴＲで断面形状を表現しているが，これらのうちの一部を固定してもよいし，複数の台形の積み重ねなど，別の表現方法でもよい。これらのパラメータは適宜追加・削除して用いてもよい。
以上のように，これまで説明した図１に示す寸法計測フローの各ステップ（ｓ１０〜ｓ１５）は，図１０に示すシステムの計算機３０５で実施され，その結果は，データベース３０６に格納される。

計測対象の三次元形状のモデル化（ｓ１５）の後，図１０に示す計算機３０９では、電子線シミュレーション（モンテカルロシミュレーション）にて，様々な三次元形状に対するＳＥＭ信号波形を計算し，形状情報と組み合わせたライブラリの作成が実行される（ｓ１６）。本ステップｓ１６では、ステップｓ１４にて同一と判定されたグループごとにライブラリが作成される。シミュレーションにあたって必要な加速電圧などの撮像条件は，図７のＧＵＩにて入力された情報が適用される。なお，三次元形状の情報としては，前記近傍領域をカバーする範囲が必要であるが，ＳＥＭ信号波形を計算する範囲（シミュレーションにおいて電子を打ち込む範囲）は，計測対象パターンの範囲でよい。例えば，図９において，三次元形状の情報は１０３の破線内全域について必要であるが，ＳＥＭ信号波形の計算は２１０又は２１１の領域の範囲について行えば良い。様々な断面形状について算出されたＳＥＭ信号波形は，計算範囲の断面形状情報（＝断面形状を表現するパラメータ群）と組み合わせて記憶され，モデルベース計測を行うためのライブラリとなる。ライブラリには，図８の表に示すように，個別の番号が付与される。

本ステップｓ１６は，図１０に示す計算機３０９で実施され，作成されたライブラリはライブラリ番号と共にデータベース３０７に格納される。なお，電子線シミュレーションには時間がかかるため（例えば，１個のＳＥＭ信号波形を計算するのに１時間を要する場合，三次元形状のバリエーション数が１００個なら１００時間が必要），ＰＣクラスタなどで構成された専用のシステムを設けることが望ましい。

以上の各ステップｓ１０〜ｓ１６の後，測長ＳＥＭ（図１０の３０１，３０２，３０３）にて電子線像を取得する（ｓ１７）。取得されたＳＥＭ像は，データベース３０８に格納され，計算機３１０にて，計測位置のグループごとに対応するライブラリを呼び出し、モデルベース計測が実行される（ｓ１８）。
なお、モデルベース計測のステップｓ１８は、図１１に示すように、測長ＳＥＭにて実施するようにしても良い。撮像開始に先立ち，図８の表に従って，データベース３０７から必要なライブラリを読み出しておき，画像を撮像するつど，通常の寸法計測と合わせてモデルベース計測を実行する。

上記した各ステップにより計測された寸法測定結果の出力例を図１２に示す。本例は，断面形状を台形でモデル化した場合で，ボトム，ミドル，トップの寸法と，左右の側壁傾斜角（左ＳＷＡ，右ＳＷＡ）が出力される。ここで、例えば、従来の寸法計測法の結果（この例ではしきい値法）と，モデルベース計測の結果とを同一画面上で併記することで，ユーザは，計測対象パターンの断面形状と共に，従来の寸法計測法による結果との差異を把握することができる。

上記の通り、本発明によれば，従来のモデルベース計測では考慮されていなかった，パターン密度／配置の情報がライブラリに反映されるため，より高精度な断面形状計測が可能となる。具体的には，従来のモデルベース計測では，図８の表に示したような，ライブラリの使い分けがなされていないことが計測誤差要因となっていたのに対し，本発明では，ＳＥＭ信号波形に影響が及ぶ範囲のパターンレイアウト情報が考慮されたライブラリが用いられるため，より正確な断面形状の推定が可能となる。

また，本発明によれば，ＳＥＭ信号波形に影響が及ぶ範囲が自動的に決定されるため，電子線像形成に関する知識がなくとも，パターン密度／配置が異なると信号波形が変化することに起因する計測誤差を生じさせない，適切なライブラリを作成することが可能となり，ひいては，その結果として，正確な断面形状の推定が可能となる。

また，本発明によれば，同一システム上にある複数の測長ＳＥＭ間でライブラリの共通化（ライブラリの使い回し）が可能となるため，多大な時間を要する電子線シミュレーションを，必要最小限の計算コストで実施することが可能となる。

本発明に係る寸法計測フロー及びこれを実施するシステム構成の第二の実施形態について図１３及び図１４を用いて説明する。
図１３に示す通り、計算機３０５が受け付ける各入力情報（ｓ１０〜ｓ１３）並びにパターンレイアウトの同一性判定処理ステップ（ｓ１４）については実施例１と同様である。本実の形態では，設計データを用いて，パターンレイアウトの同一性の判定を行った後，さらにその設計データを用いて，測長ＳＥＭの撮像レシピの自動生成処理が実行される（ｓ１９）点で実施例１と相違する。測長ＳＥＭにおいて計測対象パターンの電子線像を取得するためには，計測パターンの位置座標以外に，アライメントパターンや，自動焦点検出用パターンの情報が必要である。ステップｓ１９では、設計データを用いて，アライメントや自動焦点検出に適したパターンの自動選択が計算機３０５で実施され，図１４のＳＥＭレシピデータベース３０４に登録する。測長ＳＥＭにて電子線像を取得するステップ（ｓ１７）では，データベース３０４より登録済みの撮像レシピを読み出して実行される。

本実施形態では，ｓ１０〜ｓ１４のステップにおいて，設計データを使用しており，また，撮像レシピに必要な撮像条件もｓ１４で入力済みであるため，併せて，撮像レシピを自動生成すれば効率的といえる。また，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を使用する必要がなく，ＣＯＯ(Cost of Ownership)の点でも有利である。
さらにまた，撮像後のＳＥＭ画像に設計データを重ね合わせることによって，図１５に示すように、（ａ）ＳＥＭ像，（ｂ）設計データ，（ｃ）それらの重ね合わせ，（ｄ）計測対象位置１５０１の推定断面形状，（ｅ）推定断面形状の寸法値、などの出力も可能である。また，ＳＥＭ像から抽出した輪郭線（図示せず）と重ね合わせることも可能である。
以上、説明した実施例１、実施例２では、計測対象パターンが、単層のラインパターンである例で示したが、図１６に示すように下層パターンとの位置関係を考慮することが必要な場合もある。同図において，１６０１は上層パターン，１６０２は下層パターンである。この場合、図１６に示す寸法計測箇所及びその近傍領域１６０３・１６０４のうち、２層が重なる寸法計測箇所１６０４では、２個の設計データ（上層と下層）が読み込まれるため，ステップｓ１４で実施する同一性判定においては，各層の膜材料も同一性判定の基準とする。

また、図１７には，計測対象パターンがホールまたはピラー（円柱）の場合のライブラリの作成方法を示す。これらのパターンは設計データ上では矩形であるが，図７に示すＧＵＩのパターン種欄４０７においてホールないしピラーが選択された場合は，ステップｓ１５において三次元形状をモデル化する際は，ホールならば円形の凹パターンと，ピラーならば円形の凸パターンとする。

また、図１８は，三次元形状が単純なラインやホールでは表現できないような場合である。図８の計測位置１０６がこの場合に相当する。図１８の例では，近傍範囲に，計測対象であるラインパターン部１８０２と，非計測対象である張り出した部位１８０３が含まれる。こうしたケースにおいて，非計測対象部位の形状様々に変化した場合もライブラリに含めようとすると，計算すべきＳＥＭ波形の個数が二乗倍程度に増加してしまうため（例えば，計測対象部位の形状バリエーションと非計測対象部位の形状バリエーションがそれぞれＮ個とすると，近傍範囲内での形状バリエーションはＮ×Ｎ個となる）計測対象部位のみ形状を変化させるようにする。

以上、本発明者によってなされた発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々偏向可能であることはいうまでもない。

また、上記した本願において開示した発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に纏めれば、以下の通りである。
（１）本発明によれば，必要十分な領域範囲内でのパターン密度／配置の情報がライブラリに反映されるため，従来のモデルベース計測法の問題点であった，パターン形状が同じであっても，パターン密度／配置が異なると信号波形が変化することに起因する計測誤差が改善され，パターン密度／配置によらず，計測バイアスが低減可能となる。また，より正確なパターンの三次元形状計測が可能となる。
（２）また，本発明によれば，周囲パターンの存在状況を考慮すべき領域が自動的に決定されるため，電子線像形成に関する知識がなくとも，パターン密度／配置が異なると信号波形が変化することに起因する計測誤差を生じさせない，適切なライブラリを作成することが可能となる。
（３）また，本発明によれば，ライブラリの共通化（ライブラリの使い回し）が可能となるため，多大な時間を要する電子線シミュレーションの重複がなくなることで，より短時間でライブラリを作成することが可能となる。

ｓ１０〜ｓ１９・・・寸法計測の各ステップ
１０１〜１０６・・・計測位置
２０１、２０２・・・モデル化された三次元形状の断面
３０１〜３１０・・・寸法計測システムの構成要素
４０１〜４１４・・・ＧＵＩの構成要素
５０１〜５０２・・・上層パターンと下層パターン
５０３〜５０４・・・寸法計測箇所
６０１、６０２・・・ＳＥＭ信号波形
６０３・・・孤立ラインパターン
６０４・・・ライン＆スペースパターン
９０１・・・電子銃
９０２・・・収束レンズ
９０３・・・偏向器
９０４・・・対物レンズ
９０５・・・検出器
９０６・・・制御装置
９０７・・・ＣＲＴ
９２０・・・二次電子
９３０・・・パターン

Claims (8)

1. 半導体パターンの計測方法であって、
   入力された設計データに基づいて指定された複数の計測位置各々について周辺のパターン配置を考慮すべき近傍領域を算出するステップと、
   前記算出された複数の計測位置各々の近傍領域を含む範囲内のパターン配置に基づいて、前記複数の計測位置のパターン配置の同一性を判定し、同一と判定された計測位置ごとにグループ化して分類するステップと、
   前記分類された計測位置のグループごとに、前記設計データから断面形状情報を取得してライブラリを作成するステップと、
   前記分類された計測位置のグループごとにＳＥＭ信号波形を取得し、前記取得したＳＥＭ信号波形と前記作成されたライブラリを用いてモデルベース計測を実行し、前記複数の計測位置各々の断面形状を推定するステップと、
   を有することを特徴とする半導体パターンの計測方法。
2. 請求項１記載の半導体パターンの計測方法であって、
   さらに、前記設計データに基づいて、前記ＳＥＭ信号波形を取得するためのレシピを生成するステップを有し、
   前記ＳＥＭ信号波形の取得は前記生成されたレシピに基づいて実行されることを特徴とする半導体パターンの計測方法。
3. 請求項１記載の半導体パターンの計測方法であって、
   前記設計データには前記計測位置のパターンの材料及び厚さの情報を含むことを特徴とする半導体パターンの計測方法。
4. 計測対象パターンの電子線信号波形を予め作成しておいた試料の断面形状と電子線信号波形とを関連づけるライブラリに当てはめることによって，試料の断面形状を推定する半導体パターンの計測方法であって，
   上記計測対象パターンの位置を設計データ上で指定するステップと，
   入射電子線の内部拡散長に基づいて，パターン配置を考慮すべき近傍領域のｘ方向のサイズｘｓとｙ方向のサイズｙｓを自動決定するステップと，
   上記計測対象パターンの位置を中心とするｘｓ×ｙｓの領域内について，設計データを用いて，基準三次元形状，及び，予め定めた予想変動範囲で基準三次元形状を様々に変化させた三次元形状情報を数値データでモデル化するパターン形状モデル化のステップと，
   上記モデル化された三次元形状情報を電子線シミュレータに入力して模擬電子線信号波形を生成し，模擬電子線信号波形と形状情報と組み合わせてライブラリとして記憶しておくライブラリ作成のステップとを有することを特徴とする半導体パターンの計測方法。
5. 計測対象パターンの電子線信号波形を予め作成しておいた試料の断面形状と電子線信号波形とを関連づけるライブラリに当てはめることによって，試料の断面形状を推定する半導体パターンの計測方法であって，
   上記計測対象パターンの位置を設計データ上で指定するステップと，
   設計データを用いて計測対象パターンの電子線像取得用レシピを自動作成するステップと，
   入射電子線の内部拡散長に基づいて，パターン配置を考慮すべき近傍領域のｘ方向のサイズｘｓとｙ方向のサイズｙｓを自動決定するステップと，
   上記計測対象パターンの位置を中心とするｘｓ×ｙｓの領域内について，設計データを用いて，基準三次元形状，及び，予め定めた予想変動範囲で基準三次元形状を様々に変化させた三次元形状情報を数値データでモデル化するパターン形状モデル化のステップと，
   上記モデル化された三次元形状情報を電子線シミュレータに入力して模擬電子線信号波形を生成し，模擬電子線信号波形と形状情報と組み合わせてライブラリとして記憶しておくライブラリ作成のステップとを有することを特徴とする半導体パターンの計測方法。
6. 請求項４又は５記載の半導体パターンの計測方法であって、
   前記パターン形状モデル化のステップでは，基準三次元形状と予想変動範囲で基準三次元形状を様々に変化させた三次元形状情報を数値データでモデル化するのに先立ち，設計データを用いた，計測対象パターン間の前記パターン配置を考慮すべき近傍領域内でのパターン配置の同一性判定を行い，同一と判定された計測対象パターンは共通の三次元形状情報を割り当てて，上記共通の三次元形状情報を電子線シミュレータに入力して模擬電子線信号波形を生成し，上記共通の三次元形状情報と組み合わせて，共通のライブラリとして記憶することを特徴とする半導体パターンの計測方法。
7. 請求項４又は５記載の半導体パターンの計測方法であって、
   前記パターン配置を考慮すべき近傍領域のサイズを決定するステップでは，さらに，電子線像の撮像条件を指定する過程を有し，該撮像条件における入射電子線の内部拡散長に基づいてパターン配置を考慮すべき近傍領域のサイズを決定することを特徴とする半導体パターンの計測方法。
8. 請求項４又は５記載の半導体パターンの計測方法であって、
   前記計測対象パターンの位置を設計データ上で指定するステップでは，さらに，パターンと基板の膜材料と膜厚の情報を入力するステップを有し，
   前記パターン形状モデル化のステップでは，上記膜材料と膜厚の情報を用いてパターン形状をモデル化することを特徴とする半導体パターンの計測方法。

Images