特許 5880134 パターン計測方法およびパターン計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5880134

(24)【登録日】2016年2月12日

(45)【発行日】2016年3月8日

(54)【発明の名称】パターン計測方法およびパターン計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 15/00 20060101AFI20160223BHJP

   G01B 15/04 20060101ALI20160223BHJP

【ＦＩ】

   G01B15/00 K

   G01B15/04 K

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-41783(P2012-41783)

(22)【出願日】2012年2月28日

(65)【公開番号】特開2013-178143(P2013-178143A)

(43)【公開日】2013年9月9日

【審査請求日】2015年1月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】西山 泰史

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２０３１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５６４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０５８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７３０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５３８６５０２（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １５／００−１５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被計測物の表面に電子を照射し、電子を入射した位置と表面から放出される電子の量の関係を検出して表面の形状に関する情報を抽出して、被計測物の表面に形成されたパターンの寸法を計測する方法であって、
前記表面の形状に関する情報として、パターン端部の粗さを特徴づけるパラメータを抽出し、前記パラメータを考慮したシミュレーション結果と照合してパターンの寸法を決定する手順を含むことを特徴とするパターン計測方法。

【請求項2】

前記被計測物が、フォトマスクであることを特徴とする請求項１に記載のパターン計測方法。

【請求項3】

前記パターン端部の粗さを特徴付けるパラメータは、二乗平均粗さ、相関長さ、およびラフネス指数を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のパターン計測方法。

【請求項4】

集束した荷電粒子線を被計測物に走査しながら照射し、被計測物から放出された電子を計測する計測機構と、被計測物上に走査した位置と計測した電子数と相関のある値を輝度としてその輝度情報から二次元の画像を構成する処理装置と、前記輝度情報からパターンの輪郭線情報を算出し、そのパターン端部の粗さを特徴付けるパラメータを抽出し、該パラメータを考慮したシミュレーション結果を用いて前記パターンの輪郭線情報を補正してパターン寸法を算出するパターン寸法決定装置とを備えることを特徴とするパターン計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイスやこれらをリソグラフィ技術により製造する際に使用するフォトマスクの寸法や形状を正確に計測するためのパターン計測方法およびその計測装置に関する。より詳しくは、フォトマスク等の基板上のパターン上に、加速した電子ビームを走査しながら照射し、表面から放出された二次電子の量を計測することによってパターンの寸法や形状を計測するためのパターン計測方法およびその計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路は性能及び生産性を向上させるために微細化、高集積化が進んでおり、回路パターンを形成するためのリソグラフィ技術についても、より微細なパターンを高精度に形成するための技術開発が進められている。これに伴い、パターンの寸法や形状を計測するための技術についても、より高精度なものが求められている。
半導体デバイスや、これを製造するために用いるフォトマスクのパターン寸法は１００ｎｍ未満となっており、次世代のデバイスとしては２５ｎｍ未満のパターンを安定して形成する必要がある。このような微細なパターンの特定の位置での寸法や形状を計測する方法としては、寸法測定用に特別に設計された走査型電子顕微鏡（以下、「ＣＤ−ＳＥＭ」とも略する）が用いられる。

【0003】

ＣＤ−ＳＥＭは、電子線源から放出され、加速された一次電子を偏向器によって二次元に走査しながら基板上に形成されたパターン上に照射し、表面から放出された二次電子や後方散乱電子を検出する。走査した領域を縦横方向に分割し、その分割領域を画素として、各領域で検出した二次電子、あるいは後方散乱電子の量をその画素の輝度として、二次電子画像や後方散乱電子画像（以下、総称として「ＳＥＭ画像」とも呼ぶ）を形成する。

【0004】

ＳＥＭ画像のコントラストは被計測物の材質や表面の凹凸によって形成される。一次電子１個あたりの二次電子放出量を二次電子放出効率と呼び、ＳＥＭ画像の材質によるコントラストは二次電子放出効率が材料によって異なることによって得られる。二次電子放出効率は一次電子の加速電圧によっても変化する。
一方、表面の凹凸によって形成されるコントラストは、一次電子の侵入深さと二次電子の脱出深さの関係から説明される。固体表面から入射した電子の固体内での非弾性散乱によって発生する二次電子や、弾性散乱で進行方向が変化した後方散乱電子が表面から脱出する確率は、その発生時の表面からの深さとともに指数関数的に減少することが知られている。一般に表面から脱出できる二次電子の深さは概ね５ｎｍ未満であり、表面に近い領域で二次電子が多量に発生するような条件でＳＥＭ画像の輝度が高くなる。

【0005】

二次電子が表面に近い領域で多量に発生する条件とは、たとえば一次電子が表面に垂直な方向よりも傾斜した条件（いわゆる傾斜効果）、表面が凸型形状で二次電子発生位置から近い表面が多い条件（いわゆるエッジ効果）などがある。このため、フォトマスクのように平坦な基板上にパターンを形成したものにおいては、パターンの端部でＳＥＭ画像の輝度が高くなる。

【0006】

ＣＤ−ＳＥＭによる寸法計測は、上記のようにパターン端部でＳＥＭ画像の輝度が高くなる現象を利用しており、ＳＥＭ画像上で白く見える領域（以下、「ホワイトバンド」と表記する）の間隔をもとにパターン寸法を計測している。
ＣＤ−ＳＥＭで用いられるような加速電圧が低い条件では、ホワイトバンドの幅が１０〜１５ｎｍとなるのが典型的である。したがって、パターン寸法を精度良く計測するためには、ホワイトバンドのどの部分をパターン端部と設定するのかが重要である。たとえば、ホワイトバンドの輝度値のピークに対する相対値をしきい値として設定したり、輝度プロファイルを微分したピークの位置から元のプロファイルの変曲点の位置を求めてパターン端部位置としたりする方法などが用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−１５６４３６号公報

【特許文献2】特開２０１０−２０５８６４号公報

【特許文献3】特願２０１１−３９４３６号

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｙｉｐｉｎｇ Ｚｈａｏら著「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ａｎｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｒｏｕｇｈ Ｓｕｒｆａｃｅ： Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ （２００１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、パターンの微細化が進むにしたがって、実際のパターン端部の側壁が理想的な垂直な形状ではなく、図１に示すように、理想的なパターン断面形状（同図（ａ））に対し、現実のパターン断面形状は同図（ｂ）のような形状となる。そのため、上面端部の丸まり、側壁角度の垂直からのずれ、パターン底部の裾引きなども含めた計測が要求されるようになってきた。そこで、被計測物の材料や断面形状を元にＳＥＭ画像をシミュレーションにより予測し、さらに形状の変動を考慮した多数のＳＥＭ画像信号からなるライブラリを構築し、実際に得られたＳＥＭ画像の信号とのマッチングにより被計測物の寸法を得る方法が考え出された。このような技術は特許文献１に開示されている。

【0010】

また、ＣＤ−ＳＥＭでパターン寸法を計測する際に電子の入射、放出を伴うために被計測物が帯電することも計測誤差の主要な原因のひとつとなる。被計測物の帯電が計測精度に及ぼす影響としては、一次電子の偏向による入射位置ずれ、二次電子の偏向による二次電子検出率の変化などを挙げることができる。
被計測物の帯電によるＳＥＭ画像の変動は非常に複雑である。しかし、近年、コンピュータの処理能力が飛躍的に進歩したことから、単純な弾性散乱だけでなく、個々の非弾性散乱や電子の拡散等の多くの要素を取り入れたシミュレーションが可能となった。たとえば特許文献２によれば、半導体パターンの設計データから帯電による影響も考慮したＳＥＭ画像を生成することが可能である。

【0011】

上記の技術を用いて、各種の断面形状についてシミュレーション計算を適切に実施するには、パターン形成材料の組成や密度、仕事関数などの物性値を最適化する必要がある。そのために、実際のパターン断面形状を透過型電子顕微鏡などで精密に計測して、シミュレーション計算結果と照合していた。しかしながら、断面形状だけでは表現できない変動要因による残差が大きいという問題があった。

【0012】

そこで、本発明は、かかる背景技術に鑑みてなされたもので、パターンの形状をより実際の条件に忠実に合わせてシミュレーションし、高精度の計測結果を得ることができるパターン計測方法およびパターン計測装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明に係るパターン計測技術は、荷電粒子線を用いてパターン寸法を正確に計測するために、二次電子像から求めたパターンの輪郭線からパターン端部の粗さとその空間周波数成分を抽出し、これらを考慮したシミュレーションのデータライブラリと照合して補正をするものである。
すなわち、本発明の一態様に係るパターン計測方法は、被計測物の表面に電子を照射し、電子を入射した位置と表面から放出される電子の量の関係を検出して表面の形状に関する情報を抽出して、被計測物の表面に形成されたパターンの寸法を計測する方法であって、前記表面の形状に関する情報として、パターン端部の粗さを特徴づけるパラメータを抽出し、前記パラメータを考慮したシミュレーション結果と照合してパターンの寸法を決定する手順を含むことを特徴とする。

【0014】

本発明の一態様に係るパターン計測方法において、前記被計測物が、フォトマスクであることは好ましく、また、前記パターン端部の粗さを特徴付けるパラメータは、二乗平均粗さ、相関長さ、およびラフネス指数を含むことは好ましい。
また、本発明の一態様に係るパターン計測装置は、集束した荷電粒子線を被計測物に走査しながら照射し、被計測物から放出された電子を計測する計測機構と、被計測物上に走査した位置と計測した電子数と相関のある値を輝度としてその輝度情報から二次元の画像を構成する処理装置と、前記輝度情報からパターンの輪郭線情報を算出し、そのパターン端部の粗さを特徴付けるパラメータを抽出し、該パラメータを考慮したシミュレーション結果を用いて前記パターンの輪郭線情報を補正してパターン寸法を算出するパターン寸法決定装置とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、パターン端部の情報から粗さに関するパラメータを抽出し、これを考慮したシミュレーションのライブラリとのマッチングを行うので、被計測物のパターン端部の粗さによる計測値の誤差を低減することができる。よって、パターン寸法を高精度で計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】理想的なパターン（（ａ））と、実際の断面（（ｂ））とをモデル化したものの説明図である。

【図2】本発明の実施の一形態の計測方法として実行されるパターン寸法決定処理のフローチャートを表した説明図である。

【図3】相関距離と粗さの関係を表した説明図であり、（ａ）と（ｂ）とは、相関距離が異なっており、（ａ）のほうが（ｂ）よりも相関距離が長い例である。

【図4】端部位置の平均値からのずれ量の分布を比較した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係るパターン計測方法及びパターン計測装置の一実施形態について、図を適宜参照して説明する。
本発明に係るパターン計測装置は、以下不図示の、集束した荷電粒子線を被計測物に走査しながら照射し、被計測物から放出された電子を計測する計測機構であるＣＤ−ＳＥＭと、被計測物上に走査した位置と計測した電子数と相関のある値を輝度としてその輝度情報から二次元の画像を構成する処理装置と、前記輝度情報からパターンの輪郭線情報を算出し、そのパターン端部の粗さを特徴付けるパラメータを抽出し、該パラメータを用いて前記パターンの輪郭線情報を補正してパターン寸法を算出するパターン寸法決定装置とを備える。

【0018】

詳しくは、上記パターン計測装置は、本発明の実施の一形態の計測方法として、図２に示す、パターン寸法決定処理を実行する。
パターン寸法決定処理が実行されると、図２に示すように、まず、パターン設計データに基づいて被計測物上に形成されたパターンの計測位置が指定される（ステップＳ１）。次いで、指定された計測位置のパターン形状と、別途指定されるパターン構成材料とから、最適な計測条件がデータベースから検索される。ＣＤ−ＳＥＭは、集束した荷電粒子線を被計測物に走査しながら照射し、被計測物から放出された電子を計測する。

【0019】

取得されたＳＥＭ画像は、ＣＤ−ＳＥＭを制御する処理装置に転送され、処理装置は、指定された位置を含むＳＥＭ画像をＣＤ−ＳＥＭから複数取得する（ステップＳ２）。このＳＥＭ画像は、直交するＸＹ方向の画素数分を１回走査して得られるものであっても良いし、また、複数回走査した結果を積算することによって得られるものであっても良い。一般的には、帯電の影響を少なくするために、一次電子の電流値を小さくし、高速に走査することが好ましい場合が多く、ノイズの少ない良好な画像を得るためには複数回走査した結果を積算することによって得られるものであることが好ましい。

【0020】

以下の説明においては便宜上、電子線のＸ方向の走査をＹ方向の画素数分だけ繰り返すこととして説明する。１枚の画像を得る際のＹ方向の画素の選択順序は選択可能であり、積算する際の順序においてもなんら制限はない。また、Ｘ方向の走査の向きも片側だけをとっても良いし、往復させてデータを取得してもよい。以下の説明は走査の仕方に応じてＸやＹを適宜読み替えることができる。

【0021】

理想的にはこのように電子線の走査順序を変えてもＳＥＭ画像の輝度プロファイルは同じであるべきであるが、被計測物内への電子の入射、二次電子や後方散乱電子の放出にともなって帯電が起こると、電子線の走査順序によってＳＥＭ画像も変化する。このような変化を考慮したシミュレーションを複数行ってライブラリ化することによって、実計測画像とシミュレーションライブラリ画像のマッチングを高精度に行うことができる。

【0022】

次に、パターン寸法決定装置は、指定されたパターンの形状をＳＥＭ画像の輪郭線を抽出することによってパターン端部位置を取得する（ステップＳ３）。輪郭線の抽出アルゴリズムは公知の技術を用いることができ、輪郭線に垂直に近い向きの輝度変化曲線を各画素の輝度を補間して、しきい値や最大傾斜点から求めたパターン端部をつなぎ合わせることによって実施することができる。

【0023】

次に、パターン寸法決定装置は、前記輪郭線情報からパターン端部の粗さ情報を得る（ステップＳ４）。パターン端部の粗さは線状のパターンの場合、片側の端部の粗さに基づくＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）と、両側の端部の粗さに基づくＬＷＲ（Ｌｉｎｅ Ｗｉｄｔｈ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）とがある。本発明のパターン計測方法はどちらについても適用が可能である。以下には、パターン寸法決定装置が、Ｙ方向のラインパターンのＬＥＲの処理を実行する例について説明するが、ＸとＹを入れ替えても良いし、斜めのパターンについても容易に拡張することができる。

【0024】

以下、線幅を計測する領域をＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）と略記する。ＦＯＶ内でＸ方向の輝度変化をＹ方向の画素数分だけ取得する。次に各Ｙの値に対してＸ方向の輝度値からパターンの端部位置を取得する。端部位置を取得する方法は最小輝度とホワイトバンドの最大輝度に対する相対的なしきい値で決めても良いし、所定の幅で差分をとることによって得られる微分波形のピーク位置から求めても良い。この場合、離散的な値を補間法によって滑らかな曲線で近似することによって、画素サイズよりも小さい分解能を得ることができる。また、Ｙ方向に所定の幅だけ積算して平均化することによってランダムなノイズの影響を低減することができるが、空間周波数の分解能は低下してしまうので、適正な値を選択する必要がある。

【0025】

次に前記端部位置をＹ方向につなげて端部の形状を得る。これは１回の２次元走査による１枚の画像から得たものであっても良いし、複数の画像をつなぎ合わせることによって、より長い端部形状を得ることもできる。観察倍率を高くするほど空間周波数の高い粗さの情報を高感度に得ることができるが、観察面積が小さくなるので空間周波数の低い粗さの情報を得ることが困難となる。このような場合に、複数の画像をつなぎ合わせることによって画素数の実効値を大きくするのは有効な手段である。

【0026】

ステップＳ４において、前記端部情報から粗さに関する情報を得るにあたり、まず初めに、Ｙ方向に選択した範囲内で端部のＸ方向の平均位置を得る。パターン端部がＹ軸に平行な直線であるとみなす場合は単純にＸ方向の端部位置をＹ方向の画素数分だけ選択して平均値を求めればよい。また、Ｙ軸に対して傾斜している直線とみなす場合も、Ｙ方向の画素数分の端部位置情報をもとに最小二乗法で直線を一意に決定することができる。

【0027】

また、設計データから計算される理想的なパターン端部位置情報と重ね合わせて、最も良くマッチングする位置を得てもよい。
次に平均位置からの端部位置のずれ量をＦＯＶ内のそれぞれのＹの値について取得する。それぞれのＹの値における平均のＸ位置をｘ０、Ｙ方向にｉ番目の画素での端部のＸ方向の位置をｘｉとすると、ＦＯＶのＹ方向の画素数をｎとしたときのパターン端部の二乗平均粗さＲｑを数式１によって定義することができる。

【0028】

【数1】

【0029】

続いて、端部粗さのＹ方向の空間周波数成分を解析する。前記（ｘｉ−ｘ０）をｇ（ｉ）であらわすことにすると、端部位置の自己相関関数Ｃ（τ）を数式２によって定義することができる。ここでτは相関関数を計算する際のずらし量である。数式２の＜＞はアンサンブル平均を表す。

【0030】

【数2】

【0031】

数式２から、τ＝０のとき、すなわちＣ（０）は二乗平均粗さとなる。粗さに周期性がない場合、自己相関関数はずらし量τが大きくなると徐々に減少する。Ｃ（０）／ｅ（ｅは自然対数の底）となるずらし量を相関距離と呼び、ここでは記号ξであらわす。
相関距離ξと粗さの関係を図３に示す。ここで、図３においてＹ方向画素番号（横軸）は、取得したＳＥＭ画像の任意の点を０（ゼロ）とし、そこから２００画素を示す。また、同図での端部位置（縦軸）の単位は、対象パターン形状によるが、長さの単位（μｍ、ｎｍなど）を使用することができる。

【0032】

同図（ａ）と（ｂ）の二つの図の曲線は、二乗平均粗さが等しく相関距離が異なっており、（ａ）のほうが（ｂ）よりも相関距離が長い。同図から判るように、二乗平均粗さが同じであっても相関距離が異なると粗さの特性は大きく異なる。相関距離が異なると、同じ二乗平均粗さであっても実質の断面の面積が異なるため、パターン側壁からの二次電子放出量が異なる。また、空間周波数の高い部分では側壁から出た二次電子が再び側壁に再入射する確率が高くなることも考えられる。

【0033】

粗さを特徴付けるもうひとつのパラメータとして粗さ指数（Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｅｘｐｏｎｅｎｔ）と呼ばれるものがあり、ここでは記号αで表す。これは粗さの空間周波数に対する変化を表すものであり、上記自己相関関数をフーリエ変換して周波数に対してプロットしたグラフの傾きに対応する。

【0034】

このような粗さは自己アフィン性を持つことが知られており、粗さ指数とフラクタル次元Ｄの間にはＤ＝α＋１の関係がある。ＳＥＭ画像のような二次元平面上の輪郭線に自己アフィン性がある場合、αは０から１の値を取る。α＝０の場合は１次元であり直線とみなすことができる。αが１の場合、フラクタル次元は２次元となり、たとえば数学的に定義されたペアノ曲線のようなものに相当する。パターンの輪郭線は概ね直線的であることから、一般的にはαの値は比較的１よりも０に近いことが多い。このようにして前記の３つのパラメータすなわち、二乗平均粗さＲ、相関距離ξ、および粗さ指数αによって粗さの特徴を数値としてあらわすことができることになる。

【0035】

つぎに、これら３つのパラメータを用いて、ＳＥＭ画像信号のライブラリを構築し、検索を実行する（ステップＳ５）。つまり、ステップＳ５の処理では、上記Ｒ、ξ、αの３つのパラメータを用いて代表的な粗さをもった仮想的な形状を構築する。
このための手法としてはコンボリューション法、ランジュバン方程式を用いる方法、モンテカルロ法などが知られており、たとえば非特許文献１に記述されている方法を用いることができる。

【0036】

次に、断面形状と材料、ならびに電子ビーム照射条件をもとに被計測面断面の位置と二次電子放出量ならびに放出角度分布を得る。この方法としては、特許文献２に示した方法や、本発明者による特許文献３（未公開）などに記載されたパターン計測方法を実施する途中に使用する、例えばモンテカルロ法によるシミュレーション技術を用いることができる。

【0037】

引き続いて、前記断面形状と前記仮想的な形状から３次元形状を構築し、前記電子放出量ならびに放出角度分布から、３次元形状の表面を分割した各グリッドから放出される二次電子のうち、検出器に到達するとみなすことができるものを計数する。具体的にはそれぞれの分布に応じて表面から放出された電子の飛跡を追跡することになる。
簡易的には、断面形状からシミュレーションによってＳＥＭ画像信号について粗さの大きさを表すＲに応じてコンボリューションすることによって取得することもできる。しかしながら、二乗平均粗さＲには周波数成分が含まれないため、Ｒが同じであってもコンボリューションに使用する関数は一意には定まらない。

【0038】

図４は実際のＳＥＭ画像から得られたライン状パターンの端部位置のＸ座標位置を、１０２４個のＹ方向の画素に亘って取得し、その分布を表したものである。この分布から求めた二乗平均粗さＲは４．９ｎｍであった。仮にＸ座標位置の分布が正規分布に従うとして前記実測値に最も近くなるようにフィッティングすると、図４に示した正規分布のグラフとなる。実際の分布は正規分布とはやや異なることがわかる。

【0039】

仮にパターン端部位置が理想的な正弦曲線であると仮定すると、二乗平均粗さが４．９ｎｍであったとしたときの端部位置分布は、図４のｓｉｎ関数として示した分布となる。また、パターン端部位置がＹの値に対して全く相関のないホワイトノイズのみによって構成されている場合を仮定すると、図４に示すようなピークを持つ曲線ではなく一様な分布となる。このように、実際の分布に合わせるためには、様々な周波数成分を適正に合成することが必要となる。

【0040】

このような周波数成分を適正に抽出するには、前記数式２に示した相関関数Ｃ（τ）をフーリエ変換することによって得られるパワースペクトル密度関数を用いるのが有効である。前記のように、端部位置が自己アフィン性を持っている場合、パワースペクトル密度関数は下記の数式３によってあらわされることが非特許文献１に示されている。

【0041】

【数3】

【0042】

数式３においてｋは周波数、αは粗さ指数、ｗは根二乗平均粗さ、ξは相関距離を表している。この式を用いて、実際のＳＥＭ画像から得られたパワースペクトル密度関数とフィッティングすることによって前記パラメータを取得することができる。

【0043】

次に、これらのパラメータの組み合わせから前記手法により擬似的に生成した端部位置をもとに合成したＳＥＭ画像輝度プロファイルとのマッチングを行う（図２のステップＳ６）。また、マッチングを行う前に、ＳＥＭ画像輝度プロファイルに対して、ＳＥＭの一次電子のビーム径をパラメータとする分布関数をコンボリューションしたうえでマッチングを行うと、さらに高精度なマッチングを行うことが可能である。

【0044】

このようにして、ライブラリから最適な断面形状を抽出した上で、仕様にもとづいた計測をおこなうことによってパターン端部位置を決定することができる（ステップＳ６）。したがって、ＳＥＭ画像上の２点間の距離を高精度に計測することが可能となる。決定した端部位置等を含む計測結果は出力装置に出力される（ステップＳ７）。
本発明の実施の形態について実施例を用いてさらに説明する。

【実施例1】

【0045】

合成石英ガラス基板上にモリブデンシリサイドを主成分とする膜を厚さ６０ｎｍに形成したフォトマスクブランクを用意した。
前記モリブデンシリサイドの膜の上に化学増幅型電子線レジストを塗布・乾燥し、電子線露光装置を用いて露光し、引き続いてベーキング、現像処理を行ってレジストパターンを形成した。このレジストパターンをエッチングマスクとしてドライエッチング装置を用いてモリブデンシリサイドをエッチングし、残ったレジストを除去してフォトマスクを得た。

【0046】

このフォトマスクに形成したライン状パターンの幅を計測するために、ＣＤ−ＳＥＭを用いてＳＥＭ画像を取得した。画像はラインがＹ方向になっており、画像を取得する際の電子線の走査はＸ方向とした。Ｘ、Ｙ方向ともに１０２４個の画素からなるＳＥＭ画像を６４回の走査画像を積算することによって取得した。
取得したＳＥＭ画像からＸ方向に輝度プロファイルを形成し、スムージングおよび差分処理によってホワイトバンドの最大傾斜点からパターン端部位置のＸ座標を算出する工程をＹ方向に１０２４回繰り返して、各Ｙの位置における端部位置の数値列を得た。これを最小二乗法によって直線近似して平均位置からの偏差とした数値列とした。この偏差から二乗平均粗さとして４．９ｎｍという値が得られた。

【0047】

次に、この数値列から自己相関関数Ｃ（τ）を数式２により求めた。これをスプライン補間して、Ｃ（０）の値のｅ分の１になる相関距離ξを求めたところ、１１．９ｎｍという値を得た。また、自己相関関数をフーリエ変換してパワースペクトル密度関数を求めた。この傾きから粗さ指数αとして０．４という値を得た。
これらの数値の組み合わせから、前記の手法によりあらかじめ計算したライブラリより輝度プロファイルと実際のパターンの端部位置の関係を得た。同様の手順を計測する他方の端部についても実施し、２点間の距離から線状パターンの寸法値が得られた。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明のパターン計測方法ならびにパターン計測装置を用いることで、ＣＤ−ＳＥＭでパターンを計測する際に、パターンの粗さによって輝度プロファイルが変化することを考慮した正確な寸法計測が可能となり、半導体等の製造を精度良く行うことが可能である。

【符号の説明】

【0049】

１０…基板
２０…理想的な断面形状を持つパターン
２１…現実のパターンの一例

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】