走査プローブを用いてパターン寸法を測定するための方法に関する。[0002]【従来の技術】電子ビーム、イオンビーム、光ビーム等のプローブ、あるいはメカニカルプローブを用いて微細なパターン寸法を測定することが行われている。典型的な例として、半導体製造工程でウェハ上に加工されたパターンの寸法測定を走査型電子顕微鏡(測長SEM)を用いて行う場合について説明する。SEM).【0003】図1は、測長SEMの基本的な原理と構成を示す略図である。電子銃1から放出された電子ビーム2は、収束レンズ3及び対物レンズ4によって細く絞られ、ウェハ5上に焦点を結ぶ。2は、偏向器6によって軌道を曲げられ、ウェハ5上を二次元あるいは一次元走査する。電子ビーム2で照射されたウェハ部分からは二次電子7が放出される。二次電子7は、二次電子検出器8で検出されて電気信号に変換された後、増幅などの処理を受ける。amplification.【0004】二次電子信号は、CRT等のディスプレイ9の輝度変調信号あるいは偏向信号として使われる。電子ビーム2のウェハ面上二次元走査と同期してディスプレイ9の画面を二次元走査し、輝度信号を二次電子信号で変調すれば、ディスプレイ9上にSEM像が形成される。ディスプレイのY偏向信号とすれば、ディスプレイ上にラインプロファイルが表示される。display.【0005】測長SEMを用いてウェハ上のパターン寸法を測定する時の手順の一例を、以下に説明する。ウェハカセット10から取り出された被測定ウェハ5は、ウェハのオリエンテーションフラットやノッチなどを基準としてプリアライメントされると同時に、ウェハ上に書き込まれたウェハ番号が、図示しないウェハ番号読み取り器によって読み込まれる。ウェハ番号は各ウェハに固有のものであり、読み込まれたウェハ番号をキーとして被測定ウェハ5に対応したレシピが読み出される。レシピはウェハの測定手順や測定条件を定めたものであって各ウェハ毎に予め登録されており、以降の操作は全てこのレシピに従って行われる。5は、真空に保持された試料室11内に搬送され、XYステージ12上に搭載される。XYステージ12上に装填されたウェハ5は、その上に形成されたアライメントパターンを用いてアライメントされる。113及び撮像装置14を用いて数百倍程度に拡大して撮像される。撮像されたアライメントパターンは、予め登録されている参照画像と制御装置15で比較される。制御装置15は、撮像されたパターンが参照画像と丁度重なるように駆動モータ16を駆動してXYステージ12の位置座標を補正することによってウェハ5をアライメントする。image.【0007】アライメントされた後、被測定ウェハ5は所定の測長点にステージ移動される。測長点では、走査電子ビーム2が照射され、高倍率のSEM像が形成される。このSEM像を用いて、ウェハ上に形成された被測定パターンの高精度な位置決めが行われる。位置決めは、アライメント操作と同様に、測長点のSEM像を参照用画像と比較し、SEM像が参照用画像と丁度重なり合うように、電子ビーム走査領域を微調整することによって行われる。位置決めされたウェハ5は、被測定パターンがほぼ画面中央すなわち電子ビーム2の直下に位置する。この状態で、電子ビーム2がSEM像形成時と同じ走査ピッチ(画素サイズ)で被測定パターン上を一次元走査し、得られたラインプロファイルから所定の測長アルゴリズムに従ってパターン寸法が求められる。ウェハ上に複数の測長点が有る場合には、測長点移動後の操作が繰返し行われる。ウェハカセット内に複数の被測定ウェハが有る場合には、ウェハの試料室11への搬送以降の操作が繰返し行われる。図2において、(a)はウェハ5上の被測定パターン19を電子ビーム2で走査する様子を模式的に示し、(b)は得られたラインプロファイルを示す。(c)は閾値法、(d)は直線近似法、(e)は最大傾斜値法をそれぞれ説明する説明図である。21,22を求め、その2つの位置21,22の間の距離Wをパターン19の寸法とするものである。is,通常はラインプロファイルの最大高さに対する割合として定められる。直線近似法は、ラインプロファイルの両端のスロープ部分を最小自乗法で直線近似し、各直線とベースラインとの交点23,24の間の距離Wをパターン寸法とするものである。25,26の間の距離Wをパターン寸法とするものである。[0010]【発明が解決しようとする課題】被測定パターンの位置決めに際しては、数多くのパターンの中から所望のパターンを容易に見つけられるようにするため、比較的に低倍率のSEM像を用いることが多い。高倍率でパターン寸法を測定する際にも、倍率を変えて測定を行う場合がある。magnification.【0011】ところで、同一のパターンを測定した場合においても、倍率を変えるとその倍率に依存して測定値及び測定精度が変化する現象がある。このため、上記のような目的で低倍率の観測を行う場合、測定値が実寸法から大きくずれてしまうとともに、測定値のばらつきも増大してしまう。is閾値法に比べて測定値の観測倍率依存性が大きい。method.【0012】本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、観察倍率あるいはラインプロファイルからパターン寸法を求める測長アルゴリズムの設定の如何によらずに正確にパターン寸法を求めることのできる方法を提供することを目的とする。[0013]【課題を解決するための手段】図3は測長値のSEM像倍率依存性の測定例であり、図4は測長値のばらつき(3σ)の倍率依存性を示したものである。図には最大傾斜値法による測定値と、閾値法による測定値を示した。80%と記されているのは閾値レベルを表し、例えば20%として示されたグラフは、閾値法で閾値レベルをラインプロファイルの最大高さの20%とした場合の測定結果である。method.【0014】図3及び図4から、最大傾斜値法及び閾値法で閾値レベルを20%としたときには、比較的低倍率でパターン幅の測定値が大きくなるとともに、測定ばらつきも増大することが分かる。80%とした閾値法では、逆に高倍率で測定するとパターン幅の測定値が大きくなる。このようなパターン寸法測定値の観測倍率依存性の原因を検討した結果、観測倍率が小さくなって走査ピッチ(画素サイズ)が大きくなるとともに、ラインプロファイルの波形鈍りが増大するためと分かった。走査ピッチが電子ビーム径以上の場合に、この傾向は顕著となる。remarkable.【0015】図5に、そのメカニズムを模式的に示す。mechanism.走査ピッチに描かれている白丸は電子ビーム2によるサンプリング点を示し、画素サイズdは1個のサンプリング点がカバーする範囲に等しい。ラインプロファイルとして描かれているのは、その走査ピッチでサンプリングしたデータによって作られたラインプロファイルである。倍率として記した数字は参考のためのものである。reference.(a)に示されているように、低倍率の時にはラインプロファイルの波形鈍りが大きく、ラインプロファイルに現れるパターンの大きさWは実際のパターン19より大きくなる。(b),(c),(d)と順に倍率を上げるに従って、ラインプロファイルに現れるパターンの大きさWが変化していく。change.【0016】本発明は、このようなパターン寸法測定値の観測倍率依存性の原因解明に基づいてなされたもので、プローブによって試料を所定の走査ピッチで走査し、試料から得られる走査信号を用いて試料画像を形成し、試料画像中の被測定パターンの所定部分を前記プローブで走査し、得られる走査信号を所定の測長アルゴリズムに従って処理して所定部分の寸法を求めるパターン寸法測定方法において、走査ピッチを試料画像形成時とパターン寸法測定時とで変更することを特徴とする。パターン寸法を求める時の走査ピッチは電子ビーム径程度とするのが好ましい。about.【0017】また、本発明は、得られる走査信号を閾値法で処理して所定部分の寸法を求めるパターン寸法測定方法において、低倍率領域では閾値を略50%のレベルに設定することを特徴とする。本発明は、得られる走査信号を直線近似法又は最大傾斜値法で処理して前記所定部分の寸法を求めるパターン寸法測定方法において、低倍率領域では直線近似法あるいは最大傾斜値法で求めた寸法値から観察倍率で決まる所定の値を差し引いた値を測長値とすることを特徴とする。value.【0018】また、本発明は、測長アルゴリズムとして、直線近似線あるいは最大傾斜線を引いた後、閾値法で寸法を求めるアルゴリズムを用いることを特徴とする。本発明は、低倍率領域では測長アルゴリズムを閾値法に切り換えることを特徴とする。本発明によると、寸法測定値の観測倍率依存性が低減されるため、低倍率で観測しても実寸法に近い測定値を得ることができ、かつ高い再現精度での測定が可能となる。[0019]【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは、測長SEMを用いてウェハ上のパターン寸法を測定する場合を例にとって説明する。図6は、第1の実施の形態の説明図である。この実施の形態では、低倍率での観測時、被測定パターン位置決め時の走査ピッチとパターン寸法を求める時の走査ピッチとを自動的に切り換え、パターン寸法を求める時の走査ピッチを電子ビーム径程度となるように細かくする。finely.【0020】観察及び測定は、図示した操作フローに従って行われる。被測定ウェハをXYステージに搭載し(S1)、ウェエハ上のアライメントパターンを用いてウェハアライメントを行う(S2)。XYステージを測長点に移動し(S3)、SEM像61中の特定パターンを用いて被測定パターンpが電子ビーム直下に位置するように被測定パターンの位置決めが行われる(S4)。被測定パターンpの位置決めが終了した時点でのSEM像62では、被測定パターンpが画面の中央に位置する。5).【0021】ステップ5が終了すると、走査ピッチが電子ビーム径と同程度になるように自動的に切り換えられ(S6)、この小さな走査ピッチでパターン寸法測定を行う(S7)。このときの電子ビーム走査領域は64のようになる。ステップ4の位置決めの時のSEM像の画素の相対的寸法を領域66で表すと、ステップ7のパターン寸法測定時のSEM像の画素寸法は領域67で表される。67.【0022】このように、被測定パターン位置決め時の観察倍率にかかわらず、パターン寸法測定時には走査ピッチをパターンの実寸法を正確に測定するのに適した所定のピッチに切り換えることで、常に同一精度で寸法測定を行うことができ、倍率の相違による測長値の変動を防止することができる。図7は、第2の実施の形態の説明図である。この実施の形態では、低倍率かつ閾値法での観測時、閾値をほぼ50%のレベルに自動設定する。50%.【0023】図7(a)は、閾値法による高倍率でのパターン寸法測定を説明する図である。パターン寸法測定は左に示したSEM像の中で指定された破線領域で行われ、その右に示すようなラインプロファイルが得られる。高倍率の場合には、図3からも分かるように、測長値の倍率依存性が小さいので閾値レベルL1は任意に設定しても倍率による測長値の変動は小さい。small.【0024】ところが低倍率の場合には、図3から分かるように、閾値20%や80%では倍率による測長値の変動が大きいが、閾値50%では倍率による測定値の変動が小さい。従って、図7(b)に示すように、低倍率で閾値法で測長するときには、閾値L2を約50%に自動設定することで、倍率の相違による測長値の変動を最小限に抑制することができる。do.【0025】図8は、第3の実施の形態の説明図である。この実施の形態では、低倍率かつ直線近似法あるいは最大傾斜値法での観測時、測長値を、直線近似線あるいは最大傾斜線で求めた値から観測倍率で決まる所定の値を差し引いた値に補正する。図8は最大傾斜値法の例であり、倍率5万倍のときラインプロファイルから最大傾斜値法で求めたパターン寸法がW1であったとする。W1.この場合には次式によりパターン寸法Wを計算して表示する。ここで、ΔWは、図3に示したように、倍率5万倍における最大傾斜値法での測長値と閾値約50%とした閾値法による測長値との差である。value,倍率に依存しない測長値を得ることができる。図3から明らかなようにΔWは倍率依存性を有するので、予め各倍率毎にΔWの値を求めて記憶しておき、上記計算では倍率に応じたΔWの値を使用する。calculations.【0027】ここでは最大傾斜値法について説明した。manner,低倍率での測長値の倍率依存性を除去することができる。図9は、第4の実施の形態の説明図である。この実施の形態では、図9(a)に示すように、ラインプロファイルのスロープ部分に最大傾斜で接線を引き、上辺を直線近似して、ラインプロファイル全体を台形状に直線近似する。methodを求める。この方法による測定値が実寸法を反映したものであることは、図5(a)より明らかである。(a).【0028】図10は、第5の実施の形態の説明図である。この実施の形態は、低倍率での測長時は、最大傾斜値法あるいは直線近似法から閾値法に自動的に切り換えるものである。いま測長SEMにおいて、測定法が最大傾斜値法に設定されていたとする。図10(a)に示すように、高倍率での測長時には、設定通り最大傾斜値法でパターン寸法Wを測定する。何かの理由で倍率を低倍率に変更すると、図10(b)に示すように、ラインプロファイルの波形鈍りが大きくなるため、設定に従って最大傾斜値法で測長すると誤差が大きくなる。50%の閾値法に自動的に切り換えるものとする。method.【0029】ここでは、プローブに電子ビームを用いる測長SEMを例にとって説明した。)のようなものであっても構わない。一プローブ・一画素の場合を例として説明したが、この他にマルチプローブやマルチ画素のようなものにも適用できる。[0030]【発明の効果】本発明によると、低倍率領域においても測長値の倍率依存性を低減することができ、測長精度を向上することができる。DRAWINGS【図1】SEMの原理と構成を説明するための図。SEM.【図2】ラインプロファイルからパターン寸法を求めるための方法の説明図。profiles.【図3】測長値の倍率依存性の例を示す図。values.【図4】測長値のばらつきと倍率の関係を示す図。value.【図5】寸法測定値の倍率依存性のメカニズムを説明するための図。measurements.【図6】第1の実施の形態の説明図。embodiment.【図7】第2の実施の形態の説明図。embodiment.【図8】第3の実施の形態の説明図。embodiment.【図9】第4の実施の形態の説明図。embodiment.【図10】第5の実施の形態の説明図。前記走査ピッチを試料画像形成時とパターン寸法測定時とで変更することを特徴とするパターン寸法測定方法。低倍率領域では閾値を略50%のレベルに設定することを特徴とするパターン寸法測定方法。低倍率領域では直線近似法あるいは最大傾斜値法で求めた寸法値から観察倍率で決まる所定の値を差し引いた値を測長値とすることを特徴とするパターン寸法測定方法。測長アルゴリズムとして、直線近似線あるいは最大傾斜線を引いた後、閾値法で寸法を求めるアルゴリズムを用いることを特徴とするパターン寸法測定方法。低倍率領域では測長アルゴリズムを閾値法に切り換えることを特徴とするパターン寸法測定方法。前記プローブは電子ビームであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載のパターン測定方法。