JP2017027651A - 荷電粒子線装置およびプログラム記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】座標を補正するために行うグローバルアライメントにてパターンマッチングでアライメントパターンを検出するために使用するテンプレート画像を作成する場合に、設計データがなければテンプレート画像を作成することができない。【解決手段】荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子光学系と、前記試料を保持する試料ステージと、前記荷電粒子光学系および前記試料ステージを制御する制御装置と、前記荷電粒子線の照射により前記試料から得られる二次的荷電粒子の信号から前記試料の画像を生成する演算装置と、前記試料の画像を記憶する記憶装置と、を備える。前記演算装置は、予め撮像された複数の画像を重ね合わせて作成された合成画像上で指定されたパターンをテンプレートパターンとして設定し、前記テンプレートパターンと一致するパターンの位置を検出する。【選択図】図４

Description

本開示は、荷電粒子線装置に関し、グローバルアライメント機能を備えた荷電粒子線装置に適用可能である。

半導体デバイスの設計・製造においては、露光・エッチング装置等の製造装置における発塵管理や、ウェハ上に形成された回路パターン形状評価が重要であり、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）や走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）、走査型透過顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）等の荷電粒子線装置による検査・計測が行われている。ＳＥＭ式の荷電粒子線装置としては、測長用の走査電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）や欠陥レビュー用の走査電子顕微鏡（Defect Review Scanning Electron Microscope：ＤＲ−ＳＥＭ）が挙げられる。ＣＤ−ＳＥＭに代表される荷電粒子線装置においては、微細な回路パターンを撮像・評価するため、ウェハのグローバルアライメント（ウェハの位置ずれ・回転検出）を行う必要がある。グローバルアライメントでは、ウェハ上の座標既知であるパターンをアライメントパターンとして数箇所撮像する。この撮像画像と、予め用意したアライメントパターンの画像（以下、「グローバルアライメント用のテンプレート画像」または単に「テンプレート画像」という。）をマッチングすることにより、ウェハの位置ずれや回転を検出する。グローバルアライメント用のテンプレート画像は、特開２０１１−１３５０２２号公報（特許文献1）、特開２０１２−１４４７５号公報（特許文献２）、国際公開２０１２／０７０５４９号（特許文献３）に開示されるように、ウェハ上に形成される回路パターンの設計データに基づいて作成される。

特開２０１１−１３５０２２号公報 特開２０１２−１４４７５号公報 国際公開２０１２／０７０５４９号

しかしながら、特許文献1で説明されているウェハ上に形成される回路パターンの設計データからグローバルアライメント用のテンプレート画像を合成して作成するには設計データが必要となるが、検査情報を作成する装置上で設計データを使用するためには、設計データを装置上に読み込んでテンプレート画像を作成する機能、又は専用装置が必要となる。また、設計データからグローバルアライメント用のテンプレート画像を作成しても、半導体製造プロセスを経て試料上に形成される回路パターンは、必ずしも設計データの回路パターンと一致する形状とならず、グローバルアライメント時のパターンマッチング精度の低下は否めない。また、スループット低下の要因ともなる。特許文献２、特許文献３でも設計データを基に作成したテンプレート画像でグローバルアライメントのパターンマッチングを行うことが説明されているが、基となる設計データがなければグローバルアライメント用のテンプレート画像を作成することはできない。

そこで、本開示は、設計データを用いないでグローバルアライメント用のテンプレート画像を作成する荷電粒子線装置を提供することを課題とする。
その他の課題と新規な特徴は、本開示の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子光学系と、前記試料を保持する試料ステージと、前記荷電粒子光学系および前記試料ステージを制御する制御装置と、前記荷電粒子線の照射により前記試料から得られる二次的荷電粒子の信号から前記試料の画像を生成する演算装置と、前記試料の画像を記憶する記憶装置と、を備える。前記演算装置は、予め撮像された複数の画像を重ね合わせて作成された合成画像上で指定されたパターンをテンプレートパターンとして設定し、前記テンプレートパターンと一致するパターンの位置を検出する。

上記荷電粒子線装置によれば、設計データを用いないでグローバルアライメント用のテンプレート画像を作成することができる。

実施例に係る荷電粒子線装置の概略構成を示す図である。 実施例に係る荷電粒子線装置の検査シーケンスを示す図である。 実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント用の光学顕微鏡画像の例を示す図である。 実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメントでパターンマッチングに失敗した場合のウェハ上の位置ずれを示す図である。 実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント用の光学顕微鏡画像と荷電粒子顕微鏡画像でパターンマッチングに失敗した場合の撮像画像を示す図である。 実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント用のテンプレート画像の作成方法を示す図である。 実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント画像を示す図である。 実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント画像を示す図であり、（ａ）はグローバルアライメント画像を基に合成して作成した合成画像、（ｂ）は（ａ）を２値化した合成画像である。 実施例に係る荷電粒子線装置の合成画像を示す図であり、（ａ）は合成画像から不要な部分を削除した２値化画像を示し、（ｂ）は（ａ）の２値化画像から低倍率用のテンプレート画像を切り出す範囲を示す。 実施例に係る荷電粒子線装置の低倍率用のテンプレート画像から作成した高倍率用のテンプレート画像を示す図である。 実施例に係る荷電粒子線装置でのテンプレート画像作成画面を示す図である。

実施の形態の荷電粒子線装置は、グローバルアライメント用のテンプレート画像を作成する検査情報（レシピ）作成において、同じのデバイスや製造プロセスでの検査が既に実行されている場合に、撮像して得ているアライメントパターン画像を基にして、アライメントパターン画像を合成してテンプレート画像を作成する。

より具体的には、荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子光学系と、前記試料を保持する試料ステージと、前記荷電粒子光学系および前記試料ステージを制御する制御装置と、前記荷電粒子線の照射により前記試料から得られる二次的荷電粒子の信号から前記試料の画像を生成する演算装置と、前記試料の画像を記憶する記憶装置と、を備える。前記演算装置は、予め撮像された複数の画像を重ね合わせて作成された合成画像上で指定されたパターンをテンプレートパターンとして設定し、前記テンプレートパターンと一致するパターンの位置を検出する。
前記予め撮像された画像は、前記試料ステージに保持される試料と同じのデバイスまたは製造プロセスの試料の画像である。
前記合成画像は、予め撮像された複数の画像のうち類似度の高い画像を重ね合わせて作成される。
前記類似度の高い画像は、予め撮像された複数の画像を総当たりでパターンマッチングを行い、画像の組み合わせ毎の類似度を算出して決定する。
前記合成画像は複数生成され、複数の前記合成画像から選択された合成画像上で前記テンプレートパターンが設定される。
荷電粒子線装置は、画像を表示する表示装置を備え、前記合成画像を２値化した画像を表示する表示装置と、前記２値化した画像上で前記テンプレートパターンを指定入力する入力装置と、を備える。
荷電粒子線装置は、前記テンプレートパターンを含む画像であるテンプレート画像から必要な範囲を選択して切り出し、低倍率用のテンプレート画像を作成する。
荷電粒子線装置は、前記低倍率用のテンプレート画像を基に高倍率用のテンプレート画像を作成する。
荷電粒子線装置は、光学顕微鏡を備え、前記予め撮像された画像は前記光学顕微鏡によって撮像されたものである。
荷電粒子線装置は、前記テンプレートパターンと一致するパターンの位置に基づいて前記試料の位置ずれを補正する。

本実施の形態の荷電粒子線装置によれば、半導体ウェハなどの試料表面上にパターン形成されたアライメントパターンとパターンマッチングを行うためのグローバルアライメント用のテンプレート画像の作成において、試料や設計データを必要とせず、また、既に撮像して得ているアライメントパターン画像を基に作成するため、設計データから作成したグローバルアライメント用のテンプレート画像よりパターンマッチングの精度向上が期待できる。

さらに、装置上で試料や設計データを必要としないため、装置上に設計データを読み込んで設計データを基にグローバルアライメント用のテンプレート画像を作成する機能、又は専用装置も不要であり、同一のデバイスや製造プロセスの検査を既に実行していれば、いつでもグローバルアライメント用のテンプレート画像が作成可能となり、レシピ作成時に試料が装置内の試料ステージに搬送されるまで待つといった煩わしさも解消される。そして、試料を必要としないため、グローバルアライメント用のテンプレート画像を撮像するための試料表面への不要な電子ビームの照射を行う必要がなく、試料表面へのコンタミネーションやダメージを抑制することができる。

以下、実施例および変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。以下の実施例では、欠陥レビュー用の荷電粒子線装置（ＤＲ−ＳＥＭ）を例に説明するが、それに限定されるものではなく、ＣＤ−ＳＥＭ等のグローバルアライメント機能を備えた荷電粒子線装置に適用できることはいうまでもない。

図１は実施例に係る荷電粒子線装置の概略構成を示すものである。図１は荷電粒子線装置１００に試料１０３が搬入された状態を示している。荷電粒子線装置１００は、荷電粒子源１０２を備えた荷電粒子光学系１０１と、試料１０３が固定される試料ステージ１０６と、それらを制御する制御装置１４１と、制御装置１４１への入力および表示等を行うホスト装置１４２と、自動欠陥検査、分類シーケンスを行う欠陥レビュー装置１４３を有する。制御装置１４１およびホスト装置１４２のそれぞれは演算装置ともいう。荷電粒子としては、例えば電子またはイオンを用いる。

オペレータ操作用モニタ１３２、又は外部インターフェース１３３を介して入力された検査情報を基に、装置制御部１３１が搬送制御部１３５、ステージ制御部１３４、荷電粒子光学系制御部１３０、画像処理制御部１２７を介して自動的にグローバルアライメントを行って試料１０３と試料ステージ１０６との座標ずれや回転ずれの補正を行い、欠陥を検出する制御を行っている。装置制御部１３１およびオペレータ操作用モニタ１３２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラムやデータを記憶する記憶装置（メモリ）等で構成される。また、ハードディスク等で構成される補助記憶装置１３８には、種々のプログラムやデータが格納される。なお、ＤＶＤ等の非一時的かつ有形の記憶媒体に格納されたプログラムは、外部インターフェース１３３を介して補助記憶装置１３８に入力される。

検査要求が入力されることにより装置制御部１３１が検査シーケンスを実行して搬送制御部１３５へ試料搬送指示を出して試料１０３を、試料交換室１０４を経由して試料室１０５にある試料ステージ１０６上に搬送して保持する。装置制御部１３１が各欠陥候補の座標位置や荷電粒子光学系条件などのレシピ情報を外部インターフェース１３３や補助記憶装置１３８から読み込んで、ステージ制御部１３４は装置制御部１３１からの欠陥候補の座標位置を基にグローバルアライメントによる補正量を加味して試料ステージ１０６を制御して荷電粒子線が正確に走査されるように欠陥候補の座標を合わせる。荷電粒子光学系制御部１３０は装置制御部１３１からの加速電圧、リターディング電圧、撮像倍率などの荷電粒子光学系条件を基に高電圧制御部１０８、リターディング電圧制御部１０９、第一コンデンサレンズ制御部１１０、第二コンデンサレンズ制御部１１１、アライメント制御部１１２、偏向電流制御部１１３、対物レンズ制御部１１４を制御して最適な荷電粒子線の走査が可能となるように制御する。高電圧制御部１０８を介して引出し電極１１５を制御することにより荷電粒子源１０２から一次荷電粒子線１１６が引き出され、第一コンデンサレンズ１１７、第二コンデンサレンズ１１８を通過してアライメントコイル１１９で軸調整が行われ、偏向コイル１３７、対物レンズ１２０を通過した一次荷電粒子線１１６は各光学レンズの作用により収束され試料１０３上の欠陥候補の座標位置を中心として走査される。一次荷電粒子線１１６が試料１０３上に走査されると試料１０３表面上で発生した二次荷電粒子線１２１が二次荷電粒子検出器１２２により捕捉され、電気信号として増幅器１０７で増幅される。

画像処理制御部１２７は増幅器１０７で増幅された電気信号を輝度情報に変換して撮像画像として画像メモリ１２６に格納し、画像補正制御部１２８で輝度補正処理を行ってから画像表示部１２９へ転送され撮像した二次荷電粒子像が表示される。

また、画像メモリ１２６に欠陥候補の撮像画像が格納されると、自動的に欠陥検出制御部１２３が撮像画像を基に欠陥であるかの判別を行い、真に欠陥として検出された撮像画像は自動的に自動欠陥分類制御部１２４へ転送され、検出された欠陥の分類や分析が行われて結果が表示モニタ１２５に表示される。また、光学顕微鏡画像の撮像用途として試料室１０５の上部に光学顕微鏡１３６が配置されている。光学顕微鏡１３６で撮像された画像は増幅器１０７を介して画像処理制御部１２７に送られる。

ＤＲ−ＳＥＭである荷電粒子線装置１００は、荷電粒子線を用いて試料１０３（例えば、半導体ウェハ）上の不特定の座標位置に点在する欠陥（例えば、パターン形成異常）を、予め光学式、又は荷電粒子線式欠陥検査装置にて検査して得た位置情報などの検査結果を基に、自動的に欠陥を検出し、形状等の観察、及び分類を行う。欠陥を検出するために、まず試料１０３上の不特定の座標位置に点在する全欠陥候補から検査したい欠陥候補をサンプリングしておき、欠陥候補の位置情報を基に試料１０３上での正確な座標位置を認識するために試料１０３上のある特定部位に存在するアライメントパターンをグローバルアライメント用のテンプレート画像とパターンマッチングすることで正確な位置を検出し、位置情報に対して位置ずれ量や回転ずれ量の補正を行うことでステージ移動後の撮像視野内に欠陥候補が捉えられるようにしておく。そして、低倍率で一次荷電粒子線（以下、荷電粒子線）を走査して欠陥候補と比較するための参照画像（以下、低倍参照画像）と欠陥候補の画像（以下、低倍欠陥画像）を撮像する。そして、撮像して得た低倍参照画像と低倍欠陥画像の差画像を生成して、差画像上で差異のある箇所の正確な座標位置を特定し、差異のある箇所が真に欠陥であるかどうかの判別を容易にすることが可能となる高倍率に切り替えてから荷電粒子線を走査して欠陥画像（以下、高倍欠陥画像）を撮像し、自動的に欠陥を認識する処理（Automatic Defect Review：ＡＤＲ）を経て欠陥候補が真に欠陥か虚報であるかを判別する。また、同時に自動的に欠陥を分類する処理（Automatic Defect Classification：ＡＤＣ）により、撮像して得た画像を基に形状等により多種多様な分類を行う。

次にグローバルアライメントが行われる検査シーケンスについて図２、図３Ａ〜図２Ｃを参照して説明する。
図２は実施例に係る荷電粒子線装置の検査シーケンスを示す図である。図３Ａは実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント用の光学顕微鏡画像の例を示す図である。図３Ｂは実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメントでパターンマッチングに失敗した場合のウェハ上の位置ずれを示す図である。図３Ｃは実施例に係わる荷電粒子線装置のグローバルアライメント用の光学顕微鏡画像と荷電粒子顕微鏡画像でパターンマッチングに失敗した場合の撮像画像を示す図である。

まず、装置制御部１３１にオペレータ操作用モニタ１３２から検査要求が入力されるとステップ２０１で試料ステージ１０６上に試料１０３が搬送される。この間、ステップ２０８でのグローバルアライメントを行う各点の座標や撮像条件といったレシピ情報を読み込み、読み込んだレシピ情報に従ってステップ２０９での加速電圧やプローブ電流などの荷電粒子光学系条件の設定を行ってもよい。試料１０３の搬送完了後、試料ステージ１０６上に試料１０３を載せることで生じるステージ１０６と試料１０３との座標ずれや回転ずれを補正して合せる必要がある。補正はステップ２０２、２０３でのグローバルアライメントで行っている。ここで、グローバルアライメントをリトライなく成功させるためには、試料１０３の表面上に点在して形成されているアライメントパターンを撮像視野内に捉える必要があり、まずステップ２０２では光学顕微鏡１３６にて撮像倍率の低い光学顕微鏡画像を撮像して粗めの座標補正を行う。撮像した光学顕微鏡画像に含まれるアライメントパターンと光学顕微鏡用テンプレート画像に含まれるアライメントパターン（テンプレートパターン）とでパターンマッチングを行って座標のずれ量を算出して補正値を決定する。また、撮像した光学顕微鏡画像はグローバルアライメント画像情報として補助記憶装置１３８等に保存する。次にステップ２０３では高倍率である荷電粒子顕微鏡でアライメントパターンを撮像視野内に捉えるためには試料１０３自体の回転ずれ量の補正も行う必要があり、低倍率の光学顕微鏡１３６を用いて少なくとも２点以上でグローバルアライメントを行ってステージＸＹ座標系での試料中心を求めておくことも必要である。低倍率でのグローバルアライメント完了後に高倍率の荷電粒子顕微鏡画像を撮像する設定に切り替えて高精度な座標補正を行う。撮像した荷電粒子顕微鏡画像に含まれるアライメントパターンと荷電粒子顕微鏡用テンプレート画像に含まれるアライメントパターン（テンプレートパターン）とでパターンマッチングを行って座標のずれ量を算出して補正値を決定する。ここで、低倍率で求めた座標ずれ、回転ずれの補正値の誤差が大きいと高倍率で撮像したとき撮像画像の視野内にアライメントパターンが入らず、本来は不要であるアライメントパターン座標周辺をサーチするなどの追加処理が必要となりアライメントパターンを検出するまでに時間を要すことになりスループット低下の要因となる。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを例に表示領域が１３５×１３５ｍｍのときの低倍率の光学顕微鏡画像３０３の実表示領域（Field of View：ＦＯＶ）が６７５μｍで、高倍率の荷電粒子顕微鏡画像３０９のＦＯＶが１３.５μｍと仮定し、光学顕微鏡画像／荷電粒子顕微鏡画像の倍率比が５０倍として説明する。試料ステージ３０１上のウェハ３０２上に形成されているＬ字状のアライメントパターン３０５、３０６を光学顕微鏡１３６で撮像した光学顕微鏡画像３０３、３０４を基に補正した場合に、ステージＸ，Ｙ座標ずれと回転ずれの量の補正値の誤差が小さければ高倍率の荷電粒子顕微鏡画像に切り替えたとき、撮像視野内にアライメントパターンの領域３０８が入る。ここで、アライメントパターンの領域３０８は、光学顕微鏡画像における荷電粒子顕微鏡画像用のアライメントパターンの領域を示している。しかし、誤差が大きいと図３Ｂのように荷電粒子顕微鏡での撮像画像３０９の視野内にパターンの形状がなく撮像画像３０９の視野外３１１の周辺を探索してアライメントパターンの領域３１０を検出しなければならない。ここで、アライメントパターンの領域３１０は、荷電粒子顕微鏡画像における荷電粒子顕微鏡画像用のアライメントパターンの領域を示している。また、図３Ｃの光学顕微鏡画像３０４に示すアライメントパターン３０６とのパターンマッチング時にアライメントパターン３０６ではなく８５μｍ右側に隣り合うラインパターン３０７を誤ってマッチングすることにより、本来なら荷電粒子顕微鏡画像３１２のように撮像視野内にアライメントパターンの領域３１０が入るところが、荷電粒子顕微鏡画像の撮像視野内にアライメントパターンの領域３１０が入らない荷電粒子顕微鏡画像３１３のようになる。そのため、低倍率である光学顕微鏡画像でグローバルアライメントのパターンマッチングを高精度で行うために、テンプレート画像に含まれるアライメントパターン（テンプレートパターン）が実回路パターンに近似している、又は同じであった方が良いことは言うまでもない。

グローバルアライメント後は各欠陥候補の自動欠陥検査や分類シーケンス（ステップ２０４〜ステップ２０７）が実行されるが、グローバルアライメントで得た座標ずれ、回転ずれの補正値をレシピ情報の各欠陥候補の座標の補正量としてステージ移動時に加味してもよいし、一括して座標を再計算してもよい。

次にグローバルアライメントで使用するテンプレート画像の作成について図４〜図８を参照して説明する。
図４は実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント用のテンプレート画像の作成方法を示す図である。図５は実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント画像を示す図である。図６（ａ）は実施例に係る荷電粒子線装置のグローバルアライメント画像を基に合成して作成した合成画像を示す図で、図６（ｂ）は実施例に係る荷電粒子線装置の２値化した合成画像を示す図である。図７（ａ）は実施例に係る荷電粒子線装置の合成画像から不要な部分を削除した２値化画像を示す図で、図７（ｂ）は実施例に係る荷電粒子線装置の２値化画像から低倍率用のテンプレート画像を切り出す範囲を示す図である。図８は実施例に係わる荷電粒子線装置の低倍率用のテンプレート画像から作成した高倍率用のテンプレート画像を示す図である。

新しいデバイスやプロセスで製造された試料の初回のレシピ（グローバルアライメントを行う各点の座標や撮像条件といったレシピ情報）作成時は、同じデバイスやプロセスでの検査レシピを実行して得た情報が全くないため、アライメント画像情報を有していない。そのため、グローバルアライメント用のテンプレート画像は従来の方法で作成する。例えば、試料がある場合は撮像して得たアライメントパターン周辺部の画像からアライメントパターン部を切り出せばよい。試料がない場合は、オペレータ操作用モニタ１３２において手書きでアライメントパターン部を生成してもよいし、一般に市販されている画像処理ツールなどを使用してパターン画像を作成してもよいだろう。

設計データがあればアライメントパターンを生成することは可能であるが、設計データから生成したアライメントパターンは試料上に生成された実回路パターンの線分の長さや太さが一致しないことは言うまでもなく、パターンマッチング時の精度の低下は避けられない。

ここで、検査レシピが実行されるとグローバルアライメントによる座標補正が行われるため、パターンマッチング用に撮像した実回路パターンのアライメントパターン画像を蓄積することができる。同じデバイスや製造プロセスであれば、設計データがなくともレシピを実行して得たアライメントパターン画像を基に、後述するように画像を重ね合わせて合成することでアライメントパターン画像を生成することが可能である。また、設計データから生成したテンプレート画像と比較しても蓄積されている実回路パターンでのアライメントパターン画像から合成して生成したテンプレート画像のほうが、実回路パターンに近似した線分形状で生成することが可能であり、パターンマッチング精度の低下も防止することができる。

図４でテンプレート画像の作成方法についての一例を説明する。検査が実行される度にグローバルアライメントが実行され、試料上で撮像して得た実回路パターンでのアライメント画像情報が装置に蓄積される。テンプレート画像の作成は装置に蓄積されたアライメントパターン画像情報を基に行うため、まず、ステップ４０１で作成対象であるデバイス名称、又は製造プロセス名称を検索条件として、蓄積してあるアライメントパターン画像情報から条件と一致するアライメントパターン画像情報をすべて抽出する。ステップ４０２において、アライメントパターン画像情報が抽出できたか否かを判断し、アライメントパターン画像情報が抽出できた場合はステップ４０３へ、抽出できなかった場合は、ステップ４０９の従来の手法でテンプレート画像を作成する。

次にステップ４０３では、抽出したアライメントパターン画像に対して総当たりで画像の類似度を算出する。類似度は既知の画像処理アルゴリズムであるＳＳＤ（Sum of Squared Difference）やＳＡＤ（Sum of Absolute Difference)などを用いてパターンマッチングを行うことで算出する。ステップ４０４で算出して得た類似度の高い画像の組み合わせを基に、各画像の類似度の高いパターン線分位置を重ね合わせて合成画像を作成する。実回路パターンの撮像画像を用いるため、アライメントパターンとする直線に擦れや歪みがある場合がある。また、複数の実回路パターンの撮像画像には同一画像というのはありえない。したがって、最も類似する撮像画像を数点合成することにより、テンプレート画像に適した画像を得ることができる。類似度の高いパターン線分位置を重ね合わせて画像を合成することで、実回路パターンでのアライメントパターンに近似した線分形成を有する合成画像が作成できる。

抽出したアライメントパターン画像が図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の４つであったとすると、画像を合成すると図６（ａ）に示すようにアライメントパターン６０１とパターンマッチング時にアライメントパターンと誤認識するようなラインパターン線分６０２を含む画像となる場合がある。図６（ｂ）に示すように合成画像を２値化すると誤認識するパターン線分６０２が目視で判別し易くなる。このように、合成画像の生成では、マッチングにより抽出したすべての画像を合成に使用すると、合成に用いる画像処理アルゴリズムによっては極隣接する線分の隙間を中間色で穴埋めすることで実際とは異なる太い線になったりすることがあるため、３つ程度の画像で合成したほうが良いこともある。検査レシピを実行する度に蓄積されていく実回路パターンでのアライメントパターン画像情報が増えていくので、合成画像が何点も得られる。そこで、ステップ４０５では、ステップ４０４で作成した数点の合成画像から最適と思われる画像を選択してテンプレート画像候補を決定する。選択するテンプレート画像候補は複数でもよく、その場合はパターンマッチング時に使用するテンプレート画像の優先度も画像情報に付加しておくとよいだろう。

そして、ステップ４０６ではパターンマッチング時に使用する画像処理アルゴリズムによっては、特徴的な線分パターンの影響を受けてパターンマッチング精度を低下させることもあるため、テンプレート画像候補から線分抽出を行い、パターンマッチングに影響すると思われる不要な線分形状を削除して図７（ａ）に示すような２値化画像７０１を作成する。ステップ４０７では図７（ｂ）に示すように２値化画像７０１からテンプレート画像として必要な範囲７０２を選択して切り出し、低倍率での光学顕微鏡画像用のテンプレート画像７０３を作成する。図７（ｃ）のアライメントパターン６０１がテンプレート画像７０３に含まれるテンプレートパターンである。ここで、パターンマッチングの精度を向上させるために、線分パターンを太らせるなどの工夫を加味してもよい。

低倍率での光学顕微鏡画像用のテンプレート画像の作成が完了したら、ステップ４０８では低倍率でのテンプレート画像７０３を基に高倍率での荷電粒子顕微鏡画像用のテンプレート画像８０２を作成する。図８に示すように、まず、撮像倍率に合せて低倍率でのテンプレート画像７０３での高倍率時の視野中心となるアライメントパターンのラインパターン線分６０１が直角に交わる点８０１を拡大する。次に拡大した画像から範囲を選択して切り出し、荷電粒子顕微鏡画像用テンプレート画像８０２を作成する。図８のアライメントパターン８０１がテンプレート画像８０２に含まれるテンプレートパターンである。荷電粒子顕微鏡画像用テンプレート画像に関しては、既にアライメントパターン画像を合成して作成した光学顕微鏡画像用のテンプレート画像があるため容易に自動作成も可能である。

図９は実施例に係わる荷電粒子線装置でのテンプレート画像作成画面を示す図である。

グローバルアライメント用のテンプレート画像の作成は、図９に示すようなＧＵＩ（Graphical User Interface）により行う。まず、グローバルアライメント用のテンプレート画像を作成するため、オペレータ操作用モニタ１３２又は外部インターフェース１３３（表示装置および入力装置）にて、テンプレート画像作成画面９０１のパラメータ入力域であるデバイス名称入力域９０２又はプロセス名称入力域９０３に名称を入力して検索９０４を実行する。

入力した検索条件に合致したアライメントパターン画像の一覧がアライメントパターン画像一覧９０５に表示される。次に、画像を合成する画像処理アルゴリズムの実行条件を条件９０６のプルダウンメニューから選択する。ここでの画像処理アルゴリズムは、例えばエッジ検出前に画像に対して行うフィルタ類（例えば、ガウシアンやスムージング）である。そして、画像合成実行９０７をマウスでクリックすることにより一覧に表示されているすべての画像を総当たりでパターンマッチングを実行し、合成した画像でマッチングスコア値の高い順に合成画像一覧９０８の左から２値化された合成画像を表示する。そして、パターンマッチングに不要と思われる線分がある場合は個々に合成画像一覧９０８上で画像をマウスでクリックして選択して拡大表示し、マウスで範囲を選択して削除する。不要と思われる線分が無くなるまで上記操作を繰り返し行う。ここで、アライメントパターン画像が蓄積されてくると画像情報量も増えてくるため、情報量が多い場合はアライメントパターン画像一覧９０５に表示された画像情報から任意選択してからパターンマッチングを実行してもよい。

低倍率用合成画像一覧９０８にて最適と思われる合成画像をマウスでクリックして選択し、低倍率用のテンプレート画像としてレシピ情報に登録するため、低倍画像登録９０９をマウスでクリックして実行する。低倍画像登録９０９を実行することにより、高倍画像の作成も自動で行われ、実行結果が高倍率用合成画像一覧９１０に表示される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態、実施例および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態、実施例および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

１０１・・・荷電粒子光学系
１０２・・・荷電粒子源
１０３・・・試料
１０４・・・試料交換室
１０５・・・試料室
１０６・・・試料ステージ
１０７・・・増幅器
１０８・・・高電圧制御部
１０９・・・リターディング電圧制御部
１１０・・・第一コンデンサレンズ制御部
１１１・・・第二コンデンサレンズ制御部
１１２・・・アライメント制御部
１１３・・・偏向電流制御部
１１４・・・対物レンズ制御部
１１５・・・引出し電極
１１６・・・一次荷電粒子線
１１７・・・第一コンデンサレンズ
１１８・・・第二コンデンサレンズ
１１９・・・アライメントコイル
１２０・・・対物レンズ
１２１・・・二次荷電粒子線
１２２・・・二次荷電粒子検出器
１２３・・・欠陥検出制御部
１２４・・・自動欠陥分類制御部
１２５・・・表示モニタ
１２６・・・画像メモリ
１２７・・・画像処理制御部
１２８・・・画像補正制御部
１２９・・・画像表示部
１３０・・・荷電粒子光学系制御部
１３１・・・装置制御部
１３２・・・オペレータ操作用モニタ
１３３・・・外部インターフェース
１３４・・・ステージ制御部
１３５・・・搬送制御部
１３６・・・光学顕微鏡

Claims (15)

1. 試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子光学系と、
   前記試料を保持する試料ステージと、
   前記荷電粒子光学系および前記試料ステージを制御する制御装置と、
   前記荷電粒子線の照射により前記試料から得られる二次的荷電粒子の信号から前記試料の画像を生成する演算装置と、
   前記試料の画像を記憶する記憶装置と、
   を備え、
   前記演算装置は、予め撮像された複数の画像を重ね合わせて作成された合成画像上で指定されたパターンをテンプレートパターンとして設定し、前記テンプレートパターンと一致するパターンの位置を検出することを特徴とすることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記予め撮像された画像は、前記試料ステージに保持される試料と同じのデバイスまたは製造プロセスの試料の画像であることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１において、
   前記合成画像は、予め撮像された複数の画像のうち類似度の高い画像を重ね合わせて作成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項３において、
   前記類似度の高い画像は、予め撮像された複数の画像を総当たりでパターンマッチングを行い、画像の組み合わせ毎の類似度を算出して決定することを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１において、
   前記合成画像は複数生成され、
   複数の前記合成画像から選択された合成画像上で前記テンプレートパターンが設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項１において、
   前記合成画像を２値化した画像を表示する表示装置と、
   前記２値化した画像上で前記テンプレートパターンを指定入力する入力装置と、を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１において、
   前記テンプレートパターンを含む画像であるテンプレート画像から必要な範囲を選択して切り出し、低倍率用のテンプレート画像を作成することを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項７において、
   前記低倍率用のテンプレート画像を基に高倍率用のテンプレート画像を作成することを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１において、
   光学顕微鏡を備え、
   前記予め撮像された画像は前記光学顕微鏡によって撮像されたものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項１において、
    前記テンプレートパターンと一致するパターンの位置に基づいて前記試料の位置ずれを補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子光学系と、前記試料を保持する試料ステージと、前記荷電粒子光学系および前記試料ステージを制御する制御装置と、前記荷電粒子線の照射により前記試料から得られる二次的荷電粒子の信号から前記試料の画像を生成する演算装置と、前記試料の画像を記憶する記憶装置と、を備える荷電粒子線装置によって読み取り可能であり、
    予め撮像された複数の画像を重ね合わせて作成された合成画像上で指定されたパターンをテンプレートパターンとして設定し、前記テンプレートパターンと一致するパターンの位置を検出することを特徴とすることを特徴とする非一時的かつ有形のプログラム記憶媒体。
12. 請求項１１において、
    前記合成画像は、予め撮像された複数の画像のうち類似度の高い画像を重ね合わせて作成されることを特徴とする非一時的かつ有形のプログラム記憶媒体。
13. 請求項１２において、
    前記類似度の高い画像は、予め撮像された複数の画像を総当たりでパターンマッチングを行い、画像の組み合わせ毎の類似度を算出して決定することを特徴とする非一時的かつ有形のプログラム記憶媒体。
14. 請求項１１において、
    前記合成画像は複数生成され、
    複数の前記合成画像から選択された合成画像上で前記テンプレートパターンが設定されることを特徴とする非一時的かつ有形のプログラム記憶媒体。
15. 請求項１１において、
    前記テンプレートパターンと一致するパターンの位置に基づいて前記試料の位置ずれを補正することを特徴とする非一時的かつ有形のプログラム記録媒体。

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