WO2017130304A1

WO2017130304A1 - 計測装置、方法および表示装置

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Publication number: WO2017130304A1
Application number: PCT/JP2016/052225
Authority: WO
Inventors: 裕治高木; 文彦福永; 泰範後藤
Original assignee: 株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-08-03
Also published as: US10996569B2; KR102278879B1; KR20180082575A; US20190033728A1

Abstract

基準画像を利用したオーバーレイ計測方法において、理想的な基準画像がなくともオーバーレイ量を算出する、という課題がある。本発明の特定の実施例に記載の計測装置は、半導体ウェーハ表面の回路パターンを光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡によって撮像する撮像部と、撮像部が撮像した画像から、第１パターンおよび第２パターンを抽出するパターン認識部（２００１）と、複数の前記画像から抽出した第１パターンを用いて第１基準画像を合成し、複数の前記画像から抽出した第２パターンを用いて第２基準画像を合成する基準画像生成部（２００２）と、第１基準画像と第１パターンとの差異である第１差異および、前記第２基準画像と第２パターンとの差異である第２差異を定量化する定量化部（２００３）と、第１差異および第２差異を用いて回路パターンに含まれるオーバーレイ量を算出する算出部（２００４）と、を有することを特徴とする。

Description

計測装置、方法および表示装置

　本発明は半導体ウェーハの製造中において生じるオーバーレイを計測する装置、方法および表示装置に関するものである。

　一般的に半導体製品は，動作に必要な回路パターンを形成するために複数回の露光工程が必要である。例えば，複数層の回路パターンからなる半導体製品の製造では，各層の回路パターンを形成するための露光工程のほか，各層を接続するホールを形成するための露光工程が必要となる。

　半導体製造においては，複数回の露光工程により形成される回路パターンの位置を許容される範囲内に合わせることが重要となる。許容範囲内に収まらない場合，適切な電気特性が得られず，歩留まりが低下する。そのため，露光間の回路パターンの合わせずれ（オーバーレイ）を計測し，露光装置にフィードバックする事が行われている。

　従来オーバーレイ計測はチップ周辺に設けられた専用マークを光学的に計測し、チップ内部のオーバーレイ計測結果をその補間により得ていたが、半導体プロセスの微細化に伴い，オーバーレイの許容範囲も小さくなっており，オーバーレイ計測をデバイスの製品回路パターンの任意の位置で直接計測する必要性が高まっている。

　特許文献１には、計測箇所の基準画像を予め撮像しておき、計測のために撮像した計測画像の双方に対し、各層に形成される回路パターンを認識し、各パターンについて基準画像と計測画像の位置ずれ量を独立に算出し、算出された位置ずれ量の差分からオーバーレイを算出する方法が開示されている。

特開２０１３－１６８５９５号公報

　基準画像を利用してオーバーレイを計測する方法は製品回路内のオーバーレイ計測に有効な方法であるが、試作する過程においては、オーバーレイやパターンの出来栄えにバラツキのあるプロセス初期段階の段階が存在し、このような場合にも常に理想的な基準画像が得られるわけではない。このように、理想的な基準画像が得られない場合においてもオーバーレイを算出したいというさらなる課題がある。

　本発明は，基準画像を利用したオーバーレイ計測方法において、適切な基準画像が無くともオーバーレイを算出することを可能とするものである。

　上記課題を解決するために，例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用するが、その一例を挙げるならば，計測装置であって、検査対象物表面の回路パターンを光線あるいは電子線を用いて撮像する撮像部と、撮像部が撮像した画像から、第１パターンおよび第２パターンを抽出するパターン認識部と、複数の画像から抽出した第１パターンを用いて第１基準画像を合成し、複数の画像から抽出した第２パターンを用いて第２基準画像を合成する基準画像生成部と、第１基準画像と第１パターンとの差異である第１差異および、第２基準画像と第２パターンとの差異である第２差異を定量化する定量化部と、第１差異および第２差異を用いて回路パターンに含まれるオフセット量を算出する算出部と、を有することを特徴とする。

　あるいは、計測方法であって、検査対象物表面の回路パターンを光線あるいは電子線を用いて撮像する第１ステップと、第１ステップで撮像した画像から、第１パターンおよび第２パターンを抽出する第２ステップと、複数の画像から抽出した第１パターンを用いて第１基準画像を合成し、複数の画像から抽出した第２パターンを用いて第２基準画像を合成する第３ステップと、第１基準画像と第１パターンとの差異である第１差異および、第２基準画像と第２パターンとの差異である第２差異を定量化する第４ステップと、第１差異および第２差異を用いて回路パターンに含まれるオフセット量を算出する第５ステップと、を有することを特徴とする。

　本発明では基準画像を用いた製品回路内でのオーバーレイ計測方法及び装置において、プロセス初期段階でもオーバーレイを算出することが可能となる。

　上記した課題，構成及び効果の詳細、および上記以外の課題，構成及び効果は，以下の実施形態の説明により明らかにされる。

オーバーレイ計測装置の構成図である。計測対象となる半導体装置の斜視図である。合わせずれの無いデバイスの撮像画像例である。合わせずれのあるデバイスの撮像画像例である。オーバーレイ計測装置の動作の全体フロー図である。オーバーレイ算出のフロー図である。基準データの生成フロー図である処理された画像の例を示す図である基準画像生成のための操作画面例である。上層基準画像の画像例である。下層基準画像の画像例である。基準データの画像例である。上層基準画像に重畳表示される上層カーソルの例である。下層基準画像に重畳表示される下層カーソルの例である。上層カーソルと下層カーソルの中心が一致した状態を示す図である。上層基準画像に上層カーソルの位置を固定して表示した表示例である。下層基準画像に下層カーソルの位置を固定して表示した表示例である。カーソル付きの上層基準画像と下層基準画像を位置合わせして表示した表示例である。基準画像更新操作画面の画面例である。画像処理部１１０の詳細を示す図である。

　以下に，本発明に関わる画像自動分類装置について説明する。本実施例では走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を備えた撮像装置で撮像した画像を用いてオーバーレイ計測を行う場合を対象に説明するが，本発明に関わる撮像装置はＳＥＭ以外でも良く，イオンなどの荷電粒子線を用いた撮像装置でも良い。

　図１に本発明に関わるオーバーレイ計測装置の全体構成図を示す。本実施形態である走査型電子顕微鏡装置１００は、ウェーハ１０７を載置するステージ１０６、電子銃１０２より放出された電子ビーム１０１を制御する照射光学系、試料上から放出される２次電子を検出する検出器１０８、検出信号の信号処理系より構成される。照射光学系は、電子銃１０２、および、電子ビーム１０１の経路上にあるコンデンサレンズ１０３、偏向コイル１０４、対物レンズ１０５により構成される。電子ビーム１０１はこの光学系によりウェーハ１０７上のオーバーレイ計測対象の所定領域で集光される。

　検出器１０８により検出された２次電子はＡ／Ｄコンバータ１０９によりデジタル信号に変換される。変換後のデジタル信号は画像処理部１１０に送られ、画像処理部１１０では、メモリ内に格納されたデジタル信号を必要に応じて取り出し、画像処理を行い、計測処理等を行なう。１１１はステージコントローラを、１１２は電子光学系制御部を、１１３は装置全体の制御部であり、１１４は制御部に接続されている入出力用の表示端末であり、計測結果の表示なども行う。

　画像処理部１１０乃至、全体制御部１１３乃至、制御端末１１４へは記録媒体（図示せず）が接続可能となっており、画像処理部１１０で実行されるプログラムを、この記録媒体から読み出し、画像処理部１１０にロードできる構成となっている。Ａ／Ｄコンバータ１０９、画像処理部１１０、全体制御部１１３は１１５に示すバスあるいはネットワークにより繋がれている。なお、本実施例では電子顕微鏡による撮像画像について処理を行っているが、光学顕微鏡などで光学的に撮像した画像についても同様に本発明を適用することが可能である。

　以降の説明において、計測の対象となるデバイスパターンの例を図２で、その撮像画像例を図３、図４で説明する。図２はデバイスパターンの俯瞰図であり、下地基材２００の上に第１のパターンである下層パターン２０１および、第２のパターンである上層パターン２０２が形成された状態を示す。パターン２０１と２０２は異なるリソグラフィプロセスにて形成されたものである。

　図２ではパターン２０１と２０２は異なる層に形成された状態を示しているが、同じ層に形成されたパターンであっても、相互のパターンに合わせずれが生じるものであれば、オーバーレイ計測の対象となる場合もあり、この場合第１のパターンと、第２のパターンは、異なるリソグラフィプロセスにて形成されたパターンと定義される。

　図３と図４は、図２で示したパターンの撮像画像例である。図３は下層のパターン２０１に対して、上層のパターン２０２が合わせずれなく形成された状態の画像例、図４は下層のパターン２０１と上層のパターン２０２の間に合わせずれが生じた状態の画像例である。

　図５に計測時の全体フローチャートを示す。まず、観察対象であるウェーハを図１に示した走査型電子顕微鏡装置１００のステージ１０６にロードする（Ｓ５００）。次に計測点数Ｎからなる計測位置座標データを全体制御部１１３の外部入出力Ｉ／Ｆ（図示せず）を介して読み込む（Ｓ５０１）。同様にして基準データを読み込む（Ｓ５０２）。

　基準データは上層基準画像と下層基準画像、両画像間のオフセットから構成されるもの、あるいは両画像間のオフセットを使って上層基準画像と下層基準画像を１枚の基準画像に合成したものであるが、詳細は図７以降で述べる。次にウェーハのアライメントを行う（Ｓ５０３）。これは、ウェーハ上の座標で記述されている計測位置座標の位置に基づいてステージ１０６を移動したとき、目標である計測点が視野の中央にくるようにするため、ウェーハ上の座標が既知のウェーハ上の位置決めマークを用いて、ウェーハ座標とステージ座標とを関連付けるものである。

　以降、全ての計測点について順次Ｓ５０５からＳ５０８で示す一連の手順を繰り返し、オーバーレイ計測を行う。まずｎ番目の計測点位置にステージ移動する（Ｓ５０５）。図には示さないが、計測点近傍にステージ移動し詳細な座標補正を行った後に、ビーム移動によって計測点の視野出しを行ってもかまわない。

　次に計測点において計測パターンを撮像し（Ｓ５０６）、オーバーレイ計測処理を行う（Ｓ５０７）。Ｓ５０７については図６で詳細に説明するが、Ｓ５０７内で実行される回路パターン認識処理（Ｓ６０１）、画像差異定量化処理（Ｓ６０２，Ｓ６０３）は図１の画像処理部１１０内の各処理部２００１から２００４で実行される。

　次の計測点へのステージ移動は、オーバーレイ計測処理（Ｓ５０７）の終了を待たずに実行してもかまわない。次の計測点へのステージ移動の時間内に計測処理が終了するのであれば、移動中に計測処理を行う。次の計測点へのステージ移動時間内に計測処理が終了できない場合は、撮像と計測処理を非同期化し、撮像画像を逐次処理するか、撮像画像を一旦蓄積し別途オフラインでバッチ処理を行えばよい。次の計測点がある場合は次の計測点に移動し、Ｓ５０５からＳ５０８を繰り返す。全ての欠陥観察像の取得を終了したら、ウェーハをステージ１０６からアンロードして終了する。

　図６にオーバーレイ算出のフローを示す。６ａは図５のＳ５０６で撮像した計測画像の例である。まずパターン認識部２００１が計測画像６ａの回路パターン認識処理を行い（Ｓ６０１）、上層計測画像（６ｄ）、下層計測画像（６ｆ）を得る。回路パターン認識処理の結果得られる、上層計測画像（６ｄ）は、計測画像の上層部分を取り出したものであり、下層計測画像（６ｆ）は計測画像の上層部分以外を残したものである。以降も回路パターン認識処理の結果得られる、上層画像、下層画像は同様の性質を持つものである。基準データ６ｂは、計測画像の比較対象となる上層基準画像（６ｃ）、下層基準画像（６ｅ）と、両画像間のオフセット（画像間ｏｆｆｓｅｔ＿ｘ、画像間ｏｆｆｓｅｔ＿ｙ）から構成される。

　基準データ６ｂは、計測に先立ち予め生成さており、図５のＳ５０２で読み込まれる。基準画像生成部２００２が行う基準データの生成方法については図７で説明する。

　次に定量化部２００３が計測画像の上層パターン画像６ｄと上層基準画像６ｃの差異を定量化し（Ｓ６０２）、上層パターン位置ずれ量（△Ｕｘ，△Ｕｙ）（６ｇ）を求める。同様にして、計測画像の下層パターン画像６ｆと下層基準画像６ｅの差異を定量化し（Ｓ６０３）、下層パターン位置ずれ量（△Ｌｘ，△Ｌｙ）（６ｈ）を求める。

　差異の定量化方法としては、二つの画像の重ね合わせる位置をずらしながら相関値を計算し、相関値最大の位置を位置ずれ量とする方法が考えられる。即ち、二つの画像のうち一方に対して他方を位置合わせし、そのとき得られる他方の画像の移動量を位置ずれ量とする方法が考えられる。求めた上層パターン位置ずれ量、下層パターン位置ずれ量、および、基準データ（６ｂ）の上層および下層画像のオフセット（画像間ｏｆｆｓｅｔ＿ｘ、画像間ｏｆｆｓｅｔ＿ｙ）を用いて、オーバーレイ量（△ｘ、△ｙ）を求める（Ｓ６０４）。上層基準画像と下層基準画像のオフセットを使って１枚の基準画像に合成している場合は、オーバーレイ計測時に読み出した基準データに含まれる基準画像に対し回路パターン認識を行い、上層基準画像（６ｃ）と下層基準画像（６ｅ）を生成すればよい。

　オーバーレイ量計算（Ｓ６０４）は算出部２００４が行う。図２０の記憶部２００５は各処理部２００１，２００２，２００３，２００４が処理のため入出力する画像データ、数値データを記憶するものであり、２００６で示す入出力Ｉ／ＦはＡ／Ｄコンバータ１０９からの画像データ入力、全体制御部１１３からの各種処理命令受信、全体制御部１１３への処理結果出力、また表示端末１１４に表示する情報を出力する。バス２００７は画像処理部１００内の各処理部を接続し交互に情報に授受を可能とするものである。

　図７で基準データの生成方法について説明する。Ｎ箇所で画像を撮像する（Ｓ７００）。撮像する箇所は、オーバーレイ計測時に撮像する箇所である。Ｓ７００は、図５で示したフローのＳ５０２，Ｓ５０７を除いて実行すればよい。撮像対象とするウェーハは、計測対象とするウェーハと同一のものでもよいし、異なるものでもかまわない。撮像したＮ枚の画像より仮基準画像である画像（ｍ）を選択する（Ｓ７０１）。ｍは１からＮの内の選択した画像番号である。

　画像（ｍ）の選択は、パターンのコントラスト、上層、下層の位置関係など、後述するＳ７０６、Ｓ７０９での位置合わせ処理結果に相対的に好適と判断される画像を操作者が選択する。画像（ｍ）を選択する代わりにＮ枚の画像より複数枚選択して、その加算平均画像を画像（ｍ）の代わりに用いてもよい。仮基準画像とは以降のＳ７０６，Ｓ７０９で位置合わせを行う際に一時的に用いる基準画像のことであり、最終的に得るパターン別の、あるいはそれを統合した基準画像とは異なるものである。

　加算平均により画像のＳ／Ｎが向上しＳ７０６、Ｓ７０９での位置合わせ処理が安定するという効果が期待できる。複数枚を平均加算した場合は画像（ｍ）の部分を、この平均加算画像として読み替えることとする。画像（ｍ）の回路パターン認識を行い上層画像（ｍ）、下層画像（ｍ）、上層２値像（ｍ）、下層２値像（ｍ）を生成する（Ｓ７０２）。上層２値像は上層パターンのみが非ゼロの画素値を持つ画像である。下層２値像は上層パターン以外の部分が非ゼロの画素値を持つ画像である。Ｓ７０３で上層基準画像、下層基準画像、上層計数画像、下層計数画像の画素値をゼロクリアする。続いて、画像ｎ（ｎ＝１、…、Ｎ）をＳ７０５からＳ７１１により処理する。

　画像（ｎ）を回路パターン認識し、上層画像（ｎ）、下層画像（ｎ）を生成する（Ｓ７０５）。上層画像（ｎ）を上層基準画像（ｍ）に位置合わせし（Ｓ７０６）、位置合わせ後の上層画像（ｎ）を上層基準画像に加算する（Ｓ７０７）。また、上層基準画像で加算対象となった画素に対応する上層計数画像の画素値を１加算する（Ｓ７０８）。加算対象となる画素は、非ゼロの画素値を持つ画素である。層ごとに抽出された結果画素値がゼロとなった画素は加算対象とはならない。例えば上層計測画像（６ｄ）では、白く描画されている部分が加算対象となる画素である。

　上層画像（ｎ）をＩＵ（ｎ）（ｘ，ｙ）、上層基準画像（ｍ）をＩＵ（ｍ）（ｘ，ｙ）、上層基準画像をＲＵ（ｘ，ｙ）、上層計数画像をＣＵ（ｘ，ｙ）とする。ｘ，ｙは画像内の位置を表すの座標値である。上層画像（ｎ）と上層基準画像（ｍ）を位置合わせした結果得られる、上層画像（ｎ）と上層基準画像（ｍ）の位置ずれ量を（△ｘ，△ｙ）とすれば、

位置合わせ後の上層画像（ｎ）の上層基準画像への加算（Ｓ７０７）は、

上層基準画像で加算対象となった画素に対応する上層計数画像の画素値を１加算する（Ｓ７０８）は、

と書ける。下画像に対しても同様に、下層画像（ｎ）を下層基準画像（ｍ）に位置合わせし（Ｓ７０９）、位置合わせ後の下層画像（ｎ）を下層基準画像に加算する（Ｓ７１０）。また、下層基準画像で加算対象となった画素に対応する下層計数画像の画素値を１加算する（Ｓ７１１）。加算対象となる画素は、上層と同様に、非ゼロの画素値を持つ画素である。

　以上、画像ｎ（ｎ＝１、…、Ｎ）に対し、Ｓ７０５からＳ７１１の処理を終えた後、上層基準画像の画素値を上層計数画像の対応する画素値で除算し、上層基準画像の画素値の平準化を図る。この処理はＣＵ（ｘ，ｙ）≠０の画素（ｘ，ｙ）において、

で行われる。ＣＵ（ｘ，ｙ）が０の場合はＲＵ（ｘ，ｙ）も０とする。下層基準画像に対しても同様に、下層基準画像の画素値を下層計数画像の対応する画素値で除算する（Ｓ７１４）。

　このように、加算対象となる画素を加算しつつ、加算した回数を意味するＣＵ（ｘ，ｙ）で割ることにより、欠損部分を埋める画素の重みづけを高くすることができる。逆に、何度も加算されている画素は、欠損していない部分であるため加算した回数で割ることで重みづけを低くするような式となっている。こうすることで少ない枚数でも効果的に欠損部分を補った基準画像を生成することができる。

　以上、複数画像の合成により上層基準画像および下層基準画像を得る方法として、加算平均による方法を示したが合成方法はこの方法に限られるものではない。

　最後に上層基準画像、下層基準画像を生成後、両画像のパターン間のずれ量をｏｆｆｓｅｔとして取得する（Ｓ７１５）。Ｏｆｆｓｅｔの取得方法は図９で述べる。

　図７で示したフローに従い処理される画像を図８に模式的に示した。１段目に撮像画像を示す。８００は選択された画像（ｍ）である。８０１から８０４に複数の画像の例として、上層パターンの位置、サイズが異なる画像（ｎ１）、画像（ｎ２）、画像（ｎ３）、画像（ｎ４）の４枚の画像を掲げた。下層は説明の簡単化のために画像（ｍ）と変わらないものとした。２段目に１段目の原画像に対し回路パターン認識で得られた上層画像の例を示す。８０５に上層画像（ｍ）、８０６から８０９に画像（ｎ１）、画像（ｎ２）、画像（ｎ３）、画像（ｎ４）に対応する上層画像、上層画像（ｎ１）、上層画像（ｎ２）、上層画像（ｎ３）、上層画像（ｎ４）を示す。３段目は８０５から８０９を輪郭線で描いたもので、上層画像（ｍ）８０５の上層パターンに、上層画像（ｎ１）８０６、上層画像（ｎ２）８０７、上層画像（ｎ３）８０８、上層画像（ｎ４）８０９の上層パターンをそれぞれ位置合わせしたものである。これは図７のＳ７０６に対応する部分を模式的に表したものである。８０５から８０９を位置合わせした後、式（２）、式（３）、式（４）で示した加算平均処理を行い、上層基準画像を得る。

　このようにして得られた上層基準画像は、１枚の画像から得た上層基準画像に比べて、平均演算による画像Ｓ／Ｎ向上、特定の画像におけるパターンの形状や明るさなどに偏ることが無いという効果が期待できる。

　４段目に１段目の原画像に対し回路パターン認識で得られた下層画像の例を示す。８１０に下層画像（ｍ）、８１１から８１４に画像（ｎ１）、画像（ｎ２）、画像（ｎ３）、画像（ｎ４）に対応する下層画像、下層画像（ｎ１）、下層画像（ｎ２）、下層画像（ｎ３）、下層画像（ｎ４）を示す。上層パターン部分の画素は抽出してしまったため、８１０から８１４のような上層パターン部分が欠損した下層画像が得られる。

　５段目の画像８１５から８１８は、画像８１１から８１４の下層パターンを輪郭線で描いたものであり、画像８１６は画像８１５から８１８を重畳したものである。各画像に対応する欠損部分が画像内の４箇所に位置する。例えば８１５は画像８１４に示した下層画像（ｎ＋４）の上層パターン部８１５に対応する部分であるが、８１１から８１３の画像（ｎ１）、画像（ｎ２）、画像（ｎ３）の８１５に対応する部分は下層パターンが撮像された有効画素部分である。よって、８１１から８１４の加算平均を取った下層基準画像８１７では、領域８１５に対応する部分は８１１から８１３の画像データで補われ、欠損は残らない。画像８１１から画像８１３の欠損部分も同様である。

　説明の簡便化のために、画像内の下層パターンの位置は画像８００と、画像８０１から画像８０４の間で同一としたが、異なっていても、画像８００と、画像８０１から画像８０４をＳ７０９に示したように各々位置合わせすれば同様の効果を得ることができる。

　画像８０１から画像８０４の欠損部分で重なりが生じる場合、画像８０１から画像８０４のいずれの画像を持ってきても有効画素の無い部分が生じる。しかしながら、１枚の画像では、例えば画像８１０のような下層画像しか得られないのに対して、複数の画像を用いる場合はより欠損部の少ない画像を得ることが期待できる。例えば、図６のＳ６０３の差異定量化処理を相関計算で行う場合、残された欠損部分を無視して計算すれば、従来に比べてより多くの有効画素を使って計算ができるので、相関値を安定に計算でき、これによりオーバーレイ計算結果の安定性、再現性を高めることができる。また、上層パターンと同様、生成した下層基準画像は、Ｓ／Ｎに優れ、特定の画像におけるパターンの形状や明るさなどに偏ることが無いという効果も得られる。

　図９の９００は基準画像１２００を生成するための操作画面であり、図１の表示端末１１４の表示内容である。この画面により図７で示したフローの実行を操作者は指示する。

　まず図７のＳ７０１の画像（ｍ）、すなわち仮基準画像の選択に関する操作について説明する。９０１は仮基準画像の選択ウィンドウである。リストボックス９０２に表示される画像ファイル名は基準画像生成に使用される画像ファイルである。操作者はリストボックス９０２内の画像ファイルより仮基準画像を指示する。リストボックス９０２内のファイル名をクリックすることにより、画像表示ウィンドウ９０７に指示した画像が表示される。

　リストボックス９０２欄外にある画像ファイル名はリストボックス９０２の横のスライダーバーを用いて表示可能である。あるいはリストボックス９０２内にポインタを置き、コンピュータのマウスホイールなどでリストボックス９０２欄外にある画像ファイル名を表示させてもよい。図示したリストボックス９０２は画像ファイル名「ＩＤ００５７」が選択対象となっている様子を表しており、この状態で９０４の「ＯＫ」をクリックすることにより、指示した画像が選択され、選択画像リスト９０３に移される。

　選択画像リストボックス９０３には、仮基準画像として選択した画像ファイル名が表示される。選択画像リストボックス９０３内のファイル名をクリックすることにより、画像表示ウィンドウ９０７に選択された仮基準画像が表示される。選択を取り消す場合は、選択画像リストボックス９０３内のファイル名をクリックし、９０６の「戻す」ボタンをクリックすることで選択を取り消し、対象画像をリストボックス９０２戻すことができる。

　図７のＳ７０２からＳ７１４は、基準画像生成ウィンドウ９０８の実行ボタンをクリックすることで実行され、上層基準画像と下層基準画像が生成される。基準画像生成に適さない画像が含まれる場合は、基準画像生成を実行する前に、リストボックス９０２で画像ファイルを指示し、「削除」９０５をクリックし、基準画像生成に使用する画像の対象からはずしておく。

　図７のＳ７１５、上層基準画像と下層基準画像のオフセット取得に関する操作について説明する。９０９はオフセット調整ウィンドウである。「上層基準画像」ボタン９１０をクリックすると、生成された下層基準画像が画像ウィンドウ９０７と、サブ画像ウィンドウ９１６に表示される。サブ画像ウィンドウ９１６は９０７で表示された画像の部分を拡大表示するものである。「下層基準画像」ボタン９１１をクリックすると、生成された上層基準画像が画像ウィンドウ９０７と、サブ画像ウィンドウ９１６に表示される。「上層基準画像」ボタン９１０、「下層基準画像」ボタン９１１、「カーソル設定」ボタン９１２、「オフセット設定」ボタン９１３、「ＯＫ」ボタン９１４、移動キー９１５について、サブ画像ウィンドウ９１６に表示される画像とともに図１０から図１８で説明する。

　図１０の１０００は上層基準画像、図１１の１１００は下層基準画像である。図１３のカーソル１３００は上層基準画像に重畳して表示するためのカーソルの一例であり、中心位置を１３０１としている。図１４のカーソル１４００は下層基準画像に重畳して表示するためのカーソルの一例であり、中心位置を１４０１としている。

　「上層基準画像」ボタン９１０により上層基準画像をサブ画像ウィンドウ９１６に表示し、「カーソル設定」ボタン９１２により、上層基準画像にカーソルを重畳して表示させる。初期の段階では上層基準画像の上層パターンの中心と、上層カーソルの中心１３０１は一致していないので、操作者が上層基準画像に重畳表示された上層カーソル１３００を、移動キー９１５を用いて、上層パターンの中心と、上層カーソルの中心１３０１とが一致するように移動させる。一致したら「ＯＫ」ボタン９１４をクリックし、上層基準画像と上層カーソルの位置関係を固定する。下層基準画像についても同様である。

　パターン中心が画像処理などで求めることができる場合は、初期位置として画像処理で求めた結果を表示し、操作者が「ＯＫ」ボタン９１４のクリックで確認してもよい。

　上層基準画像と上層カーソル、下層基準画像と下層カーソルの位置関係を固定した結果を図１６、図１７に示す。図１６、図１７では見易さのために上層基準画像、下層基準画像にあるパターンを破線で描いている。「オフセット設定」ボタン９１３により、上層基準画像を下層基準画像に重畳し、更にその上に上層カーソル及び下層カーソルを重畳した画像をサブ画像ウィンドウ９１６に表示させる。上層カーソル及び下層カーソルは、それぞれ上層基準画像、下層基準画像に対する位置関係は固定されている。この時点で上層基準画像の下層基準画像に対する移動量は（△ｘ，△ｙ）＝（０，０）である。続いて移動キー９１５により上層基準画像を下層基準画像に対して相対的に動かす（上層カーソルも下層カーソルに対して同様に動くことに留意されたい）。

　操作者は移動キー９１５により上層基準画像を動かしながら、上層と下層のカーソルが図１５に示すように、その中心が一致する状態になるまで移動させる。図１８は上層画像を（△ｘ，△ｙ）＝（△Ｘ，△Ｙ）だけ移動させた結果、上層と下層の基準画像のずれが解消した状態を示している。この状態で「ＯＫ」ボタン９１４をクリックし（△Ｘ，△Ｙ）を上層基準画像と下層基準画像のオフセット値を、上層基準画像、下層基準画像とともに基準データとして登録する。カーソルの固定位置を基準データに登録してもよい。登録したオフセット値はオーバーレイ計測処理（図６）のＳ６０４のオーバーレイ算出で使用される。

　なお、オーバーレイ算出に用いる画像としては、上層と下層の基準画像のずれが解消した状態の画像、すなわち図１２に示す画像１２００を基準データとして登録してもよい。この場合は、オーバーレイ計測処理（図６）において、読み出した基準データに含まれる基準画像に対し回路パターン認識を行い、上層基準画像（６ｃ）と下層基準画像（６ｅ）を生成すればよい。基準データにオフセット（０，０）として記録しておいてもよい。基準データにカーソルの固定位置を登録しておいてもよい。

　図１９の基準画像更新操作画面１９００は「登録データ利用」ボタン９１７をクリックすることで遷移する遷移先の画面例である。１９０１は新たに生成した上層基準画像、１９０２は新たに生成した下層基準画像である。１９０３は過去に生成した登録済みの基準データを表示するウィンドウで、１９０４は登録済み基準データのリストボックスである。

　１９０４のリストより登録済み基準データを選択し、１９０３内のＯＫボタンをクリックし確定すると、登録済み基準データに記録されている上層基準画像１９０５と下層基準画像１９０６が表示される。画像ウィンドウ１９１５には新規上層基準画像１９０１と、過去登録の上層基準画像１９０５をオーバーラップした画像が、画像ウィンドウ１９１６には新規下層基準画像１９０２と、過去登録の下層基準画像１９０６をオーバーラップした画像が表示される。

　オーバーラップ表示１９１０の方法は、「画像」と、「カーソル」が考えられる。オーバーラップ表示１９１０の「画像」をクリックして選択した場合は、一方の画像の濃淡値を特定の色の画素値に対応させ、他方の画像の濃淡値を別の特定の色の画素値に対応させてオーバーラップさせて画像ウィンドウ１９１５ないし１９１６に表示する。

　オーバーラップ表示１９１０の「カーソル」をクリックして選択した場合は、各画像に対し登録されているカーソルのみを表示し、オーバーラップさせる。オーバーラップ表示された上層基準画像１９１５、および下層基準画像１９１６により、新規に生成した上層基準画像１９０１を過去登録の上層基準画像１９０５に、新規に生成した下層基準画像１９０２を過去登録の下層基準画像１９０６に位置合わせする。上層基準画像の位置合わせは、上層基準画像ボタン１９０８をクリックし、移動キー１９１２をクリックして、新規に生成した上層基準画像１９０１を、過去登録の上層基準画像１９０５に対し上下左右に移動させて行う。下層基準画像の位置合わせも同様である。

　位置合わせが完了したらＯＫボタン１９１３をクリックし、新規の基準画像と過去登録の基準画像間のオフセット（ＯＦＦＳＥＴ＿Ｘ，ＯＦＦＳＥＴ＿Ｙ）を確定する。

　新規に生成した上層基準画像１９０１と、過去登録の上層基準画像１９０５の位置合わせを画像相関計算などを用いたパターンマッチング処理にて自動位置合わせを行ってもよい。この場合は上層基準画像ボタン１９０８をクリックした後、自動調整ボタン１９１４をクリックする。下層基準画像１９０２と、過去登録の下層基準画像１９０６の自動位置合わせも同様に実行される。この自動位置合わせの処理は定量化部が行うものである。

　オーバーレイの算出方法は図６のＳ６０４に示した通りであるが、Ｓ６０４に示した（ｏｆｆｓｅｔ＿ｘ，ｏｆｆｓｅｔ＿ｙ）を登録済みのオフセットとすれば、基準データ更新後のオーバーレイ算出は、

となるので、新たなオフセット（ｎｅｗ＿ｏｆｆｓｅｔ＿ｘ，ｎｅｗ＿ｏｆｆｓｅｔ＿ｙ）は、

と計算でき、これをオフセットとして登録すればよい。

　このようにして、プロセス変更時に新規に基準データを作成しても、過去の基準データを利用して作成しているため、過去の基準データのオフセットのとの一貫性を保つことができる。そのため、プロセス変更などに伴い基準データを再作成した場合でも、過去に取得した基準データのオフセットを補正することで計測値の一貫性を保てるという効果がある。

　以上を踏まえると本実施例に記載の計測装置は、検査対象物２００表面の回路パターンを光線あるいは電子線を用いて撮像する撮像部１００と、撮像部１００が撮像した画像から、第１パターン６ｄおよび第２パターン６ｆを抽出するパターン認識部２００１と、複数の画像から抽出した第１パターン６ｄを用いて第１基準画像を合成し、複数の画像から抽出した第２パターン６ｆを用いて第２基準画像を合成する基準画像生成部２００２と、第１基準画像と前記第１パターン６ｄとの差異である第１差異および、第２基準画像と第２パターン６ｆとの差異である第２差異を定量化する定量化部２００３と、第１差異および第２差異を用いて回路パターンに含まれるオーバーレイ量を算出する算出部２００４と、を有することを特徴とする。

　また、本実施例に記載の計測方法は、検査対象物表面の回路パターンを光線あるいは電子線を用いて撮像する第１ステップ（Ｓ５０６）と、第１ステップで撮像した画像から、第１パターン６ｄおよび第２パターン６ｆを抽出する第２ステップ（Ｓ６０１）と、複数の画像から抽出した第１パターン６ｄを用いて第１基準画像を合成し、複数の画像から抽出した第２パターン６ｆを用いて第２基準画像を合成する第３ステップ（Ｓ７００～Ｓ７１５）と、第１基準画像と第１パターン６ｄとの差異である第１差異および、第２基準画像と第２パターン６ｆとの差異である第２差異を定量化する第４ステップ（Ｓ６０２、Ｓ６０３）と、第１差異および第２差異を用いて回路パターンに含まれるオーバーレイ量を算出する第５ステップ（Ｓ６０４）と、を有することを特徴とする。

　このように、回路パターンを第１パターン６ｄと第２パターン６ｆとに分け、各パターン同士で複数枚の画像から基準画像を合成することで、層別の基準画像を取得でき、これらのオフセット量を取得することが可能となる。上層基準画像と下層基準画像のずれ量が分かれば、プロセス初期段階であってもこ上層基準画像、下層基準画像およびオフセット量を用いてオーバーレイを算出することが可能となる。

　また、本実施例に記載の表示装置１１４は、計測対象２００表面の回路パターン画像を表示する第１表示領域９０７と、回路パターン画像から抽出した第１パターン画像、第２パターン画像あるいは、前記第２パターン上に前記第１パターンを重畳した重畳画像のいずれかを表示する第２表示領域９１６と、重畳表示領域に表示される第１パターンおよび第２パターンの相対位置を入力するための入力手段を表示する設定領域９０９と、を有することを特徴とする。

　このように、第１パターンと第２パターンとの相対位置の調整を表示することで、ユーザが簡便に上層基準画像と下層基準画像とのオフセット量を算出するための画面を提供することができる。

１００・・・走査型電子顕微鏡装置，１０１・・・電子ビーム，１０２・・・電子銃，１０３・・・コンデンサレンズ，１０４・・・偏向コイル，１０５・・・対物レンズ，１０６・・・ステージ，１０７・・・ウェーハ，１０８・・・検出器，１０９・・・Ａ／Ｄコンバータ，１１０・・・画像処理部，１１１・・・ステージコントローラ，１１２・・・電子光学系処理部，１１３・・・全体制御部，１１４・・・表示端末，２００・・・下地基材、２０１・・・下層パターン，２０２・・・上層パターン、９００・・・基準画像生成操作画面、１９００・・・基準画像更新操作画面。

Claims

　検査対象物表面の回路パターンを光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡によって撮像する撮像部と、
　前記撮像部が撮像した画像から、第１パターンおよび第２パターンを抽出するパターン認識部と、
　複数の前記画像から抽出した前記第１パターンを用いて第１基準画像を合成し、複数の前記画像から抽出した前記第２パターンを用いて第２基準画像を合成する基準画像生成部と、
　前記第１基準画像と前記第１パターンとの差異である第１差異および、前記第２基準画像と前記第２パターンとの差異である第２差異を定量化する定量化部と、
　前記第１差異および前記第２差異を用いて前記回路パターンに含まれるオーバーレイ量を算出する算出部と、を有することを特徴とする計測装置。
　請求項１に記載の計測装置であって，
　前記第１基準画像と前記第２基準画像の相対位置を調整するオフセット調整手段を有することを特徴とする計測装置。
　請求項１に記載の計測装置であって，
　過去に生成された前記第１基準画像および前記第２基準画像を過去第１基準画像および過去第２基準画像として記憶する記憶部を有し、
　前記定量化部は、新たに生成された前記第１基準画像と前記過去第１基準画像との位置合わせを行い、新たに生成された前記第２基準画像と前記過去第２基準画像との位置合わせを行うことを特徴とする計測装置。
　請求項３に記載の計測装置であって，
　前記算出部は、前記第１基準画像と前記過去第１基準画像との差異である第３差異、および前記第２基準画像と前記過去第２基準画像との差異である第４差異を用いて、前記過去第１基準画像と前記過去第２基準画像のオフセット量を更新し、記憶することを特徴とする計測装置。
　請求項１に記載の計測装置であって、
　前記基準画像生成部は、複数枚の前記画像から１枚の画像を仮基準画像として選択し、前記仮基準画像から抽出したパターンに対して前記画像から抽出したパターンを加算することにより、前記第１基準画像および前記第２基準画像を合成することを特徴とする計測装置。
　請求項１に記載の計測装置であって，
　前記基準画像生成部で用いた検査対象と、前記定量化部で用いた検査対象とは異なることを特徴とする計測装置。
　検査対象物表面の回路パターンを光線あるいは電子線を用いて撮像する第１ステップと、
　前記第１ステップで撮像した画像から、第１パターンおよび第２パターンを抽出する第２ステップと、
　複数の前記画像から抽出した前記第１パターンを用いて第１基準画像を合成し、複数の前記画像から抽出した前記第２パターンを用いて第２基準画像を合成する第３ステップと、
　前記第１基準画像と前記第１パターンとの差異である第１差異および、前記第２基準画像と前記第２パターンとの差異である第２差異を定量化する第４ステップと、
　前記第１差異および前記第２差異を用いて前記回路パターンに含まれるオーバーレイ量を算出する第５ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
　請求項７に記載の計測方法であって，
　前記第１基準画像と前記第２基準画像の相対位置を調整するオフセット調整ステップを有することを特徴とする計測方法。
　請求項７に記載の計測方法であって，
　過去に生成された前記第１基準画像および前記第２基準画像を過去第１基準画像および過去第２基準画像として記憶する第６ステップと、
　新たに生成された前記第１基準画像と前記過去第１基準画像との位置合わせを行い、新たに生成された前記第２基準画像と前記過去第２基準画像との位置合わせを行う第７ステップとを有することを特徴とする計測方法。
　請求項９に記載の計測方法であって，
　前記第７ステップでは、前記第１基準画像と前記過去第１基準画像との差異である第３差異、および前記第２基準画像と前記過去第２基準画像との差異である第４差異を用いて、前記過去第１基準画像と前記過去第２基準画像のオフセット量を更新し、記憶することを特徴とする計測方法。
　請求項７に記載の計測方法であって，
　前記第３ステップで用いた検査対象と、前記第４ステップで用いた検査対象とは異なることを特徴とする計測方法。
　請求項７に記載の計測方法であって、
　前記第３ステップでは、複数枚の前記画像から１枚の画像を仮基準画像として選択し、前記仮基準画像から抽出したパターンに対して前記画像から抽出したパターンを加算することにより、前記第１基準画像および前記第２基準画像を合成することを特徴とする計測方法。
　異なる位置で撮像した計測対象表面の複数枚の回路パターン画像から抽出した第１パターン画像、第２パターン画像あるいは、前記第２パターン上に前記第１パターンを重畳した重畳画像のいずれかを表示する第１表示領域と、
　前記第１表示領域に表示される前記第１パターンおよび前記第２パターンの相対位置を入力するための入力手段を表示する設定領域と、を有することを特徴とする表示装置。
　請求項１３に記載の表示装置であって，
　前記第１表示領域は、前記第１パターン画像に対して相対位置が固定された第１カーソル表示手段と、前記第２パターン画像に対して相対位置が固定された第２カーソル表示手段を有し、
　前記入力手段からの指示に従い、前記第１カーソル表示手段あるいは前記第２カーソル表示手段の表示位置を調整することを特徴とする表示装置。
　請求項１３に記載の表示装置であって、
　複数枚の前記回路パターン画像の情報と、複数枚の前記回路パターン画像から仮基準画像を選択するための選択手段とを表示する第２表示領域と、前記仮基準画像と前記複数枚の回路パターン画像から前記第１パターン画像および前記第２パターン画像の生成実行入力部と、を有することを特徴とする表示装置。