(57)【要約】【課題】帯電した試料の画像の歪みを補正し、歪みの少ない画像を生成することができる方法を提供する。【解決手段】本方法は、実パターン２０１を電子ビームで複数回走査して、複数の走査線Ｌ１〜Ｌ９上の画素から構成される画像２０５を生成し、画像２０５上の実パターン２０１と、実パターン２０１に対応する設計データ上のＣＡＤパターンとの間の、複数の走査線Ｌ１〜Ｌ９上でのずれ量を算出し、電子ビームの走査順番とずれ量との相関を示す関係式を決定し、電子ビームの走査順番を表す数値を関係式に入力することで、複数の走査線Ｌ１〜Ｌ９にそれぞれ対応する補正量を決定し、各走査線上の画素を、対応する補正量だけ移動することで、画像２０５を補正する。【選択図】図３
2020144995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡によって生成される画像を補正する方法であって、
試料に形成された実パターンを電子ビームで複数回走査して、複数の走査線上の画素から構成される画像を生成し、
前記画像上の前記実パターンと、前記実パターンに対応する設計データ上のＣＡＤパターンとの間の、前記複数の走査線上でのずれ量を算出し、
前記電子ビームの走査順番と前記ずれ量との相関を示す関係式を決定し、
前記電子ビームの走査順番を表す数値を前記関係式に入力することで、前記複数の走査線にそれぞれ対応する補正量を決定し、
各走査線上の画素を、対応する補正量だけ移動することで、前記画像を補正する方法。
【請求項２】
前記補正された画像の評価値を算出する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記評価値を表示画面上に表示する工程をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記関係式は、前記電子ビームの走査順番と前記ずれ量との相関を示す複数の関係式のうちの１つであり、
前記方法は、
前記複数の関係式のうちの１つを用いて前記補正量を決定する工程と、前記画像を補正する工程を繰り返すことで、前記複数の関係式にそれぞれ対応する複数の補正された画像を生成し、
前記複数の補正された画像のそれぞれの評価値を算出する工程をさらに含む、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の関係式、および前記複数の関係式をそれぞれ表す複数のグラフのうちの一方または両方を表示画面上に表示する工程をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の補正された画像を表示画面上に表示する工程をさらに含む、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記画像上の前記実パターンのエッジの鮮鋭度を算出する工程をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記エッジの鮮鋭度は、予め設定されたしきい値よりも大きい、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記画像上の前記実パターンのエッジの輝度プロファイルを作成し、前記輝度プロファイルを表示画面上に表示する工程をさらに含む、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記試料に形成された、前記実パターンとは異なる第２の実パターンの画像を、前記関係式を使用して補正する工程をさらに含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記実パターンを前記電子ビームで複数回走査する工程は、間引きスキャン方式に従って実行される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の走査線上でのずれ量のうちの少なくとも１つは、前記画像上の前記実パターンの複数のエッジと、前記ＣＡＤパターンの対応する複数のエッジとの間のずれ量の平均である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡によって生成された画像の歪みを除去するための方法に関し、特に、電子ビームの印加によって試料が帯電することに起因する画像の歪みを補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡は、ウェーハなどの試料の画像を生成する装置である。走査電子顕微鏡は、ウェーハなどの試料に電子ビームを照射し、試料から放出された二次電子を検出し、検出された二次電子を画像に変換することによって、試料の画像を生成する。走査電子顕微鏡は、精密な画像を生成することができるので、半導体デバイスのパターンの欠陥検出などに利用されている。
【０００３】
しかしながら、試料を電子ビームで照射するにつれて、試料は徐々に帯電する（例えば、特許文献１参照）。帯電した試料は、電子銃から放出された電子ビーム、および試料から放出された二次電子の飛翔に悪影響を与える。結果として、二次電子の検出位置が変化し、二次電子から変換される画像が歪んでしまう。
【０００４】
このような画像の歪みを低減するための技術として、間引きスキャン（インターレーススキャン）が知られている。この間引きスキャンは、１つまたは複数の画素線を飛び越しながら、試料の表面を電子ビームで走査する技術である。この間引きスキャンによれば、直近の走査線同士が離れているので、直近の走査線による帯電の影響が小さくなる。直近の走査線の近傍を走査するまでの時間が長くなるため、帯電の緩和時間が長くなり、帯電量が減少するといった効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３１６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、間引きスキャンによって試料の帯電を完全に除去することはできない場合は、試料の画像が歪んでしまうことがある。
【０００７】
そこで、本発明は、帯電した試料の画像の歪みを補正し、歪みの少ない画像を生成することができる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、走査電子顕微鏡によって生成される画像を補正する方法であって、試料に形成された実パターンを電子ビームで複数回走査して、複数の走査線上の画素から構成される画像を生成し、前記画像上の前記実パターンと、前記実パターンに対応する設計データ上のＣＡＤパターンとの間の、前記複数の走査線上でのずれ量を算出し、前記電子ビームの走査順番と前記ずれ量との相関を示す関係式を決定し、前記電子ビームの走査順番を表す数値を前記関係式に入力することで、前記複数の走査線にそれぞれ対応する補正量を決定し、各走査線上の画素を、対応する補正量だけ移動することで、前記画像を補正する方法が提供される。
【０００９】
一態様では、上記方法は、前記補正された画像の評価値を算出する工程をさらに含む。
一態様では、前記評価値を表示画面上に表示する工程をさらに含む。
一態様では、前記関係式は、前記電子ビームの走査順番と前記ずれ量との相関を示す複数の関係式のうちの１つであり、前記複数の関係式のうちの１つを用いて前記補正量を決定する工程と、前記画像を補正する工程を繰り返すことで、前記複数の関係式にそれぞれ対応する複数の補正された画像を生成し、前記複数の補正された画像のそれぞれの評価値を算出する工程をさらに含む。
一態様では、上記方法は、前記複数の関係式、および前記複数の関係式をそれぞれ表す複数のグラフのうちの一方または両方を表示画面上に表示する工程をさらに含む。
【００１０】
一態様では、上記方法は、前記複数の補正された画像を表示画面上に表示する工程をさらに含む。
一態様では、上記方法は、前記画像上の前記実パターンのエッジの鮮鋭度を算出する工程をさらに含む。
一態様では、前記エッジの鮮鋭度は、予め設定されたしきい値よりも大きい。
一態様では、上記方法は、前記画像上の前記実パターンのエッジの輝度プロファイルを作成し、前記輝度プロファイルを表示画面上に表示する工程をさらに含む。
【００１１】
一態様では、上記方法は、前記試料に形成された、前記実パターンとは異なる第２の実パターンの画像を、前記関係式を使用して補正する工程をさらに含む。
一態様では、前記実パターンを前記電子ビームで複数回走査する工程は、間引きスキャン方式に従って実行される。
前記複数の走査線上でのずれ量のうちの少なくとも１つは、前記画像上の前記実パターンの複数のエッジと、前記ＣＡＤパターンの対応する複数のエッジとの間のずれ量の平均である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、各走査線上のＣＡＤパターンと実パターンとのずれ量に従って、各走査線上の画素が移動される。これにより、走査線ごとに画像が補正され、実質的に歪みがない画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】撮像装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】ウェーハに形成されている実パターンを間引きスキャン方式に従って電子ビームで複数回走査する様子を説明する模式図である。
【図３】図２に示す間引きスキャンに従って生成された実パターンのＳＥＭ画像を示す図である。
【図４】複数の走査線上のＳＥＭ画像のそれぞれの部分を、電子ビームの走査順番に従って並べ替えることによって生成された画像を示す図である。
【図５】電子ビームの走査順番とずれ量との相関を示す図である。
【図６】補正されたＳＥＭ画像を示す図である。
【図７】走査電子顕微鏡によって生成されたウェーハのＳＥＭ画像を補正する方法の一実施形態を説明するフローチャートである。
【図８】電子ビームの走査順番とずれ量との相関を表す複数の関係式を示す図である。
【図９】表示画面上に表示された、補正されたＳＥＭ画像の例を示す図である。
【図１０】図９に示すＳＥＭ画像上のパターンに対応するＣＡＤパターンを示す図である。
【図１１】ウェーハに形成された実パターンの他の例を示す図である。
【図１２】電子ビームの走査方向に対するパターンエッジの角度によって変わる輝度プロファイルを示す図である。
【図１３】エッジの鮮鋭度に基づいて選択されたＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのずれ量を用いてＳＥＭ画像を補正する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、撮像装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、撮像装置は、走査電子顕微鏡５０および演算システム１５０を備えている。走査電子顕微鏡５０は、画像生成装置の一例である。走査電子顕微鏡５０は、演算システム１５０に接続されており、走査電子顕微鏡５０の動作は演算システム１５０によって制御される。
【００１５】
演算システム１５０は、データベース１６１およびプログラムが格納された記憶装置１６２と、プログラムに従って演算を実行する処理装置１６３と、画像およびＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェイス）などを表示する表示画面１６５を備えている。処理装置１６３は、記憶装置１６２に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置１６２は、処理装置１６３がアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。
【００１６】
演算システム１５０は、少なくとも１台のコンピュータを備えている。例えば、演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に通信線で接続されたエッジサーバであってもよいし、インターネットまたはローカルネットワークなどの通信ネットワークによって走査電子顕微鏡５０に接続されたクラウドサーバであってもよいし、あるいは走査電子顕微鏡５０に接続されたネットワーク内に設置されたフォグコンピューティングデバイス（ゲートウェイ、フォグサーバ、ルーターなど）であってもよい。演算システム１５０は、複数のサーバの組み合わせであってもよい。例えば、演算システム１５０は、インターネットまたはローカルネットワークなどの通信ネットワークにより互いに接続されたエッジサーバとクラウドサーバとの組み合わせであってもよい。他の例では、演算システム１５０は、ネットワークで接続されていない複数のサーバ（コンピュータ）を備えてもよい。
【００１７】
走査電子顕微鏡５０は、一次電子（荷電粒子）からなる電子ビームを発する電子銃１１１と、電子銃１１１から放出された電子ビームを集束する集束レンズ１１２、電子ビームをＸ方向に偏向するＸ偏向器１１３、電子ビームをＹ方向に偏向するＹ偏向器１１４、電子ビームを試料であるウェーハ１２４にフォーカスさせる対物レンズ１１５を有する。
【００１８】
集束レンズ１１２および対物レンズ１１５はレンズ制御装置１１６に接続され、集束レンズ１１２および対物レンズ１１５の動作はレンズ制御装置１１６によって制御される。このレンズ制御装置１１６は演算システム１５０に接続されている。Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４は、偏向制御装置１１７に接続されており、Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４の偏向動作は偏向制御装置１１７によって制御される。この偏向制御装置１１７も同様に演算システム１５０に接続されている。二次電子検出器１３０と反射電子検出器１３１は画像取得装置１１８に接続されている。画像取得装置１１８は二次電子検出器１３０と反射電子検出器１３１の出力信号を画像に変換するように構成される。この画像取得装置１１８も同様に演算システム１５０に接続されている。
【００１９】
試料チャンバー１２０内に配置される試料ステージ１２１は、ステージ制御装置１２２に接続されており、試料ステージ１２１の位置はステージ制御装置１２２によって制御される。このステージ制御装置１２２は演算システム１５０に接続されている。ウェーハ１２４を、試料チャンバー１２０内の試料ステージ１２１に載置するためのウェーハ搬送装置１４０も同様に演算システム１５０に接続されている。
【００２０】
電子銃１１１から放出された電子ビームは集束レンズ１１２で集束された後に、Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４で偏向されつつ対物レンズ１１５により集束されてウェーハ１２４の表面に照射される。より具体的には、電子ビームは、Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４によって偏向されて、ウェーハ１２４の表面をラスタースキャン方式に従って走査する。
【００２１】
ウェーハ１２４に電子ビームの一次電子が照射されると、ウェーハ１２４からは二次電子および反射電子が放出される。二次電子は二次電子検出器１３０により検出され、反射電子は反射電子検出器１３１により検出される。検出された二次電子の信号、および反射電子の信号は、画像取得装置１１８に入力され画像に変換される。画像は演算システム１５０に送信される。
【００２２】
ウェーハ１２４に形成されているパターンの設計データは、記憶装置１６２に予め記憶されている。設計データは、ウェーハ１２４上に形成されたパターンの頂点の座標、パターンの位置、形状、および大きさ、パターンが属する層の番号などのパターンの設計情報を含む。記憶装置１６２には、データベース１６１が構築されている。パターンの設計データは、データベース１６１内に予め格納される。演算システム１５０は、記憶装置１６２に格納されているデータベース１６１からパターンの設計データを読み込むことが可能である。
【００２３】
次に、走査電子顕微鏡５０によって生成されたウェーハの画像を補正する方法の一実施形態について説明する。以下の説明では、画像生成装置である走査電子顕微鏡５０によって生成された画像を、ＳＥＭ画像という。ウェーハのパターンは、設計データ（ＣＡＤデータともいう）に基づいて形成されている。ＣＡＤは、コンピュータ支援設計（computer-aided  design）の略語である。
【００２４】
設計データは、ウェーハに形成されたパターンの設計情報を含むデータであり、具体的には、パターンの頂点の座標、パターンの位置、形状、および大きさ、パターンが属する層の番号などのパターンの設計情報を含む。設計データ上のＣＡＤパターンは、設計データに含まれるパターンの設計情報によって定義される仮想パターンである。以下の説明では、ウェーハに既に形成されているパターンを実パターンということがある。
【００２５】
走査電子顕微鏡５０は、図２に示すように、ウェーハに形成されている実パターン２０１を間引きスキャン方式に従って電子ビームで複数回走査し、複数の走査線上の画素から構成されたＳＥＭ画像を生成する。図２に示す矢印は電子ビームの走査方向および走査線の位置を表し、図２に示す矢印の数字１〜９は、電子ビームの走査順番を表している。
【００２６】
図２に示す例では、実パターン２０１は、電子ビームの走査方向に対して垂直に延びているエッジを有する。すなわち、実パターン２０１は、電子ビームの走査方向に対して垂直に延びているエッジを有する第１の部位２０１ａと、電子ビームの走査方向と平行に延びているエッジを有する第２の部位２０１ｂを有する。
【００２７】
演算システム１５０は、ウェーハ上の実パターン２０１の設計データを、記憶装置１６２に格納されているデータベース１６１から取得する（読み込む）。実パターン２０１の設計データは、実パターン２０１に対応するＣＡＤパターンの各頂点の座標、形状、位置を含む。演算システム１５０は、ウェーハ上の実パターン２０１のエッジの、電子ビームの走査方向に対する角度を、実パターン２０１の設計データに基づいて決定することができる。
【００２８】
図３は、図２に示す間引きスキャンに従って生成された実パターン２０１のＳＥＭ画像２０５を示す図である。図３に示す記号Ｌ１〜Ｌ９は、電子ビームの走査の軌跡を示す走査線を表している。走査線Ｌ１〜Ｌ９は、図２に示す電子ビームの走査順番１〜９にそれぞれ対応している。
【００２９】
間引きスキャンは、１つまたは複数の画素線を飛び越しながら、ウェーハの表面を電子ビームで走査するラスタースキャンの一種である。間引きスキャンは、直近の走査線同士が離れているので、直近の走査線による帯電の影響が小さくなる。直近の走査線の近傍を走査するまでの時間が長くなるため、帯電の緩和時間が長くなり、帯電量が減少するといった効果がある。さらに、本実施形態では、演算システム１５０は、以下に説明するように、走査線Ｌ１〜Ｌ９ごとにＳＥＭ画像２０５を補正して、歪みが実質的にない画像を生成する。
【００３０】
演算システム１５０は、ＳＥＭ画像２０５上の実パターン２０１と、この実パターン２０１に対応するＣＡＤパターンとのマッチングを行い、実パターン２０１とＣＡＤパターンとの走査線上のずれ量を算出する。ＳＥＭ画像２０５上の実パターン２０１とＣＡＤパターンとのマッチングは、ＳＥＭ画像２０５上の実パターン２０１とＣＡＤパターンとの位置合わせである。パターン間のマッチングは、公知のマッチング技術を用いて実行される。ＳＥＭ画像２０５上の実パターン２０１とＣＡＤパターンとの走査線上のずれ量は、実パターン２０１のエッジと、ＣＡＤパターンのエッジの走査方向におけるずれ量である。ずれ量の算出に使用される実パターン２０１のエッジと、ＣＡＤパターンのエッジは、電子ビームの走査方向に対して垂直である。
【００３１】
図３に示す例では、１つの走査線上に実パターン２０１の４つのエッジが存在する。演算システム１５０は、実パターン２０１の４つのエッジと、ＣＡＤパターンの対応する４つのエッジとのずれ量の平均を算出し、得られた平均をその走査線上でのずれ量として使用する。したがって、算出されるずれ量の数は、走査線の数と同じである。このようにして、演算システム１５０は、ＳＥＭ画像２０５を構成する画素が並ぶ複数の走査線上における複数のずれ量を算出する。
【００３２】
通常、ウェーハには様々な形状のパターンが形成されている。本実施形態では、これらの種々のパターンのうち、走査方向に対して垂直に延びるエッジを有するパターンが使用される。これは、走査方向に対して垂直に延びるエッジは、ＳＥＭ画像２０５上に明瞭に現れ、ＣＡＤパターンとＳＥＭ画像２０５上の実パターン２０１とのマッチングの精度が上がるからである。結果として、ＣＡＤパターンとＳＥＭ画像２０５上の実パターン２０１とのずれ量の算出精度が向上する。
【００３３】
次に、演算システム１５０は、図４に示すように、走査線Ｌ１〜Ｌ９上のＳＥＭ画像２０５のそれぞれの部分を、電子ビームの走査順番に従って並べ替える。走査線を表す記号Ｌ１〜Ｌ９に含まれる数値は、電子ビームの走査順番を表している。図４から分かるように、パターン間のずれ量は、電子ビームの走査順番に従って大きくなる。すなわち、電子ビームの走査順番と、ずれ量との間には相関がある。
【００３４】
演算システム１５０は、図５に示すように、電子ビームの走査順番とずれ量との相関を算出する。図５に示す座標系の縦軸は、実パターン２０１とＣＡＤパターンとの間のずれ量を表し、横軸は電子ビームの走査順番を表している。演算システム１５０は、電子ビームの走査順番を表す数値とずれ量との組み合わせによって特定される複数のデータ点を座標系上にプロットし、複数のデータ点に対して回帰分析を行って関係式を決定する。関係式は、電子ビームの走査順番と、ずれ量との相関を表す１次関数からなる回帰式である。図５から分かるように、電子ビームの走査順番とずれ量との相関は、直線で表される関係式で近似することができる。
【００３５】
演算システム１５０は、得られた関係式を記憶装置１６２に記憶する。さらに、演算システム１５０は、関係式、および関係式を表すグラフを表示画面１６５上に表示する。演算システム１５０は、関係式、または関係式を表すグラフのいずれかを表示画面１６５上に表示してもよい。本実施形態では、関係式は、次数が１である１次関数で表されるが、関係式は、次数が２以上の関数で表されてもよい。
【００３６】
電子ビームの走査順番とずれ量との相関をより正しく反映した関係式を決定するために、本実施形態では、走査方向に対して垂直でない実パターン２０１のエッジは、ずれ量の算出に用いられない。図３に示す例では、２番目の走査線Ｌ２と８番目の走査線Ｌ８は、走査方向に対して垂直でない実パターン２０１のエッジに沿っている。したがって、演算システム１５０は、２番目の走査線Ｌ２と８番目の走査線Ｌ８上でのずれ量は算出しなくてもよい。
【００３７】
演算システム１５０は、電子ビームの走査順番を表す数値を関係式に入力することで、走査線Ｌ１〜Ｌ９にそれぞれ対応する補正量を決定する。さらに、演算システム１５０は、図３に示すＳＥＭ画像２０５を構成する各走査線上の画素を、対応する補正量だけ移動させる。画素を移動させる方向は、ウェーハ１２４の帯電に起因した、ＣＡＤパターンとＳＥＭ画像２０５上の実パターン２０１とのずれをなくす方向である。具体的には、演算システム１５０は、図３に示す第１走査線Ｌ１に対応する補正量を図５に示す関係式から決定し、第１走査線Ｌ１上の画素を、上記決定された補正量だけ移動させる。同じように、演算システム１５０は、図３に示す第２走査線Ｌ２に対応する補正量を図５に示す関係式から決定し、図３の第２走査線Ｌ２上の画素を、上記決定されたずれ量だけ移動させる。演算システム１５０は、このような工程をすべての走査線Ｌ１〜Ｌ９上の画素に対して実行することで、ＳＥＭ画像２０５を補正する。
【００３８】
図６は、補正されたＳＥＭ画像２０５を示す図である。本実施形態によれば、各走査線上のＣＡＤパターンと実パターンとのずれ量に従って、各走査線上の画素が移動される。これにより、演算システム１５０は、走査線ごとにＳＥＭ画像２０５が補正され、実質的に歪みがないＳＥＭ画像２０５を生成することができる。
【００３９】
電子ビームの走査順番とずれ量との関係を表す関係式は、その関係式を算出するのに使用されたＳＥＭ画像２０５の歪みの補正に限らず、同じウェーハ上の他の実パターンのＳＥＭ画像の歪みの補正にも使用することができる。
【００４０】
上述した実施形態では、走査電子顕微鏡５０は、ウェーハに形成されている実パターン２０１を間引きスキャン方式に従って電子ビームで複数回走査してＳＥＭ画像２０５を生成するが、本発明は間引きスキャン方式を採用した上記実施形態に限定されない。一実施形態では、走査電子顕微鏡５０は、ウェーハに形成されている実パターン２０１を、走査線間で間隔を空けずに順番に電子ビームで複数回走査してＳＥＭ画像を生成してもよい。
【００４１】
図７は、走査電子顕微鏡５０によって生成されたウェーハのＳＥＭ画像２０５を補正する方法の一実施形態を説明するフローチャートである。
ステップ１では、演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に指令を発して、ウェーハに形成されている種々の実パターンの複数のＳＥＭ画像を生成する。
ステップ２では、演算システム１５０は、上記複数のＳＥＭ画像上の実パターンの設計データをデータベース１６１から取得する。
ステップ３では、演算システム１５０は、上記複数のＳＥＭ画像を生成したときの電子ビームの走査方向および走査順番を含む情報を走査電子顕微鏡５０から取得する。
【００４２】
ステップ４では、演算システム１５０は、電子ビームの走査方向に対して垂直なＣＡＤパターンを決定する。決定されたＣＡＤパターンは、上記ステップ２で取得された設計データに含まれるパターンの設計情報によって定義される複数のＣＡＤパターンのうちの少なくとも１つである。
ステップ５では、演算システム１５０は、上記決定されたＣＡＤパターンに相当する実パターンのＳＥＭ画像を特定する。
ステップ６では、演算システム１５０は、上記決定されたＣＡＤパターンと、上記特定されたＳＥＭ画像上の実パターンとのマッチングを実行する。
【００４３】
ステップ７では、演算システム１５０は、複数の走査線上におけるＣＡＤパターンとＳＥＭ画像上の実パターンのずれ量を算出する。
ステップ８では、演算システム１５０は、電子ビームの走査順番とずれ量との相関を表す関係式を算出する。本実施形態では、関係式は１次関数で表される。
ステップ９では、演算システム１５０は、電子ビームの走査順番を表す数値を関係式に入力することで、複数の走査線にそれぞれ対応する補正量を決定する。
ステップ１０では、演算システム１５０は、各走査線上の画素を、対応する補正量だけ移動することで、ＳＥＭ画像を補正する。
【００４４】
上述した各実施形態では、電子ビームの走査順番とずれ量との相関を表す関係式は、電子ビームの走査順番を表す数値とずれ量との組み合わせによって特定される複数のデータ点から一意に決定される。しかしながら、ウェーハ上に形成された実パターンは、ラフネスやＣＤ（Critical  Dimension）値の変動を含んでおり、図８に示すように、複数の関係式が存在することもある。
【００４５】
そこで、一実施形態では、演算システム１５０は、電子ビームの走査順番とずれ量との相関を表す複数の関係式を決定し、これら複数の関係式を用いてＳＥＭ画像を複数回補正する。演算システム１５０は、複数の関係式から選択された１つの関係式を用いて補正量を決定する工程と、ＳＥＭ画像を補正する工程を繰り返すことで、複数の関係式にそれぞれ対応する複数の補正されたＳＥＭ画像を生成する。より具体的には、演算システム１５０は、電子ビームの走査順番を表す数値を、前記複数の関係式のうちの１つに入力することで、複数の走査線にそれぞれ対応する補正量を決定し、各走査線上の画素を、対応する補正量だけ移動することで、ＳＥＭ画像を補正する。さらに、演算システム１５０は、電子ビームの走査順番を表す数値を前記複数の関係式のうちの他の１つに入力することで、複数の走査線にそれぞれ対応する補正量を決定し、各走査線上のＳＥＭ画素を、対応する補正量だけ移動することで、画像を補正する。演算システム１５０は、同様の動作を繰り返し、上記複数の関係式にそれぞれ対応する複数の補正されたＳＥＭ画像を生成する。演算システム１５０は、複数の補正されたＳＥＭ画像を表示画面１６５（図１参照）上に表示する。
【００４６】
図９は、表示画面１６５上に表示された、補正されたＳＥＭ画像の例を示す図であり、図１０は、図９に示すＳＥＭ画像上のパターンに対応するＣＡＤパターンを示す図である。図９に示す例では、３つの関係式Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を用いて補正された３つの補正後のＳＥＭ画像３０１，３０２，３０３が生成され、表示画面１６５上に表示される。演算システム１５０は、補正されたＳＥＭ画像３０１，３０２，３０３内のパターン３０１ａ，３０２ａ，３０３ａのＣＡＤパターン３１０に対する角度を算出し、対応する関係式Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３および角度を、補正されたＳＥＭ画像３０１，３０２，３０３とともに表示画面１６５上に表示する。すなわち、対応する関係式Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３および角度は、補正されたＳＥＭ画像３０１，３０２，３０３に結び付けられ、補正されたＳＥＭ画像３０１，３０２，３０３とともに表示画面１６５上に表示され、さらに記憶装置１６２内に記憶される。
【００４７】
演算システム１５０は、関係式Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３、およびこれら関係式を表すグラフ（図８参照）を表示画面１６５上に表示する。演算システム１５０は、関係式Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３、またはこれら関係式を表すグラフのいずれかを表示画面１６５上に表示してもよい。本実施形態では、関係式Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、次数が１である１次関数で表されるが、関係式は、次数が２以上の関数で表されてもよい。
【００４８】
図９に示す例では、関係式Ｆ１を用いて補正されたＳＥＭ画像３０１内のパターン３０１ａのＣＡＤパターン３１０に対する角度は、−２度である。関係式Ｆ２を用いて補正されたＳＥＭ画像３０２内のパターン３０２ａのＣＡＤパターン３１０に対する角度は０度である。関係式Ｆ３を用いて補正されたＳＥＭ画像３０３内のパターン３０３ａのＣＡＤパターン３１０に対する角度は２度である。
【００４９】
補正されたＳＥＭ画像３０１，３０２，３０３内のパターン３０１ａ，３０２ａ，３０３ａのＣＡＤパターン３１０に対する角度は、関係式Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の評価値（スコア）として使用することができる。ユーザーは、それぞれの関係式Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の評価値を表示画面１６５上で確認し、最適な関係式を選択することができる。一実施形態では、演算システム１５０は、関係式の評価値（スコア）に基づいて、複数の関係式の中から最適な関係式を決定してもよい。
【００５０】
上述した各実施形態では、ずれ量の算出に使用される実パターンのエッジは、電子ビームの走査方向に対して垂直である。言い換えれば、ずれ量の算出に使用される実パターンのエッジの、電子ビームの走査方向に対する角度は、９０度である。しかしながら、ウェーハ上のパターンは、電子ビームの走査方向に対して垂直なエッジを有していない、あるいはほとんど有していない場合もある。そこで、次に説明する実施形態では、電子ビームの走査方向に対するエッジの角度が、予め設定されたしきい値以上である実パターンが、ずれ量の算出に使用される。
【００５１】
図１１は、ウェーハに形成された実パターンの他の例を示す図である。図１１に示す実パターン４０１は、電子ビームの走査方向に対して斜めに延びるエッジを有する。すなわち、実パターン４０１のエッジの、電子ビームの走査方向に対する角度は、７５度である。
【００５２】
一般に、走査方向に対して垂直に延びるパターンエッジは、ＳＥＭ画像上に明瞭に現れる。ＳＥＭ画像上のエッジの鮮鋭度（明瞭さ）は、エッジに対して垂直な方向に沿った輝度（あるいはグレイレベル）のプロファイルに基づいて決定される。以下の説明では、エッジに対して垂直な方向に並ぶ画素の輝度値の分布を、輝度プロファイルと称する。
【００５３】
図１２は、電子ビームの走査方向に対するパターンエッジの角度によって変わる輝度プロファイルを示す図である。図１２において、縦軸は輝度値を表し、横軸はパターンのエッジに対して垂直な方向に並ぶ画素を表している。ＳＥＭ画像上のエッジの鮮鋭度は、輝度プロファイルの傾きの最大値に対応する。走査方向に対するエッジの角度が９０度の場合は、輝度プロファイルは最も急峻である。すなわち、走査方向に対するエッジの角度が９０度のとき、エッジの鮮鋭度は最大となる。エッジの角度が７５度のときのエッジの鮮鋭度は、エッジの角度が９０度のときのエッジの鮮鋭度よりも小さく、エッジの角度が４５度のときのエッジの鮮鋭度は、エッジの角度が７５度のときのエッジの鮮鋭度よりも小さい。図１２は、走査方向に対するエッジの角度が９０度のときに、エッジはＳＥＭ画像上に最も明瞭に現れることを示している。
【００５４】
本実施形態では、エッジの鮮鋭度（輝度プロファイルの傾きの最大値）が、予め設定されたしきい値以上であるエッジを用いて、実パターンと、その実パターンに対応する設計データ上のＣＡＤパターンとの間のずれ量を算出する。しきい値は、演算システム１５０が自動で設定してもよいし、あるいはユーザーが設定してもよい。例えば、しきい値が７０度に設定された場合、鮮鋭度が７０度以上であるエッジが、ずれ量の算出に使用される。この場合、図１１に示す実パターン４０１のエッジの鮮鋭度は、図１２に示すように７０度以上であるので、実パターン４０１のエッジは、ずれ量の算出に使用される。
【００５５】
演算システム１５０は、実パターン４０１のエッジの輝度プロファイルを作成し、輝度プロファイルを表示画面１６５（図１参照）上に表示する。さらに、演算システム１５０は、輝度プロファイルの傾きの最大値であるエッジの鮮鋭度を算出し、算出した鮮鋭度を表示画面１６５上に表示し、鮮鋭度をしきい値と比較し、鮮鋭度がしきい値以上であるか否かを決定する。
【００５６】
ウェーハ上に形成された実パターンが、電子ビームの走査方向に対して様々な角度で延びる複数のエッジを有する場合は、演算システム１５０は、図１２に示すような複数の輝度プロファイルを表示画面１６５上に表示する。演算システム１５０は、それぞれの輝度プロファイルからエッジの鮮鋭度を算出し、算出した鮮鋭度を表示画面１６５上に表示する。ユーザーは、表示画面１６５上に表示された様々な輝度プロファイルを参照して、最適なしきい値を決定することができる。
【００５７】
図１３は、エッジの鮮鋭度に基づいて選択されたＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのずれ量を用いてＳＥＭ画像を補正する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
ステップ１では、演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に指令を発して、ウェーハに形成されている種々の実パターンの複数のＳＥＭ画像を生成する。
ステップ２では、演算システム１５０は、上記複数のＳＥＭ画像を生成したときの電子ビームの走査方向および走査順番を含む情報を走査電子顕微鏡５０から取得する。
ステップ３では、演算システム１５０は、複数のＳＥＭ画像上の実パターンの輝度プロファイルを作成する。
ステップ４では、演算システム１５０は、輝度プロファイルからエッジの鮮鋭度を算出する。
【００５８】
ステップ５では、演算システム１５０は、予め設定されたしきい値よりも大きいエッジの鮮鋭度を有する輝度プロファイルを決定し、決定された輝度プロファイルを持つ実パターンを特定する。
ステップ６では、演算システム１５０は、特定された実パターンに対応するＣＡＤパターンを決定する。
ステップ７では、演算システム１５０は、上記決定されたＣＡＤパターンと、上記特定された実パターンとのマッチングを実行する。
【００５９】
ステップ８では、演算システム１５０は、複数の走査線上におけるＣＡＤパターンとＳＥＭ画像上の実パターンのずれ量を算出する。
ステップ９では、演算システム１５０は、電子ビームの走査順番とずれ量との相関を表す関係式を算出する。本実施形態では、関係式は１次関数で表される。
ステップ１０では、演算システム１５０は、電子ビームの走査順番を表す数値を関係式に入力することで、複数の走査線にそれぞれ対応する補正量を決定する。
ステップ１１では、演算システム１５０は、各走査線上の画素を、対応する補正量だけ移動することで、ＳＥＭ画像を補正する。
【００６０】
本実施形態によれば、演算システム１５０は、電子ビームの走査方向に対して９０度以外の角度で延びるエッジを持つ実パターンのＳＥＭ画像を補正することができる。
【００６１】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００６２】
５０      走査電子顕微鏡
１１１      電子銃
１１２      集束レンズ
１１３      Ｘ偏向器
１１４      Ｙ偏向器
１１５      対物レンズ
１１６      レンズ制御装置
１１７      偏向制御装置
１１８      画像取得装置
１２０      試料チャンバー
１２１      試料ステージ
１２２      ステージ制御装置
１２４      ウェーハ
１３０      二次電子検出器
１３１      反射電子検出器
１４０      ウェーハ搬送装置
１５０      演算システム
１６１      データベース
１６２      記憶装置
１６３      処理装置
１６５      表示画面
２０１      実パターン
２０５      ＳＥＭ画像
【図１】
2020144995.tif 000003
【図２】
2020144995.tif 000004
【図３】
2020144995.tif 000005
【図４】
2020144995.tif 000006
【図５】
2020144995.tif 000007
【図６】
2020144995.tif 000008
【図７】
2020144995.tif 000009
【図８】
2020144995.tif 000010
【図９】
2020144995.tif 000011
【図１０】
2020144995.tif 000012
【図１１】
2020144995.tif 000013
【図１２】
2020144995.tif 000014
【図１３】
2020144995.tif 000015