(57)【要約】【課題】  本発明は、テンプレートによってパターン認識を行う際の探索領域の取得条件を適正に設定することを目的とした方法、及び装置の提供を目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するための一態様として、パターンサーチの被探索用画像の倍率の決定法において、第１の倍率で、荷電粒子線を走査することによって得られる第１の画像を取得し、前記第１の倍率より低い第２の倍率であって、前記第１の画像に表示されたパターン像が含まれる第２の画像を取得し、前記第１の画像と、前記第２の画像の一部を切り出した第３の画像間の大きさを一致させ、両者間の相関値が所定値以上の場合に、前記第２の倍率を、前記パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの倍率として設定する方法、及び装置を提案する。【選択図】図２
2010092949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の所望のパターンを特定するためのパターンサーチ条件設定方法において、
第１の倍率で、荷電粒子線を走査することによって得られる第１の画像を取得するステップと、前記第１の倍率より低い第２の倍率であって、前記第１の画像に表示されたパターン像が含まれる第２の画像を取得するステップと、前記第１の画像と、前記第２の画像の一部を切り出した第３の画像間の大きさを一致させ、両者間の相関値が所定値以上の場合に、前記第２の倍率を、前記パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの倍率として設定することを特徴とするパターンサーチ条件設定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の倍率を徐々に高倍率に設定しつつ、前記相関値に基づく所定値判断を行い、当該相関値が所定値以上となったときの前記第２の倍率を、前記パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの倍率として設定することを特徴とするパターンサーチ条件設定方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの倍率として設定された第２の倍率で取得された画像と、所定フレーム数で取得された前記第２の倍率の画像との比較に基づいて、前記フレーム数を設定することを特徴とするパターンサーチ条件設定方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記フレーム数は、上記２つの画像間の相関値について、パターンが存在する個所での相関値と、パターンが存在しない個所での相関値との差異が所定値以上となったときのものが選択されることを特徴とするパターンサーチ条件設定方法。
【請求項５】
走査電子顕微鏡に接続され、当該走査電子顕微鏡におけるパターンサーチの条件を設定する走査電子顕微鏡に接続されるパターンサーチ条件設定装置において、
当該設定装置は演算装置を備え、当該演算装置は、前記走査電子顕微鏡の第１の倍率で、電子ビームを走査することによって得られる第１の画像を取得し、当該第１の倍率より低い第２の倍率であって、前記第１の画像に表示されたパターン像が含まれる第２の画像を取得し、前記第１の画像と、前記第２の画像の一部を切り出した第３の画像間の大きさを一致させ、両者間の相関値が所定値以上の場合に、前記第２の倍率を、前記パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの倍率として設定することを特徴とするパターンサーチ条件設定装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記演算装置は、前記第２の倍率を徐々に高倍率に設定しつつ、前記相関値に基づく所定値判断を行い、当該相関値が所定値以上となったときの前記第２の倍率を、前記パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの倍率として設定することを特徴とするパターンサーチ条件設定装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記演算装置は、前記パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの倍率として設定された第２の倍率で取得された画像と、所定フレーム数で取得された前記第２の倍率の画像との比較に基づいて、前記フレーム数を設定することを特徴とするパターンサーチ条件設定装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記演算装置は、上記２つの画像間の相関値について、パターンが存在する個所での相関値と、パターンが存在しない個所での相関値との差異が所定値以上となったときのフレーム数を選択することを特徴とするパターンサーチ条件設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡等で取得された画像から、所望のパターンを検出するパターン認識方法、及び装置に係り、特に当該パターン認識を行う際の条件を決定するための方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの測定や検査に用いられる装置では、試料上のパターンを自動的に測定、或いは検査するために、測定対象となるパターン、或いは位置特定のパターンを自動的に探索する手法が採用されている。
【０００３】
当該手法では、探索対象のパターンに対して、広い領域の像（低倍率像）を取得し、当該領域の中から所望の形状を抽出すべく、予め登録されたテンプレートを用いたサーチが行われる。特許文献１には、このような探索視野の大きさを決定するに当たり、所望のパターンが探索視野の中に十分納まるように、且つ比較的近似する評価値を持つパターンが検出されないような大きさで、探索視野の大きさを決定することが説明されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２４４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記探索領域の大きさ（当該領域の画像を形成するときの倍率）は、探索対象となるパターンが探索領域外に外れないように、ある程度、大きな領域を選択する必要がある。特許文献１では視野内でテンプレートと一致するものが存在しない（相関値が所定値以上のものがその領域内に存在しない）場合、その探索範囲を広めるように探索領域を設定することが説明されている。このような決定法は探索領域内に、探索対象となるパターンが存在すると判断された以上の探索領域を設定することが難しい。ステージの停止精度，試料の位置合わせ誤差等によらず、テンプレートを用いた探索の成功率を高めるという意味においては、なるべく広い領域をパターンサーチ用の領域として設定すべきであるが、特許文献１に開示の技術では、そのような広範囲領域を設定することが困難であった。
【０００６】
以下に、テンプレートによってパターン認識を行う際の探索領域の取得条件を適正に設定することを目的としたパターンサーチ条件設定方法、及び装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための一態様として、以下に、パターンサーチ条件設定法において、第１の倍率で、荷電粒子線を走査することによって得られる第１の画像を取得するステップと、前記第１の倍率より低い第２の倍率であって、前記第１の画像に表示されたパターン像が含まれる第２の画像を取得するステップと、前記第１の画像と、前記第２の画像の一部を切り出した第３の画像間の大きさを一致させ、両者間の相関値が所定値以上の場合に、前記第２の倍率を、前記パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの倍率として設定する方法、及び装置を説明する。
【０００８】
また、フレーム数の設定法についても説明する。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、パターンサーチ用の被探索画像を適正な倍率で取得することが可能となり、結果として、パターンサーチ時の検出エラーの発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
半導体測定，検査装置では、ウェーハ上のパターンの線幅やホール径を自動で且つ、連続的に測定する際、パターン位置検出のためのパターン認識を実施する。測定条件，パターンの撮像条件の登録は、測定前に事前に行う必要がある。登録処理を適切な条件で設定することができれば、測定箇所を誤検出することがなく、連続的に測定を実施することができる。自動測定処理は、ウェーハの回転を補正するアライメントの後、測定位置検出を行うアドレッシングを行い、測長パターンを検出しカーソルの配置位置設定，測長の順に実施する。
【００１１】
測定パターン等の位置検出に用いられるパターンサーチ法には以下の課題がある。例えば半導体ウェーハ上のパターンを自動で測定する際、測定パターンの位置決めを自動で行わなくてはならないが、パターン認識時に取得する画像の倍率，フレーム数の撮像条件の設定によっては、正しくパターンの位置を特定できない場合がある。ここで述べるフレーム枚数は、パターンを撮像する際、パターンに走査させる電子ビームの走査回数であり、１フレーム枚の画像は、パターンに電子ビームを１回走査させて得られる画像である。
【００１２】
例えば、設定倍率が低すぎると、測定パターンのテクスチャが小さくなってしまうため、うまくパターンを認識ができず、目的のパターンと異なるパターンの位置を検出することがある。また、設定倍率が高すぎるとステージの停止精度によっては、目的のパターンを観察視野内に収めることができず、パターン認識をする事ができないことがある。さらに、倍率が高すぎる事で、パターンに照射する電子ビームのエネルギー密度が高くなり、パターンにダメージを与えてしまうことがある。
【００１３】
フレーム枚数の設定については、フレーム枚数が少なすぎるとノイズの影響から、パターンとノイズの区別がつきにくく、測定位置を誤検出してしまう場合がある。フレーム枚数が多すぎると、ノイズの少ない像を取得することができるが、長時間電子ビームをパターンに照射する事になり、測定パターンにダメージを与えてしまうことになる。また、撮像するフレーム枚数が多すぎる事で、パターンの撮像時間も増大しスループットが低下してしまう。
【００１４】
これらのことから、適切な倍率，フレーム数でパターンを撮像しパターン認識を行うことができれば、パターンの誤検出を防ぎ、パターンのダメージを最小限に抑え、高スループットで半導体検査装置を稼動させることができる。
【００１５】
以下の説明は、パターン認識の際に撮像する画像の適切な倍率，フレーム数の自動設定により、パターン位置検出における検出ミスの防止，パターン検出に伴う処理時間の高速化，パターンへのダメージの低減，パターン登録時のユーザ作業の簡略化を実現し得る手法に関するものである。
【００１６】
以下に説明する手法によれば、半導体パターン測定位置検出のためのパターン検出において、最適な撮像条件を自動で設定することができる。測定パターンの位置検出処理でテンプレート登録において、倍率，フレーム枚数を自動で設定する際、倍率設定については、測定倍率の画像を縮小した画像と、ステージ停止精度に基づいて設定した倍率の検査画像を用いてパターン認識を行い、パターン認識結果が所定の値以上であれば、その倍率を設定する。
【００１７】
測定倍率で取得された画像は、所望のパターンのテクスチャが十分に表現されている画像であり、当該画像を基準とした比較に基づいて、テクスチャが十分に表現されている倍率を探索することができる。この際に、低倍率の倍率候補から順に、適正倍率を選択するようにすることによって、テクスチャが必要十分に表現されており、且つ広範囲の領域を、パターン認識用画像の倍率として設定することが可能となる。
【００１８】
フレーム枚数の設定については、上記で設定した倍率でパターン測定時の撮像するフレーム枚数の画像と、予め決めた低フレーム数の画像でパターン認識を行い、パターン認識結果が所定の値以上である場合、そのフレーム数を設定する。
【００１９】
このような構成によれば、パターン認識時の撮像条件として適切な倍率，フレーム数を設定する事ができる。適切な倍率，フレーム数を設定する事で、自動測定処理の中のパターン認識において検出ミスを防ぐ事ができる。また、パターン認識時において、可能な限りフレーム数を少なく設定する事で、撮像時間を短縮し、スループットを向上させる事ができる。自動でパターン位置検出用の登録を実施するため、ユーザの熟練度によらない倍率，フレーム数の設定ができ、装置の操作者の負担を減らす事ができる。
【００２０】
以下、図面を参照して、パターンサーチの被探索用の画像を取得するときの条件を決定する方法、及び装置を説明する。
【００２１】
図１は、半導体測定、或いは検査装置の一例である走査電子顕微鏡の概略図である。
【００２２】
電子銃１より高圧（５００Ｖ〜）で加熱フィラメント２を加熱し、その後ウェーネルド４により引き出された電子ビーム８はアノード５によって加速される。この電子ビーム８をコンデンサレンズ６によって収束する。走査偏向器７は電子ビーム８を試料上で一次元的、或いは二次元的に走査するためのものであり、例えば対物レンズ９のレンズ主面を偏向支点として、ビームを走査する。更に、対物レンズ９において焦点合わせを実施し、試料室１０内の試料１１に刻まれている微細パターン上を一次元、あるいは二次元的に走査する。電子ビーム８を照射することで、試料１１表面付近からその形状に応じた量の２次電子が発生する。試料１１表面付近から発生した２次電子は、２次電子検出器１７によって検出される。検出された２次電子は増幅器１８で増幅されＣＲＴ１４の輝度変調信号となる。ＣＲＴ１４は倍率調整器１２と調整回路１６が内蔵された偏向信号発生器１６が発する信号に同期しており、輝度変調信号は同期して照射された電子ビーム８によって試料１１の表面部分から発生する２次電子像を再現する。以上の手順により試料表面の情報を取得することができる。
【００２３】
また、図１に例示した走査電子顕微鏡には、図示しない制御装置が接続されており、当該制御装置内は、低倍率像の中から、所望のパターンを探索するためのパターンマッチングを実行するためのプログラムが登録され、当該プログラムを実行するための演算装置が内蔵されている。この演算装置を備えた制御装置は、後述するパターンサーチ条件の設定装置となる。
【００２４】
上記プログラムは、走査電子顕微鏡にて得られるＳＥＭ画像と、予め登録されるテンプレートとの一致度の計算に基づいて、所望の位置を探索するためのものである。例えばパターンマッチングは、予め登録されているテンプレートと、ＳＥＭ画像についてそれぞれエッジ抽出処理を行い、その後両者に平滑化処理を行うことで、両者の形状差を補完し、その上でマッチング処理が行われる。無論、ベクトルデータ間でマッチングを行っても構わない。他にも既存のマッチング法を適用することが可能である。
【００２５】
また、以下に、被探索画像を取得するための倍率、或いはフレーム数が自動的に決定されるアルゴリズムを説明するが、自動的に決定された倍率や、フレーム数は、レシピと呼ばれる走査電子顕微鏡の動作条件を規定したプログラムに自動登録することもできる。倍率とは、走査偏向器７によって偏向される電子ビーム７の偏向領域の大きさと、当該偏向によってＣＲＴ１４に表示される画像との比を表すものであり、当該画像の大きさが固定である前提では、走査偏向器７の偏向信号の大きさによって、倍率が決定する。また、フレーム数とは、画像形成のために加算される信号数であり、走査偏向器７による走査回数に比例した値となる。複数フレームにて取得された信号を積算することによって、Ｓ／Ｎ比の高い画像を形成することができる。
【００２６】
以下に、パターン位置検出における、パターン認識を行う際の倍率，フレーム数を自動で設定する処理フローを図２に示し、フロー図の補足説明を図２〜図６に示す。
【００２７】
まず、図２の２−１では、測定パターンの観察倍率，フレーム数，測定種類などの登録を行い、測定画像Ａを取得する。次に２−２では測定位置を検出におけるパターン認識の倍率を設定する。倍率は、以下の式（１）より算出することができる。
【００２８】
【数１】
2010092949.tif 000003
【００２９】
ただし
ＭａｇＢ：パターン認識時の倍率
ＭａｇＡ：測定倍率
ＦＯＶ＿Ａ：測定倍率における観察領域（Field of View）［ｍ］
ｘ：ステージの最大ずれ量（ステージ精度）［ｍ］
Ｅｒｒ：縦，横方向のステージのずれ量の許容割合［％］
例えば、測定倍率が２００ｋ、測定倍率における観察領域を１００nm、ステージの停止精度を１００nm、縦，横方向のステージのずれ量の許容範囲を２５％とした場合、パターン認識時の画像倍率は５０ｋと設定することができる。２−３では図３のように、測定倍率をＭａｇＡ，２−２で設定した倍率をＭａｇＢとし、測定画像ＡをＭａｇＡ／ＭａｇＢに縮小し、縮小画像Ａ′を生成する。続いて、２−４では、撮像条件を倍率ＭａｇＢ，フレーム数を測定時のフレーム数に設定し画像Ｂを取得する。
【００３０】
２−５において、図４のように画像Ｂから縮小画像Ａ′に対応する場所を切り出し、画像Ｂ′を生成する。例えば、画像Ｂの倍率が測定倍率の１／２の場合、画像中央から縦横それぞれサイズが１／２の画像が切り出される。
【００３１】
ここで、２−６において画像Ａ′と画像Ｂ′を用いてパターン認識を行う。ここで、パターン認識の相関値は、一般的なパターン検出で用いられる正規化相関法を用いても良い。
【００３２】
２−７において、パターン認識結果が所定のしきい値以上であれば、倍率ＭａｇＢにおいて測定パターンのテクスチャは崩れていないと判断し、測定パターン位置検出におけるパターン認識の倍率として設定する。テクスチャが崩れているかいないか判定を行うしきい値は、正規化相関法でもとめた相関値の最大値の１／２など任意で決めることができる。また、パターン認識を行う前に画像のノイズを除去する、またはパターンのエッジを強調させる目的として、画像Ａ′および画像Ｂ′に画像処理を実施することもできる。
【００３３】
パターン認識結果がしきい値以下の場合、倍率ＭａｇＢにおいて測定パターンのテクスチャが崩れてしまったと判断することができる。その場合は２−８において倍率をさらに高くし、倍率設定処理を再び実行する。倍率を下げてパターンをスキャンした場合、パターンに照射される電子量が減少するため、パターンから出る２次電子量も減少してしまう。そのため、高倍率で検出できるパターンのエッジ情報が低倍率では少なくなってしまい、テクスチャが崩れてしまうことがある。
【００３４】
ここで、設定できる倍率の上限は、ステージ精度の許容する最大倍率とする。ステージ移動時の最大のずれ量を観察領域の５０％に設定すると、式（１）より算出することができる。例えば、測定倍率が２００ｋ、測定倍率における観察領域を１００nm、ステージの停止精度を１００nm、縦，横方向のステージのずれ量の許容範囲を５０％とした場合、倍率の上限は、１００ｋと設定することができる。倍率設定処理は、倍率をステージ精度の許容する最大倍率まで変化させて実行することができる。
【００３５】
ステージ精度の許容する最大倍率まで繰り返してもしきい値以上となる倍率がない場合は、撮像するピクセル数や光学条件を再設定して倍率設定処理を繰り返し実行することができる。この倍率設定処理は、切り出し画像Ｂ′を測定倍率に拡大処理し、測定画像Ａとパターン認識を行い、倍率を決定することもできる。
【００３６】
続いて、画像のフレーム数の設定処理を行う。
【００３７】
まず、２−１０においてフレーム数のカウンタを１に設定する。これによって、フレーム数は任意のｎ枚に設定される。２−１１では、倍率をＭａｇＢ，フレーム数をカウンタの値に設定し画像Ｂ″を取得する。その後、２−１２において図５に示すように、取得した画像Ｂ″と画像Ｂを用いてパターン認識を行う。パターン認識は、正規化相関法を用いて実施することができる。
【００３８】
２−１３では、パターン認識を実施した範囲で算出された相関値の極大値を探索し、２−１４において図６のように相関値が大きい順に整列させる。
【００３９】
２−１５では図６のように、相関値が大きい順に整列された極大値（１，２，３…ｉ）から、相関値Ａ［ｉ］と、Ａ［ｉ−１］の差Ｄ［ｉ］を算出し、Ｄ［ｉ］の最大値を求める。図６より、Ｄ［ｉ］の最大値の位置より、相関値が高い位置はパターンが存在し、相関値が小さい場所はパターンが存在しない場所として区別することができる。
【００４０】
２−１６では図６より、Ａ［ｉ−１］がしきい値より大きい場合、パターンの存在する位置とパターンが存在しない位置の区別がつくため、パターン認識においてパターンが存在しない場所の位置を誤検出する事はないと判定し、フレーム数を２−１０で設定した値に設定する。しきい値は、パターンが存在しない所の相関値の平均値と分散値を求め、その和とする。また、このしきい値はユーザが手動で設定することもできる。
【００４１】
Ｄ［ｉ−１］がしきい値より小さくなってしまうと、パターン認識において、パターンの存在する位置と存在しない位置の区別がつかなくなってしまい、パターン位置検出において誤検出してしまう場合がある。その場合は、２−１７においてフレーム数を１枚増やしフレーム数設定処理を再び実行する。この処理は、測定画像取得時のフレーム枚分の回数を繰り返し実行することができる。
【００４２】
ノイズ量が大きい画像（低フレーム数）でパターン認識を実施すると、相関値が低くなり、パターンが存在しないノイズ部分とパターン部分の相関値の差が小さく、パターンとノイズの位置を間違えて検出してしまう事がある。逆に、ノイズ量が少ないパターンだと相関値は高くなる傾向にあり、パターンが存在しないノイズ部分とパターン部分の相関値の差は大きくなるため、正しい位置を検出することができる。
【００４３】
２−１８では、実際の測定パターン位置検出処理におけるパターン認識のしきい値を設定する。しきい値は、図６でパターンが存在しない場所の相関値の平均値と分散値の和以上に設定することで、実際のパターン認識の処理において測長位置の誤検出を防ぐことができる。
【００４４】
最後に２−１９では、画像Ｂをパターン認識時のテンプレート、倍率ＭａｇＢ［ｍ］，フレーム数ｎ枚を自動測長時のパラメータとして登録する。
【００４５】
次に、図７を用いて実際の自動測定時における処理フローについて説明する。まず、７−１において測定位置へステージを移動させる。
【００４６】
次に、７−２では、パターン登録時に登録した倍率とフレーム数を設定し、７−３においてステージが移動した位置での画像を取得する。
【００４７】
７−４では、撮像した画像と、テンプレートを用いてパターン認識を行う。７−５で、パターン認識の結果が２−１８で決めたしきい値以上であれば、７−６においてテンプレート画像とパターン認識画像のずれ量を算出する。結果がしきい値以下となってしまった場合、パターン認識失敗とし、７−５において次の測定位置へ移動する。ここで、パターン認識失敗となった場合、焦点が合っていない、ステージが目的の位置に停止しなかったなどの理由が考えられる。そこで、失敗してしまった場合は自動焦点合わせを実行し、測定位置の周辺で画像を取得し、再びパターン認識処理を行うこともできる。
【００４８】
パターン認識が成功し、テンプレートと測定画像のずれ量を算出したあと、７−７では、ずれ量の分だけ観察視野を移動させる。その後、７−８において測定画像撮像条件を設定し、７−９で測定画像を撮像する。
【００４９】
７−１０において、撮像した画像で所定の測定を実行し、次の測定点へステージを移動させる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】パターン認識用被探索画面の倍率とフレーム数を決定する行程を示すフローチャート。
【図３】測定画像の縮小によって縮小画像を形成した例を説明する図。
【図４】パターン認識のための被探索領域画像から、測定倍率画像に対応した個所を切り出す例を説明する図。
【図５】パターン認識のための被探索領域画像と、当該領域画像のフレーム数を変化させたときに得られる画像との間でパターン認識の実行例を説明する図。
【図６】パターン認識を実施した際に、相関値の極大値をスコア順に並び替えたグラフ。
【図７】自動測定を行う場合に適用される測定、検査位置検出用のパターン認識処理ステップを説明するフローチャート。
【符号の説明】
【００５１】
１  電子銃
２  加熱フィラメント
３  走査電子顕微鏡の鏡体
４  ウェーネルド
５  アノード
６  コンデンサレンズ
７  走査偏向器
８  電子ビーム
９  対物レンズ
１０  試料室
１１  試料
１２  倍率調整器
１３  カメラ
１４  ＣＲＴ
１５  調整回路
１６  偏向信号発生器
１７  二次電子検出器
１８  増幅器
【図１】
2010092949.tif 000004
【図２】
2010092949.tif 000005
【図３】
2010092949.tif 000006
【図４】
2010092949.tif 000007
【図５】
2010092949.tif 000008
【図６】
2010092949.tif 000009
【図７】
2010092949.tif 000010