(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス上のパターン画像との間でテンプレートマッチングを行うためのテンプレートを作成するテンプレート作成方法において、
前記半導体デバイスの位置情報及びレイヤ情報を指定する工程と、当該指定された位置情報及びレイヤ情報に基づいて、前記半導体デバイス上に複数存在する論理回路単位で、複数のレイヤの走査電子顕微鏡画像、或いはシミュレーションに基づいて得られる輪郭線データを記憶したライブラリから、前記指定された位置及びレイヤに関する輪郭線データを抽出する工程と、当該抽出された輪郭線データを前記テンプレートとして登録する工程とを含むことを特徴とするテンプレート作成方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ライブラリには、前記論理回路への荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータ、前記論理回路のレイアウトデータ，マスクデータ、或いは当該マスクデータに基づいて形成されるマスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータが記憶されていることを特徴とするテンプレート作成方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記論理回路、或いは前記マスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータは、前記荷電粒子線の照射に基づいて形成される画像の輪郭線を抽出した輪郭線データであることを特徴とするテンプレート作成方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記論理回路、或いは前記マスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータは、前記論理回路が形成される領域を網羅するように、前記輪郭線データが合成されたものであることを特徴とするテンプレート作成方法。
【請求項５】
半導体デバイス上のパターンとの間でテンプレートマッチングを行うためのテンプレートを作成するテンプレート作成装置において、
前記半導体デバイスの位置情報及びレイヤ情報を指定する条件入力部と、前記半導体デバイス上に複数存在する論理回路単位で、複数のレイヤの走査電子顕微鏡画像、或いはシミュレーションに基づいて得られる輪郭線データを記憶したライブラリを記憶する記憶媒体と、前記条件入力部から入力された位置情報及びレイヤ情報に基づいて、前記ライブラリから輪郭線データを抽出し、当該抽出された輪郭線データに基づいて、テンプレートを作成する処理部を備えたことを特徴とするテンプレート作成装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記ライブラリには、前記論理回路への荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータ、前記論理回路のレイアウトデータ，マスクデータ、或いは当該マスクデータに基づいて形成されるマスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータが記憶されていることを特徴とするテンプレート作成装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記論理回路、或いは前記マスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータは、前記荷電粒子線の照射に基づいて形成される画像の輪郭線を抽出した輪郭線データであることを特徴とするテンプレート作成装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記論理回路、或いは前記マスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータは、前記論理回路が形成される領域を網羅するように、前記輪郭線データが合成されたものであることを特徴とするテンプレート作成装置。
【請求項９】
荷電粒子線を試料上に走査することによって画像を形成する荷電粒子線装置に接続されるコンピュータに、前記試料上に形成されたパターンと、当該パターンとの間でテンプレートマッチングを行うためのテンプレートを作成させるコンピュータプログラムにおいて、
半導体デバイスの位置情報及びレイヤ情報の指定に基づいて、前記半導体デバイス上に複数存在する論理回路単位で、複数のレイヤの走査電子顕微鏡画像、或いはシミュレーションに基づいて得られる輪郭線データを記憶したライブラリから、前記指定された位置及びレイヤに関する輪郭線データを前記コンピュータに抽出させ、当該抽出された輪郭線データを前記テンプレートとして登録させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ライブラリには、前記論理回路への荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータ、前記論理回路のレイアウトデータ，マスクデータ、或いは当該マスクデータに基づいて形成されるマスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータが記憶されていることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記論理回路、或いは前記マスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータは、前記荷電粒子線の照射に基づいて形成される画像の輪郭線を抽出した輪郭線データであることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記論理回路、或いは前記マスクへの荷電粒子線の照射に基づいて形成されるデータは、前記論理回路が形成される領域を網羅するように、前記輪郭線データが合成されたものであることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テンプレートマッチング用のテンプレート作成方法，装置、及びプログラムに係り、特にライブラリとして登録されたパターン情報に基づいて、テンプレートを作成する方法，装置、及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、半導体デバイス及びマスクの検査では半導体製造のために作成した設計データ（レイアウトパターン）を用いた様々な計測手法が提案されており、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）による半導体デバイスの測定等に用いられるようになってきた。
【０００３】
具体的には、設計データに基づく線分と、走査電子顕微鏡によって得られるパターン画像との間で、パターンマッチングを行い、当該パターンマッチングによって特定されたパターンの測定を行う手法が、特許文献１に説明されている。より具体的には、設計データに基づいて、テンプレートと呼ばれる参照画像を作成し、当該テンプレートと電子顕微鏡画像とを比較することによって、その一致度を求め、一致度の高い位置がマッチング位置として特定される。
【０００４】
更に特許文献１には、設計データを用いて当該半導体プロセスの露光をシミュレーションすることによって得られる転写パターンの予測形状パターンや、画像処理によって変形させたパターンをパターン認識に用いる手法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、テンプレートを形成するために、予めＳＥＭ画像を取得しておき、当該画像をテンプレート化する手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４７３６６号公報
【特許文献２】特開２００９−８６９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されているようなシミュレーションや画像処理を用いて、実画像（ＳＥＭ）画像に近い、テンプレートを作成する手法は、シミュレーションや画像処理の条件が適切である場合には、適正なテンプレートを作成することができるが、シミュレーション条件の調整やシミュレーション自体に相当の時間を要する。更に、最適なシミュレーション条件を見出すことが困難な場合には、適正なテンプレート作成も困難となる。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているように実画像に基づくテンプレートの作成法では、実画像に忠実なテンプレートを形成することができるが、測定，検査対象の試料の画像を、ＳＥＭ等を用いて取得する必要があり、また、画像取得倍率等の変化ごとにＳＥＭ画像を取得する必要があり、相当の手間を要する。
【０００９】
以下に、高精度且つ高効率にテンプレートマッチングのためのテンプレートの作成を行うことを目的とする方法，装置、及びコンピュータプログラムについて説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための一態様として、基本回路を構成するパターン単位で、半導体デバイスの複数のレイヤのパターン情報を、ライブラリとして記憶し、位置の指定に基づいて、当該ライブラリよりパターン情報を抽出して、当該パターン情報に基づいて、テンプレートマッチングのためのテンプレートを作成する方法、及びコンピュータプログラムを提案する。更に、他の態様として、上記ライブラリが記憶された記憶媒体を備えたテンプレート作成装置を提案する。
【発明の効果】
【００１１】
上述の構成によれば、高精度且つ高効率にテンプレートマッチング用のテンプレートを作成する方法，装置、及びコンピュータプログラムの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】複数の測定装置を含む計測システムの概要を説明する図。
【図２】走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図３】パターン画像の輪郭線抽出法を説明する図。
【図４】パターン画像から輪郭線を抽出する工程を説明するフローチャート。
【図５】基本回路情報に基づいて、テンプレートマッチングに用いられるテンプレートライブラリを作成する工程を説明するフローチャート。
【図６】テンプレートライブラリを用いてテンプレートを作成する工程を説明するフローチャート。
【図７】テンプレートライブラリを作成するために要する画像を取得する工程を説明するフローチャート。
【図８】パノラマの概要を説明する図。
【図９】基本素子パターンライブラリを備えたレシピ処理部の概要を説明する図。
【図１０】基本素子パターンライブラリに記憶されるテンプレートライブラリの概要を説明する図。
【図１１】特定基本素子のテンプレートライブラリの概要を説明する図。
【図１２】レイアウトデータ上で、テンプレートとして抽出する領域を選択する工程を説明する図。
【図１３】基本回路設計に基づく測定レシピの作成工程と、製品用回路の製造工程を説明するフローチャート。
【図１４】複数の測定装置を含む複合システムの概要を説明する図。
【図１５】特定基本素子のテンプレートライブラリの概要を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
昨今、半導体デバイス及びマスクの検査では半導体製造のために作成した設計データ（レイアウトパターン）を用いた様々な計測手法が提案されており、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）による半導体デバイスの測定等に用いられるようになってきた。
【００１４】
主な技術分野としては、設計データに基づく線分と、走査電子顕微鏡によって得られるパターンの輪郭線との間で、パターンマッチングを行い、当該パターンマッチングによって特定されたパターンの測定を行う例が発表されている。
【００１５】
具体的には計測のための目的となるパターンを正確に認識するためのパターンマッチングに設計データを用いて、測定の対象となる半導体パターン及びマスクを正確に認識することにより、計測の準備作業である計測レシピ作成の省力化を計っている。
【００１６】
また、設計データに関連付けられた画像を用いて計測を行うことにより、測長以外の用途としてＯＰＣのモデリングや検証、危険箇所（Hotspot）の判定評価の分野に効果を発揮することができる。
【００１７】
設計データをパターン認識に用いることでレシピ作成の省力化を計る方式の問題点としては、微細化の加工技術で製造された半導体のパターン形状は露光特性の影響やエッチング工程でのプロセス制御の影響により設計形状とは乖離した形状として製造されるのが一般的であり、パターン認識における誤認識等が発生する可能性があり、検査及び計測における自動化の阻害要因となっており、生産性を悪化させる要因の一つとなっている。
【００１８】
一方、これらのパターン認識の精度向上の手段の一つとして設計データを用いて当該半導体プロセスの露光をシミュレーションすることによって得られる転写パターンの予測形状をパターン認識に用いる手法が提案されている。
【００１９】
しかし、本方式によりパターン認識の精度は向上する場合があるがレシピ作成の準備作業においてシミュレーションのための最適なパラメータの調整やシミュレーションの実施のための作業時間が問題となっている。
【００２０】
また、シミュレーション形状を用いてもパターンの露光に使用するスキャナーのパラメータやスキャナーの号機間差及び半導体プロセスの変動要因等により転写形状を忠実に反映したシミュレーション形状を得ることは難しく、パターン認識の誤認識の要因の１つとなっている。
【００２１】
また、もう一つの方式として従来から用いられているパターン認識のためにＳＥＭ画像を予め撮像しておき、これを用いてパターン認識のためのレシピとする方式があるが、検査対象のＷａｆｅｒを用いて計測装置（ＳＥＭ）で一度、画像取得を行う必要があり、少量多品種生産であるＡＳＩＣでは品種毎にその都度、レシピ作成のためのＳＥＭ画像取得を行う必要があり、省力化に対する阻害及び人為的ミスを発生させる要因となっている。
【００２２】
しかも、このＳＥＭ画像は撮像時の倍率でしか使用することができないため、様々な倍率での計測には使用することができず、柔軟性に乏しい弱点がある。
【００２３】
以下、上述する課題の１つ、或いは複数を解決し得る方法，装置、及びコンピュータプログラム（或いはコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体）について、図面を用いて説明する。より具体的には、測定装置の一種である測長用走査電子顕微鏡（Critical Dimension-Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）のレシピ作成法について説明する。
【００２４】
また、パターンの寸法を測定する装置だけではなく、パターンの欠陥を検査する装置への適用も可能である。なお、以下の説明では、荷電粒子線装置の一態様として、ＳＥＭを用いた例を説明するが、これに限られることはなく、例えば試料上にイオンビームを走査して画像を形成する集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）装置を荷電粒子線装置として採用するようにしても良い。但し、微細化が進むパターンを高精度に測定するためには、極めて高い倍率が要求されるため、一般的に分解能の面でＦＩＢ装置に勝るＳＥＭを用いることが望ましい。
【００２５】
図１は、データ管理装置１０１を中心として、複数のＳＥＭが接続されたシステムを例示している。特に本実施例の場合、ＳＥＭ１０２は主に半導体露光プロセスに用いられるフォトマスクやレチクルのパターンの測定や検査を行うためのものであり、ＳＥＭ１０３は主に、上記フォトマスク等を用いた露光によって半導体ウェハ上に転写されたパターンを測定，検査するためのものである。ＳＥＭ１０２とＳＥＭ１０３は、電子顕微鏡としての基本構造に大きな違いはないものの、それぞれ半導体ウェハとフォトマスクの大きさの違いや、帯電に対する耐性の違いに対応した構成となっている。
【００２６】
各ＳＥＭ１０２，ＳＥＭ１０３にはそれぞれの制御装置１０４，１０５が接続され、ＳＥＭに必要な制御が行われる。各ＳＥＭでは、電子源より放出される電子ビームが複数段のレンズにて集束されると共に、集束された電子ビームは走査偏向器によって、試料上を一次元的、或いは二次元的に走査される。
【００２７】
電子ビームの走査によって試料より放出される二次電子（Secondary Electron：ＳＥ）或いは後方散乱電子（Back Scattered Electron：ＢＳＥ）は、検出器により検出され、前記走査偏向器の走査に同期して、フレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。また、走査偏向器による走査は任意の大きさ，位置、及び方向について可能であり、後述する画像を形成するための走査やエッジ部分への選択的走査を可能にしている。
【００２８】
以上のような制御等は、各ＳＥＭの制御装置１０４，１０５にて行われ、電子ビームの走査の結果、得られた画像や信号は、通信回線１０６，１０７を介してデータ管理装置１０１に送られる。なお、本例では、ＳＥＭを制御する制御装置と、ＳＥＭによって得られた信号に基づいて測定を行うデータ管理装置を別体のものとして、説明しているが、これに限られることはなく、データ管理装置にて装置の制御と測定処理を一括して行うようにしても良いし、各制御装置にて、ＳＥＭの制御と測定処理を併せて行うようにしても良い。
【００２９】
また、上記データ管理装置或いは制御装置には、測定処理を実行するためのプログラムが記憶されており、当該プログラムに従って測定、或いは演算が行われる。更にデザインデータ管理装置には、半導体製造工程に用いられるフォトマスク（以下単にマスクと称することもある）やウェハの設計データが記憶されている。この設計データは例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、データ管理装置とは別に設けられた記憶媒体にデザインデータを記憶させておいても良い。
【００３０】
また、データ管理装置１０１には、シミュレータ１０８が接続されている。シミュレータ１０８には、外部の記憶媒体、或いはデータ管理装置１０１に記憶された設計データと、半導体製造プロセス条件等に基づいて、パターンレイアウトを作成するプログラムと、それを実行する演算装置が内蔵されており、当該シミュレーション後のレイアウトデータを、データ管理装置に伝送可能に構成されている。なお、本実施例では、シミュレーションをシミュレータ１０８内にて行う例について説明するが、これに限られることはなく、例えばデータ管理装置１内にて、上記プログラムを実行することにより、シミュレーションを行うようにしても良い。
【００３１】
また、データ管理装置１０１は、ＳＥＭの動作を制御するプログラム（レシピ）を、半導体の設計データに基づいて作成する機能が備えられており、レシピ設定部としても機能する。具体的には、設計データ，パターンの輪郭線データ、或いはシミュレーションが施された設計データ上で所望の測定点，オートフォーカス，オートスティグマ，アドレッシング点等のＳＥＭにとって必要な処理を行うための位置等を設定し、当該設定に基づいて、ＳＥＭの試料ステージや偏向器等を自動制御するためのプログラムを作成する。
【００３２】
また、後述するように、データ管理装置１は、基本素子のパターンライブラリのデータベースを記憶しており、任意の設定に応じてデータベースより必要なデータが読み出されるように構成されている。
【００３３】
なお、テンプレートと呼ばれる参照画像を用いたテンプレートマッチング法は、所望の個所を探索するためのサーチエリアの中で、テンプレートを移動させ、当該サーチエリアの中で、テンプレートとの一致度が最も高い、或いは一致度が所定値以上となった個所を特定する手法である。制御装置１０４，１０５は、レシピの登録情報の１つであるテンプレートに基づくパターンマッチングを実行する。
【００３４】
図１に例示するように、データ管理装置１０１に、ヘリウムイオンや液体金属イオン等を試料に照射する集束イオンビーム装置１０９とその制御装置１１０を接続しても良く、データ管理装置１０１を、集束イオンビーム装置１０９の測定レシピ作成や測定、加工結果の管理に用いるようにしても良い。
【００３５】
図２は、走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子源２０１から引出電極２０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム２０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ２０４によって、絞られた後に、走査偏向器２０５により、試料２０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム２０３は試料台２０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ２０６のレンズ作用によって集束されて試料２０９上に照射される。
【００３６】
電子ビーム２０３が試料２０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子２１０が放出される。放出された電子２１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極２１２に衝突し、二次電子２１１を生じさせる。変換電極２１２から放出された二次電子２１１は、検出器２１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器２１３の出力Ｉが変化する。この出力Ｉに応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器２０５への偏向信号と、検出器２１３の出力Ｉとの同期をとることで、走査領域の画像を形成する。
【００３７】
なお、図２の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
【００３８】
制御装置１０４は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。
【００３９】
図３は、検出された電子に基づいて形成されるパターン画像から、輪郭線を抽出するための手法の一例を説明する図である。なお、この輪郭線抽出工程は、データ管理装置１０１に搭載された演算装置にて行うようにしても良いし、ＳＥＭに接続された制御装置１０４，１０５にて行うようにしても良い。輪郭線抽出には、図４のフローチャートに例示するように、先ずＳＥＭ１０４、或いはＳＥＭ１０５にてＳＥＭ画像を形成する。次にＳＥＭ画像上のパターン３０１のエッジ部分に相当するホワイトバンド３０３から第１の輪郭線３０４を抽出する。なお、この第１の輪郭線３０３の抽出手法としては、ＳＥＭ像からビットマップデータで構成されたパターン像を抽出し、そのパターン像をベクトルデータで構成されたパターンデータに変換する方法が考えられる。
【００４０】
次に、形成された第１の輪郭線３０４とレイアウトデータ３０２とのベクトルデータ比較、或いはパターンマッチングによって、レイアウトデータ３０２と第１の輪郭線３０４との重ね合わせを行う。レイアウトデータ３０２は、ＧＤＳフォーマット等で記憶された設計データの線分情報である。このような重ね合わせを行った上で、輝度分布情報収集領域を、第１の輪郭線３０４と垂直になるように設定し、輝度分布３０７、３０８を検出する。このように形成された輝度分布の所定の明るさを持つ画素を抽出しその位置を第２の輪郭線位置と定義することで、より正確な輪郭線の形成が可能となる。なお、このような正確な輪郭線形成手法は、特開昭６０−１６９９７７号公報，特開平６−３２５１７６号公報，特開平８−１６１５０８号公報，特開平９−２０４５２９号公報等に記載された既存の手法の適用が可能である。
【００４１】
なお、上述のように第１の輪郭線とレイアウトデータと重ね合わせることによって、線分単位でレイアウトデータと第１の輪郭線との対応付けが可能となる。レイアウトデータが持つ各線分の線分情報を、輪郭線の各線分情報とすることによって、輪郭線データを設計データと同じ所定のフォーマットにて登録することが可能となる。
【００４２】
以下に基本回路（基本素子）に基づいて、半導体デバイス測定，検査時のテンプレートマッチングに用いられるテンプレートを高効率に作成する手法について、説明する。
【００４３】
基本素子とは、例えばＮＡＮＤなどの基本的な論理演算を行う回路や順序回路等の論理回路に相当するものであり、半導体デバイス上に複数存在すると考えられる素子である。半導体回路パターンは主に基本回路（例えばトランジスタやインバータ及びＮＡＮＤ等）の組み合わせで実現されている。
【００４４】
標準セル方式と呼ばれる半導体設計手法に基づく半導体製造では、製品となる半導体の設計に先立ち、回路の基本となる標準（基本）回路（セル）を作成する。この回路の単位はトランジスタ（Ｐ型やＮ型等）やインバータ回路，ＮＡＮＤ回路等の論理ゲートと呼ばれる信号処理回路の基本要素に対応するものであり、それぞれに当該半導体製造工程における電気的性能を考慮した部品と考えることができる。
【００４５】
製品となる半導体の設計・製造ではこれらの基本回路を標準的な部品として組み合わせることにより、所望の製品回路を実現している。この方式を標準セル方式（Standard Cell方式）と呼び、これらの基本回路パターンをライブラリ化したものを、スタンダードセルライブラリと呼ぶ。
【００４６】
前述したように製品として製造される半導体回路はこれらの基本回路を組み合わせることによって、複雑で高集積な回路を実現している。半導体の設計及び製造の立ち上げの段階では上記の基本回路のそれぞれの回路を設計し、マスクの作成を行いシリコン上にパターンを形成しそのパターンの転写性の評価や回路特性の妥当性の検証を行っている。
【００４７】
本実施例では、半導体回路の中に多数存在する基本回路パターンを標準化（ライブラリ化）した上で、半導体回路の設計，製造を行う標準セル方式の適用によって製造された半導体デバイスの測定，検査に関するものであり、特に測定，検査時に用いられるテンプレートを高効率に作成し得る手法について説明する。
【００４８】
本実施例の一態様では、半導体回路を構成する各種の基本回路（標準セル方式による半導体製造）の転写パターン形状を予め撮像のための位置決めを行うマッチングテンプレートとしてライブラリ化し、これを製品回路の製造工程での検査の際のパターン認識に使用する。テンプレートライブラリは、データ管理装置１，制御装置１０４，１０５、或いはその他の記憶媒体に記憶され、レシピ作成時に用いられる。図１に示すシステムは、標準回路パターンからマッチングのためのテンプレートを作成するライブラリ生成部、測定対象となる半導体製品毎に測定のレシピを生成するレシピ生成部及びライブラリを用いて生成されたレシピによる制御によって計測対象を測定する測定部を含む計測システムである。
【００４９】
図５は基本素子レイアウト設計によって得られる基本素子情報に基づいて、テンプレートライブラリを作成する工程を説明する図である。基本素子のレイアウト設計（Ｓ０００１）によって得られる標準セル方式のライブラリに基づいて、テンプレートライブラリを作成する工程として、以下の４つが考えられる。
【００５０】
まずは、標準セルライブラリ（回路ライブラリ）に記憶された情報を記憶媒体から読み出して、テンプレートライブラリを作成する手法について説明する。本手法では、記憶媒体に記憶された標準セルライブラリを、例えばデータ管理装置１によって読み出し、テンプレートライブラリとして登録する。図１３は標準セルライブラリ（基本回路情報）に基づいて、製品回路の製造と測定用のレシピを作成する工程を説明する図である。標準セルライブラリを用いた半導体設計では、複数の基本回路が複合した製品回路情報と、基本回路情報に基づいて、パターンのレイアウトを設計する。この際に基本回路情報に基づいて、テンプレートライブラリを作成する。テンプレートライブラリ作成の際には、レシピ作成の際に必要な情報を追加的に付加して、その後のレシピ生成をアシストするようにしても良い。
【００５１】
また、テンプレートライブラリ作成の際に各レイヤについて、転写後のシミュレーションを行ったり、レイアウトデータの各線分について、平滑化処理を施すことによって、レイアウトデータの細線と、マッチングの対象となるパターンエッジとの乖離を抑制するような処理を施すようにしても良い。以上のようにして形成されたテンプレートライブラリと、当該テンプレートライブラリにリンクするレイアウトデータに基づいて、テンプレートを作成する。テンプレートライブラリには、各基本回路が配置されているレイアウトデータ上の位置を併せて記憶させることができ、レイアウトデータ上での位置、或いは領域指定に基づいて、当該位置、或いは領域に存在する基本回路を読み出し、当該読み出された情報に基づいて、テンプレートを作成する。また、テンプレートはテンプレートライブラリに登録された各工程のレイアウトデータの任意の領域を選択することで、テンプレートとなる画像を選択するようにしても良いし、工程名と測定位置の選択に基づいて、テンプレート領域を自動決定するようにしても良い。
【００５２】
テンプレートライブラリのレイアウトデータの中から、任意の領域をテンプレートとして抽出する場合には、例えば図１２に例示するように、或る工程のレイアウトデータ、或いは輪郭線データの中で、任意の画像領域１２０１を選択することで、テンプレート画像を登録する。
【００５３】
テンプレート領域を自動決定する場合には、測定位置の情報に基づいて、当該測定位置の近傍のユニークなパターンを探索するようなアルゴリズムを適用すると良い。この場合、所定の判断基準に基づいて、パターンマッチングの際のパターンサーチ領域に、他に近似した形状のない領域を選択することが考えられる。
【００５４】
テンプレートライブラリは、工程毎に試料上に複数存在するパターンに関する情報が登録されているため、レシピ作成者は、任意の工程での測定レシピの作成を容易に実施することが可能となる。
【００５５】
以上のようにして作成されたテンプレートとその他にレシピ作成に必要な情報に基づいて、レシピを作成し、当該レシピを用いて、製造工程を経て形成された試料の測定を行う。なお、レイアウトデータに対し、転写シミュレーションや、画像処理によるレイアウトデータとパターン画像間の近似処理を行わない場合には、実際にテンプレートマッチングを行った上で、テンプレートによる被マッチング領域を、新たなテンプレートとして登録するような処理を行うことが望ましい。
【００５６】
次に、レイアウトデータ、或いはマスクデータについて、転写後のシミュレーションを実施（Ｓ０００２）し、当該シミュレーション結果に基づいて、テンプレートライブラリを作成する手法について説明する。シミュレーションによって取得された転写後シミュレーション結果は、転写後のパターンの推定結果であるため、この結果に基づいて、ライブラリを作成する（Ｓ００１２）。
【００５７】
次に、実際に基本素子のフォトマスクの作成（Ｓ０００３）、或いは作成されたフォトマスクを用いた転写（Ｓ０００５）を行い、当該フォトマスク、或いは転写された半導体ウェハのＳＥＭ画像を取得（Ｓ０００４，Ｓ０００７）し、当該ＳＥＭ画像に基づいて、テンプレートライブラリを作成する手法について説明する。
【００５８】
ＳＥＭによって画像を取得した上でテンプレートライブラリを作成する場合には、得られた画像に基づいてパターンの輪郭線を抽出する（Ｓ０００８）。輪郭線化は図３，図４に例示した手法以外に種々の手法の適用が可能である。次に輪郭線化されたパターン画像について、必要に応じてパノラマ化処理を行う（Ｓ０００９）。パノラマ化処理は、基本素子単位で各工程のレイアウトデータを管理する上で必要な処理であり、基本素子全体を表現する領域と、輪郭線形成領域との間の大きさが異なるような場合に適用する。図８は、パノラマ化処理の概要を説明する図である。
【００５９】
複数の視野８０２を合成（本例の場合、５×５視野を合成）することで、或る工程の基本素子全体を表現する輪郭線化されたパターン８０１を形成する。基本素子単位でテンプレートライブラリを作成することで、テンプレート作成の必要に応じて、任意の領域を読み出すことが可能となる。なお、画像合成のために、重畳領域８０３を設け、２つの視野に跨って形成されるパターンを利用したパターンマッチングを行うことで、より精度の高い重ね合わせが可能となる。
【００６０】
次に、パノラマ化された輪郭線データについて、所定フォーマット（例えばＧＤＳフォーマット）への変換処理を行う（Ｓ００１０）。この際に、レイヤの識別情報，製造工程，輪郭線の座標情報等を、併せて登録する。次にもとのＳＥＭ画像がマスク画像である場合、マスク画像に基づく転写後のシミュレーションを行う（Ｓ００１１）。
【００６１】
以上のようにして形成された各工程（レイヤ）の情報を併せて、ライブラリを作成する（Ｓ００１２）。ライブラリの概要については後述する。
【００６２】
本例は、基本回路毎に予めそのパターン形状（マスク形状またはシリコン（半導体ウェハ）上のパターン形状）の画像を取得しておき、さらにこの画像からパターンの輪郭線を抽出し、その形状を基本回路毎に対応付けを行いパターンマッチング用のライブラリとして保存しておき、実際の製品としての回路を製造する際に計測する当該位置の設計データから当該の基本回路を認識しその輪郭線を画像取得のためのマッチングのテンプレートとして用いるものである。
【００６３】
具体的には、マッチングのテンプレートライブラリは基本回路毎に、当該パターンの各部位を高倍率（例えば２０万倍）のＳＥＭ画像として撮像を行い、その隣接する各部位をパノラマ化することにより当該の基本回路を高倍率画像として再構築するものである。その後、再構築された画像から測長ＳＥＭで用いられる測長アルゴリズムにてそれぞれの画素毎にサブピクセルの計算精度にてエッジ抽出を行い、これらのエッジ点を輪郭化することにより当該回路パターンの輪郭形状を作成すると共に、これを設計データの形式である例えば、ＧＤＳ２形式として図形化したものをライブラリ化として管理する。
【００６４】
上記工程を、半導体を構成する各基本回路について全て行うことにより、図形化したパターンライブラリとして管理することができ、この輪郭線化したパターンライブラリを計測の際のパターン認識用に用いることで計測のパターンマッチングを極めて高精度に行うことができる。
【００６５】
尚、本パターンライブラリは高倍率の精度で図形形状化したものであるため、測定時の倍率に任意に対応した形状（拡大及び縮小）を表現することができるため、測定に用いる画像取得の倍率を任意に設定できる。
【００６６】
これは、上記で述べたようにサブピクセルの精度でエッジ検出を行い、このエッジ点を、図形を構成する座標としているため、きわめて高精度な分解能で図形形状を表現することが可能となり、テンプレート作成のために拡大または縮小処理を行った場合でもその精度が損なわれることは無い。
【００６７】
従って、比較的低い倍率（例えば１万倍）にて、アドレッシングのためのテンプレート作成手段として、或いは比較的高倍率（例えば２０万倍）測定の際のテンプレート手段として、共通して使用することができる。
【００６８】
上述のようなテンプレートライブラリによれば、ホットスポットと呼ばれるパターン異常が発生する可能性のある個所等、大きさや形状が種々変化する可能性のあるパターンのパターン認識を行う際のテンプレートを共通化することができるため、柔軟なレシピ作成作業と測定の安定性を実現できる。
【００６９】
図５の（Ｓ０００４）を経由するマスク画像を取得し、そのマスク画像に基づいてテンプレートライブラリを作成する手法では、取得したマスク画像に基づいて、各基本回路に相当するマスクの輪郭線を抽出（Ｓ０００８）し、当該輪郭線をパノラマ化する（Ｓ０００９）。パノラマ化された輪郭線データを所定のフォーマットに変換（Ｓ００１０）した上で、転写画像をシミュレーションする（Ｓ００１１）ことで、転写後のパターン形状を予測することができる。シミュレーションの一例として、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）シミュレーションがあり、ＯＰＣパターンを付加した状態で転写した形状を予測が可能なシミュレーションを適用する。
【００７０】
このシミュレーションは予測のための各種条件の設定が煩雑な場合が多くまた、計算時間も必要な場合が多いが、一度条件を決めてシミュレーション形状を求めておけば、露光量やドーズ量等の露光機の条件が変化した場合はその条件のみを変更することで比較的容易に予測形状を補正することが可能である。
【００７１】
上記の手段で求めた各基本回路に対応する転写予測形状を、テンプレートライブラリとして登録（Ｓ００１２）し、マッチングのテンプレート作成に用いることで画像取得の安定性を実現することができる。
【００７２】
尚、この手法は露光機の条件変更やプロセスの条件変更等があった場合に容易に対応ができる手段として前述したマスク形状やシリコンの転写形状の輪郭線を直接マッチングのテンプレートとして用いる手法と併用することができる。
【００７３】
また、本手法（シミュレーションによる転写形状の予測）を用いることにより測定の安定性を高める目的に加え、予測形状と実際の転写形状との差異を計測することにより製造工程でのパターン管理の指標として用いることができる。なお、マスク画像を取得する際には、フォトマスク用の走査電子顕微鏡用の撮像レシピを予め作成しておくと、高効率な測定が可能となる。この場合、レシピには各基本回路のパノラマ撮像位置と、撮像倍率が設定される。更に、図５の（Ｓ０００５）〜（Ｓ０００７）を経由するテンプレートライブラリ作成工程では、実際に転写されたパターンに基づいて、ライブラリを形成するため、実画像に最も忠実なテンプレートの作成が可能となる。
【００７４】
次に、図５に例示したような工程を経て形成されるテンプレートライブラリを含むレシピ処理部の概要を、図９を用いて説明する。図９に例示するように、レシピ処理部は、主としてライブラリ管理部と、テンプレート作成部からなり、その概要は以下の通りである。
【００７５】
（１）ライブラリ管理部
ライブラリ管理部はパターンマッチング用のテンプレートを作成するためのデータを、基本回路毎に生成，保存する部分である。
【００７６】
先に述べたように高集積の半導体回路信号処理の基本となる基本回路の組み合わせで構成されている場合が一般的である。半導体製造では、その製造工程（例えば４５ｎｍのデザインルール等）毎にその基本回路を標準部品として準備を行うため、その回路の種類は数百種となる可能性がある。この準備作業としては各回路毎に回路設計を行い回路の動作特性のシミュレーションを行い、レイアウト設計を経てマスクを作成し半導体ウェハ上での転写性の評価及び半導体ウェハ上での回路特性の検証を行う。この過程において所望の結果が得られない場合は、回路やレイアウトの設計情報の見直しや製造プロセスの調整を行い所望の結果を得られるまで検証と調整作業を行う。
【００７７】
図１０は、基本素子パターンライブラリに記憶されるテンプレートライブラリの概要を説明する図である。当該ライブラリは、回路の転写パターンを回路の種類毎に、輪郭線情報が収集されている。輪郭線化に際しては当該のレイアウトデータ（例えばＧＤＳデータ）を使用して輪郭化形状を作成するが、この際にレイアウト設計段階で使用した回路データとの対応関係を用いて当該の回路名を輪郭線図形に付加しておくことで当該の回路を構成する輪郭線データの集合であることを表現する。この処理は例えばデータ変換部にて行われる。この対応関係の情報は、製品ウェハのレシピを作成する際に製品のレイアウトに付加されている回路名と対応関係をとる際に用いられる。
【００７８】
例えば図１５に例示されたＮＡＮＤ回路のテンプレートライブラリ作成時には、ＮＡＮＤ回路を構成するパターンを部分毎に、比較的高い倍率（例えば２万倍）で画像取得を行い、それぞれの画像をパノラマ合成し、一つの回路パターンを再構成する。次いで、このパノラマ化した画像から輪郭形状の抽出を行い当該のＮＡＮＤ回路の輪郭線として対応付けを行い、ライブラリに登録を行う。尚、この処理は各レイヤ（層）即ち、ゲート層，拡散層，ホール層等に対しても行い、ライブラリの登録をする。更に全ての種類の基本回路に対して同様のパノラマ輪郭線化処理を行いパターンライブラリに登録する。
【００７９】
本例では、複数の画像をパノラマ化した上で、ライブラリを作成しているが、これは、基本回路の部分毎を高い倍率で撮像しパノラマ化した輪郭線をＧＤＳの図形化することにより、アドレッシングに用いるマッチングテンプレート（低倍率）と測定に用いるテンプレート（高倍率）の両方に共通して使用するためである。尚、この輪郭線化にあたり、１つのチップの画像では輪郭線化した際の形状はエッジラフネス等の影響により滑らかでない形状となる可能性がありマッチングの安定性を阻害する要因となる場合がある。従って、輪郭線化を行う際には複数のチップの同一パターンを用いて平均化処理を行い、平均化した輪郭線を使用することもできる。
【００８０】
本例は、転写パターンの輪郭線を用いることによる安定性の高い撮像方式を実現するものであるが、その一例としてマスク画像から抽出した輪郭線を用いて、半導体ウェハへの転写イメージをシミュレーションした輪郭線（Simulated Mask Contour：ＳＭＣ）を用いて撮像レシピを生成することも可能である。主なシミュレーションの種類として、（１）ホットスポット（パターンニングにおける危険箇所）の部位に対するシミュレーション、（２）マスク欠陥箇所に対する欠陥修正部位に対するシミュレーション、（３）Standard Cell回路のMask輪郭線に対するシミュレーションなどがある。
【００８１】
マスク画像から抽出した輪郭線の作成方法は、これまでに説明したパノラマ処理を同様に行い、これらの結果をライブラリに登録する。
【００８２】
基本素子パターンライブラリは、基本回路毎に対応したレイアウトデータとパノラマ化等によって作成された輪郭線を管理するもので、レイアウトデータと一対一での対応関係を持つことにより、１）回路情報、２）レイアウト情報、及び３）輪郭線情報と双方向でアクセスが可能な構造となっている。これにより、これらの３つの何れかから検索してもそれらの関連をたどることができるため、後述するテンプレート作成部でのテンプレート作成条件指定が容易になる。また、測定部での様々な応用に効果が期待できる。更に、レイアウト情報に加え、図１１に例示するように、基本回路に関連する他の情報をライブラリ化しておき、情報指定によって、その関連情報を持つレイアウト情報を抽出可能とすることによって、より詳細なテンプレート作成条件に基づく必要情報の選択が可能となる。
【００８３】
図７は、基本素子の転写工程中に、テンプレートライブラリを作成する工程を説明するフローチャートである。各レイヤの形成毎に、複数の視野（Field Of View：ＦＯＶ）の取得に基づくパノラマ化処理を行うことで、ライブラリに必要な情報を収集する。基本素子の設計に基づいて、レシピ作成のためのテンプレートライブラリの作成が可能となるため、ウェハの量産工程とは別にレシピ作成用のライブラリを構築することができる。
【００８４】
（２）テンプレート作成部（レシピ生成部）
テンプレート作成部は、テンプレートの作成、及び作成されたテンプレートのレシピへの登録を行う。テンプレート作成に基づくレシピ生成のプロセスを、図６に例示する。
【００８５】
まず、テンプレート作成条件の１つとして、測定対象、或いはテンプレートの位置をレイアウトデータ上で指定する（Ｓ００１３）。次に、レイアウトデータ上の指定座標に対応する位置の回路情報から、基本回路を特定し、該当するパターンライブラリを決定する（Ｓ００１４）。尚、この際、測定の対象となるレイヤ情報からパターンのレイヤも決定しておく。そして、決定されたパターンライブラリに対応する輪郭線データの位置を求め、測定倍率で示される視野領域を元に撮像範囲を計算（Ｓ００１５）し、当該領域に含まれる輪郭線情報（パターン情報）をパターンライブラリから抽出した上で、測定のためのマッチングテンプレートを作成（Ｓ００１６）し、レシピとして登録する（Ｓ００１７）。
【００８６】
本例では、基本回路の設計情報、或いは基本回路の転写情報があれば、量産工程に用いられるテンプレートの作成が可能となるため、量産前、或いは量産後であっても速やかに測定レシピを作成することが可能となる。
【００８７】
図１４に、図５に例示する種々のライブラリ作成、及び当該ライブラリに基づく測定レシピを作成可能とする測定システムの概要を説明する。ＣＤ−ＳＥＭ１４０２は半導体ウェハ用のＳＥＭであり、ＣＤ−ＳＥＭ１４０３はフォトマスク用のＳＥＭである。データ管理装置１４０１は、レイアウトデータやマスクデータに基づいて、レシピを形成するために用いられる。データ管理装置１４０１では、ＣＤ−ＳＥＭ１４０３によって取得されたマスク画像に基づいて、輪郭線抽出を行い、当該結果に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭ１４０２の測定レシピを作成する。
【００８８】
以上のようなシステム構成によれば、２つのＣＤ−ＳＥＭのレシピ情報を統合管理することが可能となり、レシピを共有して使用することが可能となる。
【００８９】
具体的にはフォトマスクと半導体ウェハとの対応する位置を、同一のＩＤ番号等の識別情報を用いて管理し、このＩＤを用いて相互の座標系の対応をとることができる。
【００９０】
また、フォトマスクと半導体ウェハの縮尺が異なっている場合が一般的であるが、このＩＤにより縮尺の変換係数も一律に計算できるため、縮尺を意識することなく、相互連動して測定結果を解析することができる。
【００９１】
これによってレシピが統合されていることとあいまって測定結果を１つのＧＵＩに表示することができるため、マスク及びシリコンの測定結果が相互に連動して表示することができる。
【００９２】
上述のように、パターンマッチングのためのレシピ作成を、ＣＤ−ＳＥＭを使用せずにオフラインで行うことによって、自動化の推進が図れ省力化ができる。また、測定対象のウェハ、もしくはマスクプレートの製造が終了する前に、測定のためのレシピを事前に作成できるため、測定着手時の時間的ロスを無くすことができる。
【００９３】
また、測定対象のウェハ、もしくはマスクプレート上に形成されるパターン形状に極めて近い形状でマッチングテンプレートが使用できるため、測定において極めて高いロバスト性を実現することができる。更に、テンプレートを基準としたパターン形状異常個所の検出にも使用することができる。
【００９４】
上述のテンプレートライブラリに記憶されたレイアウト情報が、半導体ウェハの撮像に基づいて作成されたものである場合、基本回路のＳＥＭ画像を選択的に撮像するだけで、試料上に多数配置されていると考えられる基本回路のライブラリを作成することができるため、実画像に極めて近いＳＥＭ画像に基づくテンプレートを高効率に作成することが可能となる。また、テンプレートライブラリに記憶されたレイアウト情報が、レイアウトデータ，マスクデータ、或いはマスク画像に基づくシミュレーションに基づいて作成されたものである場合、半導体のレイアウト設計、或いは製造工程前に、ライブラリを作成することができるため、実際のウェハを作成する前、或いは作成後速やかにテンプレートを作成することが可能となる。また、基本回路に対する部分的なシミュレーションを行えば良いため、シミュレーションの効率化も期待できる。
【符号の説明】
【００９５】
１０１  データ管理装置
１０２，１０３  ＳＥＭ
１０４，１０５，１１０  制御装置
１０６，１０７  通信回線
１０８  シミュレータ
１０９  集束イオンビーム装置
２０１  電子源
２０２  引出電極
２０３  電子ビーム
２０４  コンデンサレンズ
２０５  走査偏向器
２０６  対物レンズ
２０７  試料室
２０８  試料台
２０９  試料
２１０  電子
２１１  二次電子
２１２  変換電極
２１３  検出器
【図１】
0005604067.tif 000002
【図２】
0005604067.tif 000003
【図３】
0005604067.tif 000004
【図４】
0005604067.tif 000005
【図５】
0005604067.tif 000006
【図６】
0005604067.tif 000007
【図７】
0005604067.tif 000008
【図８】
0005604067.tif 000009
【図９】
0005604067.tif 000010
【図１０】
0005604067.tif 000011
【図１１】
0005604067.tif 000012
【図１２】
0005604067.tif 000013
【図１３】
0005604067.tif 000014
【図１４】
0005604067.tif 000015
【図１５】
0005604067.tif 000016