(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体の凹凸パターンを正確に判定できる半導体検査装置を提供する。【解決手段】検査対象の半導体を荷電粒子を走査して撮影し、半導体の画像を取得する。検査画像から検査プロファイルを生成し（１５５１）、参照画像から参照プロファイルを生成し（１５４１）、検査対象の半導体の設計情報から参照部位の凹凸パターンを示す凹凸パターン情報を取得し、検査プロファイルと参照プロファイルとを比較し（１５５２）、凹凸パターン情報を参照して半導体の検査部位の凹凸パターンを判定する（１５５３）。【選択図】図１５
2014093429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の半導体を荷電粒子を走査して撮影し、前記半導体の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部で取得した画像から前記半導体の凹凸パターンを判定する演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記画像取得部で撮影された前記半導体の検査部位の検査画像を取得し、
前記検査画像から検査プロファイルを生成し、
前記画像取得部で撮影された前記半導体の参照部位の参照画像を取得し、
前記参照画像から参照プロファイルを生成し、
前記検査対象の半導体の設計情報から前記参照部位の凹凸パターンを示す凹凸パターン情報を取得し、
前記検査プロファイルと前記参照プロファイルとを比較し、前記凹凸パターン情報を参照して前記半導体の検査部位の凹凸パターンを判定することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体検査装置において、
前記演算部は、前記参照プロファイルから、前記半導体の参照部位の凹凸パターンに対応する複数のピークのうちから１つのピークに対応する箇所をテンプレートとして抽出し、
前記検査プロファイルと前記テンプレートとを比較し、前記凹凸パターン情報を参照して前記半導体の検査部位の凹凸パターンを判定することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体検査装置において、
前記参照部位は、前記荷電粒子の走査方向を横切る１つの凹部または凸部の参照パターンを含み、
前記参照プロファイルは、前記１つの凹部または凸部の参照パターンのエッジ部に対応する少なくとも２つのピークを含み、
前記演算部は、前記参照プロファイルの前記少なくとも２つのピークのうち、前記荷電粒子を走査する方向に対して後になる１つのピークに対応する箇所をテンプレートとして抽出することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体検査装置において、
前記演算部は、前記参照プロファイルの前記少なくとも２つのピークのうち、それぞれのピークに対応する箇所のテンプレートを、それぞれ別個のテンプレートとして抽出することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項５】
請求項２記載の半導体検査装置において、
前記演算部は、前記１つのピークを含む所定の幅の部分を前記テンプレートとして抽出することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項６】
請求項５記載の半導体検査装置において、
前記演算部は、前記所定の幅は、前記半導体の検査部位の凹凸パターンに対応する複数のピークの間隔のうち、最も短い間隔に対応する幅とすることを特徴とする半導体検査装置。
【請求項７】
請求項２記載の半導体検査装置において、
前記演算部は、前記半導体の検査部位のうち、前記テンプレートに対応する箇所を凹部または凸部として判定した後、前記凹部または凸部と判定した箇所を起点として、前記荷電粒子を走査する方向に凹部または凸部が交互に現れるものとして凹凸パターンを判定することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項８】
請求項２記載の半導体検査装置において、
前記半導体は、ダブルパターンニング製法で作成されたものであり、
前記演算部は、参照プロファイルから、前記半導体の参照部位の凹凸パターンに対応する複数のピークのうちから、かつ、前記ダブルパターンニング製法由来の凹凸パターンに対応する１つのピークに対応する箇所をテンプレートとして抽出し、
前記検査プロファイルと前記テンプレートとを比較することで前記半導体の検査部位の凹凸パターンおよび凹凸パターンの種類を並行して判定することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項９】
請求項８記載の半導体検査装置において、
前記凹凸パターンの種類は、前記半導体の検査部位の凹部がダブルパターンニング製法において先に作成された凹部であるか後に作成された凹部であるかであることを特徴とする半導体検査装置。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体検査装置において、
前記演算部は、前記検査画像と前記参照画像とを同じ撮影条件で取得することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項１１】
検査対象の半導体を荷電粒子を走査して撮影し、前記半導体の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部で取得した画像から前記半導体の凹凸パターンを判定する演算部と、を備える半導体検査装置における半導体検査方法であって、
前記演算部は、
前記画像取得部で撮影された前記半導体の検査部位の検査画像を取得し、
前記検査画像から検査プロファイルを生成し、
前記画像取得部で撮影された前記半導体の参照部位の参照画像を取得し、
前記参照画像から参照プロファイルを生成し、
前記検査対象の半導体の設計情報から前記参照部位の凹凸パターンを示す凹凸パターン情報を取得し、
前記検査プロファイルと前記参照プロファイルとを比較し、前記凹凸パターン情報を参照して前記半導体の検査部位の凹凸パターンを判定することを特徴とする半導体検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体検査装置および半導体検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−２５１６７４号公報（特許文献１）には、試料上に形成された凹凸パターンの画像のプロファイル波形の特徴、例えば、ピークが有する一方の裾の傾斜が急峻か緩やかか、などの特徴から凹凸を判定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５１６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の技術では、凹凸とプロファイルの形状の特徴が一意に決まることが前提である。しかしながら、実際の試料では材質や凹凸の傾斜などにより、凹凸とプロファイルの形状の特徴が一意に定まらない場合もあり、特許文献１記載の技術では凹凸を正確に判定できないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明にかかる半導体検査装置は、検査対象の半導体を荷電粒子を走査して撮影し、半導体の画像を取得する画像取得部と、画像取得部で取得した画像から半導体の凹凸パターンを判定する演算部と、を備える。
【０００６】
演算部は、画像取得部で撮影された半導体の検査部位の検査画像を取得し、検査画像から検査プロファイルを生成し、画像取得部で撮影された半導体の参照部位の参照画像を取得し、参照画像から参照プロファイルを生成し、検査対象の半導体の設計情報から参照部位の凹凸パターンを示す凹凸パターン情報を取得し、検査プロファイルと参照プロファイルとを比較し、凹凸パターン情報を参照して半導体の検査部位の凹凸パターンを判定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、凹凸判定の際の誤判定を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】位置決め画像、参照画像、検査画像の関係を示す図。
【図２】本発明の実施形態の全体の構成図。
【図３】実施例１の参照画像および検査画像のプロファイルを示す図。
【図４】実施例１のテンプレートの例を示す図。
【図５】実施例１のプロファイルマッチングを示す図。
【図６】実施例１のテンプレートと対応する参照画像の位置を示す図。
【図７】実施例１の変更で、複数のテンプレートを用いる場合の図。
【図８】実施例１の変更で、不向きなテンプレートを選択した場合の図。
【図９】実施例１の変更で、不向きな凸部テンプレートを選択した場合の図。
【図１０】実施例１の変更で、ピーク中心に左右反転した差テンプレートの図。
【図１１】実施例１の変更で、画像の特徴量を出す場所を示す図。
【図１２】参照画像を別の位置にする場合の図。
【図１３】参照画像の色々な場所の選び方を示す図。
【図１４】実施例１の全体の手順を示す図テンプレートの例を示すフロー図。
【図１５】実施例１の一部の手順を詳しく示したフロー図。
【図１６】実施例１の変更で、一部の手順を詳しく示したフロー図。
【図１７】実施例１の変更で、一部の手順を詳しく示したフロー図。
【図１８】実施例２の一部の手順を詳しく示したフロー図。
【図１９】実施例２のプロファイル、テンプレートを示す図。
【図２０】実施例２の変更で、複数のテンプレートを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（１）実施例１
（１．１）構成
図２は、走査型電子顕微鏡を用いた半導体検査装置を示した図である。
【００１０】
走査型電子顕微鏡は、ステージ２０１、電子銃２０３、２次電子検出部２０４、画像化部２０５を備える。レジストの載った半導体２０２は検査対象であり、ステージ２０１により撮影視野に運搬される。この半導体２０２は、設計データに基づいて製造され、リソグラフィーで半導体表面上に凹凸パターンが形成されている。電子銃２０３により電子が打ち出され、半導体２０２の所定領域を走査して、出てきた２次電子を２次電子検出部２０４で捉え、画像化部２０５で撮影画像の画像データが生成される。
【００１１】
画像化部２０５は、撮影画像を得るため、ステージ２０１、電子銃２０３、２次電子検出部２０４を動作させる制御信号を送り、２次電子検出部２０４で検出される信号を順序良く適切に位置づけ、画像データにする。即ち、画像化部２０５は画像取得部であり、検査対象の半導体を荷電粒子を走査して撮影された半導体の画像を取得する。
【００１２】
計算装置２０６は、画像化部２０５で作られた撮影画像の画像データを受け取り、所定の画像処理をして、結果を表示装置２０７に表示させる。即ち、計算装置２０６は演算部としての役割を果たし、画像取得部で取得した画像から半導体の凹凸パターンを判定する。より具体的には、計算装置２０６は図示しないＣＰＵ等の回路を備えており、これが演算部として必要な演算を行う。  なお、計算装置２０６は、走査型電子顕微鏡に内蔵しても良いし、外付けであっても良い。
【００１３】
なお、ここでは電子銃を用いる走査型電子顕微鏡を例に説明するが、帯電させたヘリウムやアルゴンなどの荷電粒子を走査し、走査箇所から放出される荷電粒子に基づいて画像を撮影して所望の検査を行う検査装置など、その他各種の検査装置にも本実施例を適用することができる。
【００１４】
また、本実施例ではレジストの載った半導体２０２を例に説明するが、電子線による直接加工など、その他の方法で作成した凹凸パターンを含む試料を検査する場合などにも適用できる。
【００１５】
（１−２）全体の手順概要
図１４に、実施例１の全体の手順の概要を示す。撮影で得られた画像間の位置関係を示す図１を用いて説明する。
【００１６】
以下、図１を参照し、図１４の番号をステップ番号として手順の概要を説明する。
【００１７】
ステップ１４０１：（位置決め画像の撮影）。半導体２０２の所望の検査部位を撮影する前に、まずは低倍率で位置が分かる部位を撮影する。得られた画像を位置決め画像と呼ぶことにする。図１では、位置決め画像は１０１として示されており、半導体２０２を低倍率で撮影した画像である。
【００１８】
ステップ１４０２：（検査画像の撮影）。位置決め画像１０１から所望の検査部位を狙って、高倍率で撮影する。得られた画像を検査画像と呼ぶことにする。図１の例では、検査部位は１０２、検査画像は１１２として示されている。検査部位１０２は、検査を所望する部位である。計算装置２０６は、低倍率で撮影した位置決め画像１０１から形態を見て検査部位を探し、画像化部２０５は、高倍率でこの部位を撮影するように各部を制御して撮影が行われ、検査画像を得ることができる。検査画像１１２はこの検査部位１０２を撮影して得られた画像である。
【００１９】
ステップ１４０３：（参照画像の撮影）。検査部位１０２とは別の部位で、設計データから凹凸が一意に決まる部位(参照部位)を、検査画像１１２と撮影条件（倍率等）を同じにして撮影する。得られた画像を参照画像と呼ぶことにする。図１の例では、参照部位は１０３、参照画像は１１３として示されている。参照部位は、低倍率で撮影した位置決め画像１０１のうち、設計データから凹部のパターンであるか、凸部のパターンであるのかが明らかな領域である。参照画像１１３はこの参照部位１０３を撮影して得られた画像である。参照画像には、半導体の設計データと対比して位置を決められる特徴的な形態と、他と比較可能な参照プロファイルを作り得る典型的な形態を含んでいる。そうなるように、参照部位は選択される。結果として、参照画像は、設計データと比較すると、位置が分かり、凹凸が決められる画像となる。つまり、演算部は参照画像の特徴的な形態を検知して、参照画像の位置を把握し、凹凸情報が分かった参照プロファイルを作る。図１では、参照画像１１３のうち、中央の領域が凹部、隣接する左右の領域が凸部である例を示している。
【００２０】
ステップ１４０４：（参照画像の情報取得）。参照画像１１３から画像情報を取得する。詳細手順は（１−３）節で述べる。
【００２１】
ステップ１４０５：（凹凸の判定）。ステップ１４０４で得た画像情報を参照して、検査画像１１２の撮影部位の凹凸を判定する。詳細手順は（１−３）節で述べる。
【００２２】
なお、ステップ１４０２では、位置決め画像１０１の形態を見て検査部位１０２を探し、高倍率でこの部位を狙って撮影操作することにより、検査画像１１２が得られる。この時、位置決め画像１０１と、検査画像１１２とでは、撮影の倍率や画像中心が異なるので、狙った位置を正確には撮影できず、検査画像１１２は、狙った位置から少しずれて撮影されることになる。このような状況下、検査画像１１２の画像パターンが周期的で特徴的な形態がない場合には、撮影位置のずれが半周期より大きくなると、画像パターンから凹凸を知ることができなくなってしまう。つまり、図１で示した検査画像１１２の各領域のパターンが凹部なのか凸部なのか、正確に判定することが出来ない。
【００２３】
ここでは、参照画像１１３の画像情報を参照することで、検査画像１１２の凹凸の正確な判定を実現することが出来る。凹凸が分かれば、凸部や凹部の線幅を測定するなど、各種所望の検査を行うことができるようになる。
【００２４】
以上に説明したように、本実施例に係る半導体製造装置は、検査対象の半導体を荷電粒子を走査して撮影し、半導体の画像を取得する画像取得部と、画像取得部で取得した画像から前記半導体の凹凸パターンを判定する演算部と、を備える。演算部は、画像取得部で撮影された半導体の検査部位の検査画像を取得し、検査画像から検査プロファイルを生成し、画像取得部で撮影された半導体の参照部位の参照画像を取得し、参照画像から参照プロファイルを生成し、検査対象の半導体の設計情報から参照部位の凹凸パターンを示す凹凸パターン情報を取得し、検査プロファイルと参照プロファイルとを比較し、凹凸パターン情報を参照して半導体の検査部位の凹凸パターンを判定する。
【００２５】
それぞれの処理内容の詳細は以下に説明する。以下に述べる処理内容はそれぞれ演算部にてなされることとする。
【００２６】
（１−３）詳細手順
図１５は、図１４のステップ１４０４とステップ１４０５の詳細な手順を示したものである。図３〜６は、手順中で説明されるものを例示した図である。
【００２７】
以下、図３〜６を参照し、図１５の番号をステップ番号として詳細な手順を説明する。  ステップ１５４１：（参照画像のプロファイルの取得）。参照画像１１３の所定の方向のプロファイルを取得する。得られたプロファイルを参照プロファイルと呼ぶことにする。図３の例では、参照画像１１３の参照プロファイルは３１３として示されている。例えば、縦方向に線のあるパターンの部位を映した場合、参照画像１１３を解析し、縦方向に画像の輝度値の平均を取って横方向の１次元データを作ると、これが参照プロファイル３１３となる。なお、図３で示した参照プロファイル３１３の横軸は、参照画像１１３の横方向位置で、縦軸は、参照画像１１３の画像の輝度値を縦方向に平均を取った値である。  図３の例では、凹部のレベル、凸部のレベル、凹凸のエッジ部のレベルのそれぞれについて特徴的なプロファイルが示されている。参照画像１１３は、１本の凹部という特徴的な形態を撮影しており、この特徴的な形態から、設計データのパターンと対比ができるため、参照画像１１３の各領域が凹部であるのか凸部であるのか決定することが可能である。半導体２０２の設計データは、例えば、計算機もしくは走査型電子顕微鏡が備える記憶装置、または、別途備えるデータベースなどに記憶されている。
【００２８】
なお、画像の端の方が不安定に映っている場合、画像の端の方を平均から外すことで、より正確な参照プロファイルを得ることが出来る。
【００２９】
ステップ１５４２：（テンプレートの取得）。図４に示すように、参照プロファイル３１３の所定の部分を切り出してテンプレート４０１とする。図４では、参照プロファイル３１３のうち、凹部から凸部へのエッジ部を切り出した例を示している。テンプレートの取り方の詳細は（１−５）節で述べる。
【００３０】
ステップ１５５１：（検査画像のプロファイルの取得）。検査画像１１２の所定の方向のプロファイルを取得する。得られたプロファイルを検査プロファイルと呼ぶことにする。図３の例では、検査画像１１２の検査プロファイルは３１２として示されている。参照プロファイル３１３の場合と同様に、検査画像１１２の縦方向に平均を取って横方向の１次元データを作ると、これが検査プロファイル３１２となる。図３の例では、凹部のレベル、凸部のレベル、凹凸のエッジ部のレベルのそれぞれについてプロファイルが示されている。但し、検査プロファイル３１２を生成しただけでは、どの部分が凹部であるのか凸部であるのかを判定することは出来ない。これについては、以下に述べるテンプレートマッチングと凹凸判定により可能となる。  ステップ１５５２：（テンプレートマッチング）。図５に示すように、検査プロファイル３１２を探索対象データとして、テンプレート４０１と１次元のテンプレートマッチングをして、評価値の１次元データ列を作る。これを評価値データ列５０１と呼ぶことにする。評価値データ列５０１は、検査プロファイル３１２とテンプレート４０１の正規化相関値として表され、−１から１までの値となる。図５の例では、評価値データ列５０１の中の最大値（vmax）をなす位置が、最もテンプレート４０１と一致する位置である。テンプレートマッチングの具体的な内容については（１−６）節で述べる。
【００３１】
ステップ１５５３：（凹凸判定）。評価値データ列５０１の中の最大値（vmax）の位置に対応する検査プロファイルの位置が、テンプレート４０１と最も似た位置で、テンプレート４０１の凹凸と検査プロファイル３１２の凹凸は、この最大値（vmax）の対応位置で同じであると判断する。凹凸は、交互に現れるので、検査画像１１２の他の部位の凹凸も、先に決まったものから交互に割り当てて決めて行くことができる。これにより、測定したい場所の凹凸も知ることができる。つまり、テンプレートに対応する箇所を凹部または凸部として判定した後、凹部または凸部と判定した箇所を起点として、荷電粒子を走査する方向に凹部または凸部が交互に現れるものとして凹凸パターンを判定する。例えば、図６では、検査プロファイル３１２のピークP1からP4のうち、P2がテンプレート４０１のピークに対応する例が示されている。テンプレート４０１の凹凸が検査プロファイル３１２の凹凸に対応することから、P2を起点をして凹凸を交互に現れるものとすることで、検査画像１１２のパターンの凹凸を正確に判定することが可能になる。
【００３２】
なお、図４から図６に示したテンプレート４０１は、参照プロファイル３１３の中からピークを１つしか含まないように取っている。ピークを２つ含むようにテンプレートを取ると、マッチングでは、主に、このピーク間隔と合うような検査プロファイル３１２のピーク間隔を持った位置を探すようになる。ところが、参照プロファイルと検査プロファイルのピーク間隔は、半導体の加工精度や設計データ自身からも、必ずしも両者が一致するとは限らない。両者のピーク間隔が異なる場合は、ピークを２つ含むようにテンプレートを取ると、位置の検出が不正確になり、従って凹凸の誤判定を起こす可能性が高くなる。ピークを１つ含むテンプレートであれば、マッチングでは、第１にピーク位置が合い、かつ、次に、ピークの前後の形が合う位置を探すので、ピーク間隔が異なっても、うまく位置の合った場所を探せ、従って、凹凸を誤りなく判定できる効果がある。
【００３３】
以上の手順により、設計データから定まるテンプレート４０１の凹凸情報と探索データである検査プロファイル３１２の一致位置から検査画像１１２の所望の部位の凹凸を判定することができる。
【００３４】
（１−４）検査画像１１２と参照画像１１３について。検査画像１１２と参照画像１１３の関係について補足する。図１、図３の例のように、縦線の映った検査画像の場合、検査プロファイル３１２にはピークを持った山部が現れる。一般に試料に凹凸があると、凹凸の境界のエッジの部分は、検査画像１１２では強く映る。線方向に平均を取った検査プロファイル３１２は、エッジに対応した部分でピークを形成する山部になる。
【００３５】
特許文献１記載の技術では、検査プロファイル３１２のピークの形から凹凸を判定したが、誤判定する場合もある。ここでは、検査プロファイル３１２から凹凸を判定するのではなく、設計データから凹凸の分かっている参照プロファイル３１３の比較に適した部分をテンプレート４０１にして、検査プロファイル３１２と比較することにより、検査プロファイル３１２の凹凸を判定する。
【００３６】
（１−５）テンプレートの取り方
図４に示すように、参照プロファイル３１３には、参照画像１１３の凹凸のエッジ部分に対応したピークが現れる。例えば、凹部が１つある線状のものを撮影した場合、凹部の縁にあたる２箇所でピークが現れる（Q1、Q2）。このピークのうちの一方を中心に所定の幅dだけ切り出してテンプレート４０１とする。
【００３７】
参照プロファイル３１３の２つあるピーク（Q1、Q2）のうち、電子銃２０３でビームスキャンする方向から見て後の方にあるピーク（図４では左から右にスキャンするとしてQ2の方）をテンプレート４０１に選択する方が、検査プロファイル３１２の対応位置の帯電の影響がテンプレート４０１と似るため好ましい。
【００３８】
仮に、Ｑ１のピークの方をテンプレートにすると、Ｑ１の左側にピークがないので、帯電の影響が少ないプロファイルとなる。ところが、検査プロファイル３１２には複数のピークがあり、左からスキャンする場合、一番左のピークのプロファイルは帯電の影響が少なく、以後のピークは帯電の影響の大きなプロファイルになる。帯電の影響によるプロファイルの変化が、凹凸の違いによりプロファイルの違いより大きい場合、マッチングでは、帯電の影響の少ない方を選択するようになり、一番左のピーク位置を検出する可能性が高くなる。一般には、帯電の影響の少ない検査プロファイルの一番左のピーク位置と、テンプレートに取ったピーク位置とは無関係であるため、対応位置の誤認となり、凹凸判定の誤りとなる可能性が高くなる。
【００３９】
Ｑ２のピークの方をテンプレートにすると、凹凸の違いによりプロファイルの変化に、帯電の影響によるプロファイルの変化が重なった形のプロファイルになる。検査プロファイル３１３には複数のピークがあり、ピーク間隔が全く同じではなくても、ある程度似た間隔であれば、検査プロファイル３１３のＱ２と同じ凹凸関係のピークの前にＱ１と同じ凹凸関係のピークがあるものは、凹凸関係と帯電の影響がＱ２と同じになり、プロファイルは、Ｑ２と似たものになる。従って、マッチングでは、帯電の影響の少ない一番左のピークが除かれ、次以降のピークで、凹凸が同じ部位が選ばれ、対応位置が正確に検知でき、凹凸の判定が正確になるという効果がある。
【００４０】
なお、図４では、参照プロファイルのピークは２つであったが、ピークが３つ、４つと、２つ以上の複数がある場合は、最初のピークは避け、後の適当なピークを含むテンプレートを作成することが、同様の理由で好ましい。
【００４１】
テンプレート４０１の幅は、検査プロファイル３１２の複数あるピーク（P1、P2、P3、P4）の間隔（d1、d2、d3）のうち、最も短い間隔（d=min(d1,d2,d3)）と同一（多少広くても狭くても参照画像とマッチングした時に参照画像の隣のピークの裾の影響をあまり受けないような幅であれば良い）にすることが好ましい。検査プロファイル３１２のうち、参照プロファイル３１３のテンプレート４０１に対応する部分が、中心に据えるピークの形状の特徴を十分含んでいて、他のピークの裾の広がりの影響がない幅のときに正確なマッチングが可能となるからである。
【００４２】
（１−６）テンプレートマッチングについて
本実施例では、テンプレート４０１と、検査プロファイル３１２とのテンプレートマッチングを行う。マッチングの評価値に正規化相関を用いる場合、検査プロファイル３１２の中でテンプレート４０１と同じ長さの部分を取れる場所の全てについて、以下の（１）式に元づいて評価値データ列５０１を作る。
【００４３】
J(k) = TS  / （ sqrt(TT)・aqrt(SS) ）  （１）
ただし、
TS = Σ (T(i)-ht)・(S(k+i)-hs)
TT = Σ (T(i)-ht)・(T(i)-ht)
SS = Σ (S(k+i)-hs)・(S(k+i)-hs)
ht = Σ T(i) / n
hs = Σ S(i) / n
T(i)は、テンプレート４０１で、iは、その座標を示す整数、S(ｋ+i)は、検査プロファイル３１２で、k+iは、その座標を示す整数、J(k)は、評価値データ列５０１で、kは、その座標を示す整数、nは、テンプレート４０１の配列数を示す整数。、Σは、iについて、0からn-1まで加算することを示す。
【００４４】
（１−７）各種バリエーション  
（Ａ）テンプレートマッチングの評価値の各種計算方法  
（１−６）節では、正規化相関を評価値の計算方法とした。その他にも、テンプレートと似ている部分を探す評価指標となる計算方法は各種ある。例えば、以下の（２）式のような正規化しない相関値J2が大きいものを探す方法、（３）式のような差の絶対値和J3の小さいものを探す方法などがある。
【００４５】
J2(k) =  Σ (T(i)-ht)・(S(k+i)-hs)  （２）
J3(k) =  Σ abs(T(i)-S(k+i))  （３）
（Ｂ）複数のテンプレートを取る方法  
（１−５）節では参照プロファイル３１３からテンプレートを１つ取ったが、複数のテンプレートを取ることもできる。
【００４６】
例えば、図７に示すように、テンプレート４０１に加え、テンプレート４０１の中心にしたピークと異なるピークを中心にしてテンプレート７０１を取り、２つのテンプレート（４０１と７０１）を両方とも利用する方法もある。ここでは凹部から凸部へのエッジ部のテンプレート４０１に加えて、凸部から凹部へのエッジのテンプレート７０１を利用する例を示している。
【００４７】
この場合、（１−３）節で述べた図１５の詳細手順は図１６に示す通りとなる。図１６では、図１５と比較して、ステップ１５４２が１６４２に、ステップ１５５２が１６５２に変わり、ステップ１６５２ｂが新たに加わる。以下、変わったステップの部分のみ記載する。
【００４８】
ステップ１６４２：（複数のテンプレートの取得）。テンプレート４０１とテンプレート７０１の２つを取得する。それぞれ、参照プロファイル３１３の各々のピークを中心に所定幅切り出したものである。
【００４９】
ステップ１６５２：（複数のテンプレートマッチング）。各テンプレート（４０１と７０１）と検査プロファイル３１２をそれぞれテンプレートマッチングして、各々の評価値データ列（５０１と７０２）を取得する。評価値データ列７０２は、評価値データ列５０１の場合と同様に、検査プロファイル３１２とテンプレート７０１の正規化相関値として表され、−１から１までの値となる。評価値データ列７０２の例を図７に示す。  ステップ１６５２ｂ：（テンプレートの選定）。
【００５０】
評価値データ列５０１の最大値vmax1を探し、その時のエッジの種類（画像右から左に向かう時に、凹から凸になるエッジと凸から凹になるエッジの２種類がある）を求める。最大値vmax1を持ったエッジの種類とは違う種類のピークの中から最大値を探し、両者の差sa1を取る。
【００５１】
同様に評価値データ列７０２の中から最大値vmax2を探し、それと異なる種類のピークの中から最大値を探し、両者の差sa2を取る。
【００５２】
２つの差（sa1とsa2）の中から大きい方を探し、この時のテンプレート（４０１か７０１のどちらか選ばれた方）が、検査プロファイル３１２と比較するのに相応しいテンプレートであるとする。
【００５３】
なお、ここでは、差（sa1とsa2）が大きい方のテンプレート（４０１か７０１）を選んだが、最大値（max1とmax2）が大きい方を選ぶことなどもできる。
【００５４】
なお、一般に、差(sa1とsa2)が大きい方のテンプレートを選んだ方が、ノイズの影響を受け難い場合が多く、マッチングで安定に位置を検知できる可能性が高く、凹凸判定が正確になる可能性が高いことが期待できる。ただし、差(sa1とsa2)があまり違いのない場合は、少しでも差の大きい方を選ぶより、最大値(max1とmax2)の大きい方を選ぶ方がノイズの影響を受け難く、凹凸判定が正確になる場合も稀にある。ノイズに対する正規化相関値の影響が信号との兼ね合いも含めて非線形で複雑なため、単純な形で表すことができないが、信号とノイズの関係を含めたモデルを作り、どちらを選んだ方か良いか分かるテーブルを作って決めることもできる。
【００５５】
また、ここでは、参照画像にピークが２つあり、それぞれのピークに対応して、結果としてテンプレートを２つ用意したが、参照画像にピークが２つ以上ある場合も、同様に適当な複数のピークに対応した複数のテンプレートを用意し、同様に、正規化相関値の差の最も大きいテンプレートを選択することもできる。
【００５６】
ステップ１５５３では、ステップ１６５２ｂ選択されたテンプレート（４０１と７０１の中で選ばれた方）と、その時の評価値データ列（５０１と７０２の中で選ばれた方）を参照して凹凸判定を行う。
【００５７】
以上のように、テンプレート４０１とテンプレート７０１の複数のテンプレートを使用することで、テンプレートマッチングにより適したテンプレートを選択することが可能になり、精度を向上させることが可能となる。
【００５８】
（Ｃ）参照画像の取り方  
（１−２）節のステップ１４０３では、参照部位１０３を狙って撮影して参照画像１１３を取得する例を示した。その他の部位であっても、設計データから凹凸が一意に決まる部位ならば参照部位として使える。例えば、図１２の参照部位１２０３を狙って参照画像１２１３を撮影しても良いし、図１３の参照部位１３０３を撮影しても良い。
【００５９】
図１では、参照部位１０３は半導体２０２の周辺部に設けられた、検査部位１０２の回路パターンとは異なるパターンを参照用に使用した例を示した。これに対し、図１２と図１３では、参照部位に、検査部位と同じ回路パターンを含む部位を用いた例を示している。例えば、図１２の参照部位１２０３は、検査部位と同じ回路パターンの部位とその外側（横方向）の回路パターンのない部位とを参照部位とし、図１３の参照部位１３０３は、検査部位と同じ回路パターンの部位とその外側（縦方向）の回路パターンのない部位とを参照部位とした例を示している。どちらの参照画像も、回路パターンのない部位を含んでいるため、設計データから凹凸を判定するには十分の形態的な特徴を持っている。
【００６０】
（Ｄ）参照画像１１３を検査画像１１２の後に撮影する場合
以上では、検査画像１１２を撮影してから参照画像１１３を撮影したが、参照画像１１３を撮影してから検査画像１１２を撮影することもできる。
【００６１】
また、参照画像１１３は、毎回撮影するのではなく、同種半導体を生産する場合の最初に参照画像１１３を撮影してテンプレート４０１を登録し、その後の同種半導体ではこれを利用することもできるし、同じウエーハー上で最初のチップを撮影する時に参照画像１１３を撮影してテンプレート４０１を登録し、同一ウエーハー上でこれを用いることもできる。
【００６２】
（Ｅ）ピークを軸に左右差をテンプレートにする方法
図１０のように、テンプレート４０１のピークを中心軸に左右対称にしたものを重ねたもの１００２を描くことができる。そして、テンプレート４０１から左右対象にしたものを引いたものを新たに差テンプレート１０１２とすることができる。このようにすると、テンプレートマッチングのステップ１５５２は不要となり、検査プロファイル３１２のピーク部を含む部分をテンプレート分切り出し、ピークを中心に左右対称にしたものとの差を取り、差どうしの正規化相関を取る。ピークを左右対称にしたものとの差との正規化相関が最も高いピークがテンプレート４０１と最も似たピークであるとすることもできる。  この場合、ピークを安定に検知でき、ノイズなどでピーク位置がずれないことが条件となる。
【００６３】
（Ｆ）参照画像の所定の場所の特徴を利用する方法  検査プロファイル３１２や参照プロファイル３１３、テンプレート４０１を作らず、テンプレートマッチングをするのではなく、検査画像１１２と参照画像１１３の所定の場所（例えば、図１１に示す１１０１、１１０２、１１０３、１１０４）の特徴が一致することで凹凸が同一なものを見つけ、凹凸判定する方法もある。
【００６４】
例えば、図１７の手順で示すように、所定の場所（１１０１、１１０２、１１０３、１１０４）の各平均値から濃淡情報を出して凹凸を判定する方法がある。以下図１７の記号をステップ番号にして説明する。
【００６５】
ステップ１７４１：（参照画像の濃淡情報の取得）。デザインデータから凹凸の分かっている、参照画像１１３の所定の場所（１１０１、１１０２）の平均値を出し、どちらの場所の平均値が大きいか小さいか、画像の濃淡情報を取得し、凹凸と濃淡の対応づけをする。
【００６６】
ステップ１７５１：（検査画像の濃淡情報の取得）。検査画像１１２の所定の場所（１１０３、１１０４）の平均値を出し、どちらの場所の平均値が大きいか小さいか濃淡情報を取得する。
【００６７】
ステップ１５５３ｂ：（凹凸判定）。参照画像１１３から分かった凹凸と濃淡の対応に基づき、検査画像１１２の濃淡から、所定の場所（１１０３、１１０４）の凹凸を判定する。
【００６８】
この場合、平均値の大小が凹凸を決められる程度に参照画像１１３と検査画像１１２の濃薄差が安定している（ノイズや撮影場所の違いなどの影響が少ない）ことが条件になる。
【００６９】
その他、所定の場所（１１０１、１１０２、１１０３、１１０４）の平均値ではなくテクスチャーを見る方法もある。テクスチャーの評価の仕方は、分散を見たり、キュムラントを見たり、フーリエ変換して周波数の特徴を見たりする方法がある。この場合は、凹凸に応じてテクスチャーの違いがあることが条件になる。
【００７０】
（Ｇ）帯電の影響が少ない場合
帯電の影響が少ない場合は、参照画像１１３を撮影してから検査画像１１２を撮影することができ、参照画像１１３から検査画像１１２を撮影する際の位置のずれが、検査画像１１２の凹凸のパターン周期の半分以下ならば、テンプレート４０１やテンプレートマッチングは不要で、設計データを参照して検査画像１１２の凹凸を直接知ることができる。また、撮影による半導体への影響が無視できる場合には、撮影位置のずれの少ない範囲で別の位置を順次撮影して行って、検査部位１０２まで進むことにより、検査画像１１２の凹凸をマッチングなしで知ることができる。
【００７１】
同様に、検査画像１１２を撮影してから、撮影のずれの少ない範囲で別の部位を撮影して行って、参照部位１０３まで進むことにより、検査画像１１２の凹凸をマッチングなしで知ることもできる。
【００７２】
なお、上述した（Ａ）〜（Ｇ）の各バリエーションは、それぞれ単独で本実施例に適用することも出来るし、それぞれ様々な組み合わせ方で本実施例に適用することも可能である。
【００７３】
（２）実施例２
（２−１）実施例１と実施例２の差異
実施例２の基本的な構成は、実施例１と同様である。ただし、レジストの載った半導体２０２が、ダブルパターンニング製法で作られたものである所が異なる。そのため、凹凸の他、凹部の種類（先に加工された凹部か後で加工された凹部か）も判定が必要となる。しかしながら、従来の技術では、凹凸判定と凹部の種類の判定を一つのテンプレートで同時に行うことが出来ないため検査効率を向上させることに限界があった。実施例２では、ダブルパターンニング製法で加工された試料について、凹凸判定のほか、凹部の種類（先に加工された凹部か、後で加工された凹部か）の判定を同時に実施できる手法を説明する。
【００７４】
実施例２の手順の概要は図１８に示した通りである。実施例１の手順の概要（図１４）とほぼ同様だが、凹凸判定するステップ１４０５が、凹凸と凹部の種類を同時判定するステップ１８０５となる。参照部位１０３は、ダブルパターンニングの場合を反映して、凹凸だけでなく、凹部の種類もデザインデータから分かる部位を選択する。
【００７５】
実施例２の詳細手順は図１８であり、実施例１の詳細手順の図１５と比べ、変わった部分は、ステップ１５４２がステップ１８４２となり、ステップ１５５３がステップ１８５３になったのみで、他は同様である。
【００７６】
その他、実施例２における構成は特段の注意がない限り実施例１と同様である。
【００７７】
（２−２）詳細手順
以下、実施例２の詳細手順を記す。
【００７８】
ステップ１５４１：（参照画像のプロファイルの取得）。参照画像１１３の所定の方向の参照プロファイルを取得する。図１９にその例として参照プロファイル３１３ｄを示す。取得手順は実施例１と同じだが、できた参照プロファイル３１３ｄは、ダブルパターンニング製法で作成された特徴があり、凹凸の周期だけでなく、加工の順番（先に作成された凹部か後に作成された凹部か）の違いも反映されたものになっている。
【００７９】
ステップ１８４２：（テンプレートの取得）。
【００８０】
参照プロファイル３１３ｄの所定の部分を切り出してテンプレート４０１ｄとする。テンプレート４０１ｄを選ぶ場所は実施例１とは異なり、ダブルパターンニング製法の場合のものである。参照プロファイル３１３ｄには、図１９に示すように、ピークがP4a、P5a、P4b、P5bの４つあるので、電子銃２０３のスキャン方向から見て、一番後のピークを中心にしたテンプレートを選ぶ。テンプレートの幅は、検査プロファイル３１２の複数あるピークの間隔のうち、最も短い間隔と同一とする。
【００８１】
ステップ１５５１：（検査画像のプロファイルの取得）。検査画像１１２の所定の方向のプロファイルを取得し、検査プロファイル３１２ｄを得る。手順は実施例１と同じである。
【００８２】
ステップ１５５２：（テンプレートマッチング）。検査プロファイル３１２ｄを探索対象データとして、テンプレート４０１ｄと１次元のテンプレートマッチングをして、評価値データ列５０１ｄを作る。手順は実施例１と同じである。評価値データ列５０１ｄの中の最大値をなす位置が、最もテンプレート４０１ｄと一致する位置である。
【００８３】
ステップ１８５３：（凹凸および凹部の種類の同時判定）。評価値データ列５０１ｄの中の最大値をなす位置を先頭にテンプレート４０１ｄを配置したものが、検査プロファイル３１２ｄとテンプレート４０１ｄの対応した位置と最も一致する。従って、テンプレート４０１ｄの凹凸と凹部の種類と検査プロファイル３１２の凹凸と凹部の種類は、この対応した位置で同じであると判断する。凹凸は、交互、凹部の種類は凹部で交互に現れるので、参照画像１１３の他の部位の凹凸も、先に決まったものから交互に割り当てて決めて行くことができる。これにより、測定したい場所の凹凸と凹部の種類を同時に判定することができる。
【００８４】
（１−３）複数のテンプレートを取る場合
実施例１と同様に、複数のテンプレートを取り、各評価データ列から最も適したものを選び、この時のテンプレートを選んで、凹凸と凹部の種類を判定することもできる。
【００８５】
図２０の例では、２つのテンプレート（４０１ｄと７０１ｄ）を取り、各テンプレートと検査プロファイル３１２ｄのテンプレートマッチングをして、評価値データ列（５０１ｄ、７０２ｄ）を作る。実施例１の複数テンプレートの場合と同様に、評価データ列の最大値と凹凸の異なるピークの最大値との差が大きい方のテンプレートを選択し、上記ステップ１８５３と同様に凹凸および凹部の種類を同時判定する。
【００８６】
また、評価値データ列（５０１ｄ、７０２ｄ）のピークは、４種類（先に製造された凹部と凸部のエッジに対応するピーク、凸部と後に製造された凹部のエッジに対応するピーク、後に製造された凹部と凸部のエッジに対応するピーク、凸部と先に製造された凹部のエッジに対応するピーク）が交互にあるので、各評価値データ（５０１ｄか７０２ｄ）毎に、４個おきにピークの平均値を求め、４種類のピークの各平均値を作り、その中の最大値を求め、最大値が大きい方や、最大値と凹凸が異なるものの最大値との差が大きい方を見つけ、その時の対応するテンプレート（４０１ｄか７０１ｄ）を好ましいテンプレートとして選ぶこともできる。
【００８７】
また、参照プロファイル３１３ｄにはピークが４つあるので、４つのテンプレートを作り、同様に１つのテンプレートを選ぶようにすることもできる。
【符号の説明】
【００８８】
101…位置決め画像、102…検査部位、103…参照部位、112…検査画像、113…参照画像、201…ステージ、202…半導体、203…電子銃、204…２次電子検出部、205…画像化部、206…計算装置、207…表示装置、312…検査プロファイル、312d…検査プロファイル、313…参照プロファイル、313d…参照プロファイル、401…テンプレート、401d…テンプレート、501…評価値データ列、501d…評価値データ列、701…テンプレート、701d…テンプレート、702…評価値データ列、702d…評価値データ列、801…テンプレート、901…テンプレート、1002…ピークを中心軸に左右対称にしたものを重ねたもの、1012…差テンプレート、1101…所定の場所、1102…所定の場所、1103…所定の場所、1104…所定の場所、1203…参照部位、1213…参照画像、1303…参照部位、1401…位置決め画像の撮影ステップ、1402…検査画像の撮影ステップ、1403…参照画像の撮影ステップ、1404…参照画像の情報取得ステップ、1405…凹凸の判定ステップ、1541…参照画像のプロファイルの取得ステップ、1542…テンプレートの取得ステップ、1551…検査画像のプロファイルの取得ステップ、1552…テンプレートマッチングステップ、1553…凹凸判定ステップ、1553b…凹凸判定ステップ、1642…複数のテンプレートの取得ステップ、1652…複数のテンプレートマッチングステップ、1652b…テンプレートの選定ステップ、1741…参照画像の濃淡情報の取得ステップ、1751…検査画像の濃淡情報の取得ステップ、1805…凹凸と凹部の種類を同時判定するステップ、1842…テンプレートの取得ステップ、1853…凹凸および凹部の種類の同時判定ステップ、907…次の着目点候補に着目を移す処理。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2014093429.tif 000019
【図１８】
2014093429.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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