(57)【要約】【課題】画像上のパターンの位置を正確に特定することができる画像生成方法を提供する。【解決手段】画像生成方法は、特徴的なパターンの位置２０１Ａである基準位置２１０を決定し、基準位置２１０および検査領域２０３を少なくとも含む複数の画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４を、隣接する２つの画像生成領域が重なり合うように設定し、試料ステージ１２１を複数の画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４に順次移動させ、試料ステージ１２１を複数の画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４のいずれかに移動させるたびに、その画像生成領域の画像を生成し、かつ少なくとも画像を用いて試料ステージ１２１の移動誤差を算出し、移動誤差に基づいて、試料ステージ１２１の現在の位置情報を補正し、検査領域２０３の画像を生成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡を用いた画像生成方法であって、
試料に形成されたパターンの設計データを用いて予め設定された検査領域から最も短い距離にある特徴的なパターンを決定し、
前記決定された特徴的なパターンの位置である基準位置を決定し、
前記基準位置および前記検査領域を少なくとも含む複数の画像生成領域を、隣接する２つの画像生成領域が重なり合うように設定し、
前記基準位置から前記検査領域に向かう方向に、試料ステージを前記複数の画像生成領域に順次移動させ、
前記試料ステージを前記複数の画像生成領域のいずれかに移動させるたびに、その画像生成領域の画像を生成し、かつ少なくとも前記画像を用いて前記試料ステージの移動誤差を算出し、
前記移動誤差に基づいて、前記試料ステージの現在の位置情報を補正し、
前記検査領域の画像を生成する画像生成方法。
【請求項２】
前記複数の画像生成領域は、前記基準位置と前記検査領域とをつなぐことができる最小の数の複数の画像生成領域である、請求項１に記載の画像生成方法。
【請求項３】
前記試料ステージの移動誤差を算出する工程は、隣接する２つの画像生成領域の２つの画像の両方に現れるパターン間の位置ずれを算出する工程を含む、請求項１または２に記載の画像生成方法。
【請求項４】
前記試料ステージの移動誤差を算出する工程は、画像上の前記特徴的なパターンと、設計データ上の対応するパターンとの位置ずれを算出する工程をさらに含む、請求項３に記載の画像生成方法。
【請求項５】
前記画像生成領域の画像は、前記画像生成領域内の第１領域の画像と、前記画像生成領域内の第２領域の画像を含み、
前記第２領域は、隣接する他の画像生成領域の第１領域と重なり合っている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの設計データを用いてパターン検査を行うパターン検査装置に適用可能な画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造工程におけるウェーハのパターン検査、あるいはそのパターン形成用のホトマスクのパターン検査には、ダイ・ツー・ダイ（die  to  die）比較方法を用いた光学式パターン検査装置が使われている。このダイ・ツー・ダイ比較方法は、検査対象のダイと呼ばれる半導体デバイスとその近接ダイの同じ位置から得られる画像どうしを比較することで欠陥を検出する方法である。
【０００３】
一方、近接ダイの存在しないレチクルと呼ばれるホトマスクの検査には、ダイ・ツー・データベース（die  to  database）比較と呼ばれる方法が使用されている。この方法は、マスクデータを画像に変換してダイ・ツー・ダイ比較方法で用いた近接ダイの画像の代わりとし、前述同様の検査をする方法である。マスクデータとは設計データにホトマスク用の補正を施して得られるデータである。
【０００４】
しかし、ダイ・ツー・データベース比較方法をウェーハ検査に使用すると、実際にウェーハに形成されたパターンのコーナーラウンドが欠陥として検出される。ホトマスクの検査では、マスクデータから変換された画像にスムージングフィルタでコーナーラウンドをもたせる前処理でコーナーラウンドを欠陥として検出しないようにしている。しかしながら、ウェーハ検査では、この前処理によるコーナーラウンドは、ウェーハに形成されたそれぞれのパターンのコーナーラウンドに等しくないので、コーナーラウンドを欠陥として検出しないようにできないことがある。そこで、この違いを無視するように許容パターン変形量を設定すると、コーナー以外に存在する微小欠陥を検出できないという問題が発生している。
【０００５】
半導体集積回路生産での問題に注目すると、ゴミなどに起因するランダム欠陥よりも繰り返し発生する欠陥が重要視されている。繰り返し発生する欠陥（システマティック欠陥）とは、ホトマスク不良などを原因としてウェーハ上の全ダイにおいて繰り返し発生する欠陥と定義される。繰り返し発生する欠陥は検査対象のダイおよびその比較対象の近接ダイの両方に発生しているため、ダイ・ツー・ダイ比較では検出できない。ゆえに、ダイ・ツー・データベース比較方式でのウェーハ検査が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５５６３７０２号明細書
【特許文献２】特開２０１５−００７５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
システマティック欠陥を対象としたダイ・ツー・データベース比較方式では、ウェーハ上の欠陥検出やパターン検査をする場合、パターンのＳＥＭ画像と、そのパターンの設計データ上のパターンとを用いて、そのパターンの位置を特定している。すなわち、ＳＥＭ画像と設計データ上のパターンとの間でパターンマッチングを実行することにより、画像上のパターンの位置が特定できる。しかしながら、同じ形状のパターンが視野内に繰り返し配列されている場合、画像上の個別のパターンを、設計データ上の対応するパターンに関連付けることは困難である。結果として、パターンマッチングでは画像上のパターンの位置を特定することは困難である。
【０００８】
加えて、ウェーハを載せた試料ステージを目標位置に移動させたとき、目標位置と試料ステージの実際の位置との間にはある程度の誤差がある（以下、この誤差を移動誤差という）。この移動誤差の存在のために、画像上のパターンの位置を正確に特定することは難しい。特に、画像上のパターンの位置を、サブナノメートルオーダーまたはナノメートルオーダーの精度で特定することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、画像上のパターンの位置を正確に特定することができる画像生成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様では、走査電子顕微鏡を用いた画像生成方法であって、試料に形成されたパターンの設計データを用いて予め設定された検査領域から最も短い距離にある特徴的なパターンを決定し、前記決定された特徴的なパターンの位置である基準位置を決定し、前記基準位置および前記検査領域を少なくとも含む複数の画像生成領域を、隣接する２つの画像生成領域が重なり合うように設定し、前記基準位置から前記検査領域に向かう方向に、試料ステージを前記複数の画像生成領域に順次移動させ、前記試料ステージを前記複数の画像生成領域のいずれかに移動させるたびに、その画像生成領域の画像を生成し、かつ少なくとも前記画像を用いて前記試料ステージの移動誤差を算出し、前記移動誤差に基づいて、前記試料ステージの現在の位置情報を補正し、前記検査領域の画像を生成する画像生成方法が提供される。
【００１１】
一態様では、前記複数の画像生成領域は、前記基準位置と前記検査領域とをつなぐことができる最小の数の複数の画像生成領域である。
一態様では、前記試料ステージの移動誤差を算出する工程は、隣接する２つの画像生成領域の２つの画像の両方に現れるパターン間の位置ずれを算出する工程を含む。
一態様では、前記試料ステージの移動誤差を算出する工程は、画像上の前記特徴的なパターンと、設計データ上の対応するパターンとの位置ずれを算出する工程をさらに含む。
一態様では、前記画像生成領域の画像は、前記画像生成領域内の第１領域の画像と、前記画像生成領域内の第２領域の画像を含み、前記第２領域は、隣接する他の画像生成領域の第１領域と重なり合っている。
【発明の効果】
【００１２】
上記態様によれば、試料ステージが移動するたびに試料ステージの現在の位置情報が補正されるので、画像上の検査領域の位置情報は、設計データ上の検査領域の位置情報に実質的に一致する。したがって、画像上のパターンの位置をサブナノメートルオーダーまたはナノメートルオーダーの精度で特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】走査電子顕微鏡を備えたパターン検査装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】ウェーハ上に形成されている繰り返しパターンの一例を示す模式図である。
【図３】検査領域から複数の特徴的なパターンまでの距離を示す図である。
【図４】特徴的なパターンから定められた基準位置を示す図である。
【図５】基準位置を決定するためのフローチャートである。
【図６】複数の画像生成領域を示す模式図である。
【図７】第１画像生成領域内の第１領域と第２領域を示す図である。
【図８】第１画像生成領域内の第１領域の画像上のパターンと、設計データ上の対応するパターンとの間でパターンマッチングを実行している様子を示す模式図である。
【図９】第２画像生成領域内の第１領域と第２領域を示す図である。
【図１０】第１画像生成領域内の第２領域の画像上のパターンと、第２画像生成領域内の第１領域の画像上のパターンとの間でパターンマッチングを実行している様子を示す模式図である。
【図１１】第２画像生成領域に重畳する第３画像生成領域を示す図である。
【図１２】第３画像生成領域に重畳する第４画像生成領域を示す図である。
【図１３】検査領域内の繰り返しパターンの位置を基準位置に基づいて特定する工程を説明するフローチャートの前半である。
【図１４】検査領域内の繰り返しパターンの位置を基準位置に基づいて特定する工程を説明するフローチャートの後半である。
【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、走査電子顕微鏡を備えたパターン検査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、パターン検査装置は、走査電子顕微鏡１００と、走査電子顕微鏡の動作を制御するコンピュータ１５０とを備えている。走査電子顕微鏡１００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。
【００１５】
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はコンピュータ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も同様にコンピュータ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も同様にコンピュータ１５０に接続されている。
【００１６】
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はコンピュータ１５０に接続されている。
【００１７】
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も同様にコンピュータ１５０に接続されている。コンピュータ１５０は、設計データベース１６１が格納された記憶装置１６２、およびキーボード、マウス等の入力装置１６３、画像やグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）を表示する画面を備えた表示装置１６４を備えている。
【００１８】
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。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に入力され画像データに変換される。画像データはコンピュータ１５０に送信され、ウェーハ１２４の画像はコンピュータ１５０の表示装置１６４上に表示される。
【００１９】
ウェーハ１２４の設計データ（パターンの寸法、パターンの位置などの設計情報などを含む）は、記憶装置１６２に予め記憶されている。記憶装置１６２には、設計データベース１６１が構築されている。ウェーハ１２４の設計データは、設計データベース１６１内に予め格納される。コンピュータ１５０は、記憶装置１６２に格納されている設計データベース１６１からウェーハ１２４の設計データを読み出すことが可能である。
【００２０】
図２は、ウェーハ１２４上に形成されている繰り返しパターンの一例を示す模式図である。繰り返しパターン２０１は、実質的に同じ形状を有し、かつ規則的に配列されている。図２に示す例では、繰り返しパターン２０１はホールパターンである。符号２００は、繰り返しパターン２０１が形成されているパターン領域を表しており、このパターン領域２００の外側にはスペースが存在している。目標領域である検査領域２０３は、パターン領域２００内に設定される。一例では、ユーザーが図１に示す入力装置１６３を操作することによって検査領域２０３を設定する。検査領域２０３は、パターン領域２００内に位置しており、かつパターン領域２００に比べて小さい。検査領域２０３内には繰り返しパターン２０１のみが存在し、検査領域２０３内の繰り返しパターン２０１の位置を特定できるような特徴的なパターンは存在しない。
【００２１】
本実施形態では、検査領域２０３内の繰り返しパターンの位置を特定するための基準位置を、次のようにして決定する。まず、コンピュータ１５０は、検査領域２０３の周辺に存在する特徴的なパターンを、ウェーハ１２４上のパターンの作成に用いられた設計データを用いて探索する。特徴的なパターンには、パターンの形状が特徴的であるもののみならず、パターンの位置が特徴的であるものも含まれる。形状が特徴的であるパターンの一例は、繰り返しパターン２０１とは異なる形状を持つパターンである。位置が特徴的であるパターンの一例は、位置を特定することができるパターンである。図２に示す例では、パターン領域２００の４つの角を構成する４つの繰り返しパターン２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄは、位置が特徴的なパターンである。
【００２２】
次に、コンピュータ１５０は、繰り返しパターン２０１の設計データを用いて、検査領域２０３から複数の特徴的なパターン２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄまでの距離を算出する。図３は、検査領域２０３から特徴的なパターン２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄまでの距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４を示す図である。
【００２３】
コンピュータ１５０は、算出された距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４のうち、最も短い距離を決定する。図３から分かるように、距離ｄ１が最も短い距離である。コンピュータ１５０は、検査領域２０３から最も短い距離ｄ１にある特徴的なパターン２０１Ａを決定する。さらに、コンピュータ１５０は、決定された特徴的なパターン２０１Ａの位置である基準位置２１０を決定する。図４は、特徴的なパターン２０１Ａから定められた基準位置２１０を示す図である。
【００２４】
図５は、上記基準位置２１０を決定するためのフローチャートである。ステップ１では、コンピュータ１５０は、設計データを用いて、検査領域２０３の周辺に存在する特徴的なパターン２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄを探索する（図２参照）。ステップ２では、コンピュータ１５０は、設計データを用いて、検査領域２０３から複数の特徴的なパターン２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄまでの距離を算出する（図３参照）。
【００２５】
ステップ３では、コンピュータ１５０は、算出された距離ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４のうち、最も短い距離ｄ１を決定する。ステップ４では、コンピュータ１５０は、検査領域２０３から最も短い距離ｄ１にある特徴的なパターン２０１Ａを決定する。ステップ５では、コンピュータ１５０は、決定された特徴的なパターン２０１Ａの位置である基準位置２１０を決定する（図４参照）。
【００２６】
次に、検査領域２０３内の繰り返しパターンの位置を基準位置２１０に基づいて特定する工程について説明する。図６に示すように、コンピュータ１５０は、基準位置２１０および検査領域２０３を少なくとも含む複数の画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４を、隣接する２つの画像生成領域が重なり合うように設定する。各画像生成領域は、視野（Field  of  viewまたはFOV）に相当する。画像生成領域は、Ｘ方向の寸法と、Ｘ方向に垂直なＹ方向の寸法から定義される矩形状の領域である。コンピュータ１５０は、画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４の大きさ（寸法）および位置を変えることができる。
【００２７】
後述するように、ウェーハ１２４を載せた試料ステージ１２１は、複数の画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４に順次移動される。試料ステージ１２１の移動回数を少なくするために、画像生成領域の数は最小であることが好ましい。最小の数の画像生成領域を達成するために、設定される複数の画像生成領域のうちの少なくとも１つは、走査電子顕微鏡１００の最大視野のＸ方向またはＹ方向の寸法、または各画像生成領域の外端から検査領域２０３までのＸ方向またはＹ方向の残距離に相当する寸法を有することが好ましい。図６に示す例では、一番目の画像生成領域２２１のＸ方向およびＹ方向の寸法は、走査電子顕微鏡１００の最大視野のＸ方向およびＹ方向の寸法に相当する。二番目の画像生成領域２２２のＸ方向の寸法は、走査電子顕微鏡１００の最大視野のＸ方向の寸法に相当し、画像生成領域２２２のＹ方向の寸法は、画像生成領域２２２の外端から検査領域２０３までのＹ方向の残距離に相当する寸法である。このように各画像生成領域の大きさを最適化することで、試料ステージ１２１は基準位置２１０から検査領域２０３まで最短の時間で移動することができる。
【００２８】
図６において、隣接する２つの画像生成領域が重なり合う領域（以下、重畳領域という）は、ハッチングで示されている。すなわち、各画像生成領域の端部は、隣接する他の画像生成領域の端部と重なっている。各重畳領域の大きさは、適宜設定される。画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４は、その一部が重なり合いながら、基準位置２１０から検査領域２０３まで一列につながっている。設定される画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４は、基準位置２１０と検査領域２０３とをつなぐことができる最小の数の複数の画像生成領域である。本実施形態では、４つの画像生成領域が設定されているが、基準位置２１０から検査領域２０３まで画像生成領域がつながっていれば、２つの画像生成領域のみが設定されてもよい。複数の画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４のそれぞれの幅は、基準位置２１０と検査領域２０３との距離よりも小さい。
【００２９】
以下の説明では、基準位置２１０を含む画像生成領域２２１を第１画像生成領域と称し、検査領域２０３を含む画像生成領域２２４を第４画像生成領域と称し、第１画像生成領域２２１と第４画像生成領域２２４との間に位置する画像生成領域２２２，２２３を、それぞれ第２画像生成領域および第３画像生成領域と称する。
【００３０】
コンピュータ１５０は、ステージ制御装置１２２に指令を発して試料ステージ１２１を複数の画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４に順次移動させる。試料ステージ１２１を移動させる方向は、基準位置２１０から検査領域２０３に向かう方向である。図６に示す例では、試料ステージ１２１は、画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４の順に移動される。本明細書では、試料ステージ１２１の移動は、試料ステージ１２１がウェーハ（試料）を、設定された目標位置に向かう方向に移動させる動作として定義される。
【００３１】
コンピュータ１５０は、試料ステージ１２１が各画像生成領域に移動するたびに、走査電子顕微鏡１００に指令を発し、その画像生成領域の画像を生成させる。具体的には、試料ステージ１２１が第１画像生成領域２２１に移動すると、走査電子顕微鏡１００は、ウェーハ１２４の第１画像生成領域２２１の画像を生成する。次に、試料ステージ１２１が第２画像生成領域２２２に移動すると、走査電子顕微鏡１００は、ウェーハ１２４の第２画像生成領域２２２の画像を生成する。同様に、試料ステージ１２１が次の画像生成領域に移動すると、走査電子顕微鏡１００は、その画像生成領域の画像を生成する。走査電子顕微鏡１００は、各画像生成領域の全体の画像を生成してもよいが、画像の生成時間を短縮するために、本実施形態では、各画像生成領域内の第１領域と第２領域の画像のみを生成する。
【００３２】
図７は、第１画像生成領域２２１内の第１領域２２１ａと第２領域２２１ｂを示す図である。第１領域２２１ａは、基準位置２１０を含む領域であり、第２領域２２１ｂは、第２画像生成領域２２２と重なり合う領域である。最初に、試料ステージ１２１は、初期位置から第１画像生成領域２２１に移動する。試料ステージ１２１の移動目標位置は、基準位置２１０に対応する設計データ上の位置である。試料ステージ１２１が第１画像生成領域２２１に移動すると、走査電子顕微鏡１００は、ウェーハ１２４の第１画像生成領域２２１内の第１領域２２１ａの画像と第２領域２２１ｂの画像を生成する。
【００３３】
コンピュータ１５０は、第１領域２２１ａの画像と第２領域２２１ｂの画像を走査電子顕微鏡１００から取得する。そして、コンピュータ１５０は、第１領域２２１ａの画像上のパターンと、設計データ上の対応するパターンとの間でパターンマッチングを実行する。このパターンマッチングは、第１画像生成領域２２１内のパターンと、設計データ上の対応するパターンとの間の位置合わせ（アライメント）である。
【００３４】
図８は、第１画像生成領域２２１内の第１領域２２１ａの画像上のパターンと、設計データ上の対応するパターンとの間でパターンマッチングを実行している様子を示す模式図である。第１領域２２１ａは基準位置２１０を含むので、第１領域２２１ａの画像には、基準位置２１０にある特徴的なパターン２０１Ａが現れる。したがって、コンピュータ１５０は、第１領域２２１ａの画像上の繰り返しパターン２０１（特徴的なパターン２０１Ａを含む）を、設計データ上の対応するパターン３００にそれぞれ位置合わせすることができる。
【００３５】
図８に示すように、コンピュータ１５０は、特徴的なパターン２０１Ａおよび他の繰り返しパターン２０１が、設計データ上の対応するパターン３００に一致するまで、第１画像生成領域２２１の画像（すなわち、第１画像生成領域２２１内の第１領域２２１ａの画像と第２領域２２１ｂの画像）を移動させる。このときの第１画像生成領域２２１の画像の移動距離および移動方向は、試料ステージ１２１が初期位置から第１画像生成領域２２１（すなわち基準位置２１０）まで移動するときに生じた試料ステージ１２１の移動誤差に相当する。試料ステージ１２１の移動誤差は、試料ステージ１２１の移動後の位置の、移動目標位置からの偏差に相当する。より具体的には、試料ステージ１２１の移動誤差は、画像上の特徴的なパターン２０１Ａと、設計データ上の対応するパターン３００との間の位置ずれに相当する。したがって、コンピュータ１５０は、画像上の特徴的なパターン２０１Ａと、設計データ上の対応するパターン３００との間の位置ずれを算出することで、試料ステージ１２１の移動誤差を求めることができる。
【００３６】
コンピュータ１５０は、第１画像生成領域２２１の画像の移動距離および移動方向からなる移動誤差を記憶装置１６２内に保存する。コンピュータ１５０は、試料ステージ１２１の現在の位置情報を、試料ステージ１２１の移動誤差に基づいて補正する。この位置情報の補正により、試料ステージ１２１の位置情報は、設計データ上の位置情報に一致する。
【００３７】
次に、コンピュータ１５０は、ステージ制御装置１２２に指令を発して試料ステージ１２１を第１画像生成領域２２１から第２画像生成領域２２２に移動させる。試料ステージ１２１の移動目標位置は、第２画像生成領域２２２の中心に対応する設計データ上の位置である。試料ステージ１２１が第２画像生成領域２２２に移動すると、走査電子顕微鏡１００は、ウェーハ１２４の第２画像生成領域２２２内の第１領域と第２領域の画像を生成する。
【００３８】
図９は、第２画像生成領域２２２内の第１領域２２２ａと第２領域２２２ｂを示す図である。第２画像生成領域２２２内の第１領域２２２ａは、第１画像生成領域２２１内の第２領域２２１ｂと重なり合う領域であり、第２画像生成領域２２２内の第２領域２２２ｂは、第３画像生成領域２２３と重なり合う領域である。コンピュータ１５０は、第１領域２２２ａの画像と第２領域２２２ｂの画像を走査電子顕微鏡１００から取得する。そして、コンピュータ１５０は、第１画像生成領域２２１内の第２領域２２１ｂの画像上のパターンと、第２画像生成領域２２２内の第１領域２２２ａの画像上のパターンとの間でパターンマッチングを実行する。このパターンマッチングは、第１画像生成領域２２１内のパターンと、第２画像生成領域２２２内のパターンとの間の位置合わせ（アライメント）である。
【００３９】
図１０は、第１画像生成領域２２１内の第２領域２２１ｂの画像上のパターン２０１ａと、第２画像生成領域２２２内の第１領域２２２ａの画像上のパターン２０１ｂとの間でパターンマッチングを実行している様子を示す模式図である。第２領域２２１ｂの画像上のパターン２０１ａと、第１領域２２２ａの画像上のパターン２０１ｂは、ウェーハ１２４上に存在する同じパターンである。言い換えれば、隣接する２つの画像生成領域２２１，２２２の２つの画像の両方に、同じパターンが現れている。これら２つの画像の両方に現れるパターンは、隣接する２つの画像生成領域の重なり合う領域内にある。
【００４０】
パターン２０１ａ，２０１ｂは、設計データ上の同じ形状のパターンに基づいて作成されたものであるが、図１０に示すように、パターン２０１ａ，２０１ｂの１つ１つの形状は僅かに異なっている。この形状の相違に起因して、パターン２０１ａ，２０１ｂの１つ１つの輝度プロファイルも異なっている。輝度プロファイルは、パターンを横切る線分に沿った輝度の分布である。コンピュータ１５０は、パターン間の形状または輝度プロファイルに基づいて、パターン２０１ａとパターン２０１ｂとの間でパターンマッチングをすることができる。結果として、コンピュータ１５０は、第１領域２２２ａの画像上のパターン２０１ｂを、第２領域２２１ｂの画像上のパターン２０１ａにそれぞれ位置合わせすることができる。
【００４１】
コンピュータ１５０は、第１領域２２２ａの画像上のパターン２０１ｂが、第２領域２２１ｂの画像上の対応するパターン２０１ａにそれぞれ一致するまで、第２画像生成領域２２２の画像（すなわち、第２画像生成領域２２２内の第１領域２２２ａの画像と第２領域２２２ｂの画像）を移動させる。このときの第２画像生成領域２２２の画像の移動距離および移動方向は、試料ステージ１２１が、第１画像生成領域２２１から第２画像生成領域２２２まで移動したときに生じた試料ステージ１２１の移動誤差に相当する。より具体的には、試料ステージ１２１の移動誤差は、第１画像生成領域２２１の画像上のパターンと、第２画像生成領域２２２の画像上のパターンとの間の位置ずれに相当する。したがって、コンピュータ１５０は、第１画像生成領域２２１の画像上のパターンと、第２画像生成領域２２２の画像上のパターンとの間の位置ずれを算出することで、試料ステージ１２１の移動誤差を求めることができる。
【００４２】
コンピュータ１５０は、第２画像生成領域２２２の画像の移動距離および移動方向からなる移動誤差を記憶装置１６２内に保存する。コンピュータ１５０は、試料ステージ１２１の現在の位置情報を、試料ステージ１２１の移動誤差に基づいて補正する。この位置情報の補正により、試料ステージ１２１の位置情報は、設計データ上の位置情報に一致する。
【００４３】
同様にして、図１１に示すように、試料ステージ１２１を第２画像生成領域２２２から第３画像生成領域２２３に移動させる。試料ステージ１２１の移動目標位置は、第３画像生成領域２２３の中心に対応する設計データ上の位置である。走査電子顕微鏡１００は、第３画像生成領域２２３内の第１領域２２３ａおよび第２領域２２３ｂの画像を生成する。コンピュータ１５０は、第１領域２２３ａおよび第２領域２２３ｂの画像を走査電子顕微鏡１００から取得する。そして、コンピュータ１５０は、第２画像生成領域２２２内の第２領域２２２ｂの画像上のパターンと、第３画像生成領域２２３内の第１領域２２３ａの画像上のパターンとの間でパターンマッチングを行う。パターンマッチングにより、第２画像生成領域２２２内のパターンと第３画像生成領域２２３内のパターンとの位置合わせ（アライメント）が達成される。さらに、コンピュータ１５０は、試料ステージ１２１が、第２画像生成領域２２２から第３画像生成領域２２３まで移動したときに生じた試料ステージ１２１の移動誤差を算出し、試料ステージ１２１の現在の位置情報を、試料ステージ１２１の移動誤差に基づいて補正する。
【００４４】
同様にして、図１２に示すように、試料ステージ１２１を第３画像生成領域２２３から第４画像生成領域２２４に移動させる。試料ステージ１２１の移動目標位置は、第４画像生成領域２２４の中心に対応する設計データ上の位置である。走査電子顕微鏡１００は、第４画像生成領域２２４内の第１領域２２４ａの画像を生成する。コンピュータ１５０は、第１領域２２４ａの画像を走査電子顕微鏡１００から取得する。そして、コンピュータ１５０は、第３画像生成領域２２２内の第２領域２２３ｂの画像上のパターンと、第４画像生成領域２２４内の第１領域２２４ａの画像上のパターンとの間でパターンマッチングを行う。パターンマッチングにより、第３画像生成領域２２３内のパターンと第４画像生成領域２２４内のパターンとの位置合わせ（アライメント）が達成される。さらに、コンピュータ１５０は、試料ステージ１２１が、第３画像生成領域２２３から第４画像生成領域２２４まで移動したときに生じた試料ステージ１２１の移動誤差を算出し、試料ステージ１２１の現在の位置情報を、試料ステージ１２１の移動誤差に基づいて補正する。走査電子顕微鏡１００は、検査領域２０３の画像を生成し、コンピュータ１５０は、検査領域２０３の画像を走査電子顕微鏡１００から取得する。コンピュータ１５０は、検査領域２０３の画像を用いてパターンの欠陥検査またはパターンの測定などの検査を実行する。
【００４５】
上述したように、試料ステージ１２１が移動するたびに試料ステージ１２１の現在の位置情報が補正されるので、画像上の検査領域２０３の位置情報は、設計データ上の検査領域２０３の位置情報に実質的に一致する。コンピュータ１５０は、試料ステージ１２１の補正された位置情報に基づいて、検査領域２０３内の個々のパターンの位置を算出することができる。本実施形態によれば、検査領域２０３内の個々のパターンの位置を、サブナノメートルオーダーまたはナノメートルオーダーの精度で特定することが可能である。さらに、基準位置２１０から検査領域２０３まで最短のルートで試料ステージ１２１が移動するので、速やかに検査領域２０３内のパターン検査を実行することができる。
【００４６】
図１３および図１４は、検査領域２０３内の繰り返しパターンの位置を基準位置２１０に基づいて特定する工程を説明するフローチャートである。ステップ１では、基準位置２１０および検査領域（目標領域）２０３を少なくとも含む複数の画像生成領域２２１，２２２，２２３，２２４を、隣接する２つの画像生成領域が重なり合うように設定する（図６参照）。ステップ２では、試料ステージ１２１を第１画像生成領域２２１（より具体的には基準位置２１０）に移動させる。ステップ３では、第１画像生成領域２２１内の第１領域２２１ａと第２領域２２１ｂの画像が生成される（図７参照）。
【００４７】
ステップ４では、第１領域２２１ａの画像上のパターンと、設計データ上の対応するパターンとの間でパターンマッチングが実行される。ステップ５では、パターンマッチングの結果から得られた試料ステージ１２１の移動誤差に基づいて、試料ステージ１２１の現在の位置情報が補正される。ステップ６では、画像生成領域の番号を表す“ｎ”に、初期値である２が設定される。ステップ７では、“ｎ”が設定上限か否かが判断される。設定上限は、上記ステップ１で設定された複数の画像生成領域の数に相当する。
【００４８】
“ｎ”が設定上限でない場合は、ステップ８において、試料ステージ１２１を第ｎ画像生成領域に移動させる。ステップ９では、第ｎ画像生成領域内の第１領域および第２領域の画像が生成される。ステップ１０では、第ｎ−１画像生成領域内の第２領域の画像上のパターンと、第ｎ画像生成領域内の第１領域の画像上のパターンとの間でパターンマッチングが実行される。ステップ１１では、パターンマッチングの結果から得られた試料ステージ１２１の移動誤差に基づいて、試料ステージ１２１の現在の位置情報が補正される。ステップ１２では、ｎに１が加算される。
【００４９】
上記ステップ７において、“ｎ”が設定上限である場合は、ステップ１３において、試料ステージ１２１を第ｎ画像生成領域に移動させる。ステップ１４では、第ｎ画像生成領域内の第１領域の画像が生成される。ステップ１５では、第ｎ−１画像生成領域内の第２領域の画像上のパターンと、第ｎ画像生成領域内の第１領域の画像上のパターンとの間でパターンマッチングが実行される。ステップ１６では、パターンマッチングの結果から得られた試料ステージ１２１の移動誤差に基づいて、試料ステージ１２１の現在の位置情報が補正される。ステップ１７では、検査領域２０３の画像が生成される。ステップ１８では、検査領域２０３の画像を用いてパターンの欠陥検査またはパターンの測定などの検査が実行される。
【００５０】
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】
【００５１】
１００      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      コンピュータ
１６１      設計データベース
１６２      記憶装置
１６３      入力装置
１６４      表示装置
２０１      繰り返しパターン
２０１Ａ    特徴的なパターン
２０３      検査領域
２１０      基準位置
２２１，２２２，２２３，２２４    画像生成領域
【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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