(57)【要約】      （修正有）【課題】試料の線幅、欠陥などを精密に測定、検査することができる、荷電粒子ビーム装置のマッチング方法の提供。【解決手段】電子顕微鏡によるＳＥＭ画像と、試料の設計データとをパターンマッチングさせ、線幅などの測定、欠陥の検査などを行う荷電粒子ビーム装置によるマッチング方法において、校正用マーク又はそれの付された試料をステージ上に設置し、高さを変えて複数のＳＥＭ画像を取得し、当該ＳＥＭ画像の位置歪みと、設計上の位置歪みデータとをマッチングし、高さを変化させたときの校正用補正データを作成する第１ステップと、フォーカスをかけて検査用ＳＥＭ画像を取得する第２ステップと、フォーカスの高さ値より、前記第１ステップの校正用補正データを用いて、検査用ＳＥＭ画像の位置歪みを補正する第３ステップと、当該位置歪み補正を行ったＳＥＭ画像と、設計データとのマッチングを行い、試料の測長または検査を行う第４ステップとを含む。【選択図】図１
2008218259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡により撮像されたＳＥＭ画像と、試料の設計データとをパターンマッチングによりマッチングさせ、線幅などの測定、欠陥の検査などを行うための検査方法において、
キャリブレーション用マーク又はそれの付された試料をステージ上に設置し、高さを変えて複数枚のＳＥＭ画像を取得し、当該ＳＥＭ画像の位置歪みと、設計上の位置歪みデータ若しくは再現性のある位置歪みデータとをマッチングし、高さを変化させたときの校正用補正データを作成する第１ステップと、
オートフォーカスをかけて検査用のＳＥＭ画像を取得する第２ステップと、
当該オートフォーカスの高さ値より、前記第１ステップの校正用補正データを用いて、検査用ＳＥＭ画像の位置歪み補正をする第３ステップと、
当該位置歪み補正を行ったＳＥＭ画像と、設計データとのマッチングを行い、試料の測長または検査を行う第４ステップと
を含むことを特徴とする検査方法。
【請求項２】
電子顕微鏡により撮像されたＳＥＭ画像と、試料の設計データとをパターンマッチングによりマッチングさせ、線幅などの測定、欠陥の検査などを行うための検査方法において、
キャリブレーション用マーク又はそれの付された試料をステージ上に設置し、高さを変えて複数枚のＳＥＭ画像を取得し、当該ＳＥＭ画像の位置歪みと、設計上の位置歪みデータ若しくは再現性のある位置歪みデータとをマッチングし、高さを変化させたときの校正用補正データを作成する第１ステップと、
最初のＳＥＭ画像取得時にだけオートフォーカスをかけて検査用のＳＥＭ画像を取得する第２ステップと、
当該オートフォーカスの高さ値より、前記第１ステップの校正用補正データを用いて、検査用ＳＥＭ画像の位置歪み補正をする第３ステップと、
当該位置歪み補正を行ったＳＥＭ画像と、設計データとのマッチングを行い、試料の測長または検査を行う第４ステップと
を含むことを特徴とする検査方法。
【請求項３】
電子顕微鏡により撮像されたＳＥＭ画像と、試料の設計データとをパターンマッチングによりマッチングさせ、線幅などの測定と欠陥の検査などを行うための検査方法において、
キャリブレーション用マーク又はそれの付された試料をステージ上に設置し、高さを変えて複数枚のＳＥＭ画像をとり、当該ＳＥＭ画像の位置歪と設計上の位置歪データ若しくは再現性のある位置歪みデータとのマッチングを行い、高さを変化させたときの倍率と回転のためのキャリブレーション用補正データを作成する第１ステップ（前処理１）と、
試料にオートフォーカスして検査用ＳＥＭ画像を取得する第２ステップと、（本処理）と、
前記オートフォーカスの高さ値より、前記第１ステップ（前処理１）のキャリブレーション用補正データを用いて、検査用ＳＥＭ画像の位置歪を補正する第３ステップと、
さらに、当該位置歪補正を行ったＳＥＭ画像と、試料の設計データとのマッチングを行い、線幅等の測定、または試料の欠陥の検査を行う第４ステップと
を含むことを特徴とする検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査方法において、位置歪補正を行ったＳＥＭ画像と、試料の設計データとのマッチングは、ＳＥＭ画像の視野を複数に分割したサブフィールド（Ｓｕｂ  Ｆｉｅｌｄ）ごとに行うことを特徴とする検査方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査方法において、前記キャリブレーション用マーク又はそれの付された試料は、単数又は複数の高さでステージ上に搭載されることを特徴とする検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の検査方法において、前記ステージは、電歪素子を用いてＺ方向に動かすことを特徴とする検査方法。
【請求項７】
電子顕微鏡により撮像されたＳＥＭ画像と、試料の設計データとをパターンマッチングによりマッチングさせ、線幅などの測定、欠陥の検査などを行うための検査方法において、
キャリブレーション用マーク又はそれの付された試料をステージ上に設置し、キャリブレーション用マークに対して電圧を印加できる構成とし、電圧を変えて複数枚のＳＥＭ画像をとり、当該ＳＥＭ画像の位置歪と設計上の位置歪データ若しくは再現性のある位置歪みデータとのマッチングを行い、電圧を変化させたときの倍率と回転のためのキャリブレーション用補正データを作成する第１ステップ（前処理２）と、
検査用試料にバイアス電圧（ＲＦＣ）をかけて、検査用ＳＥＭ画像を取得する第２ステップ（本処理）と、
前記バイアス電圧（ＲＦＣ）の値から、前記第１ステップ（前処理２）のキャリブレーション用補正データを用いて、検査用ＳＥＭ画像の位置歪を補正する第３ステップと、
当該位置歪補正を行ったＳＥＭ画像と、試料の設計データとのマッチングを行い、線幅等の測定、または試料の欠陥の検査を行う第４ステップと
を含むことを特徴とする検査方法。
【請求項８】
請求項７に記載の検査方法において、位置歪補正を行ったＳＥＭ画像と、設計データとのマッチングは、ＳＥＭ画像の視野を複数に分割したサブフィールド（Ｓｕｂ  Ｆｉｅｌｄ）ごとに行うことを特徴とする検査方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか1項に記載の検査方法により、線幅等の測定、または試料の欠陥の検査を行うように構成されたことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム装置によるマッチング方法及びその方法を用いた荷電粒子ビーム装置に関し、例えば、ウェハなどの試料の広範囲のＳＥＭ画像を複数枚フォーカスを変えて取得し、試料の設計データに歪みを発生させたキャリブレーションデータを準備し、それぞれのＳＥＭ画像と補正した設計データとを比較し、線幅、欠陥などを検査する電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、ＣＤ−ＳＥＭなどの荷電粒子ビーム装置のマッチング方法による検査方法及びその方法を用いた荷電粒子ビーム装置などの検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、ＣＡＤ設計データを受けて所定の画像処理を経て補正レイアウト画像を作成する画像補正部と、この補正レイアウト画像と、ＳＥＭ画像とのマッチングを行う画像対比手段であるマッチング部と、メモリとを備えた画像照合部を備えた検査装置が知られている（特許文献１の段落００１８及び図１）。
【０００３】
また、例えば特許文献２の段落０００６には、ＣＡＤデータ等の設計情報から撮影の条件、測長するポイント、測長のアルゴリズムまで検査に必要な全ての条件を作成し、その条件で実際の検査を行うオペレータフリーな完全自動化された半導体検査システムを実現することとそのシステムにおいて設計データをテンプレートにしてＳＥＭ画像とのマッチング処理を行う場合に、相関値が高く安定したマッチング処理を実行できる半導体検査システムが開示されている。
【０００４】
さらに、例えば特許文献３の段落００１０には、ＳＥＭ画像等において、観察画像からパターンの配線幅などの各種寸法値を計測してパターン形状の評価を行うための撮像レシピ（各撮像ポイントの座標、撮像条件及び画像テンプレートの情報を含む）を、ＣＡＤデータから変換されたＣＡＤ画像を用いた解析により自動生成して生成時間の短縮を図った撮像レシピ作成装置及びその方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２６６７０６号公報
【特許文献２】特開２００２−３２８０１５号公報
【特許文献３】特開２００６−３５１７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、広視野のＳＥＭ画像は、技術的に困難である。あえて広視野にすると、Ｓｃａｎ系による画像の位置歪が大きくなる。歪みは、画角の３乗に比例するため、周辺にいくほど歪みの度合いが大きくなる。特に、上記特許文献３に示すような撮像レシピを作成する装置において、視野全面にわたって、ウェハ等の試料の設計データとマッチングを行い、欠陥検査を行う場合、前記位置歪は、欠陥検出の精度を悪化させていた。
【０００６】
そこで、本発明は、ウェハ等の試料の広範囲のＳＥＭ画像を、複数枚フォーカスを変えて取得し、試料の設計データに歪みを発生させたキャリブレーションデータを準備し、それぞれのＳＥＭ画像と補正した設計データとを比較し、必要に応じて試料面上での高さ値も補正データに加味し、試料の線幅、欠陥などを精密に測定、検査することができる、電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、ＣＤ−ＳＥＭなどの荷電粒子ビーム装置のマッチング方法による検査方法及びその方法を用いた荷電粒子ビーム装置などの検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決手段を例示すると、特許請求の範囲に記載のとおりである。
【発明の効果】
【０００８】
ウェハ等の試料の広視野なＳＥＭ画像における画像に位置歪みが発生し、周辺にいくほど歪みの度合いが大きくなったとしても、試料の設計データに歪みを発生させたキャリブレーションデータ（歪み誤差マップ）若しくは再現性のある位置歪みデータを準備し、それぞれのＳＥＭ画像と補正した設計データとをマッチングすることができ、しかも正確に比較することができるので、試料の線幅、欠陥などを精密に測定、検査することができる。試料面上の合焦位置の変化（フォーカス位置の変化）にも対応するので、試料の鮮明度の高いＳＥＭ画像でマッチングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の最良な実施の形態を以下に説明する。
【００１０】
本発明の最良な実施の形態においては、ウェハなどの試料の広範囲のＳＥＭ画像を、複数枚フォーカスとくにオートフォーカス（合焦）の位置を変えて取得し、試料の設計データに歪みを予め発生させたキャリブレーションデータ（歪み誤差マップ、Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  Ｅｒｒｏｒ  Ｍａｐ）若しくは再現性のある位置歪みデータを準備しておき、複数枚の合焦位置を変えて撮像したウェハの広範囲のＳＥＭ画像と試料の設計データに歪みを予め発生させたキャリブレーションデータ若しくは再現性のある位置歪みデータとをパターンマッチング法により比較する。その比較により、歪みを補正するために必要な歪み補正データ、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の倍率補正（ＭａｇＸ、ＭａｇＹ）、Ｘ軸周りの回転補正（ＲｏｔＸ、ＲｏｔＹ）、Ｘ軸方向へのシフト変動（ＳｈｉｆｔＸ、ＳｈｉｆｔＹ）、残渣マップ（Ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｍａｐ）などの補正データの表（テーブル）を作成する。
【００１１】
歪みデータには、必ずしも、必ずしも、画角の３乗に比例するような、設計データに歪みを発生させた歪みデータだけではなく、それ以外に、荷電粒子ビーム等の照射条件（試料高さ、ＲＦＣ、加速電圧など）を同じにしたときに再現される歪みデータで、例えばウェハ等の試料に静的に２０回連続測定をしてその平均を求めたものも含まれる。その歪みデータを再現性のある位置歪みデータという。
【００１２】
また、ウェハ等の試料が検査装置の所定の試料台に搬入されるときに、高さセンサ（レーザ光を試料に照射して高さを検知するセンサ）や静電容量センサ（試料の静電容量を検出して高さを検知するセンサ）などにより、予め試料の高さ（試料表面の撓み等により発生する試料表面の数ｎｍ程度の高低など）が把握されているので、最初に検査対象である領域（下記超微小領域も含む）に合焦位置（オートフォーカス位置）を合わせておけば、その次に検査する領域（下記超微小領域も含む）では前回検査した領域との高さの差により合焦位置を調整すればよいので、毎回オートフォーカスをする必要はないので、最初の一回だけオートフォーカスをかけて検査用のＳＥＭ画像を取得しておくようにしてもよい。毎回オートフォーカスする必要がなく、作業効率をあげることもできる。
【００１３】
作成した表（テーブル）を荷電粒子ビーム装置の記憶手段に記憶させておいて、荷電粒子ビーム装置によりウェハ等の試料の画像を取得するときに、表（テーブル）の補正データを加味して、ウェハ等の試料の歪みのない正確な画像を取得する。そして、ウェハ等の設計データとパターンマッチング法を用いて比較する。その際、試料面上での合焦位置の変化（フォーカス位置の変化）を伴うので、その合焦位置の変化（フォーカス位置の変化）、すなわち試料面上での高さ値も、補正データに加味する。
【００１４】
ウェハ等の試料のＳＥＭ画像には、歪みのない正確な試料画像が撮像されているので、ウェハ等の設計データとパターンマッチング法により比較するときに、歪みなどの影響で、誤って試料の欠陥であると誤認することがなくなり、正確な試料の線幅などの情報を得ることができる。逆に歪みにより欠陥を見落とした場合にも、歪みのないＳＥＭ画像を取得できたことにより、欠陥を新たに発見することもできる。
【００１５】
上述した歪みのない、あるいは軽減されたＳＥＭ画像と、試料の設計データとをパターンマッチング法によりマッチングするときに、例えば数ｎｍ単位の超微小領域（サブフィールド、Ｓｕｂ  Ｆｉｅｌｄ）毎に分割して比較することもできる。
【００１６】
超微小領域（サブフィールド、Ｓｕｂ  Ｆｉｅｌｄ）毎に、歪みないＳＥＭ画像と、試料の設計データとをパターンマッチング法によりマッチングすると、例えば数ｎｍ単位の超微小領域における試料の線幅、試料の欠陥などを測定、検査することができる。
【実施例】
【００１７】
図面を参照しつつ、本発明の実施例を説明する。
【００１８】
図１には、歪み補正のためのキャリブレーション用マーク１０（校正用マーク）の付されたウェハ１１が荷電粒子ビーム装置（全体図省略）のステージ（図示略）上に載置されている。図１には、キャリブレーション用マーク１０は、ある既知の図形などとして形成されている。しかし、キャリブレーション用マーク１０は、これに限定されず、キャリブレーション用マーク１０は、図示しないステージ（試料台）に直接設けてもよく、三次元的に高低差をつけた立体形状の校正用マークであってもよい。
【００１９】
図１に示す例では、荷電粒子ビーム装置から電子ビーム等の荷電粒子ビームがキャリブレーション用マーク１０の付されたウェハ１１に照射され、発生する二次電子等の荷電粒子を、図示を省略した二次電子検出器により検出し、撮像管、モニターなどの画像表示装置に導き、ＳＥＭ画像が表示される。
【００２０】
なお、キャリブレーション用マーク１０の付されたウェハ１１には負電圧が印加され、照射される荷電粒子ビームの加速電圧を可変に減少させ、実際の荷電粒子ビーム装置と同様な電場状態（リターディング）になっている。
【００２１】
一般に、キャリブレーション用マーク１０の付されたウェハなどの試料の表面は、ステージに載置されているとき、わずかに撓んでいるため、荷電粒子ビームのマスク表面への照射位置が変わると、合焦位置が変化してしまう。そこで、ウェハ１１などの試料に垂直な方向であるＺ方向にステージ上の試料（マスク）を移動させて、合焦位置（フォーカス位置）を自動的に合わせる。そのために、Ｚ方向の移動手段の一部を構成する電歪素子１２（ＰＺＴ、ピエゾ素子など）を用いる。
【００２２】
図２に示すように、複数のＳＥＭ画像２１〜２４を撮像するため、上述したＺ方向の移動手段（電歪素子１２など）を用い、ウェハ１１などの試料の表面の撓み変動に応じてオートフォーカスをして、合焦位置を変化させ、複数のＳＥＭ画像２１〜２４を撮像する。ここで、オートフォーカスをかけて検査用のＳＥＭ画像を取得するステップは、ＳＥＭ画像を取得する毎にオートフォーカスを掛ける必要はない。例えば、試料としてのウェハを装置内部に搬入する際に、複数個の高さセンサや静電容量センサなどによりウェハの高さマップ（ウェハ表面の撓み等により発生するウェハ表面の数ｎｍ程度の高低をウェハ全面で示すマップなど）を作成しておけば、最初のＳＥＭ画像取得時にオートフォーカスを掛けさえすれば、他の検査領域における高さを求めることができ、後のＳＥＭ画像取得時には前記高さマップに従ってフォーカス（高さ）位置を調整すればよい。
【００２３】
また、図示されていないが、ある一定の時間をおいて、ＳＥＭ画像２１〜２４を撮像することで、ウェハ１１などの試料上にチャージされる電荷によるＳＥＭ画像の変化を、複数枚のＳＥＭ画像として記録することもできる。
【００２４】
上記複数のＳＥＭ画像２１〜２４は、図示を省略する荷電粒子ビーム装置のメモリ（記憶手段）に記録される。その記録されたＳＥＭ画像と、メモリ（記憶手段）に記録され、ウェハ１１等の試料の設計データに歪みを予め発生させたキャリブレーションデータ３０（図３の歪み誤差マップを参照）とをパターンマッチング法によりマッチングさせる。
【００２５】
このキャリブレーションデータ３０は、歪み誤差マップ（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  Ｅｒｒｏｒ  Ｍａｐ）であり、例えば、ソフトウェアによる線形補正では除去することができない光学的な歪みの大きさに対応すべく、ウェハ１１等の試料の設計データに数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の光学的な歪みを与え、予め作成しておくことができる設計データである。
【００２６】
合焦（フォーカス）位置を変えて複数枚撮像したウェハ１１等の試料の広範囲のＳＥＭ画像２１〜２４と、試料の設計データに歪みを予め発生させたキャリブレーションデータ３０とをパターンマッチング法により比較する。その場合、一枚一枚比較してもよいし、撮像されたＳＥＭ画像２１〜２４を所定枚数毎に加重平均し、その平均化されたＳＥＭ画像と、予め歪みを発生させたキャリブレーションデータ３０とを比較してもよい。
【００２７】
歪み補正値を縦軸にとり、倍率変動、回転変動、シフト変動を横軸にとって関係を求めると、図４に示すように、ある一定の相関関係をもっている。
【００２８】
そのような比較により、歪みを補正するために必要な歪み補正データ、例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向の倍率補正（ＭａｇＸ、ＭａｇＹ）、Ｘ軸周りの回転補正（ＲｏｔＸ、ＲｏｔＹ）、Ｘ軸方向へのシフト変動（ＳｈｉｆｔＸ、ＳｈｉｆｔＹ）、残渣マップ（Ｒｅｓｉｄｕａｌ  Ｍａｐ）などの補正データの表（テーブル）を図５に例示するように作成する。これは、図４に示す相関関係に基づくもので、このことから、図５のように補正データ（Ｓｃａｎ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｄａｔａ）を表（Ｓｃａｎ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｔａｂｌｅ）としてまとめることができる。
【００２９】
作成した表（テーブル、図５参照）を荷電粒子ビーム装置のメモリ（記憶手段）に記憶させておいて、荷電粒子ビーム装置によりウェハ１１等の試料の画像を取得するときに、表（テーブル、図５参照）の補正データを加味して、ウェハ１１等の試料の歪みのない正確な画像を取得し、新たなＳＥＭ画像とウェハ等の設計データとをパターンマッチング法を用いて比較する。なお、試料面上での合焦位置の変化（フォーカス位置の変化）を伴うので、その合焦位置の変化（フォーカス位置の変化）、すなわち試料面上での高さ値も補正データに加味するのが好ましい。
【００３０】
以上によれば、ウェハ１１等の試料のＳＥＭ画像２１〜２４には、歪みのない（又は、歪みが軽減された）正確な試料画像が撮像される。それゆえ、ＳＥＭ画像とウェハ等の設計データとをパターンマッチング法により比較するときに、歪みなどの影響で、誤って試料の欠陥であると誤認することがなくなり、正確な試料の線幅などの情報を得ることができる。逆に歪みにより欠陥を見落とした場合にも、歪みのないＳＥＭ画像を取得できたことにより、欠陥を新たに発見することもできる。
【００３１】
また、試料面上の合焦位置の変化（フォーカス位置の変化）にも対応するので、試料の鮮鋭度の高いＳＥＭ画像でマッチングすることができる。
【００３２】
図６に示すように、上述した歪みのないＳＥＭ画像６０（検査画像）と、ウェハ等の試料の設計データ６１とをパターンマッチング法によりマッチングするときに、例えば数ｎｍ単位の超微小領域６０ａ、６１ａ（サブフィールド、Ｓｕｂ  Ｆｉｅｌｄ）毎に分割して比較することもできる。
【００３３】
超微小領域６０ａ、６１ａ（サブフィールド、Ｓｕｂ  Ｆｉｅｌｄ）毎に、歪みないＳＥＭ画像６０と、試料の設計データ６１をパターンマッチング法によりマッチングすると、例えば数ｎｍ単位の超微小領域６０ａ、６１ａにおける試料の線幅（ＣＤ、Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の測定、試料の欠陥などの検査を行うことができる。
【００３４】
超微小領域６０ａ、６１ａ毎にマッチングや線形補正をした後に、検査・ＣＤ計測を行うのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】キャリブレーション（校正）用マークの付された試料を配置して歪み補正データを取得する様子を示す。
【図２】複数枚のＳＥＭ画像を取得する様子を示す。
【図３】ウェハ等の試料の設計データに歪みを予め発生させたキャリブレーションデータ（歪み誤差マップ）を示す。
【図４】歪み補正値と、倍率変動、回転変動、シフト変動の各々との関係を表わすグラフ。
【図５】歪みを補正するために必要な歪み補正データの表（テーブル）を示す。
【図６】ＳＥＭ画像（検査画像）と、例えば数ｎｍ単位の超微小領域（サブフィールド、Ｓｕｂ  Ｆｉｅｌｄ）毎に分割した試料の設計データとをマッチング法により比較する様子を示す。
【符号の説明】
【００３６】
１０  キャリブレーション用マーク
１１  ウェハ（試料）
１２  電歪素子
２１〜２４  ＳＥＭ画像
３０  キャリブレーションデータ（歪み誤差マップ）
【図１】
2008218259.tif 000003
【図２】
2008218259.tif 000004
【図３】
2008218259.tif 000005
【図４】
2008218259.tif 000006
【図５】
2008218259.tif 000007
【図６】
2008218259.tif 000008