(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスの設計データと、前記設計データに基づき製造された試料の回路パターン画像の比較により、前記回路パターンの検査を行うパターン検査方法であって、
前記試料に電子線を照射し、前記試料から放出された反射電子を複数の反射電子検出器で検出し、反射電子像生成手段が、前記検出された反射電子を用いて反射電子像を生成する工程と、
前記複数の反射電子検出器によって検出された反射電子に基づくそれぞれの反射電子像の対応関係にある画素の輝度値を比較し、相対的に輝度値が高い画素或いは輝度値が低い画素を選択、又は、前記複数の反射電子検出器によって検出された複数の反射電子像の輝度値を均等或いは不均等な割合で積算する工程と、
輪郭抽出手段が、前記選択された画素或いは積算によって得られた画素に基づいて構成される画像から前記回路パターンの輪郭データを抽出する工程と、
を備えることを特徴とするパターン検査方法。
【請求項２】
前記反射電子像を生成する工程において、２つ以上の反射電子検出器が前記反射電子を異なる空間的な位置で検出し、前記反射電子像生成手段が２つ以上の反射電子像を生成し、
前記輪郭データを抽出する工程において、前記輪郭抽出手段が、前記２つ以上の反射電子像を合成して生成された合成像から前記回路パターンの輪郭データを抽出することを特徴とする請求項１に記載のパターン検査方法。
【請求項３】
前記輪郭データを抽出する工程において、前記輪郭抽出手段は、前記２つ以上の反射電子像の画像間演算処理により、反射電子の合成画像を生成し、前記反射電子の合成画像に含まれた前記回路パターンの輪郭データを抽出することを特徴とする請求項２に記載のパターン検査方法。
【請求項４】
前記画像間演算処理は、１）前記２つ以上の反射電子像を比較し、輝度値の高い反射電子像を反射電子の合成画像として選択する第１の演算処理、２）前記２つ以上の反射電子像を比較し、輝度値の低い反射電子像を反射電子の合成画像として選択する第２の演算処理、及び、３）前記２つ以上の反射電子像の輝度値を均等あるいは不均等な割合で積算し反射電子の合成画像の輝度値を生成する第３の演算処理、を含み、
前記輪郭抽出手段は、前記第１乃至第３の演算処理のいずれかを用いて前記反射電子の合成画像を生成し、その合成画像の輪郭を抽出することを特徴とする請求項３に記載のパターン検査方法。
【請求項５】
電子デバイスの設計データと、前記設計データに基づき製造された試料の回路パターン画像の比較により、前記回路パターンの検査を行うパターン検査方法であって、
前記試料に電子線を照射し、前記試料から放出された反射電子を反射電子検出器で検出し、反射電子像生成手段が、前記検出された反射電子を用いて反射電子像を生成する工程と、
前記試料から放出された２次電子を２次電子検出器で検出し、２次電子像生成手段が、前記検出された２次電子を用いて２次電子像を生成する工程と、
前記反射電子像と前記２次電子像の対応関係にある画素の輝度値を比較し、相対的に輝度値が高い画素或いは輝度値が低い画素を選択、又は、前記反射電子像と前記２次電子像の輝度値を均等或いは不均等な割合で積算する工程と、
輪郭抽出手段が、前記選択された画素或いは積算によって得られた画素に基づいて構成される画像から前記回路パターンの輪郭データを抽出する工程と、を備え、
前記反射電子像を生成する工程において、２つ以上の反射電子検出器が前記反射電子を異なる空間的な位置で検出し、前記反射電子像生成手段が２つ以上の反射電子像を生成し、
前記輪郭データを抽出工程において、前記輪郭抽出手段が、画像間演算処理を用いて、前記２つ以上の反射電子像と前記２次電子像から合成画像を生成し、前記合成画像から前記回路パターンの輪郭データを抽出することを特徴とするパターン検査方法。
【請求項６】
前記画像間演算処理は、１）前記２つ以上の反射電子像と前記２次電子像を比較し、輝度値の高い反射電子像あるいは２次電子像を合成画像として選択する第１の演算処理、２）前記２つ以上の反射電子像と２次電子像を比較し、輝度値の低い反射電子像あるいは２次電子像を合成画像として選択する第２の演算処理、及び３）前記２つ以上の反射電子像と２次電子像の輝度値を均等あるいは不均等な割合で積算し反射電子の合成画像を生成する第３の演算処理、を含み、
前記輪郭抽出手段は、前記第１乃至第３の演算処理のいずれかを用いて前記合成画像を生成し、その合成画像の輪郭を抽出することを特徴とする請求項５に記載のパターン検査方法。
【請求項７】
さらに、パターン検査手段が、前記抽出された輪郭データと前記設計データとを比較することにより前記回路パターンの検査を行う工程を備えることを特徴とする請求項１乃至６に記載のパターン検査方法。
【請求項８】
前記パターン検査手段は、前記輪郭データと、前記設計データのパターンの間隔を計測し、その計測値が規定値よりも大きい部位をパターンの欠陥部位として検出することを特徴とする請求項７に記載のパターン検査方法。
【請求項９】
前記パターン検査手段が、前記輪郭データから前記試料上の回路パターン寸法若しくは回路パターン間隔寸法を算出することを特徴とした請求項７に記載のパターン検査方法。
【請求項１０】
さらに、表示制御手段が、前記反射電子像と、前記輪郭データと、前記設計データとをオーバーレイもしくは並べて表示部の画面に表示する工程を備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のパターン検査方法。
【請求項１１】
前記試料は、マスク、又はシリコンウエハであることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のパターン検査方法。
【請求項１２】
前記２つ以上の反射電子検出器は、前記試料を取り囲むように、ほぼ等間隔に配置されることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載のパターン検査方法。
【請求項１３】
前記反射電子検出器は３つ設けられ、それぞれ約１２０度の間隔に配置されることを特徴とする請求項１２に記載のパターン検査方法。
【請求項１４】
前記画像間演算処理は、前記合成画像に対して平滑化処理を行い、前記合成画像に重畳したノイズを削減するとともに、画像合成におけるパターンの輝度変化部分を低減する処理であることを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載のパターン検査方法。
【請求項１５】
電子デバイスの設計データと、前記設計データに基づき製造された試料の回路パターン画像の比較により、前記回路パターンの検査を行うパターン検査システムであって、
前記試料に電子線が照射されて、前記試料から放出された反射電子を検出する複数の反射電子検出器と、
前記検出された反射電子を用いて複数の反射電子像を生成する反射電子像生成手段と、
前記複数の反射電子検出器によって検出された複数の反射電子に基づくそれぞれの反射電子像の対応関係にある画素の輝度値を比較し、相対的に輝度値が高い画素或いは輝度値が低い画素を選択、又は、前記複数の反射電子検出器によって検出された複数の反射電子像の輝度値を均等或いは不均等な割合で積算する演算手段と、
前記選択された画素或いは積算によって得られた画素に基づいて構成される画像から前記回路パターンの輪郭データを抽出する輪郭抽出手段と、
を備えることを特徴とするパターン検査システム。
【請求項１６】
前記反射電子検出器が２つ以上設けられ、その２つ以上の反射電子検出器が前記反射電子を異なる空間的な位置で検出し、
前記反射電子像生成手段が２つ以上の反射電子像を生成し、
前記輪郭抽出手段が、前記２つ以上の反射電子像を合成して生成された合成像から前記回路パターンの輪郭データを抽出することを特徴とする請求項１５に記載のパターン検査システム。
【請求項１７】
前記輪郭抽出手段は、前記２つ以上の反射電子像の画像間演算処理により、反射電子の合成画像を生成し、前記反射電子の合成画像に含まれた前記回路パターンの輪郭データを抽出することを特徴とする請求項１６に記載のパターン検査システム。
【請求項１８】
前記画像間演算処理は、１）前記２つ以上の反射電子像を比較し、輝度値の高い反射電子像を反射電子の合成画像として選択する第１の演算処理、２）前記２つ以上の反射電子像を比較し、輝度値の低い反射電子像を反射電子の合成画像として選択する第２の演算処理、及び、３）前記２つ以上の反射電子像の輝度値を均等あるいは不均等な割合で積算し反射電子の合成画像の輝度値を生成する第３の演算処理、を含み、
前記輪郭抽出手段は、前記第１乃至第３の演算処理のいずれかを用いて前記反射電子の合成画像を生成し、その合成画像の輪郭を抽出することを特徴とする請求項１７に記載のパターン検査システム。
【請求項１９】
電子デバイスの設計データと、前記設計データに基づき製造された試料の回路パターン画像の比較により、前記回路パターンの検査を行うパターン検査システムであって、
前記試料に電子線が照射されて、前記試料から放出された反射電子を検出する反射電子検出器と、
前記検出された反射電子を用いて反射電子像を生成する反射電子像生成手段と、
前記試料から放出された２次電子を検出する２次電子検出器と、
前記検出された２次電子を用いて２次電子像を生成する２次電子像生成手段と、
前記反射電子像と前記２次電子像の対応関係にある画素の輝度値を比較し、相対的に輝度値が高い画素或いは輝度値が低い画素を選択、又は、前記反射電子像と前記２次電子像の輝度値を均等或いは不均等な割合で積算する演算手段と、
前記選択された画素或いは積算によって得られた画素に基づいて構成される画像から前記回路パターンの輪郭データを抽出する輪郭抽出手段と、を備え、
前記反射電子検出器が２つ以上設けられ、２つ以上の反射電子検出器が前記反射電子を異なる空間的な位置で検出し、
前記反射電子像生成手段が２つ以上の反射電子像を生成し、
前記輪郭抽出手段が、画像間演算処理を用いて、前記２つ以上の反射電子像と前記２次電子像から合成画像を生成し、前記合成画像から前記回路パターンの輪郭データを抽出することを特徴とするパターン検査システム。
【請求項２０】
前記画像間演算処理は、１）前記２つ以上の反射電子像と前記２次電子像を比較し、輝度値の高い反射電子像あるいは２次電子像を合成画像として選択する第１の演算処理、２）前記２つ以上の反射電子像と２次電子像を比較し、輝度値の低い反射電子像あるいは２次電子像を合成画像として選択する第２の演算処理、及び３）前記２つ以上の反射電子像と２次電子像の輝度値を均等あるいは不均等な割合で積算し反射電子の合成画像を生成する第３の演算処理、を含み、
前記輪郭抽出手段は、前記第１乃至第３の演算処理のいずれかを用いて前記合成画像を生成し、その合成画像の輪郭を抽出することを特徴とする請求項１９に記載のパターン検査システム。
【請求項２１】
さらに、前記抽出された輪郭データと前記設計データとを比較することにより前記回路パターンの検査を行うパターン検査手段を備えることを特徴とする請求項１５乃至２０の何れか１項に記載のパターン検査システム。
【請求項２２】
前記パターン検査手段は、前記輪郭データと、前記設計データのパターンの間隔を計測し、その計測値が規定値よりも大きい部位をパターンの欠陥部位として検出することを特徴とする請求項２１に記載のパターン検査システム。
【請求項２３】
前記パターン検査手段が、前記輪郭データから前記試料上の回路パターン寸法若しくは回路パターン間隔寸法を算出することを特徴とした請求項２１に記載のパターン検査システム。
【請求項２４】
さらに、前記反射電子像と、前記輪郭データと、前記設計データとをオーバーレイもしくは並べて表示部の画面に表示する表示制御手段を備えることを特徴とする請求項１５乃至２３の何れか１項に記載のパターン検査システム。
【請求項２５】
前記試料は、マスク、又はシリコンウエハであることを特徴とする請求項１５乃至２４の何れか１項に記載のパターン検査システム。
【請求項２６】
前記２つ以上反射電子検出器は、前記試料を取り囲むように、ほぼ等間隔に配置されることを特徴とする請求項１６乃至２０の何れか１項に記載のパターン検査システム。
【請求項２７】
前記検出器は３つ設けられ、それぞれ約１２０度の間隔に配置されることを特徴とする請求項２６に記載のパターン検査システム。
【請求項２８】
前記画像間演算処理は、前記合成画像に対して平滑化処理を行い、前記合成画像に重畳したノイズを削減するとともに、画像合成におけるパターンの輝度変化部分を低減する処理であることを特徴とする請求項１７乃至２０の何れか１項に記載のパターン検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン検査方法、及びパターン検査システムに関し、例えば、半導体を撮影した画像と半導体の設計データを利用して、基板上に形成されたパターンを検査するパターン検査方法およびパターンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体は微細化、多層化が進み、論理も煩雑化しているため、その製造が極めて困難な状況にある。その結果として、製造プロセスに起因する欠陥が多発する傾向にあり、その欠陥を効率的かつ正確に検出し、製造プロセスの問題を特定することが重要になっている。
【０００３】
製造プロセスに起因する欠陥の種類はパターンの変形、切断、短絡等であり、これらは理想的な形状をもつ基準パターンとの比較により検出することができる。具体的には、ウエハ上に形成されたパターンの中から理想的な形状をもつパターンをオペレータが選択し、そのパターンを撮影して画像（＝基準パターン）化する。次に、検査対象のパターンを撮影し、検査対象画像と基準パターンの位置を調整し、差分計算を行う。検査対象のパターンに欠陥が含まれている場合、欠陥位置の輝度情報が、基準パターンの輝度情報と異なるため、差分量が大きくなる。この性質を利用し、一定値以上の差分値をもつ位置を欠陥位置として検出するものである。
【０００４】
このような検査は、特許文献１に開示されているようなレビューＳＥＭで実施されている。レビューＳＥＭは、試料に電子線を照射し、試料表面から放出した２次電子や反射電子を用いて生成した画像を利用して上述の検査を行う。一般的なレビューＳＥＭには２次電子を検出するための２次電子検出器と、反射電子を検出するための反射電子検出器が搭載されており、それぞれの検出器からの信号を２次電子像、反射電子像として生成している。それぞれの電子像は、画像生成に用いる電子の特性の違いから、パターンの見え方が異なる。２次電子像はパターン形状の観察、検査に適した像であり、反射電子像はパターンの立体形状の観察、検査に適した像である。ただし、反射電子検出器は、反射電子検出器の設置位置からみて、パターンの陰に位置するパターンからの反射電子を検出できないため、一つの反射電子検出器で生成した反射電子像では、パターン全体の立体形状の表現ができない。このため、試料を取り囲むように非常に狭い間隔で反射電子検出器を並べ、パターンから放出された反射電子像を複数生成することで、パターンの立体形状の詳細な観察を可能としている。ただし、装置コストや検出器の設置面積の都合上、一般的なレビューＳＥＭでは、試料を取り囲むように２〜３個程度の反射電子検出器を設置し、複数の反射電子像を取得している。通常のパターン検査は、２次電子像での検査を行い、パターンや欠陥の立体形状を検査する際には反射電子像を利用するといったように、検査用途に応じて利用画像を変えている。
【０００５】
また、特許文献２に開示されているように、例えばホールのような穴の開いたパターンを検査する場合は、穴部からの２次電子の放出が弱くなることから、穴部の画像については、反射電子像を一定の割合で２次電子像にブレンドし、検査を行うようなことも行われている。
【０００６】
ところが、特許文献１及び２に開示されているような撮影画像による基準パターンを利用した検査形態では、オペレータによる基準パターンの登録作業が発生するため、様々な形状のパターンを検査する場合、基準パターンの登録作業に時間を要するといった問題がある。
【０００７】
このため、基準パターンに半導体デバイスの設計データを用い、設計データとパターンの比較によって欠陥を検出することで基準パターンの登録作業を自動化し、検査時間を短縮するような試みがなされている。例えば、特許文献３には、設計データとパターンの比較によって欠陥を検出することが開示されている。より詳細には、製造した半導体に電子線を照射し、半導体表面から放出した２次電子を検出して生成した２次電子像から画像処理によってパターンの輪郭線を抽出した後、輪郭線と設計データの形状を比較し、形状が乖離した部位を欠陥として検出する。
【０００８】
【特許文献１】特願平１１−３４３０９４号公報
【特許文献２】特開２０００−２６０３８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２７７３９５号公報
【特許文献４】特開２００６−３５１７４６号公報
【特許文献５】特開平６−９６２１４号公報
【非特許文献１】田村秀行著「コンピュータ画像処理」（オーム社、２００２年１２月）
【非特許文献２】ディジタル画像処理編集委員会監修「デジタル画像処理」（ＣＧ−ＡＲＴＴＳ協会、２００６年３月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、２次電子像のコントラストは電子線の照射によって半導体の表面に発生した帯電の影響で大きく変動する場合がある。従って、特許文献３に開示の方法であっても、画像処理によるパターンの輪郭線の抽出が困難になり、結果的に設計データと輪郭線の比較が困難になるといった問題がある。
【００１０】
一方、レビューＳＥＭなどで利用されている反射電子像は、２次電子像に比べて帯電の影響を受けにくいという特徴をもっているが、上述したように反射電子の特性上、パターンに遮蔽された部分のパターン形状が表現できないといった問題があるため、設計データとの比較に用いる画像として利用されていないのが現状である。
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、パターンの輪郭データの抽出を失敗すること無く、高速かつ正確に回路パターンの検査を行うことのできる、パターン検査方法及びシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記課題を解決するために、パターン比較は通常２次電子像を用いて行うが、パターンの立体形状の観察及び検査に適すると言われている反射電子像を用いて、パターンの輪郭を抽出する。そして、この抽出したパターンの輪郭を用いてパターン検査を実行する。パターン検査は、具体的には、パターンの輪郭とＣＡＤ等の設計データとを比較して両者のずれを計測したり、パターン輪郭から回路パターンの寸法等を算出することにより実行される。
【００１３】
（２）即ち、本発明によるパターン検査方法は、電子デバイスの設計データと、設計データに基づき製造された試料の回路パターン画像の比較により、回路パターンの検査を行うパターン検査方法であって、試料に電子線を照射し、試料から放出された反射電子を反射電子検出器で検出し、反射電子像生成手段が、検出された反射電子を用いて反射電子像を生成する工程と、輪郭抽出手段が、生成された反射電子像から前記回路パターンの輪郭データを抽出する工程と、を備えることを特徴とする。この方法は、例えば、ソフトウェアとして実現される。この場合、上記反射電子像生成手段や輪郭抽出手段は、プログラムに従って処理制御部やＣＰＵ等のコンピュータによって実現される。
【００１４】
また、本発明では、２つ以上の反射電子検出器を配置し、反射電子を異なる空間的な位置で検出して２つ以上の反射電子像を生成するようにしても良い。この場合、２つ以上の反射電子像を合成して生成された合成像から回路パターンの輪郭データが抽出される。そして、輪郭データを抽出するには、例えば、２つ以上の反射電子像の画像間演算処理を実行する。この場合、画像間演算処理として、１）２つ以上の反射電子像を比較し、階調値の大きい反射電子像を反射電子の合成画像として選択する第１の演算処理、２）２つ以上の反射電子像を比較し、階調値の小さい反射電子像を反射電子の合成画像として選択する第２の演算処理、及び、３）２つ以上の反射電子像の階調値を均等あるいは不均等な割合で積算し反射電子の合成画像の階調値を生成する第３の演算処理、のいずれかが実行される。
【００１５】
（３）別の態様による本発明のパターン検査方法は、電子デバイスの設計データと、設計データに基づき製造された試料の回路パターン画像の比較により、回路パターンの検査を行うパターン検査方法であって、試料に電子線を照射し、試料から放出された反射電子を反射電子検出器で検出し、反射電子像生成手段が、検出された反射電子を用いて反射電子像を生成する工程と、試料から放出された２次電子を２次電子検出器で検出し、２次電子像生成手段が、検出された２次電子を用いて２次電子像を生成する工程と、輪郭抽出手段が、反射電子像と２次電子像とから回路パターンの輪郭データを抽出する工程と、を備えることを特徴とする。このように、反射電子像及び２次電子像の双方をお考慮して輪郭データが抽出される。
【００１６】
また、本態様でも２つ以上の反射電子検出器を配置し、反射電子を異なる空間的な位置で検出して２つ以上の反射電子像を生成するようにしても良い。この場合、輪郭抽出手段が、画像間演算処理を用いて、２つ以上の反射電子像と２次電子像から合成画像を生成し、合成画像から回路パターンの輪郭データを抽出する。そして、画像間演算処理として、１）２つ以上の反射電子像と２次電子像を比較し、階調値の大きい反射電子像あるいは２次電子像を合成画像として選択する第１の演算処理、２）２つ以上の反射電子像と２次電子像を比較し、階調値の小さい反射電子像あるいは２次電子像を合成画像として選択する第２の演算処理、及び３）２つ以上の反射電子像と２次電子像の階調値を均等あるいは不均等な割合で積算し反射電子の合成画像を生成する第３の演算処理、のいずれかが実行される。
【００１７】
（４）なお、パターン検査は、抽出された輪郭データと設計データとを比較することにより実行される。例えば、輪郭データと設計データのパターンの間隔を計測し、その計測値が規定値よりも大きい部位をパターンの欠陥部位として検出したり、輪郭データから試料上の回路パターン寸法若しくは回路パターン間隔寸法を算出することが行われる。
（５）さらに、反射電子像と、輪郭データと、設計データとをオーバーレイもしくは並べて表示部の画面に表示するようにしてもよい。
【００１８】
（６）なお、試料は、マスク、又はシリコンウエハである。また、２つ以上の反射電子検出器は、試料を取り囲むように、ほぼ等間隔に配置される。例えば、反射電子検出器は３つ設けられ、それぞれ約１２０度の間隔に配置される。
また、画像間演算処理は、合成画像に対して平滑化処理を行い、合成画像に重畳したノイズを削減するとともに、画像合成におけるパターンの輝度変化部分を低減する処理であるようにしてもよい。
（７）本発明は、上述のパターン検査方法に対応したパターン検査システムも提供する。そして、さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、帯電の影響を受けにくい反射電子像からパターンの輪郭データを抽出し、設計データとの比較検査を行うことで、帯電対策による半導体観察時間の増加や、帯電に起因した像の乱れによる輪郭データの抽出失敗を回避することができ、高速かつ正確に半導体の検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００２１】
＜第１の実施の形態＞
（１）ＳＥＭを利用したパターン検査システムの構成
図１は、本発明によるパターン検査システム１の概略構成を示す図である。パターン検査システム１００は、半導体パターンの反射電子像（Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＢＳＥ像）と２次電子像（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＳＥ像）を取得する走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下、ＳＥＭ）を備えている。ＳＥＭの電子光学系１０２は、電子線（一次電子）１０４を発生する電子銃１０３と、該電子銃１０３から発生した電子線１０４を収束させるコンデンサレンズ１０５と、収束された電子線１０４を偏向させる偏向器１０６と、２次電子を検出するためのＥｘＢ偏向器１０７と、収束された電子線を半導体ウエハ１０１上に結像させる対物レンズ１０８とを備えている。半導体ウエハ１０１は、ＸＹステージ１１７上に載置される。その結果、偏向器１０６および対物レンズ１０８は、ステージ１１７上に載置された半導体ウエハ１０１上の任意の位置において電子線が焦点を結んで照射されるように、電子線の照射位置と絞りとを制御する。ところで、ＸＹステージ１１７は半導体ウエハ１０１を移動させ、該半導体ウエハ１０１の任意位置の画像撮像を可能にしている。そのため、ＸＹステージ１１７により観察位置を変更することをステージシフト、偏向器１０６により電子線を偏向して観察位置を変更することをビームシフトと呼ぶ。
【００２２】
一方、電子線が照射された半導体ウエハ１０１からは、２次電子と反射電子が放出され、２次電子は２次電子検出器１０９により検出される。反射電子は反射電子検出器１１０、１１１により検出される。なお、反射電子検出器１１０及び１１１は、互いに異なる位置に設置されている。２次電子検出器１０９および反射電子検出器１１０及び１１１で検出された２次電子及び反射電子は、Ａ／Ｄ変換器１１２、１１３、１１４でデジタル信号に変換され、処理制御部１１５に入力されて画像メモリ１５２に格納される。そして、この格納された２次電子及び反射電子は、ＣＰＵ１５１や画像処理ハードウェア１５３等で目的に応じた画像処理が行われ、半導体パターンの検査が行われる。即ち、処理制御部１１５は、後述の撮像レシピ作成部１２５で作成された、パターンの検査手順を示す撮像レシピを基に後述のアドレッシングポイント（以下、ＡＰとする）、フォーカスポイント（以下、ＦＰとする）、スティグマポイント（以下、ＳＰとする）、ブライトネス＆コントラストポイント（以下、ＢＰとする）及び検査ポイント（以下、ＥＰとする）を撮像するために、ステージコントローラ１１９や偏向制御部１２０に対して制御信号を送り、さらに半導体ウエハ１０１上の観察画像に対し各種画像処理を行う等の処理及び制御を行って半導体パターンの検査が行う。
【００２３】
処理制御部１１５は、光学顕微鏡（図示せず）等で半導体ウエハ１０１上のグローバルアライメントマークを観察することにより半導体ウエハ１０１の原点ずれやウエハの回転を補正するグローバルアライメント制御も含めてステージ１１７の位置及び移動を制御するステージコントローラ１１９と、偏向器１０６を制御して電子線のビームシフト（ビーム偏向）を制御する偏向制御部１２０と、対物レンズ１０８を制御してフォーカス制御するフォーカス制御部１２１とに接続される。
【００２４】
また、処理制御部１１５は、入力手段を備えた計算機（ディスプレイ含む）１１６と接続してユーザに対して画像や検査結果等を表示するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等の機能を有することになる。なお、ここでは、反射電子像の検出器を２つ備えた例を示したが、反射電子像の検出器の数を増やすことも可能である。また、処理制御部１１５における制御の一部又は全てを、ＣＰＵや画像の蓄積が可能なメモリを搭載した電子計算機１１６等に割り振って処理・制御することも可能である。
【００２５】
さらに、処理制御部１１５は、後述のＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ、ＥＰの内、何れか一つ又は複数（全てを含む）の座標、該座標に相当する位置決め用の設計データのテンプレート及びＳＥＭ観察の撮像条件（撮像倍率や画質等を含む）の情報等を含む撮像レシピを作成する撮像レシピ作成部１２５とネットワークまたはバス等を介して接続される。撮像レシピ作成部１２５は、設計データを取得するために、ＥＤＡ（Ｅｌｅｃｔｒｎｉｃ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）ツールなどの設計システム１３０とネットワーク等を介して接続される。撮像レシピ作成部１２５は、検査すべき半導体ウエハ上の撮影ポイントの情報から、設計データを利用して撮影レシピを作成するものであり、例えば特許文献４に開示されている撮影レシピ作成装置がこれに相当する。ただし、設計データから撮影レシピを作成する概念自体は古くから提案されているものであり、設計データから撮影レシピを生成する方法、装置についてこれを限定するものではない。撮影レシピの作成は一般的にＣＰＵ、メモリ等を搭載した電子計算機のソフトウェア処理やＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、メモリ等を搭載したハードウェア処理で実行する。
【００２６】
（２）検出電子の映像化について
図２は、半導体ウエハ上に電子線を走査して照射した際、半導体ウエハ上から放出される電子の信号量を画像化する方法を説明するための図である。電子線は、例えば図２Ａに示すようにｘ、ｙ方向に２０１〜２０３又は２０４〜２０６のように走査して照射される。なお、電子線の偏向方向を変更することによって走査方向を変化させることが可能である。
【００２７】
また、図２Ａにおいて、Ｇ１〜Ｇ３はそれぞれ、ｘ方向に走査された電子線２０１〜２０３が照射された半導体ウエハ上の場所を示している。同様に、Ｇ４〜Ｇ６はそれぞれ、ｙ方向に走査された電子線２０４〜２０６が照射された半導体ウエハ上の場所を示している。Ｇ１〜Ｇ６において放出された２次電子の信号量は、２次電子検出器及びＡＤ変換器を介して、また、反射電子の信号量は、反射電子検出器及びＡＤ変換器を介して、図２Ｂに示した画像座標における画素Ｈ１〜Ｈ６の明度値に変換され（Ｇ、Ｈにおける右下の添え字１〜６は互いに対応する）、２次電子の信号量からＳＥ像、反射電子の信号量からＢＳＥ像が生成される。
【００２８】
（３）撮像シーケンスについて
図３は、ウエハ上の任意のＥＰを観察するための撮像シーケンスを説明するための図である。また、図４は、設計レイアウト４０１上のＥＰ４０５に対するＡＰ４０３、ＦＰ４０２、ＳＰ４０６、ＢＰ４０４、の設定例を示した図である。撮像シーケンスにおける撮像箇所ならびに撮像条件（撮像倍率や画質等を含む）、更にＥＰにおける検査条件は設計データと検査ポイントの情報に基づき、撮像レシピとして撮像レシピ作成部２２５で作成されて例えば記憶装置１２３に記憶されて管理される。
【００２９】
図３を参照すると、まず半導体ウエハ１０１がステージ１１７上に取り付けられる（Ｓ３０１）。次に、光学顕微鏡（図示せず）等で試料上のグローバルアライメントマークを観察した結果に基づいて、処理制御部１１５は試料の原点ずれや回転ずれを算出し、これらのずれ量を基にステージコントローラ１１９を介して、ステージ１１７を制御することによってずれを補正する（Ｓ３０２）。
【００３０】
次に、処理制御部１１５は、ステージ１１７を制御し、撮像レシピ作成部１２５で作成された撮像ポイントの座標及び撮像条件に従って撮像位置をＡＰに移動してＥＰ撮像時よりも低倍の撮像条件で撮像する（Ｓ３０３）。ここで、ＡＰについて説明を加えておく。直接ＥＰを観測しようとした場合、ステージの位置決め精度等の理由により観察箇所がＳＥＭの視野からずれてしまう問題がある。この問題を解決するため、一旦位置決め用として予め撮像レシピ作成部１２５で作成されて記憶装置１２３に登録された座標が既知であるＡＰを一旦観察し、処理制御部１１５は予め撮像レシピ作成部１２５で作成されて記憶装置１２３に登録されたＡＰにおける設計データテンプレートと観察したＡＰのＳＥＭ画像とのマッチングを行う。これによって設計データテンプレートの中心座標と実際にＡＰを観測した際の中心座標とのずれベクトルが検出される。続いて、処理制御部１１５は、設計データテンプレートの座標とＥＰの座標との相対ベクトルから上記検出されたずれベクトルを差し引いた分だけ、偏向制御部１２０を介して偏向器１０６を制御してビームシフト（ビームの入射方向を傾けて照射位置を変更）をさせて、撮像位置を移動してＥＰを観察することにより、高い座標精度でＥＰを撮像することができることになる（一般的にビームシフトの位置決め精度はステージの位置決め精度よりも高い）。
【００３１】
また、処理制御部１１５の制御及び処理に基づいてビームシフトにより撮像位置をＦＰに移動して撮像してオートフォーカスのパラメータを求め、該求められたパラメータに基づいてオートフォーカスを行う（Ｓ３０４）  。
【００３２】
次に、処理制御部１１５の制御及び処理に基づいて、ビームシフトにより撮像位置をＳＰに移動して撮像して非点収差補正のパラメータを求め、該求められたパラメータに基づいて自動非点収差補正（オートスティグマ補正）を行う（Ｓ３０５）。
【００３３】
さらに、処理制御部１１５の制御及び処理に基づいて、ビームシフトにより撮像位置をＢＰに移動して撮像してブライトネス＆コントラスト調整のパラメータを求め、該求められたパラメータに基づいて自動ブライトネス＆コントラスト調整を行う（Ｓ３０６）。なお、前述のステップＳ３０３、Ｓ３０４、Ｓ３０５、Ｓ３０６におけるアドレッシング、オートフォーカス、オートスティグマ、オートブライトネス＆コントラストは、場合によっては一部あるいは全てが省略される。或いは、ステップＳ３０３、Ｓ３０４、Ｓ３０５、Ｓ３０６の順番が任意に入れ替えることもできる。また、ＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ、の座標で重複するものがある（例えばオートフォーカス、オートスティグマを同一箇所で行う）等のバリエーションを持たせることも可能である。
【００３４】
最後に、処理制御部１１５の制御及び処理に基づいて、ビームシフトにより撮像位置をＥＰに移動して撮像し、パターンの検査を行う（Ｓ３０７）。
【００３５】
（４）パターン検査処理について
図５は、本発明によるパターン検査処理を説明するためのフローチャートである。このパターン検査処理は、処理制御部１１５のＣＰＵ１５１、画像メモリ１５２等を利用したソフトウェア処理で実行されるものである。ただし、ＳＥＭ装置からの画像および撮影レシピ生成部１２５からの設計データテンプレートをＬＡＮやバス経由、また携帯型のメモリ、ハードディスクなどの記憶媒体経由で入力可能な電子計算機のＣＰＵ、メモリ等を利用したソフトウェア処理でも実行することもできる。以下、各ブロックについて詳細を説明する。
【００３６】
図５において、最初に、処理制御部１１５（ＣＰＵ１５１）は、ＥＰの座標に対応する設計データテンプレートを撮影レシピ作成システム１２５から読み込む（Ｓ５０１）。次に、処理制御部１１５（ＣＰＵ１５１）は、ＥＰを多視点撮影した複数のＢＳＥ像を画像メモリ１５２から読み込み（Ｓ５０２）、合成処理によりＢＳＥ合成像を生成する（Ｓ５０３）。そして、処理制御部１１５（ＣＰＵ１５１）は、合成後のＢＳＥ像から輪郭線を抽出し（Ｓ５０４）、輪郭データと設計データを比較してパターンの検査を行う（Ｓ５０５）。以上のように設計データと輪郭データのパターン形状の比較によって検出したパターンの欠陥データ（座標位置や長さ等の形状情報）が例えば記憶装置１２３に書き込まれる（Ｓ５０６）。なお、ステップＳ５０３乃至Ｓ５０５の処理の詳細については後述する。
【００３７】
（５）ＢＳＥ合成像及び合成処理（Ｓ５０３）について
ここでは、ＢＳＥ合成像及び合成処理（図５のステップＳ５０３）について詳細に説明する。ＢＳＥ像は、反射電子検出器に衝突した反射電子信号を画像化したものであり、パターンに対する反射電子検出器の設置位置によってパターンの見え方が変わる。例えば、図６のようにパターン上面に対し、左右斜め方向に２つの反射電子検出器６０１及び６０２を配置した場合、それぞれの反射電子像は図７のようになる。図７ＡのＢＳＥ−Ｌ像は反射電子検出器（Ｌ）６０１で取得した反射電子情報を画像化したものであり、図７ＢのＢＳＥ−Ｒ像は反射電子検出器（Ｒ）６０２で取得した反射電子情報を画像化したものである。反射電子検出器（Ｌ）６０１はパターンの左側と上側の側壁から放出された反射電子を検出することができる。しかし、右側、下側の側壁から放出された反射電子はパターンの凹凸の影響で検出することができないため、図７Ａのような画像になる。反射電子検出器（Ｒ）６０２は反射電子検出器（Ｌ）６０１とは逆に、パターン右側と下側の側壁から放出された反射電子を検出できるためＢＳＥ−Ｒ像は図７Ｂのような画像になる。
【００３８】
一方、図６に示したパターンのＳＥ像は図８Ａのようになる。ＳＥ像は、ウエハに電子線を照射することによってウエハ表面から放出された２次電子信号を２次電子検出器に印加した電圧によって生じる電界を利用して回収し、画像化したものである。このため、ＢＳＥ像のようにパターンの凹凸の影響を受けることなく、パターンのエッジ部や突起部の情報を画像化することができるが、パターンへの電子線照射によって発生する帯電の影響により、図８Ａのように、画像の一部のコントラストが乱れ、結果的に図８Ｂのようにパターンの輪郭形状が抽出困難になる場合がある。
【００３９】
ＢＳＥ像はＳＥ像に比べ帯電の影響を受けにくいため、パターンの輪郭線抽出に適している。しかしながら、上述したように一つの反射電子検出器を用いて生成したＢＳＥ像の１枚では、パターンの凹凸の影響により、輪郭線抽出できない部位が発生するので、複数のポイントで取得した複数のＢＳＥ像（例えば図７ＡのＢＳＥ−Ｌ像と図７ＢのＢＳＥ−Ｒ像）を合成処理することで、図７Ｃのような輪郭線抽出に有効な画像を生成できる。
【００４０】
ここで、ＢＳＥ像は一般的に８ｂｉｔ〜１６ｂｉｔ／画素のグレースケール画像である。説明を簡略化するため、ＢＳＥ像を８ｂｉｔ／画素のグレースケール画像（０：黒〜２５５：白）として説明する。一般的なＢＳＥ像は、図７に示したようにパターンの輪郭部のように反射電子強度の高い部位が白く、その他の反射電子強度が低い部位が黒く画像化される。また、パターンの凹部と凸部の輝度値は異なる。このようなＢＳＥ像からパターンの輪郭線を抽出する手法は大きく２種類ある。一つの手法は画像内から図７のＡエリア７０１に示すようなパターンの白線部を検出し、輪郭線化する手法である（図９（１）手法１を参照）。もう一つの画像処理手法は、図７のＢエリア７０２のように輝度値がステップ状に変化する部分を検出し、輪郭線化する手法である（図９（２）手法２を参照）。輪郭線抽出に適用する手法によって輪郭線抽出に適した画像が異なるため、ＢＳＥ像の合成処理方法も異なる。例えば、白線を検出する輪郭線抽出手法を適用する場合は、図１０ＡのＢＳＥ合成像のように複数のＢＳＥ像からパターンの白線を残すような合成処理を行う。また、ステップ上の輝度変化部を検出する輪郭線抽出法を適用する場合は、図１０ＢのＢＳＥ合成像のように、ステップ上の輝度変化部を残すような合成処理を行う。
【００４１】
白線を検出するための合成処理としては、図１１のように複数のＢＳＥ画像間でパターンの位置が対応関係にある画素の輝度値を比較し、最も高い輝度値の画素を合成後の輝度値として選択するような合成処理を行う。また、他の効果的な合成手段に積算がある。積算は、複数のＢＳＥ画像間でパターンの位置が対応関係にある画素の輝度値を加算し、加算結果を加算した画素数で除算し、その結果を合成後の輝度値とする処理である。複数画像の積算は、画像に重畳したホワイトノイズ（あらゆる周波数成分を含む白色雑音）を低減する目的で一般的に利用される画像合成手段である。ＢＳＥ像に適用することで、パターンの白線部を残したＢＳＥ合成画像を生成できるとともに、ＢＳＥ像に重畳したホワイトノイズを低減することができる。なお、上記の積算では積算後の画素値に占める複数のＢＳＥ画像の輝度値の割合が全て等価になるような例を示したが、複数のＢＳＥ画像の画素値に異なる重み付けを行って、加算するといった積算を行うことで、ＢＳＥ画像間の輝度レンジの違い等を補正したＢＳＥ合成像を生成することもできる。ステップ上の輝度部を検出するための合成処理としては、図１２のように複数のＢＳＥ画像間でパターンの位置が対応関係にある画素の輝度値を比較し、輝度値が最も低い画素を合成後の輝度値として選択するような合成処理を行う。
【００４２】
このように複数のポイントで撮影したＢＳＥ像を利用して輝度値の比較、加算、除算等の演算処理による合成を行うことで輪郭線抽出に適したＢＳＥ合成像を生成できる。なお、複数のポイントで撮影したＢＳＥ像から、単一の画像内に含まれた適用する輪郭線抽出に無効なパターン部を合成処理により低減する、または、適用する輪郭線抽出に有効なパターン部を強調するような合成方法であれば、上記合成例に限定したものではない。
【００４３】
更に、図６のように、少ない反射電子検出器で取得したＢＳＥ像による合成画像においては、図６の丸枠で表した領域のように反射電子の検出が難しい領域がある。つまり、その領域のパターンの輝度値が他領域のパターンの輝度値に比べて低くなる傾向にあり、輪郭線抽出に悪影響を及ぼす。また、ＢＳＥ像には熱雑音等のノイズが重畳しており、このノイズも輪郭線抽出に悪影響を及ぼす。このため、例えば非特許文献１の画質改善と画像再構成、平滑化と雑音除去の項に開示されているような平滑化、雑音除去処理を行う。この処理により、局所的に輝度の低下した部位を低減することができ、またＢＳＥ合成像に重畳したノイズを抑制することができるため、輪郭線抽出に効果的なＢＳＥ像の合成像を生成することができる。
【００４４】
また、上記の例では、図６のように試料に対して１８０°間隔で設置された２つの反射電子検出器による２枚の反射電子像を利用した画像の合成例を示した。しかし、例えば、図１３のように、試料に対し、１２０°間隔で３つの反射電子検出器１２０１〜１２０３を配置することで、様々な方向に放出する反射電子を安定的に検出することが可能になる。このような構成で取得した３枚の反射電子像を上述した方法で合成することにより、輪郭線抽出に適したＢＳＥ合成像を生成することができる。ただし、このような場合でも反射電子の検出が難しい部位が発生するため、ＢＳＥ像の合成像に対し、上述したように平滑化、雑音除去処理（非特許文献１）を適用することが望ましい。
【００４５】
また反射電子検出器を１２０°以下の間隔で４つ以上設置し、合成対象とするＢＳＥ画像枚数を多くすることで、輪郭線抽出に適した画像を生成することはできるが、装置のコストがかかるため、検査目的、装置コストに応じた構成とすることが望ましい。反射電子検出器の数および合成対象とするＢＳＥ画像枚数、および反射電子検出器の設置位置は上述の例に限定したものではない。
【００４６】
（６）ＢＳＥ像の輪郭線抽出処理（Ｓ５０４）
次にＢＳＥ像合成後に、ＢＳＥ像から輪郭線を抽出する処理（図５のステップＳ５０４）について詳細に説明する。図１４は、輪郭抽出処理を説明するためのフローチャートである。輪郭線抽出は、上述したように、画像内の白線を検出する方法と画像内のステップ状に輝度が変化する部分を検出する方法があるが、これはフローチャート中のエッジ強調処理のみを変更することで検出方法を切り替えることができる。以下、各手順について説明する。
【００４７】
図１４において、まず、処理制御部１１５は、画像メモリ１５２上にあるＢＳＥ合成像を読み込む（Ｓ１４０１）。続いて、処理制御部１１５は、エッジ強調処理により、ＢＳＥ合成像内に含まれたパターンのエッジを強調した画像（以下、エッジ画像）を生成する（Ｓ１４０２）。エッジ画像を利用することでパターンの輪郭線抽出が容易になる。
【００４８】
パターンの部位が白線になるようにＢＳＥ像を合成した場合は、例えば非特許文献１（田村秀行著「コンピュータ画像処理」）の画像特徴の抽出、線の検出の項で開示されているような線検出オペレータを利用したフィルタリング処理により、ＢＳＥ合成像から白線を強調したエッジ画像を生成できる。また、パターンをステップ状の輝度変化部になるようにＢＳＥ像の合成を行った場合は、例えば非特許文献１の画像特徴の抽出、勾配に基づくエッジ検出の項で開示されているようなエッジ検出オペレータを利用したフィルタリング処理により、ＢＳＥ合成像からステップ状の輝度変化部を強調したエッジ画像を生成できる。このように複数のＢＳＥ像の合成処理によるパターンの輝度分布の状態（白線やステップ状の輝度変化部）によって、エッジ強調処理を切り替えることで、パターンのエッジを強調した画像を生成できる。
【００４９】
続いて、処理制御部１１５は、エッジ画像に対し、非特許文献１の２値画像処理の項で開示されている２値化処理（Ｓ１４０３）や細線化処理（Ｓ１４０４）を行って図１５のようなパターンの輪郭データを生成する。そして、全画素について処理した場合（Ｓ１４０５）には、輪郭データが画像メモリ１５２に格納される（Ｓ１４０６）。なお、図１５中のＡ０〜Ａ６はＡ区間における輪郭線位置の座標情報を示している。
【００５０】
本実施形態では、画像内におけるパターンの輪郭線位置を画素単位の座標情報として表現する輪郭データについて説明するが、例えば、非特許文献２のパターンと図形の検出の項に開示されているようなフィッティング関数によるサブピクセル位置推定処理をエッジ画像に対して行う。これにより、パターンの輪郭線位置を１画素未満の座標情報として表現する輪郭データを生成することもでき、パターンの輪郭線位置を高精度に求めることができる。さらに、細線化やサブピクセル位置推定等により検出した輪郭データに対し、非特許文献１の２値画像処理に開示されているような線図形の折れ線近似処理を適用することで、輪郭データの情報量を削減することができる。例えば、輪郭線を画素単位の座標情報として扱う場合、図１５のような輪郭線のＡ区間について輪郭線位置の画素座標（Ａ０〜Ａ６）を全て保持する必要があるが、輪郭線を直線に近似することで、直線の始点、終点のみの画素座標（Ａ０、Ａ６）を保持すればよく、輪郭線データ量の削減が可能である。
【００５１】
以上のような輪郭線抽出処理によってＢＳＥ合成像からパターンの輪郭データを生成する。なお、複数のＢＳＥ像から輪郭線データを生成する手段として、複数のＢＳＥ画像を合成した例を説明したが、例えば、それぞれのＢＳＥ像に対して上述した輪郭線抽出を行い、輪郭線抽出結果を合成することも可能である。輪郭データは、画像上の各座標における輪郭の有無を示した図なので、複数の輪郭データを参照し、輪郭の存在する部分のみを選択し、合成結果とすることで輪郭データを生成できる。
【００５２】
（７）パターン検査処理（Ｓ５０５）について
以下、輪郭データと設計データを比較してパターン検査する処理（Ｓ５０５）について詳細に説明する。
【００５３】
図１６は、パターン検査処理の詳細を説明するためのフローチャートである。処理制御部１１５は、まず輪郭データを画像メモリ１５２から読み込み（Ｓ１６０１）、撮影レシピ作成システム１２５に登録されている設計データのテンプレートを読み込む（Ｓ１６０２）。
【００５４】
次に、処理制御部１１５は、パターンマッチング処理により検査位置を決定する（Ｓ１６０３）。検査位置を決定するのは、上述したように、ＳＥＭのステージ精度等の問題でＳＥＭの視野ずれが発生するためである。位置決めを行わずに輪郭データのパターンと設計データを比較すると図１７Ａのようになり、設計データ１７０２と輪郭データ１７０１のパターン形状の比較が困難になる。そこで、図１７Ｂのようにパターンマッチングにより検査位置を特定した後、パターンの形状比較による検査を行う。パターンマッチング法としては、正規化相関法や残差最小法といった手法が一般的に知られている。しかし、このような手法は、パターンの形状がほぼ一致する検査位置を検出するものであり、図１７のように、設計データ１７０２と輪郭データ１７０１のパターンの形状が多少異なる場合、位置決めが困難になる。このため、例えば特許文献５に開示されているように、設計データの形状をウエハ上のパターンの形状に合わせて調整した上で正規化相関によるパターンマッチングで検査位置決めする。これにより、パターン形状が異なる場合でも正確な位置決めが可能になる。
【００５５】
続いて、処理制御部１１５は、設計データと輪郭データのパターン形状を比較し（Ｓ１６０４）、設計データに対して形状の乖離が大きい部位を欠陥データとして検出する（Ｓ１６０５）。パターン形状の比較は、例えば、図１８に示したように、上述した折れ線近似処理により直線データ化した輪郭線１８０１と設計データ１８０２の間隔を計測することで実現できる。一般的な設計データの形式は、パターンを構成する直線の始点、終点座標を定義したデータである。このため、例えば図１８のように、輪郭データの直線の始点や中点、終点から、輪郭データの直線の法線方向に存在する設計データの直線との間隔１８０３を測定することで、設計データとパターンの形状の乖離状態を見積もることができる。直線間の距離が一定範囲以上の輪郭線部位を欠陥として検出することで、図１８Ｂのようなパターンの断線や図１８Ｃのような短絡、また、設計データに対し形状の乖離が大きい部位を検出することができる。
【００５６】
以上のように設計データと輪郭データのパターン形状の比較によって検出したパターンの欠陥データ（座標位置や長さ等の形状情報）は、画像メモリに書き込まれる（Ｓ１６０６）。
【００５７】
なお、図１９のようにＢＳＥ像１９０２やＢＳＥ合成像１９０３、輪郭線や設計データ１９０４や欠陥データ１９０５、ウエハ上の計測ポイント１９０６を、上述した電子計算機１１６（図１参照）のディスプレイ１９０１に表示することでユーザに検査結果、検査の進行状態を提供できる。
【００５８】
（８）第１の実施形態のまとめ
以上説明したように、本実施形態によれば、設計データによる半導体検査に必要なパターンの輪郭線を、パターンに対して２つ以上のポイントで撮影した複数のＢＳＥ像の合成画像から抽出する。これにより、半導体検査にＳＥ像を利用した場合に発生する帯電に起因した画像の乱れによる輪郭線位置の誤検出を抑制でき、設計データとパターンの正確な検査が行えるようになる。
【００５９】
また、本実施形態では、ウエハ上のパターンの検査を行なったが、同じく半導体設計データから作成されたリソグラフィ用マスクパターンの検査にも有効である。現在主流であるマスクの構造は、絶縁体であるガラス上に導体であるクロムでパターンを形成したものである。従って、ガラスがパターン検査に伴う電子ビーム照射により帯電し、パターン検査に悪影響を及ぼす。また、マスク作成途中のレジストパターンの検査ではレジストパターンが帯電する。従って、これら帯電しやすいマスクの検査にも本発明が有効であることは明らかである。
【００６０】
さらに、本実施形態によるパターンの輪郭抽出方法は、パターン寸法若しくはパターン間隔寸法を再現性良く算出することにも有効である。この場合は半導体設計データと必ずしも参照する必要はなく、フローチャートは図２０となる。輪郭線を抽出した後に寸法値の計測（Ｓ２００１）と書き込み（Ｓ２００２）を行なっている。このように本実施形態の輪郭抽出方法を用いれば、帯電しやすい絶縁体や大電流を用いた検査でも輪郭のはっきりした画像を得ることが出来る。この画像を用いて測長することにより、本発明の効果である帯電ロバスト性を生かした寸法計測が可能となる。
【００６１】
＜第２の実施の形態＞
（１）パターン検査処理
図２１は、本発明の第２の実施形態に係るパターン検査処理を説明するためのフローチャートである。本実施形態によるパターン検査方法は、設計データとの比較に利用する輪郭線抽出の対象をＢＳＥ像とＳＥ像から選択できることを特徴としている。
【００６２】
ＢＳＥ像は、ＳＥ像よりも帯電の影響を受けにくいことから輪郭線抽出に適した画像といえる。しかしながら、ＳＥＭの観察条件やウエハの材質や製造工程等のウエハ条件によっては、ＳＥ像の方が輪郭線抽出に有利な画像が得られる場合がある。例えば、図２２Ａのようにパターンの密度が高いエリアのＢＳＥ像を低倍率で撮影してパターンの検査を行う場合、図２２Ｂのように、ＢＳＥ像のパターン部の白線幅が同エリアを撮影したＳＥ像（図２２Ｄ）のよりも広く画像化される（輪郭が太くなる）場合がある。このようなＢＳＥ像を利用してパターン部の白線を残すような合成処理を行った場合、図２２Ｂのように隣接したパターン同士の白線が重なってしまい、図２２Ｃのように破線部２２０１のパターンの輪郭線が正確に抽出できず（本来２本の輪郭線が１本の輪郭線として抽出される）、設計データとの比較が困難になる。ＳＥ像で問題となる帯電は、ＳＥＭの電流値が大きい、観察倍率が高い等、半導体パターンに多くの電子線を照射することで発生する。このため、パターンの密度が高いエリアを低倍率で撮影してパターンの検査を行うような場合、帯電の影響が少なくなるため、ＳＥ像を利用して輪郭線抽出を行っても、図２２のようにパターンの輪郭線を正確に抽出でき、設計データとの比較が可能になる。また、ＳＥ像とＢＳＥ画像それぞれに上述した輪郭線抽出に有効なパターンの情報が含まれている場合、上述したような合成処理をＳＥ像とＢＳＥ像間で行うことで、輪郭線抽出に有効な画像を生成することもできる。
【００６３】
図２１において、まず、処理制御部１１５は、ＥＰの座標に対応する設計データテンプレートを撮影レシピ作成システム１２５から読み込む（Ｓ２１０１）。次に、処理制御部１１５は、ユーザによって指示に基づいて、ＳＥ像、ＢＳＥ像、ＳＥ及びＢＳＥ像の合成像の何れを用いてパターン検査を実行するか決定する（Ｓ２１０２）。
【００６４】
ＳＥ像で検査を実行すると指定された場合には、処理制御部１１５は、ＳＥ像を画像メモリ１５２から読み出す（Ｓ２１０３）。
【００６５】
ＢＳＥ像で検査を実行すると指定された場合には、処理制御部１１５は、複数のＢＳＥ像を画像メモリ１５２から読み出し（Ｓ２１０４）、ＢＳＥ像を合成する（Ｓ２１０５）。
【００６６】
ＳＥ像及びＢＳＥ像の合成像で検査を実行すると指定された場合には、処理制御部１１５は、複数のＢＳＥ像とＳＥ像を画像メモリ１５２から読み出し（Ｓ２１０６及びＳ２１０７）、それらの像を合成する（Ｓ２１０８）。
【００６７】
そして、処理制御部１１５は、合成後のステップＳ２１０３、Ｓ２１０５或いはＳ２１０８で取得した像から輪郭線を抽出し（Ｓ２１０９）、輪郭データと設計データを比較してパターンの検査を行う（Ｓ２１１０）。以上のように設計データと輪郭データのパターン形状の比較によって検出したパターンの欠陥データ（座標位置や長さ等の形状情報）が例えば記憶装置１２３に書き込まれる（Ｓ２１１１）。なお、像の合成処理（Ｓ２１０５又はＳ２１０８）及び輪郭抽出処理（Ｓ２１０９）は、第１の実施形態で説明した処理を適用することができる。
【００６８】
（２）第２の実施形態のまとめ
このようにＳＥＭの撮影条件やウエハの条件によって、輪郭線抽出の対象画像を切り替えることで、設計データを利用したパターンの検査を安定的に行うことができる。
【００６９】
輪郭線抽出の対象画像の選択は、図２１のフローチャートの説明では、処理制御部１１５に接続された計算機１１６を通じてなされたユーザの指定に基づいて実行されるようにしている。この他に、撮影条件やウエハの条件によって輪郭線抽出に有利な対象画像を経験的に求め、図２３のようにテーブル情報として処理制御部１１５に保持しておき、ＳＥＭや撮像レシピ生成部等からの撮影条件や、ウエハの条件の情報によって輪郭線抽出の対象画像を切り替えることも可能である。また、撮影レシピ作成部１２５において、撮影レシピを作成する際に、処理制御部１１５で輪郭線抽出の対象画像を切り替えられるようなパラメータを撮影レシピに登録することも可能である。
【００７０】
以上説明したように。本実施形態によれば、設計データによる半導体検査に利用するパターンの輪郭線の抽出対象画像をＳＥ像とＢＳＥ像の中から選択可能にし、選択された画像から輪郭線抽出を行い、設計データとの比較検査を行うことで、ＳＥＭの撮影条件や、ウエハの条件によって変化する輪郭線抽出に有効な画像を選択でき、正確なパターンの輪郭線を利用した検査が行えるようになる。
【００７１】
＜その他の実施形態＞
本発明は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピィ（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。
【００７２】
また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。
【００７３】
また、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードがネットワークを介して配信されることにより、システム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ-ＲＷ、ＣＤ-Ｒ等の記憶媒体に格納され、そのシステム又は装置のコンピュータ(又はＣＰＵやＭＰＵ)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明のパターン検査システムの概略構成を示す図である。
【図２】２次電子像および反射電子像の画像化手順を示した図である。
【図３】本発明によるパターン検査システムのパターン検査手順を示したフローチャートである。
【図４】半導体ウエハ上の検査ポイントを撮影するために必要となる設計レイアウト上のオートフォーカスやスティグマポイント等を例示した図である。
【図５】第１の実施形態によるパターン検査処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】反射電子検出器の配置例を示した図である。
【図７】反射電子像を示した図である。
【図８】画像を輪郭線化する手法１及び２を示す図である。
【図９】２次電子像を示した図である。
【図１０】反射電子像の合成画像を示した図である。
【図１１】反射電子像の合成例を示した図である。
【図１２】反射電子像の合成例を示した図である。
【図１３】試料に対する反射電子検出器の設置例を示した図である。
【図１４】輪郭線抽出処理（Ｓ５０４）の詳細を示すフローチャートである。
【図１５】反射電子像の合成像から抽出した輪郭データを示した図である。
【図１６】設計データと輪郭データの比較検査処理（Ｓ５０５）の詳細を示すフローチャートである。
【図１７】視野ずれが発生した設計データと輪郭データの位置関係と、パターンマッチングにより位置補正を行った設計データと輪郭データの位置関係を示した図である。
【図１８】設計データと輪郭データの形状比較例を示した図である。
【図１９】パターン検査の状況や検査結果をユーザに伝えるためのディスプレイ画面である。
【図２０】寸法計測のみ行なう場合のフローチャートである。
【図２１】第２の実施形態によるパターン検査処理を説明するためのフローチャートである。
【図２２】反射電子像の合成画像と２次電子像の違いを示した図である。
【図２３】半導体ウエハの撮影条件やウエハの条件によって輪郭線抽出対象画像を切り替えるためのテーブルデータを示した図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００・・・パターン検査システム、１０１・・・半導体ウエハ、１０２・・・電子光学系、１０３・・・電子銃、１０４・・・一次電子、１０５・・・コンデンサレンズ、１０６・・・偏向器、１０７・・・ＥｘＢ偏向器、１０８・・・対物レンズ、１０９・・・２次電子検出器、１１０及び１１１・・・反射電子検出器、１１２〜１１４・・・Ａ／Ｄ変換器、１１５・・・処理制御部、１５１・・・ＣＰＵ、１５２・・・画像メモリ、１５３・・・ＬＳＩ、１１６・・・計算機、１１７・・・ステージ、１１９・・・ステージコントローラ、１２０・・・偏向制御部、１２１・・・フォーカス制御部、１２３・・・記憶装置、１２５・・・撮影レシピ作成部、１３０・・・設計システム、２０１〜２０３・・・ｘ方向の電子線走査、２０４〜２０６・・・ｙ方向の電子線走査、４０１・・・設計レイアウト、４０２・・・フォーカスポイント、４０３・・・アドレッシングポイント、４０４・・・ブライトネス、コントラストポイント、４０５・・・検査ポイント、４０６・・・オートスティグマポイント、６０１・・・反射電子検出器（Ｌ）、６０２・・・反射電子検出器（Ｒ）、７０１・・・白線として表現されたパターン部、７０２・・・ステップ状の輝度変化部で表現されたパターン部、１７０１・・・輪郭データ、１７０２・・・設計データ、１８０１・・・輪郭データを構成する直線、１８０２・・・設計データを構成する直線、１８０３・・・設計データと輪郭線データ間の距離、１８０４・・・パターンの欠損部、１８０５・・・パターンの短絡部、１９０１・・・ディスプレイ画面、１９０２・・・ＢＳＥ画像の表示画面、１９０３・・・ＢＳＥ合成画像の表示画面、１９０４・・・検査状況表示画面、１９０５・・・検査結果表示画面、１９０６・・・ウエハ上の検査ポイント表示画面、２２０１・・・輪郭線抽出失敗部
【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】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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