(57)【要約】【課題】本発明は、２次電子像を用いて、画像間の位置合わせや、材質等に応じた領域分けを行う荷電粒子線装置の提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、試料から第１の方向に放出された２次電子を検出する第１の検出器と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に放出された２次電子を検出する第２の検出器を備え、前記第１の検出器によって得られた信号と、前記第２の検出器によって得られた信号を、画素単位で差分演算を行い、当該差分演算に基づいて得られる特徴量に応じて、前記画像の領域分けの実行、或いは各領域についてそれぞれ識別情報を付与する荷電粒子線装置を提案する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて発生する２次電子を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づいて生成された画像を処理する画像処理装置を備えた荷電粒子線装置において、
試料から第１の方向に放出された２次電子、或いは当該第１の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子を検出する第１の検出器と、
前記第１の方向とは異なる第２の方向に放出された２次電子、或いは当該第２の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子を検出する第２の検出器を備え、
前記画像処理装置は、前記第１の検出器によって得られた信号と、前記第２の検出器によって得られた信号を、画素単位で差分演算を行い、当該差分演算に基づいて得られる特徴量に応じて、前記画像の領域分けの実行、或いは各領域についてそれぞれ識別情報を付与することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記画像処理装置は、前記差分演算によって得られる各画素の輝度差に応じて、前記領域分けを実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記画像処理装置は、前記第１の検出器と前記第２の検出器の出力に基づいて、画像内に含まれるエッジ領域を抽出し、当該エッジ領域をマスク処理することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記画像処理装置は、前記第１の検出器の出力に基づいて抽出された第１のエッジ領域と、前記第２の検出器の出力に基づいて抽出された第２のエッジ領域の合成エッジ領域を抽出することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記画像処理装置は、前記エッジ領域で分離された領域毎に輝度差を算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１において、
試料上に形成されたパターンの第１の方向のエッジから放出される２次電子、或いは当該第１の方向のエッジから放出される２次電子によって生成される２次電子を、前記第２の検出器より、前記第１の検出器で多く検出するように、且つ前記第１の方向以外の第２の方向のエッジから放出される２次電子、或いは当該第２の方向のエッジから放出される２次電子によって生成される２次電子を前記第１の検出器より、前記第２の検出器で多く検出するように、前記試料から放出される２次電子を偏向する偏向器を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて発生する２次電子を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づいて生成された画像を処理する画像処理装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記画像処理装置は、試料上に形成されたパターンの第１の方向のエッジが他のエッジに対して相対的に高輝度となる第１の条件で取得された２次電子と、前記第１の方向とは異なる第２の方向のエッジが前記第１の方向のエッジに対して相対的に高輝度となる第２の条件で取得された２次電子に基づいて、前記エッジによって区分けされる２以上の領域の領域分けの実行、或いは各領域についてそれぞれ識別情報を付与することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記画像処理装置は、前記第１の条件で取得された２次電子信号と、前記第２の条件で取得された２次電子信号について、画素単位で差分演算を行い、当該差分演算に基づいて得られる特徴量に応じて、前記画像の領域分けの実行、或いは各領域についてそれぞれ識別情報を付与することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記第１の条件で取得された２次電子は、試料から第１の方向に放出された２次電子、或いは当該第１の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子であり、前記第２の条件で取得された２次電子は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に放出された２次電子、或いは当該第２の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記荷電粒子源と、前記試料との間に配置され、前記第１の方向に放出された２次電子、或いは当該第１の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子を検出する第１の検出器と、当該第１の検出器と、前記試料との間に配置され、前記第２の方向に放出された２次電子、或いは当該第２の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子を検出する第２の検出器とを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項９において、
前記第１の方向と、前記第２の方向は、前記荷電粒子ビーム光軸と直交する反対方向であって、前記第１の方向に放出された２次電子、或いは当該第１の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子を検出する第１の検出器と、前記第２の方向に放出された２次電子、或いは当該第２の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子を検出する第２の検出器とを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記画像処理装置は、前記第１の検出器で取得された２次電子に基づいて生成された第１の画像から、パターンの第１のエッジを抽出し、前記第２の検出器で取得された２次電子に基づいて生成された第２の画像から第２のエッジを抽出し、前記第１のエッジを起点として、所定方向にパターン候補領域を設定すると共に、当該パターン候補領域を、前記第２のエッジを用いて分断することを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置を備えた荷電粒子線装置に係り、特に、複数の荷電粒子取得条件によって得られた検出信号に基づいて、画像処理を実行する画像処理装置を備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体検査装置等に用いられる荷電粒子線装置は、試料から放出された荷電粒子、或いは試料から放出された荷電粒子が他部材に衝突することによって発生する荷電粒子を検出し、当該検出信号を用いて画像を形成する装置である。特許文献１には、半導体の測定や検査に用いられる走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）よって得られた画像内の所望の位置を特定するための手法として、半導体デバイスの設計データから生成されたテンプレートを用いたパターンマッチング法が説明されている。また、特許文献２には、後方散乱電子（Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＢＳＥ）の検出に基づいて得られる領域情報を用いて、パターンマッチングを実行するパターン検査法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１９９９３９号（対応米国特許ＵＳＰ７，０２６，６１５）
【特許文献２】特許第５３１３９３９号（対応米国特許ＵＳＰ８，６５３，４５６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、設計データに基づいて得られるパターンの角部のエッジを、平滑化処理（Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）によって変形させることで、実パターンに形状が近いテンプレートを作成することが説明されている。しかしながら、変形させた設計データと被検査画像を比較するだけでは、被検査画像に映る回路パターンの変形や、回路パターンの密度などの影響で正しい位置とはずれた位置に位置合わせを行ってしまう可能性がある。また、特許文献２のように、後方散乱電子の情報を利用して、領域分けを行った上で、マッチングを行う場合、後方散乱電子は、材質の反射特性の影響を受けるため，本来２次電子では観測されなかった余剰下層パターンが画像に写りこみ位置合わせに失敗してしまう場合がある。また，位置合わせは検査の前処理であり、位置合わせがしやすい後方散乱電子像を取得することは高コストである。
【０００５】
以下に、２次電子像を用いて、画像間の位置合わせや、材質等に応じた領域分けを実現することを目的とする荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための一態様として以下に、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて発生する２次電子を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づいて生成された画像を処理する画像処理装置を備えた荷電粒子線装置であって、試料から第１の方向に放出された２次電子、或いは当該第１の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子を検出する第１の検出器と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に放出された２次電子、或いは当該第２の方向に放出された２次電子が他部材に衝突することによって発生する２次電子を検出する第２の検出器を備え、前記画像処理装置は、前記第１の検出器によって得られた信号と、前記第２の検出器によって得られた信号を、画素単位で差分演算を行い、当該差分演算に基づいて得られる特徴量に応じて、前記画像の領域分けの実行、或いは各領域についてそれぞれ識別情報を付与する荷電粒子線装置を提案する。
【０００７】
また、上記目的を達成するための他の態様として、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて発生する２次電子を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づいて生成された画像を処理する画像処理装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記画像処理装置は、試料上に形成されたパターンの第１の方向のエッジが他のエッジに対して相対的に高輝度となる第１の条件で取得された２次電子と、前記第１の方向とは異なる第２の方向のエッジが前記第１の方向のエッジに対して相対的に高輝度となる第２の条件で取得された２次電子に基づいて、前記エッジによって区分けされる２以上の領域の領域分けの実行、或いは各領域についてそれぞれ識別情報を付与する荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、２次電子像を用いて、画像間の位置合わせや、材質等に応じた領域分けを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】複数の２次電子像を利用して、画像内領域を区分けする処理工程を示すフローチャート。
【図２】ラインアンドスペースパターンの２次電子像の一例を示す図。
【図３】ラインアンドスペースパターンの断面図。
【図４】下層に異なるパターンが存在するラインパターンの２次電子像の一例を示す図。
【図５】走査電子顕微鏡の一例を示す図。
【図６】２次電子の放出方向を説明する図。
【図７】上段検出器と下段検出器の出力に基づいて生成される画像例を示す図。
【図８】複数条件で得られた複数の画像を用いて、画像内の領域分けを行う工程を示すフローチャート。
【図９】Ｕｐｐｅｒ画像（上側検出器の出力に基づく画像）とＬｏｗｅｒ画像（下側検出器の出力に基づく画像）の対応する画素ごとに輝度差を求め、それを画像化した例を示す図。
【図１０】多層回路パターンの断面図。
【図１１】２次電子を検出器側に偏向するアライナによって、２次電子を偏向したときの２次電子の軌道を示す図。
【図１２】上段検出器の出力に基づいて生成された画像と、下段検出器の出力に基づいて生成された画像を示す図。
【図１３】画像の領域分け工程を示すフローチャート。
【図１４】画像からパターン部を抽出するために用いられる画像例を示す図。
【図１５】特定方向のエッジを高輝度とした複数の画像と、当該画像の合成画像を示す図。
【図１６】走査電子顕微鏡の一例を示す図。
【図１７】左側エッジが高輝度となる条件で取得された画像と、右側エッジが高輝度となる条件で取得された画像の例を示す図。
【図１８】画像の領域分け工程を示すフローチャート。
【図１９】走査電子顕微鏡の一例を示す図。
【図２０】複数方向に配置された検出器によって取得された画像例を示す図。
【図２１】電子の放出方向と、検出器との位置関係を示す図。
【図２２】複数方向に配置された検出器と、それぞれの検出器によって得られた画像を示す図。
【図２３】画像処理を実行する演算装置の一例を示す図。
【図２４】適切なアライナ条件を選択する工程を示すフローチャート。
【図２５】画像から抽出された高輝度エッジを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に説明する実施例は、外観検査装置、パターン寸法を測定するパターン測定装置、試料上の欠陥を検査する欠陥検査装置などによって得られた画像信号を処理する画像処理装置に係り、特に、半導体デバイスの設計データに基づいて生成されるテンプレートを用いたパターンマッチングを実行する画像処理装置、及び当該画像処理装置を搭載する荷電粒子線装置に関するものである。
【００１１】
以下に説明する実施例では主に、撮影条件の違う２枚以上の２次電子画像の情報を用いて、視野（Ｆｉｅｌｄ  Ｏｆ  Ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）内を領域分けし、当該領域分けに基づいて、位置合わせを実行する画像処理装置、及び荷電粒子線装置を例示する。
【００１２】
以下に説明する実施例によれば、高密度な回路パターンの存在するレイアウトや、変形、欠陥の発生などに影響を受けないロバストな位置合わせが可能になる。
【００１３】
以下に説明する実施例は、汎用のコンピュータを用いた画像処理によって実現することができる。当該画像処理を実現する画像処理装置は、入出力インターフェイス（ディスプレイ、キーボード、マウス、ＬＡＮポート、ＵＳＢポート等）、ＣＰＵ（演算部）、メモリ（記憶部）といった基本的なコンピュータの構成要素を備える。以下の実施例は、パターンマッチング処理等をコンピュータに実行させるプログラムの説明でもある。
【００１４】
本実施例の概略を、図１を用いて説明する。図１は、複数の２次電子（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＳＥ）像を利用して、画像内領域を区分けする処理工程を示すフローチャートである。図１に例示するフローチャートには、撮像条件の違う２枚以上のＳＥ像を読み込むステップ１０１と、各ＳＥ像からエッジ領域を抽出するステップ１０２と、各画像のエッジ領域を組み合わせて平坦領域を区分するステップ１０３と、平坦領域とエッジ領域と撮影条件から、平坦領域のレイヤー情報を取得するステップ１０４を含んでいる。
【００１５】
ステップ１０１の撮影条件とは、検査装置の２次電子検出器の３次元上の位置、位置関係、検出器が取得する電子の角度や向き、取得する電子のエネルギー量の設定値、後述するアライナの偏向度合いを数理化した値などである。ステップ１０２のエッジ領域とは、図２のようなＳＥ像に含まれるホワイトバンド２０１のことである。パターンのエッジ部分は、エッジ効果により、平坦部に対して相対的に輝度が高くなる傾向があり、図２の例でも、エッジ部分は、パターン部２０２やスペース部２０３より高輝度となっている。ステップ１０３にて行われる平坦領域の区分とは、ステップ１０２で抽出したエッジ領域の情報を用いて、画像内をエッジ部とパターン部２０２とスペース部２０３を区分する処理のことである。
【００１６】
ステップ１０４のレイヤー情報とは、２次元画像上の各領域が、どの層に属するのかを示す識別情報である。具体的には図２に例示する各領域が、図３に例示する断面図における凸部（上部）３０１に対応する領域であるのか、凹部（下部）３０２に対応する領域であるのかを示す情報である。また、ＳＥ像には図４に例示するように、上層パターン部４０１と、当該上層パターン部４０１の下層に位置し、その一部が上層パターン部４０１に隠れた下層パターン４０２のように、２層以上の回路パターンが写りこむ場合がある。スペース部４０３はパターンがない領域である。
【００１７】
このような場合において、ステップ１０４で取得するレイヤー情報は、上層パターン部４０１、下層パターン部４０２、スペース部４０３について取得する。また、単にパターン部とスペース部に分けてもよい。レイヤー情報は、前述した２層，３層のものに限定しない。また，ステップ１０４の後に前記レイヤー情報を用いた位置合わせが行われる。 
以下に、上記各処理の詳細について説明する。図５は、画像の領域分け処理、及び位置合わせ処理を実行する荷電粒子線装置を示す図である。また、本実施例では荷電粒子線装置の一態様として走査電子顕微鏡について説明するが、画像を取得する装置として、イオンビームを試料に照射することによって得られる荷電粒子を検出するイオンビーム照射装置を採用するようにしても良い。走査電子顕微鏡は、電子源５０１から引出電極５０２によって引き出された電子ビーム（電子線５０３）を試料に照射する装置である。図示しない加速電極によって加速された電子線５０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ５０４によって、絞られた後に、図示しない走査偏向器により、試料(半導体ウェハ)５０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。
【００１８】
電子ビーム５０３は試料台５０８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５０６のレンズ作用によって集束されて試料５０９上に照射される。電子ビーム５０３が試料５０９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５１０が放出される。放出された電子５１０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５１２に衝突し、二次電子５１１を生じさせる。変換電極５１２から放出された二次電子５１１は、検出器５１３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５１３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５０５への偏向信号と、検出器５１３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。また、図５に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査領域を移動する偏向器（図示せず）が備えられている。制御装置５１４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。
【００１９】
なお、本実施例では、試料から放出された２次電子を変換電極（他部材）に衝突させ、そこから生じた２次電子を検出する手法を採用しているが、これに限ることはなく、例えば、試料から放出された２次電子を直接的に検出すべく、２次電子の軌道上に、検出器の検出面を配置するような検出系を採用することも可能である。
【００２０】
制御装置５１４は図２３に例示するように、ＣＰＵ２１０１、画像メモリ２１０２、ＬＳＩ２１０３、出力装置２１０４、記憶デバイス２１０５といった基本的なコンピュータの構成要素を備える。また設計データ等の受け取るため、設計システム２１０８やその制御装置２１０７とＬＡＮなどのネットワークで接続されている。制御装置５１４内には、得られた画像を処理するための演算装置（画像処理装置）が内蔵されており、後述する画像の領域分け処理や、位置合わせ処理を実行する。
【００２１】
次に、２次電子の挙動について述べる。電子源５０１から半導体ウェハ５０９に向かって電子が照射されると，図６のように２次電子６０１が発生する。パターンの側壁部６０２から放出された２次電子には、試料表面上に放出される電子６０３と、試料内の構造物に衝突する電子６０４が含まれる。電子６０３は適正に検出器、或いは変換電極に導くことにより検出することができるが、電子６０４は検出することができない。電子６０４は、その放出軌道上に、パターン等の構造物が存在する電子である。
【００２２】
回路パターンの上部６０５の周囲には、遮蔽する回路パターンが存在しないため、電子の放出方向と、電子ビームの光軸方向との相対角が比較的大きい電子であっても検出することができる。しかし、回路パターンのスペース部６０６では、回路パターンに電子が阻まれるため、ビーム光軸に対する相対角が比較的小さな電子しか検出することができない。また、側壁部６０７から放出される電子は、側壁部６０７によって、左側に向かう電子が遮られる一方で、右側には障害物がないため、ビームの光軸方向、及び側壁部６０７の右側に放出される電子を検出することができる。
【００２３】
図５に例示した走査電子顕微鏡のＵｐｐｅｒ検出器５１３ａとＬｏｗｅｒ検出器５１３ｂの検出信号に基づいて生成される画像を図７に例示する。図７では、回路パターンの形状として、ラインアンドスペース(Ｌｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅ：Ｌ＆Ｓ)パターンと、ホールパターンを例示している。Ｌ＆Ｓパターンは、回路パターンの配線部とスペース部が交互に配列されたパターンである。ホールパターンは、下層と上層上面との間をつなぐ開口である。
【００２４】
Ｌ＆Ｓパターンを含む領域の材質は、上部（パターン部）が窒化チタンＴｉＮ、下部（スペース部）がケイ素Ｓｉである。ホールパターンを含む領域の材質は、上部が窒化ケイ素ＳｉＮ、下部がケイ素Ｓｉである。図７の下段が、Ｕｐｐｅｒ検出器５１３ａでの取得画像例、上段がＬｏｗｅｒ検出器５１３ｂでの取得例である。図６を用いて説明したように、Ｌｏｗｅｒ検出器５１３ｂによって検出される電子は、ビーム光軸方向と電子の放出方向の相対角が比較的大きな電子が多く含まれるため、スペース部ではその一部がパターン等の構造物に遮られるのに対し、パターン部ではそのようなことがない。そのため、図７の上段に例示するようにパターン上部７０２に対して、スペース部７０１ａは暗くなる傾向がある。一方、Ｕｐｐｅｒ検出器５１３ａによって検出される電子は、ビーム光軸方向と電子の放出方向の相対角が比較的小さな電子が多く含まれるため、試料上の構造物に遮られる電子の量はＬｏｗｅｒ検出器に対して相対的に少なく、スペース部７０３ａの輝度は、相対的に明るくなる。また、Ｌ＆Ｓパターンのスペース部は、Ｌｏｗｅｒ検出器５１３ｂによって検出された電子に基づいて生成された画像の輝度よりも、Ｕｐｐｅｒ検出器５１３ａによって検出された電子に基づいて生成された画像の輝度の方が高い。
【００２５】
しかしながら、この関係が成立しない場合がある。電子ビームの照射条件が同じであっても、材質に応じて、二次電子の放出量は異なるため、例えば、下層に二次電子の放出量が多い材質が存在する場合、検出器によって検出された電子に基づく画像であっても、上層に対し、下層の方が明るくなる場合がある。
【００２６】
本実施例では、試料の材質等の変化によらず、画像の輝度情報に基づいて、パターンの種類に応じた領域分けを行うことが可能な画像処理装置、及び荷電粒子線装置について説明する。本実施例では特に、複数の検出器を備えた走査電子顕微鏡によって得られた画像に基づいて、回路パターンの凹凸領域の領域わけを行う処理技術について説明する。
【００２７】
図８は、複数条件で得られた複数の画像を用いて、画像内の領域分けを行う工程を示すフローチャートである。画像を読み込むステップ１０１とエッジ領域を抽出するステップ１０２は図１と同様である。ここで，エッジ領域を抽出するステップ１０２でのエッジ抽出は、例えばソーベルフォルタやラプラシアンフィルタといったエッジ抽出フィルタを用いる。また、エッジ部は平坦部より輝度の高いホワイトバンドとして画像に映るため、２値化などを用いて抽出することもできる。また、フィルタや２値化を組み合わせてより高度なエッジ領域抽出を行ってもよい。
【００２８】
エッジ領域を合成するステップ８０１では、Ｕｐｐｅｒ画像（Ｕｐｐｅｒ検出器によって検出された検出信号に基づいて生成される画像）から得られたエッジ領域と、Ｌｏｗｅｒ画像（Ｌｏｗｅｒ検出器によって検出された検出信号に基づいて生成される画像）から得られたエッジ領域を組み合わせて合成エッジ領域を作成する。合成エッジ領域とは、例えばエッジ部が１、非エッジ部が０である２値の画像で与えてもよい。合成エッジ領域の形式はこれに限定しない。また，組み合わせ方法は、和を求めて２値化するなどの処理をすればよい。また、多層画像の場合、Ｕｐｐｅｒ画像から得られたエッジ領域が、Ｌｏｗｅｒ画像から得られたエッジ領域には存在しない場合がある。このような場合、その領域を無視して上層とそれ以外に分割してもよいし、下層を考慮して領域を３種類以上に分けてもよい。考慮する場合の手法は後述する。エッジ領域の合成方法は，前述の和を用いる手法に限定するものではない。
【００２９】
エッジ部のマスクステップ８０２では，合成エッジ領域を用いてＵｐｐｅｒ画像のエッジ領域と、Ｌｏｗｅｒ画像のエッジ領域をマスクする。例えば、画素値をマイナスの値とする等の処理を行えばよい。マスクの方法はこれに限定しない。また、後述の処理を行う際、合成エッジ領域かをその都度判定して、各画像に対する処理を行うかの有無を判定してもよい。輝度差の算出ステップ８０３ではエッジ領域マスクされた部分を分割領域として，エリアを分ける。例えば隣接する画素がマイナスでないなら同じラベルを付ける等の処理を行う。Ｕｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像ともに同一ラベル内で画素値の平均を計算し、その差を算出する。また、Ｕｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像の各画素で差を取ってから（差分演算を行ってから）、差の平均を求めてもよい。
【００３０】
図９は、Ｕｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像の対応する画素ごとに輝度差のような特徴量を求め、それを画像化した例を示す図である。図９は図７に例示したＬ＆Ｓパターン画像に基づいて生成した差画像である。破線で囲まれたグレー領域９０１はＵｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像で輝度差大きい領域であり、黒領域９０２は輝度差が小さい領域である。画像として視認はできないが、グレー領域９０１と黒領域９０２の境界付近は、マスクされた不感領域となっている。領域分類ステップ８０４では、輝度差の算出８０３で得られた輝度差を指標値として各領域をクラス分けする。その手法は、例えば各輝度差を１次元上にプロットした場合に，最も距離があいている点間で２クラス分類してもよいし、Ｋ平均法のようなアルゴリズムを用いてもよい。分類手法はこれに限定するものではない。レイヤー情報化ステップ８０５では、クラス分けしたクラスを各領域に割り当てる。例えば、別画像としてエッジ部はマイナス値、各平坦領域では任意に定めたクラス番号を輝度値とする画像形式で所持すればよい。レイヤー情報の記述方法はこれに限定しない。
【００３１】
次に、回路パターンが多層である場合について説明する。図１０は多層回路パターンの断面図を例示したものである。下層に対する電子線５０３の照射に基づいて放出された２次電子１００１の中には、上層の側壁１００２に遮られるものがある。上層の側壁１００２がない場合と比較して、電子の検出量は減少する。しかしこの量は、スペース部に対する電子線の照射に基づいて放出された２次電子１００３よりは多い。したがって、図４に示した多層画像のように、Ｌｏｗｅｒ画像では回路パターンの平坦領域の輝度は、基本的には上層４０１＞下層４０２＞スペース部４０３となる。ただし、前記式は材質によって成り立たない場合もある。
【００３２】
しかし、下層の有無に係わらず、Ｕｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像の特性（Ｕｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像との間の相対的な関係）は変わらないことから、平坦領域の輝度差は、スペース部＞下層領域＞上層領域が成り立つ。そこで、領域分類ステップ８０４において、含まれる階層分の分割を行えばよい。画像に何層の配線が写りこむかが不明な場合には、例えば赤池情報量規準やベイズ情報量規準などの指標値を用いＫ−Ｍｅａｎｓ法の分割数を自動決定すればよい。
【００３３】
また入力パラメータとして写りこむレイヤー数や、位置合わせに利用する設計データが与えられるならば、その情報に基づいて分割数を決定すればよい。分割数の決定方法はこれに限定しない。分割数を決定することができれば、後はレイヤー情報化ステップ８０５と同様の手法でレイヤー情報化が可能である。領域分けを行う場合、試料の種類等に応じたＵｐｐｅｒ検出器とＬｏｗｅｒ検出器の輝度差を予めデータベース化しておき、その情報を参照することによって、各領域に識別情報を付加するようにしても良い。
【００３４】
次に、アライナ５０５を用いて任意の角度の２次電子を観測する場合について説明する。図１１はアライナ５０５によって２次電子を偏向した場合の電子の挙動を示した図である。半導体ウェハ５０９から放出された２次電子１１０１（第１の方向に放出された２次電子）は、アライナ５０５によって偏向され、変換電極５１２の隙間（電子線５０３の通過開口）を抜ける。変換電極５１２の隙間を抜けた２次電子１１０１は、アライナ１１０３によって、更に偏向され、変換電極１１０４に衝突する。変換電極１１０４に２次電子１１０１が衝突すると、そこから２次電子（３次電子）が発生し、その電子がＵｐｐｅｒ検出器によって捕捉される。本実施例におけるアライナ５０５の条件は、２次電子１１０１が変換電極５１２の隙間を通過するように調整されている。
【００３５】
指定した角度以外に放出された電子１１０２（第２の方向に放出された２次電子）は、アライナ５０５によって偏向され、下部の変換電極５１２に衝突し、Ｌｏｗｅｒ検出器によって検出される。厳密には、変換電極５１２から放出された電子がＬｏｗｅｒ検出器によって捕捉される。
【００３６】
図１２は、主に左方向に放出された電子１１０１を、アライナ５０５によって、Ｕｐｐｅｒ検出器に導く条件で取得した画像例を示す図（左図）である。Ｕｐｐｅｒ検出器によって検出された電子に基づく画像では、上記アライナ５０５の偏向条件故、左側のエッジ（ホワイトバンド１２０１）の輝度が、右側のエッジ（影領域１２０２）より高くなっている。スペース部１２０３のように、近くに２次電子に対する遮蔽部材（ここではパターン）がない領域は、影領域１２０２より輝度が高い。
【００３７】
Ｌｏｗｅｒ検出画像（図１２の右図）ではパターンの左側面以外のエッジ部分が、他の部分と比較して相対的に高輝度（ホワイトバンド１２０４）になっている。一方、左側面部１２０５から放出される２次電子の多くが、Ｕｐｐｅｒ検出器に導かれるような偏向条件となっているため、左側面部１２０５は、ホワイトバンド１２０４に対して、相対的に輝度が低くなるが、エッジ効果により、平坦部と比較すると２次電子が多く放出されるため、平坦部と比較すると、高輝度となる。
【００３８】
図１３は、図１２のような画像を領域分けする工程を示すフローチャートである。エッジ抽出ステップ（ステップ１０２）までは図８と同様である。本例では左方向に放出される電子をＵｐｐｅｒ検出器で観測しているため、Ｕｐｐｅｒ検出器画像のホワイトバンドより右の領域はパターン部となる。領域の仮決めステップ（ステップ１３０１）では、図１４に例示するように仮決め領域１４０１を決定する。この仮決め領域１４０１に対し、Ｌｏｗｅｒ検出画像から得られたホワイトバンドのエッジ１４０２を用いた区分処理を実行する（ステップ１３０２）。ホワイトバンドのエッジ１４０２は、例えば、高輝度領域を抽出する処理等に基づいて、選択される。仮決め領域の内部にＵｐｐｅｒ検出器画像のホワイトバンドが存在する場合、そこでも領域区分を行う。エッジで囲われた閉領域１４０３と、エッジの外側領域１４０４に区分される。区分された領域の内、仮決め領域を作成した方向と同方向に有る領域、本例ではエッジの外側領域１４０４を削除する。削除されなかった仮決め領域をパターン部、仮決め領域に含まれない領域をスペース部として分類処理（ステップ１３０４）を行い，レイヤー情報化処理（ステップ８０５）を実施する。
【００３９】
なお、各方向のエッジを抽出するための適正なアライナ条件は、図２４に例示するような工程を経て、設定するようにしても良い。図２４は、アライナ条件を変化させたときに得られる画像に基づいて、適正なアライナ条件を決定する工程を示すフローチャートである。まず、アライナを初期条件に設定し、その際に得られる上下の検出器（Ｕｐｐｅｒ検出器、Ｌｏｗｅｒ検出器）の出力画像を評価する（ステップ２４０１、２４０２）。上下検出器画像のいずれもが所定条件を満たしている場合には、アライナ条件を確定させ、その情報を走査電子顕微鏡の撮像レシピとして登録する（ステップ２４０３、２４０４）。また、上下検出器の出力画像が所定条件を満たさない場合は、アライナ条件が不適切であるとの判断のもと、アライナ条件の変化と画像評価を繰り返す。このような処理を行うことによって、適正なアライナ条件を見出すことができる。アライナ条件が決まってしまえば、同じパターンであれば、同じアライナ条件が有効であると考えられる。よって、当該アライナ条件を撮像レシピとして登録すれば、同じパターンを測定するための条件設定を行うことが可能となる。
【００４０】
ステップ２４０２の画像評価には例えば、図１３のステップ１０１〜ステップ１３０３を実施した後、適切な閉図形が形成されているか否かを演算装置によって判断することによって実施することができる。また、適正なアライナ条件となると、上下検出器の出力から生成される画像に含まれるパターンのエッジがいずれも明るい状態となるため、所定値、或いは所定値以上の輝度（或いはコントラスト）を持つ線分の長さが最も長い（即ち、全エッジが所定の輝度を持っている状態）を適正なアライナ条件として設定するようにしても良い。この場合、画像内にノイズが含まれることも考えられるため、線分の長さが所定の長さ（理想的な閉図形の周囲の長さ±所定値）となるアライナ条件を選択するようにしても良い。また、各検出器の出力画像に含まれる図形の合成図形が所定形状となるか否かの判断に基づいて、アライナ条件を決定するようにしても良い。
【００４１】
なお、予め、Ｕｐｐｅｒ検出器で左側エッジの輝度が高い画像を取得できるアライナ条件が判っている場合、当該アライナ条件で取得された画像に含まれるエッジの左側に、パターンが位置することになるため、仮決め領域の範囲を限定し、その中で他エッジを探索することが可能となり、パターン部特定処理の効率化を実現することが可能となる。
【００４２】
また、初期のアライナ状態で得られたパターン形状に応じて、仮決め領域の範囲を特定するようにしても良い。例えば、図１２に例示するような十字パターンの場合、図２５（ａ）のような形状の高輝度エッジ２５０１が抽出される場合、他のエッジに対し、上側エッジの電子をより多くＵｐｐｅｒ検出器に導くアライナ条件となっていることが判る。また、図２５（ｂ）に例示するような形状の高輝度エッジ２５０２が抽出される場合、他のエッジに対し、右側エッジの電子をより多くＵｐｐｅｒ検出器に導く条件となっていることが判る。このように１の検出器で取得された高輝度エッジ形状に応じて、仮決め領域の方向（図２５（ａ）の場合、下側、図２５（ｂ）の場合、左側）を決定するようにしても良い。
【００４３】
設計データを参照すれば、パターンの形状が判るため、設計データに基づいて得られるレイアウトデータと、高輝度エッジとを対応させ、パターン形成方向を特定するようにしても良い。
【００４４】
また、アライナ５０５を用いた場合、図１５に示すような特定方向のエッジを選択的に高輝度とした画像１５０１や、その合成画像１５０２の作成が可能になる。合成画像１５０２のホワイトバンドを利用すれば、図１３の処理においてＵｐｐｅｒ検出器画像のホワイトバンドを仮決め領域の区分に用いる必要が無くなる。合成画像は、例えば方向ごとの高輝度画像１５０１ａ〜１５０１ｄのそれぞれの輝度が最大となる個所を合成する等の方法が考えられる。合成画像の作成方法や画像の組み合わせはこれに限定しない。また、図１５では４方向の例を示したが、本手法はそれに限定するものではない。
【００４５】
図１６に、測定や検査の対象となる画像を取得する走査電子顕微鏡の他の構成を例示する。図５との差分は、図５のＬｏｗｅｒ検出器５１３ｂが２台設置されている点である。この２つの検出器は、ビーム光軸と直交する反対方向に設置される。
【００４６】
図に向かって左をＬｅｆｔ検出器１６１３ａ、右をＲｉｇｈｔ検出器１６１３ｂとする。また二つをまとめてＬＲ検出器と呼称する。また図１６ではＵｐｐｅｒ検出器は省略している。Ｕｐｐｅｒ検出器は図１６の検査装置構成において領域分けを行う場合には必須ではない。
【００４７】
図１７にＬｅｆｔ検出器１６１３ａと、Ｒｉｇｈｔ検出器１６１３ｂから得られた画像を例示する。これら画像の組を、以下の説明ではＬＲ像とする。ＬＲ像は、図１５に例示した画像１５０１ｂおよび画像１５０１ｃに類似している。図２１に例示するように、左側に放出された電子はＬｅｆｔ検出器２１０１によって検出され、右側に放出された電子はＲｉｇｈｔ検出器２１０２によって検出される。
【００４８】
図１８に、図１６に例示した装置構成を持つ走査電子顕微鏡によって得られた画像を用いた領域分け処理工程を示す。画像読み込み処理（ステップ１０１）ではＬＲ像を読み込む。エッジ領域の抽出処理（ステップ１８０１）では、ＬＲ像からホワイトバンドを抽出し、それを合成してエッジ領域を求める。また、ＬＲ像を合成して合成画像のホワイトバンドからエッジ領域を求めてもよい。画像の合成方法は、例えば輝度の大きい画像の値を取る、と言ったものが考えられる。ホワイトバンドの抽出には、図１のステップ１０２で用いた手法と同様のものを用いることができる。
【００４９】
パターン算出処理（ステップ１８０２）では図１４で説明した仮決め領域の設定処理を、Ｌ像またはＲ像のどちらか一方について行うことによって、パターン部を求めることができる。また、Ｌ像、Ｒ像の両方について行ってもよい。これにより、パターン部とエッジ部とそれ以外に分類が可能である。
【００５０】
この分類情報を用いてレイヤー情報化処理（ステップ８０５）を行う。また、Ｌ像Ｒ像それぞれについて、図１４を用いて説明した仮決め領域を求め、２つの仮決め領域その重複部分をパターン部とするアルゴリズムを採用するようにしてもよい。各処理は上述した手法に限定するものではない。
【００５１】
図１９に、測定や検査の対象となる画像を取得する走査電子顕微鏡の更に他の構成を例示する。図１６との差分は、図５のＬｏｗｅｒ検出器５１３ｂが四方に計４台設置されている点である。今後各検出器を、Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−検出器と呼称する。各検出器が検出する電子は、図２１を用いて、原理を説明した通り、検出器の位置に応じた電子が検出される。図１９の例では、Ｙ軸方向（紙面垂直方向）に、ビーム光軸を中心として鏡対称に配置される２つの検出器が追加されている。
【００５２】
各検出器によって検出された電子に基づいて生成された画像を図２０に例示する。各検出器から得られた画像は、アライナの偏向条件を変化させ、各方向のエッジを強調させた画像と近い特徴を持っており、上述したようなエッジ抽出に基づく、領域分類に用いることができる。
【００５３】
次に、複数のパターンが積層された多層パターンの画像を領域分けする手法について説明する。図２２は、異なる方向に配置された検出器によって検出された電子に基づいて生成される多層パターン画像例である。Ｕｐｐｅｒ検出器画像では下層パターン２２０１がはっきり見えているが、図１６のＬＲ検出器に当たるＸ＋、Ｘ−検出器によって得られた電子に基づく画像では、下層のパターンが表示されない場合がある。これは、隣接するパターン間の距離が短く、パターン密度が高いため、下層パターンから放出されたビーム光軸に対する相対角が大きな電子が上層パターンに阻まれてＸ＋、Ｘ−検出器で検出されないためである。このような状況はＬＲ検出器にも起こりえる。しかし、Ｙ＋、Ｙ−検出器では遮蔽物が無いため下層２１０２から放出された電子を検出できる。このため、まずＸ＋、Ｘ−検出器画像を用いて、これまでで述べた手法、例えば図１６の走査電子顕微鏡によって取得された画像について、図１８に例示した処理法を用いた領域分け処理を行うことによって、上層パターン２１０３とそれ以外の領域２１０４に領域分けを行う。さらに、Ｙ＋、Ｙ−検出器画像に対し上層パターン２１０３とそのエッジ領域２１０５をマスクした画像を作成し、その画像を入力度してＸ＋、Ｘ−検出器画像と同様に下層パターン２１０２とスペース部２１０６の領域分けを行う。これをレイヤー情報とする。このように，多層画像に対してこれまで述べた手法の組み合わせで領域分けが可能となる。４方向多層パターン画像に対する処理はこれに限定するものではない。
【００５４】
また、検出器が１つの場合においても、エネルギーフィルタ等の電子検出量を調整する機能や、アライナで検出する電子の方向を制御し、そのパラメータを変えて複数枚画像を作成することで、Ｕｐｐｅｒ、Ｌｏｗｅｒ検出器やＬＲ検出器でえた画像と同特性の画像を取得することが可能である。このような画像に対しても、これまでに述べた処理を用いたて領域分けが可能である。
【００５５】
以上のようにして領域分けされた各領域を対応させるようなマッチング処理を行うことによって、パターンの形状変形等の影響を受けにくい、位置合わせを行うことが可能となる。具体的には、設計データ等に基づいて形成された各パターンの識別情報が予め付与されたテンプレートを用いて、上述のような領域分け処理が施された画像内でサーチを行う場合に、識別情報を突き合わせ、識別情報が一致する相対位置を、マッチング位置とする。特に、パターンが複数あり、且つその複数のパターンの配列状態がユニークである場合には、パターン形状が大きく変形している場合であっても、適正な位置合わせを行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００５６】
５０１  電子源
５０２  引出電極
５０３  電子線
５０４  コンデンサレンズ
５０５  偏向器（アライナ）
５０６  対物レンズ
５０７  真空試料室
５０８  試料台
５０９  試料
５１０  電子
５１１  ２次電子
５１３  検出器
５１４  制御装置
５１５  Ｚセンサ（光源）
５１６  Ｚセンサ（受光部）
【図１】
2016162513.tif 000003
【図２】
2016162513.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016162513.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2016162513.tif 000009
【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】
2016162513.tif 000015
【図１４】
2016162513.tif 000016
【図１５】
2016162513.tif 000017
【図１６】
2016162513.tif 000018
【図１７】
2016162513.tif 000019
【図１８】
2016162513.tif 000020
【図１９】
2016162513.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2016162513.tif 000023
【図２２】
2016162513.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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