(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の設計情報を格納し、前記設計情報に基づいて半導体ウェハの検査すべき領域を含む撮影／検査条件を設定するナビゲーションシステムと、設定された撮影／検査条件に従って実際に半導体ウェハの撮影を行い、検査を実行する走査型電子顕微鏡システムから構成される半導体検査システムであって、
当該半導体検査システムは、前記設計情報のエッジ部を抽出し、当該抽出された設計情報のエッジ部に平滑化処理を施すと共に、当該平滑化処理された設計情報のエッジ部と、前記撮影された半導体素子の画像のエッジ抽出及び平滑化処理に基づいて形成されるエッジ部との間でマッチング処理を行うことを特徴とする半導体検査システム。
【請求項２】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記半導体検査システムは、前記設計情報のエッジ部に対する平滑化処理を、前記半導体素子の画像より強めに行うことを特徴とする半導体検査システム。
【請求項３】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、自ら半導体パターンの設計機能を持つこと、もしくはネットワークで接続されている設計機能を持つ他のナビゲーションシステムから設計情報を受け取る機能を持つことを特徴とする半導体検査システム。
【請求項４】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、格納されている前記設計情報から、所望の設計データを指定して取り出し、表示画面上に表示することを特徴とする半導体検査システム。
【請求項５】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、格納されている前記設計情報であるCADデータから任意の部分を指定して取り出し、ビットマップデータを作成する機能を持つことを特徴とする半導体検査システム。
【請求項６】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、ナビゲーションシステムは、走査型電子顕微鏡システムで使用する撮影／検査条件を全てCADデータを含む前記設計情報から自動的に編集でき、編集された撮影／検査条件を前記走査型電子顕微鏡装置へ送信する機能を持つことを特徴とする半導体検査システム。
【請求項７】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、ナビゲーションシステムは、設置施設のネットワークに接続されている他のナビゲーションシステムとデータの授受ができ、さらに前記ネットワークに接続されている複数の前記走査型電子顕微鏡システムへ撮影／検査条件を送信する機能を持つことを特徴とする半導体検査システム。
【請求項８】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、格納されている設計情報から所望の設計データを取り出し、ビットマップデータを作成する機能を有するビットマップデータ作成部とその設計データから走査型電子顕微鏡システムで使用する撮影／検査条件を編集し送信する機能を有する撮影／検索条件編集部を含んで構成されることを特徴とする半導体検査システム。
【請求項９】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、前記走査型電子顕微鏡システムで使用する検査条件の一つとして、ビットマップデータから位置決め用のテンプレート選択を行う場合、特徴のあるパターン部分を自動的に検出しテンプレートとして登録する機能を持つことを特徴とする半導体検査システム。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、前記ナビゲーションシステムから受信した撮影／検査条件を使い、自動的にSEM画像を取得し、検査を実行することを特徴とする半導体検査システム。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、ネットワークで接続されている他のナビゲーションシステムから受信した撮影／検査条件を使い、自動的にSEM画像を取得し、検査を実行することを特徴とする半導体検査システム。
【請求項１２】
半導体パターンの設計情報と、走査型電子顕微鏡にて取得されたパターン画像とのマッチングを行うパターンマッチング方法において、
前記半導体パターンの設計情報のエッジ部を抽出し、当該抽出された設計情報のエッジ部に平滑化処理を施し、当該平滑化処理が施された設計情報のエッジ部と、前記走査型電子顕微鏡にて取得されたパターン画像のエッジ抽出及び平滑化処理に基づいて形成されるエッジ部との間でパターンマッチングを行うことを特徴とするパターンマッチング方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のパターンマッチング方法において、前記設計情報のエッジ部に対する平滑化処理を、前記パターン画像より強めに行うことを特徴とするパターンマッチング方法。
【請求項１４】
半導体パターンの設計情報と、走査型電子顕微鏡にて取得されたパターン画像とのマッチングを行うパターンマッチング装置において、
前記半導体パターンの設計情報のエッジ部を抽出し、当該抽出された設計情報のエッジ部に平滑化処理を施す平滑化処理部と、
当該平滑化処理が施された設計情報のエッジ部と、前記走査型電子顕微鏡にて取得されたパターン画像のエッジ抽出及び平滑化処理に基づいて形成されるエッジ部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処理部と、
を備えることを特徴とするパターンマッチング装置。
【請求項１５】
請求項１４記載のパターンマッチング装置において、前記平滑化処理部は、前記設計情報のエッジ部に対する平滑化処理を、前記パターン画像より強めに行うことを特徴とするパターンマッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、設計データを利用して半導体ウェハ上のパターンを解析する半導体検査システムに係わり、特に設計データからパターンの撮影／検査条件を自動的に生成するシステム構成と設計データとSEM（走査型電子顕微鏡、Scanning Electron Microscopeの略語）画像とのマッチング処理を安定して行う方法を備えた半導体検査システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体業界がメモリ生産からシステムLSI（大規模集積回路、Large Scale Integrated Circuitの略語）生産へシフトして来ている。半導体ウェハ上のパターンとして見ると、システムLSIのパターンは、メモリのパターンと異なり、単なる繰返しパターンとして作られていない。したがって、半導体評価装置の一つである測長SEMで、システムLSIのパターン測定を行う場合、測定する位置つまりマッチング用のテンプレートを頻繁に変える必要が生じる。実際の測定の際に頻繁にテンプレート登録用の撮影を行うことは全体のスループットを著しく低下させることになるため、CAD（コンピュータを利用した設計、Computer Aided Designの略語）の様な予めある設計データから直接、テンプレートを生成することが望まれている。また、ウェハの大きさが300mmとなり人手による運搬ができなくなり、さらには高純度のクリーンルームでの検査が必要になってきていることから、半導体工場内は完全にロボット化することが望まれている。したがって、位置決めのためのテンプレートのみではなく、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が求められている。
【０００３】
従来の測長SEMでは、画像認識のためのポイントや測長位置及び測長アルゴリズムの登録は、実際のウェハを一度撮影してみて、それを用いて行っていた。つまり、実際のウェハが必要であり、しかもSEM画像の撮影及び諸条件の登録を行うために一時的に測長SEMを占有しなければならない。また、設計データとSEM画像とのマッチング技術も充分ではなく精度よくマッチングが行えなかった。例えば、従来技術で設計データをテンプレートに使用して半導体ウェハのSEM画像上のパターン位置を特定する場合は、SEM画像に対してソーベルフィルタ等のフィルタリングを行いエッジ成分を検出してエッジ画像を作成し、そのエッジ画像と設計データの間で正規化相関処理の様なマッチングを行っていた。
【０００４】
従来処理の概略フローと処理に使われる画像例を図１．と図７．に示す。初めに、１０１で設計データから求めたいパターンのテンプレート登録を行う。設計データから登録されたパターンを７０１に示す。次に１０２でSEM画像を取得する。取得されたSEM画像を７０２に示す。１０３で取得したSEM画像にソーベルフィルタ等のエッジ強調フィルタを施す。１０４でエッジが強調された画像を２値化してエッジだけが抽出された線画像にする。７０３に７０２のSEM画像から抽出された線画像を示す。１０５では１０１で登録された設計データと正規化相関等のマッチング処理を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体検査システムでは、画像認識のためのポイントや測長位置及び測長アルゴリズムの登録は、実際のウェハを一度撮影してみて、それを用いて行っていた。そのため、登録のための時間がかかることとその時間装置を占有することからスループットが向上しないという問題があった。また、実際のSEM画像を見て人が判断し登録するため必ず操作者が必要となり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が構築できないという問題があった。さらに、設計情報とSEM画像のマッチング技術においても従来の技術では、CADデータとSEM画像の形状変化に対応できないことや、SEM画像からエッジ情報を取り出す場合に画像のS／N（信号／雑音比）によりエッジ情報を充分に取り出せないことや、２値化により線画像を作る場合に閾値の決定が難しく最適な値を求められないことがあった。そのため、その後の正規化相関によるマッチング処理で、相関係数が非常に小さくなる問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、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を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、半導体検査システムについて、CADデータ等の半導体チップの設計情報を格納し、前記設計情報に基づいて半導体ウェハの検査すべき領域を含む撮影／検査条件を設定するナビゲーションシステムと、設定された撮影／検査条件に従って実際に半導体ウェハの撮影を行い、検査を実行する走査型電子顕微鏡システムから構成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、自ら半導体パターンの設計機能持つこと、もしくはネットワークで接続されている設計機能を持つ他のナビゲーションシステムから設計情報を受け取る機能を持つことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、格納されている前記設計情報から、所望の設計データを指定して取り出し、表示画面上に表示することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、格納されている前記設計情報であるCADデータから任意の部分を指定して取り出し、ビットマップデータを作成する機能を持つことを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載のの半導体検査システムにおいて、ナビゲーションシステムは、走査型電子顕微鏡システムで使用する撮影／検査条件を全てCADデータを含む前記設計情報から自動的に編集でき、編集された撮影／検査条件を前記走査型電子顕微鏡装置へ送信する機能を持つことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、ナビゲーションシステムは、設置施設のネットワークに接続されている他のナビゲーションシステムとデータの授受ができ、さらに前記ネットワークに接続されている複数の前記走査型電子顕微鏡システムへ撮影／検査条件を送信する機能を持つことを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、格納されている設計情報から所望の設計データを取り出し、ビットマップデータを作成する機能を有するビットマップデータ作成部とその設計データから走査型電子顕微鏡システムで使用する撮影／検査条件を編集し送信する機能を有する撮影／検索条件編集部を含んで構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記ナビゲーションシステムは、前記走査型電子顕微鏡システムで使用する検査条件の一つとして、ビットマップデータから位置決め用のテンプレート選択を行う場合、特徴のあるパターン部分を自動的に検出しテンプレートとして登録する機能を持つことを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、前記ナビゲーションシステムから受信した撮影／検査条件を使い、自動的にSEM画像を取得し、検査を実行することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、ネットワークで接続されている他のナビゲーションシステムから受信した撮影／検査条件を使い、自動的にSEM画像を取得し、検査を実行することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、前記設計情報から作成したビットマップデータとSEM画像との間での位置決め（マッチング）機能を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の半導体検査システムにおいて、走査型電子顕微鏡システムは、前記設計情報からのビットマップデータをテンプレートとして、SEM画像とのマッチング処理を行う際に、撮影により得られたSEM画像とビットマップデータであるテンプレートからそれぞれエッジ情報を取り出してエッジ画像を作成する手段とSEM画像及びテンプレートからそれぞれ作成したエッジ画像に対して、両方の画像にそれぞれ平滑化処理を施し、両者の形状変化分を補うようにしてマッチング処理を行う手段を有する事を特徴とする。
【００１９】
請求項１３記載の発明は、請求項１１記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、SEM画像とビットマップデータであるテンプレートからエッジ情報を取り出してエッジ画像を作成する場合、方向別にエッジ情報を取り出して、方向別のエッジ画像を作成し、それぞれの画像においてマッチング処理を行う事を特徴とする。
【００２０】
請求項１４記載の発明は、請求項１１記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、SEM画像とビットマップデータであるテンプレートからエッジ情報を取り出してエッジ画像を作成する場合、方向別に作成したエッジ画像を１枚の画像に合成して、マッチング処理を行う事を特徴とする。
【００２１】
請求項１５記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、前記設計情報からのビットマップデータをテンプレートとして、SEM画像とのマッチング処理を行う際に、撮影により得られたSEM画像からエッジ情報を取り出してエッジ画像を作成する手段とそのエッジ画像と設計データとのマッチング処理によって検出されたエッジ画像の位置に対応したSEM画像の部分をテンプレートとして再登録しなおす手段とそれ以後のマッチング処理において再登録したSEM画像のテンプレートを使用する手段を有する事を特徴とする。
【００２２】
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の半導体検査システムにおいて、前記走査型電子顕微鏡システムは、再登録したSEM画像のテンプレートを使い、繰り返し撮影されたSEM画像に対してマッチング処理を行う場合に、繰り返し行われる撮影の任意の時間または処理回数間隔で、テンプレート再登録を実施する事を特徴とする。
【００２３】
請求項１７記載の発明は、請求項１５記載の半導体検査システムにおいて、新たにテンプレート再登録を行う場合に、設計データとＳＥＭ画像との相関値を比較し、今までのものより大きい場合にのみ、テンプレート再登録を行う事を特徴とする。
【００２４】
請求項１８記載の発明は、請求項１５記載の半導体検査システムにおいて、初めの任意数回だけ、マッチング処理を行い、その時の相関値を比較し、その内の一番大きなものに対して、テンプレート再登録を行う事を特徴とする。
【００２５】
請求項１９記載の発明は、請求項１記載の半導体検査システムにおいて、撮影／検査の条件は、前記ナビゲーションシステムもしくは前記走査型電子顕微鏡システムのどちらかに事前に登録してある撮影／検査条件ファイルから選択することを特徴とする。
【００２６】
請求項２０記載の発明は、請求項１９記載の半導体検査システムにおいて、前記撮影／検査条件ファイルから選択する場合に、過去の使用頻度によって重み付けされ選択されることを特徴とする。
【００２７】
請求項２１記載の発明は、請求項１９記載の半導体検査システムにおいて、前記撮影／検査条件ファイル内にある撮影／検査条件は、使用頻度が規定頻度より少ない場合に撮影／検査条件ファイルから自動的に削除されることを特徴とする。
【００２８】
請求項２２記載の発明は、請求項１９記載の半導体検査システムにおいて、事前に登録してある撮影／検査条件ファイル内にある撮影／検査条件の一部を変更、編集する機能を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項２３記載の発明は、請求項１９記載の半導体検査システムにおいて、事前に登録してある撮影／検査条件ファイル内にある撮影／検査条件の一部を変更した場合、その条件を撮影／検査条件ファイル内に別の条件として登録する機能を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１にかかる半導体検査システムでは、半導体チップの設計データを格納したナビゲーションシステムと、その情報を使って実際に半導体ウェハの撮影／検査を実行する走査型電子顕微鏡システムから構成されており、半導体チップの設計データを用いて撮影／検査の条件を作成し、それを実際に実行するシステムを構築できる。
【００３１】
請求項２にかかる半導体検査システムでは、ナビゲーションシステムは、自ら設計機能を持つか、またはネットワークで接続されている他の設計機能を持つシステムから設計情報を受け取り格納する機能を持つので、これらの設計情報に基づいて撮影／検査の条件を容易に設定できる。
【００３２】
請求項３にかかる半導体検査システムでは、ナビゲーションシステムに対して、パターン設計に必要なレイヤ、セル等の各情報が格納されている設計情報の内、所望の設計データを取り出し、表示画面上に表示す機能を持たせたため、操作者がそれをもとに撮影／検査の条件を能率良く設定できる。
【００３３】
請求項４にかかる半導体検査システムでは、ナビゲーションシステムに対して、設計情報であるCADデータから任意の指定された部分を取り出してビットマップデータを作成する機能を持たせたため、走査型電子顕微鏡システムでのマッチングにそのデータが使用できる。
【００３４】
請求項５にかかる半導体検査システムでは、ナビゲーションシステムに対して、走査型電子顕微鏡システムで使用する撮影／検査条件を全てCADデータを含む設計情報から自動的に編集でき、その条件を走査型電子顕微鏡システムへ送信する機能を持たせたため、走査型電子顕微鏡システムでは自動的に抽出された条件を使って、撮影／検査が実行でき、システムの全自動化が可能になる。
【００３５】
請求項６にかかる半導体検査システムでは、ナビゲーションシステムに対して、設置施設のネットワークと接続させ他のナビゲーションシステムとデータの授受できるようにし、さらにネットワークに接続されている複数の走査型電子顕微鏡システムへ撮影／検査条件を送信する機能を持たせたため、複数のナビゲーションシステム及び複数の走査型電子顕微鏡システムと協働して効率的な撮影／検査を実行できる。
【００３６】
請求項７にかかる半導体検査システムでは、ナビゲーションシステムは、格納されている設計情報から所望の設計データを取り出し、ビットマップデータを作成する機能を有する部分とその設計データから走査型電子顕微鏡システムで使用する撮影／検査条件を編集し送信する機能を有する部分を含んで構成されるため、ビットマップデータを用いた撮影／検索条件の編集が可能であり、また、ネットワークを利用してナビゲーションシステムを複数のシステムから構成することもできる。
【００３７】
請求項８にかかる半導体検査システムでは、ナビゲーションシステムに対して、走査型電子顕微鏡システムで使用する検査条件の一つとして、ビットマップデータから位置決め用のテンプレート選択を行う場合、特徴のあるパターン部分を自動的に検出しテンプレートとして登録する機能を持たせたため、テンプレート登録に人手を用いる必要がない。
【００３８】
請求項９にかかる半導体検査システムでは、走査型電子顕微鏡システムに対して、ナビゲーションシステムから受信した撮影／検査条件を使い、自動的にSEM画像を取得し、検査を実行する機能を持たせたため、操作者によるコントロールが不要で、撮影／検査の自動化が可能である。
【００３９】
請求項１０にかかる半導体検査システムでは、走査型電子顕微鏡システムに対して、ネットワークで接続されている他のナビゲーションシステムから受信した撮影／検査条件を使い、自動的にSEM画像を取得し、検査を実行する機能を持たせたため、複数の走査型電子顕微鏡システムを操作者のコントロールなしで自動的に稼動できる。
【００４０】
請求項１１にかかる半導体検査システムでは、走査型電子顕微鏡システムに対して、設計データから作成したビットマップデータとSEM画像との間での位置決め（マッチング）機能を持たせたため、走査型電子顕微鏡システムで設計情報を利用した精度が高く効率的な検査が行える。
【００４１】
請求項１２にかかる半導体検査システムでは、走査型電子顕微鏡システムに対して、設計データからのビットマップデータとSEM画像とのマッチング処理を行う際に、それぞれの画像からエッジ情報を取り出してエッジ画像を作成し、さらにそれぞれ平滑化処理を施し、両者の形状変化分を補うようにしてマッチング処理を行う機能を持たせたため、検出率の良いマッチングが行える。
【００４２】
請求項１３にかかる半導体検査システムでは、走査型電子顕微鏡システムに対して、SEM画像とビットマップデータからエッジ情報を取り出してエッジ画像を作成する場合、方向別にエッジ情報を取り出して、方向別のエッジ画像を作成し、それぞれの画像においてマッチング処理を行う機能を持たせたため、位置精度の良いマッチングが行える。
【００４３】
請求項１４にかかる半導体検査システムでは、走査型電子顕微鏡システムに対して、SEM画像とビットマップデータからエッジ情報を取り出してエッジ画像を作成する場合、方向別に作成したエッジ画像を１枚の画像に合成して、マッチング処理を行う手段を持たせたため、位置精度が良くマッチングを高速に行うことができる。
【００４４】
請求項１５にかかる半導体検査システムでは、再登録したSEM画像のテンプレートを使用するので、SEMの濃淡画像同士のマッチング処理となるため、相関値を高く、検出率も安定したマッチング処理を行う事ができる。
【００４５】
請求項１６にかかる画像処理装置では、繰り返し行われる撮影の任意の時間または処理回数間隔で、請求項１５記載のテンプレート再登録を行うので、撮影途中でのSEM画像の経時的変化に対しても、相関値を高く、検出率も安定したマッチング処理を行う事ができる。
【００４６】
請求項１７にかかる画像処理装置では、新たにテンプレート再登録を行う場合に、設計データとＳＥＭ画像との相関値を比較し、今までのものより大きい場合にのみ、テンプレート再登録を行うので、相関値が高いテンプレートに最適化を行うことができる。
【００４７】
請求項１８にかかる画像処理装置では、初めの任意数回だけ、請求項１５記載の設計データとエッジ画像のマッチング処理を行い、その時の相関値を比較し、その内の一番大きなものに対して、テンプレート再登録を行うので、相関値が高いSEM画像のテンプレートを選択できる。
【００４８】
請求項１９にかかる半導体検査システムでは、ナビゲーションシステムもしくは走査型電子顕微鏡システムのどちらかに対して、撮影／検査の条件を事前に登録してあるファイルから選択する機能を持たせたため、効率よく条件を決定できる。
【００４９】
請求項２０にかかる半導体検査システムでは、撮影/検査条件ファイルから選択する場合に、過去の使用頻度によって重み付けして選択することで効率よく条件を決定できる。
【００５０】
請求項２１にかかる半導体検査システムでは、撮影/検査条件ファイル内にある撮影／検査条件は、使用頻度が規定頻度より少ない場合に撮影/検査条件ファイルから自動的に削除されるので効率よく条件を決定できる。
【００５１】
請求項２２にかかる半導体検査システムでは、前記第１９項の半導体検査システムに対して、事前に登録してある撮影/検査条件ファイル内にある撮影／検査条件の一部を変更、編集する機能を持たせたため、以前の条件を参考にしながら効率よく条件を決定できる。
【００５２】
請求項２３にかかる半導体検査システムでは、前記第１９項の半導体検査システムに対して、事前に登録してある撮影/検査条件ファイル内にある撮影／検査条件の一部を変更した場合、その条件を撮影/検査条件ファイル内に別の条件として登録する機能を持たせたため、その後の条件決定時に効率が良い。
【００５３】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の走査型電子顕微鏡システムの構成概要のブロック図である。３０１は電子顕微鏡の鏡体部であり、電子銃３０２から発せられた電子線３０３が図には描かれていない電子レンズによって収束され、試料３０５に照射される。電子線照射によって、試料表面から発生する二次電子、或いは反射電子の強度が電子検出器３０６によって検出され、増幅器３０７で増幅される。３０４は電子線の位置を移動させる偏向器であり、制御用計算機３１０の制御信号３０８によって電子線３０３を試料表面上でラスタ走査させる。増幅器３０７から出力される信号を画像処理プロセッサ３０９内でＡＤ変換し、デジタル画像データを作る。３１１は、その画像データを表示する表示装置である。また、画像処理プロセッサ３０９は、デジタル画像データを格納する画像メモリと各種の画像処理を行う画像処理回路、表示制御を行う表示制御回路を持つ。制御用計算機３１０には、キーボードやマウス等の入力手段３１２が接続される。
【００５４】
半導体デバイス作成時、ウェハ上に描かれた微細なパターンの線幅を計測する場合に電子顕微鏡装置が使われる。この時、ウェハ上の線幅を計測する部分を見つけ出す方法として、現在では、正規化相関法が使われており、その場合に最適なテンプレート選択が必要とされている。本発明の画像処理プロセッサ３０９は、テンプレートマッチングにおけるテンプレート選択を最適に行うことができるよう構成されているため、電子顕微鏡装置に適応することが可能である。
【００５５】
図２は、本発明の一実施例である設計データとSEM画像を使ったマッチング処理フローである。初めに２０１で設計データから検出したいパターン部分をテンプレート登録する。２０２でSEM画像を取得し、２０３でマッチング処理を行う。このマッチング処理に関しては、いろいろな手法があるが、例えば図１の１０３〜１０５と同様な手法（エッジ強調フィルタ処理、２値化処理、正規化相関処理）を用いれば良い。その結果、設計データのパターンと相対応したSEM画像上位置が２０４で検出される。次に２０５で、２０４で検出された位置に対応したSEM画像の部分をテンプレートとして再登録する。その後、２０６でSEM画像を取得し、２０５で再登録したSEM画像をテンプレートとしてマッチング処理を行い、２０８で位置検出を行う。こうすることで、再登録したテンプレートがSEM画像であるので、SEMの濃淡画像同士のマッチング処理となるため、相関値を高く、検出率も安定したマッチング処理を行う事が可能になる。複数の検出を行う場合は、２０６から２０９までの過程を繰り返すことになる。なお、最初に登録するテンプレートを予め設定しておけば、その後の処理はコンピュータプログラムにより自動的に進行させられる。
【００５６】
図４は、本発明の一実施例である経時的にテンプレートとしてSEM画像を再登録する場合の処理フローである。４０１から４０８は図２の２０１から２０８に対応する。４０９で一定の時間間隔または処理回数間隔でテンプレート再登録を行うか行わないかの判定を行い、行う場合は、再度、設計データとSEM画像を使ったマッチング処理を行うため、４０２から４０５の工程を実行する。こうすることで、撮影途中でのSEM画像が経時変化しても、相関値を高く、検出率も安定したマッチング処理を行う事ができる。
【００５７】
図５は、本発明の一実施例である前回の相関値より大きい相関値が得られた場合にテンプレートとしてSEM画像を再登録する場合の処理フローである。５０１から５０４と５０６から５１０は図４の４０１から４０４と４０５から４０９に対応する。５１０で一定の時間間隔または処理回数間隔でテンプレート再登録を行うか行わないかの判定を行い、行う場合は、再度、設計データとSEM画像を使ったマッチング処理を行うため、５０２から５０４の工程を実行する。次に５０５で今回検出された位置の相関値が前回までのテンプレートの相関値より大きい場合は、５０６のテンプレート再登録を行うが、小さい場合は、再登録を行わず、５０７からの処理に入る。したがって、使用するテンプレートを相関値が最も高いテンプレートに最適化を行うことができる。
【００５８】
図６は、本発明の一実施例である任意回数、設計データとSEM画像とのマッチング処理を行い、その内、相関値が最も高い位置のSEM画像をテンプレートとして再登録する場合の処理フローである。６０１から６０４と６０６から６１０は図２の２０１から２０４と２０５から２０９に対応する。６０２から６０５まで任意回数、設計データとSEM画像を使ったマッチング処理を繰返し、６０６で、検出された位置の内で相関値が最も高い位置のSEM画像をテンプレートとして再登録する。そのため、相関値が高いSEM画像のテンプレートを選択できる。複数の検出を行う場合は、そのテンプレートを使い、６０７から６０９までの過程を繰り返すことになる。なお、図４から図６の処理もコンピュータプログラムによる自動化が可能である。
【００５９】
図８は、本発明の一実施例であるビットマップデータのテンプレートとSEM画像とのマッチング処理の処理フローである。８０１でビットマップデータとSEM画像、それぞれからエッジ情報を抽出する。この部分の処理には、一般的にはソーベルフィルタ等のエッジ強調フィルタが用いられる。この部分で両画像は、コントラスト情報が失われマッチングがしやすくなるが、SEM画像は実際のCADデータとはかなり形状が異なっているため、このままではマッチングの検出率が低いものになってしまう。そこで、８０２でエッジ画像となった両画像に対して平滑化処理を施して両者の形状変化を補う。この部分の処理には、やや強めの平滑フィルタを施す。また、CADデータとSEM画像の平滑化の強度を変え、CADデータの平滑化をより強めに行う必要がある。このように、形状変形部分を補正したエッジ画像同士を８０３でマッチング処理するため検出率の高いマッチング処理が行える。なお、最初に抽出するビットマップデータとSEM画像、それぞれからエッジ情報を予め設定しておけば、コンピュータプログラムによるマッチング処理の自動化が可能である。
【００６０】
図９は、本発明の別の実施例であるビットマップデータのテンプレートとSEM画像とのマッチング処理の処理フローである。図８の処理フローと異なる点は、９０１でのエッジ抽出を方向別に行う点である。方向別のエッジ抽出処理には、一般的に方向別のエッジを抽出ができるソーベルフィルタを用いる。方向は、X,Yの2方向もしくはX,Y,XY,YXの4方向を用いる。９０２では、形状変化部分を補うための平滑化処理を各方向に分解されたエッジ画像それぞれに対して行う。９０３では、各方向に分割された画像を図１０のように合成統合する。このように合成することで９０３では１枚の画像同士のマッチングとして処理を行うことができる。もちろん、９０３の統合を行わず、それぞれの方向同士を別々にマッチング処理させることもできる。このように方向別にエッジを抽出しマッチング処理させることで、各方向のマッチング精度を向上させることができる。なお、図１０の元画像は図９のテンプレート及び入力ＳＥＭ画像に対応しており、これらの画像のＸ方向微分を求めるときには、元画像をＹ方向に複数行に分割して行う。また、Ｙ方向微分を求めるときには、元画像をＸ方向に複数行に分割して行う。このマッチング処理についてもコンピュータプログラムによる自動化が可能である。
【００６１】
図１１は、本発明の一実施例である半導体検査システムの構成図である。１１０１がCADデータ等の半導体チップの設計情報を格納し、その設計情報内から検査すべき領域を任意に取り出すことのできるナビゲーションシステムである。１１０２がその情報を使って実際に半導体ウェハの撮影を行い、所定の検査を実行する走査型電子顕微鏡システムである。これらのシステム１１０１と１１０２はネットワークで繋がっており、情報やデータをやり取りできる構成になっている。
【００６２】
図１２は、本発明の一実施例であるナビゲーションシステムの構成図である。ナビゲーションシステム１１０１は、格納されている設計情報から所望の設計データを取り出し、ビットマップデータを作成する機能を有するビットマップデータ作成部１２０１とその設計データから走査型電子顕微鏡システム１１０２で使用する撮影／検査条件を編集し送信する機能を有する撮影／検査条件編集部１２０２から構成される。また、ナビゲーションシステム１１０１は、１台のWS（ワークステーション）もしくはPC（パーソナルコンピュータ）内にビットマップデータ作成部１２０１と撮影／検査条件編集部１２０２の機能部分を分割し構成しても良いし、２台もしくは複数のWSもしくはPCに機能を分割して構成しても良い。
【００６３】
図１３は、本発明の一実施例である半導体検査システムの構成図である。１３０２のナビゲーションシステムは、自ら半導体パターンの設計機能を持ち、設計機能を持たない場合は、ネットワークを介して接続されていて設計機能を持つ他のシステム１３０１から設計情報を受け取り、その情報を用いる。
【００６４】
図１４は、本発明の一実施例である半導体検査システムのネットワーク構成図である。本発明の半導体検査システムにおいては、ナビゲーションシステム１４０１は、設置施設のネットワークに接続されている他のナビゲーションシステム１４０２〜１４０４とデータの授受ができ、さらにネットワークに接続されている複数の走査型電子顕微鏡システム１４０５〜１４０６へ撮影／検査条件を送信するできる。こうすることで撮影／検査条件の共有化ができると伴に複数のシステムを同時に自動運転することができる。
【００６５】
図１５は、本発明の一実施例であるナビゲーションシステムでの表示例である。ナビゲーションシステムには、半導体の設計データ１５０１が格納されていて、操作者が１５０２のレイヤ、セル等の設計情報を指定入力することで、その設計データ１５０１から指定部分１５０２を取り出し、１５０３のように表示画面上に表示する機能を持つ。この場合、１５０１は、図１３のようにネットワークで繋がった設計システム上にあってもよい。
【００６６】
図１６は、本発明の一実施例であるナビゲーションシステム１３０２で作成されるビットマップデータ例である。１６０１が図１５で設計データから取り出された領域であり、この領域内から１６０２のような検査／測長する部分を指定する。この場合、検査／測長指定領域１６０２は１６０３のようなビットマップデータに変換され、走査型電子顕微鏡システム１３０３へ送られる。ここでは、ビットマップデータ１６０３として白黒２値を用いているが、この色は任意に設定することができる。
【００６７】
図１７は、本発明の一実施例であるナビゲーションシステムで行われる処理フローである。１７０１で、図１５に示したように、設計のレイヤ、セル情報等を指定し、格納されている設計データから指定されたデータを画面上に表示する。１７０２は撮影領域の指定であり、１７０３で視野内（撮影領域として指定された領域）のパターンデータと位置情報を取り込み、ビットマップデータ１６０３に変換する。この部分は図１６に示した内容と同じである。次に１７０４で検査／測長する箇所を指定し、その座標データを読み込み、１７０５で位置決め用のテンプレートの指定を行う。テンプレートの指定は、通常最も特異性の強い特徴のある部分を操作者が選んで指定するが、このような特徴のある部分は画像の高周波成分や特異性を評価する画像処理技術を用いて自動指定することも可能である。最後に１７０６で、１７０１から１７０５の情報に基づいて走査型電子顕微鏡システムで撮影／検査を行うために必要な全ての情報を編集し、操作型電子顕微鏡システムへ送信する。
【００６８】
図１８は、本発明の一実施例であるナビゲーションシステムにおける測長点とテンプレートの指定例である。１８０１が測長点の指定であり、１８０２がテンプレートの指定である。ここで指定対象の画像をビットマップデータとしたが、もちろんビットマップデータ変換前の設計データ上で指定しても構わない。
【００６９】
図１９は、本発明の一実施例である走査型電子顕微鏡システムで行われる処理フローである。１９０１から１９０４においては、図１７の１７０６から送られた情報からウェハアライメント情報、位置決め用のテンプレート情報、測長点情報、及び撮影条件と測長方法の登録を行う。１９０５で実際の撮影を行い、１９０６で１９０２で登録されたテンプレートを使ったサーチ処理（位置検出）を実行する。１９０７では１９０６で検出した位置決め座標から測長点を算出し測長を実行する。１９０８は全測長点に対して測長が終了したか否かの判定で、全測長点に対して測長を行うためである。
【００７０】
図２０は、本発明の一実施例である撮影／検査条件を登録した自動条件ファイルである。自動条件ファイルはナビゲーションシステムもしくは走査型電子顕微鏡システムのどちらあっても良い。自動条件ファイル２００１に登録されている条件に従って走査型電子顕微鏡システムで実際の撮影／検査が行われる。ナビゲーションシステムで得られた情報から撮影／検査条件を決定する場合に本発明のように事前に登録されてあるレシピの中から最も適した条件を選択するようにすれば、条件作成処理を簡略化でき、管理やメンテナンスにおいても便利である。また、自動条件ファイルに登録されている各レシピは、２００２のように一部変更、削除が可能であり、また別の名前で登録することも可能である。さらに、各レシピがどの程度使用されているか統計をとり、使用頻度の少ないレシピは自動的に削除していくことも可能である。
【００７１】
図２１は、本発明の一実施例である自動条件ファイルを使った場合の処理フローである。２１０１でレシピを新規作成すべきか否かを判断する。既に同一か一部修正可能なレシピが自動条件ファイル２００１に存在していなければ、２１０２で新規に作成する。作成したら、２１０６で自動条件ファイル２００１に新規レシピを登録する。登録後は当該レシピを参照して、２１０８で実行することが可能である。登録せずに実行のみ行うこともある。同一か一部修正可能なレシピが自動条件ファイル２００１に既に存在している場合は、２１０３で自動条件ファイル内にある既存のレシピを参照して、２１０４で一部変更をすべきか否かを判断する。同一であれば一部変更の必要はなく、２１０８でそのまま既存のレシピを実行する。また、同一でなくても既存レシピで代用可能であれば同様である。一部変更する場合は、２１０５で一部変更の後に、２１０６で自動条件ファイル２００１に変更したレシピを登録すべきか否かの判断を行い、２１０７、２００８で登録して実行するか、登録せず２１０８で実行する。このフローに従い一度使ったレシピを自動条件ファイルに登録することで、次回その条件を参照にすることが可能になる。また、撮影／検査条件の一部を変更した場合、２１０６で、その条件を別の条件として登録することも可能であり、この場合は変更前、変更後どちらのファイルも参照可能となる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明してきたように構成されているので以下に記載されるような効果を奏する。
【００７３】
従来の半導体検査システムでは、画像認識のためのポイントや測長位置及び測長アルゴリズムの登録は、実際のウェハを一度撮影してみて、それを用いて行っていた。そのため、登録のための時間がかかることとその時間装置を占有することからスループットが向上しないという問題があった。また、実際のSEM画像を見て人が判断し登録するため必ず操作者が必要となり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が構築できないという問題があった。
【００７４】
これらの問題に対し、本発明は、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ので、オペレータフリーな完全自動化された高スループットな半導体検査システムを実現することができる。
【００７５】
また、従来、設計データとSEM画像のマッチング処理を行う場合、設計データとSEM画像の形状変化分が対策できずに相関係数が非常に小さくなり、安定したマッチング処理を行うことができなかった。この問題に対し、本発明は設計データとSEM画像のマッチング処理を行う場合に方向別のエッジ情報とその平滑化により形状変化分を補うマッチング処理を行う。また本発明は、エッジ画像と設計データのテンプレートとの間でマッチング処理を行い、検出された位置に対応したSEM画像の部分をテンプレートとして再登録しなおしマッチング処理を行うため、相関値が高く、検出率も安定したマッチング処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の設計データとSEM画像のマッチング処理フロー
【図２】本発明の一実施例である設計データとSEM画像を使ったマッチング処理フロー
【図３】本発明の画像処理装置の一実施例である半導体検査システムの構成概要
【図４】本発明の一実施例である経時的にテンプレートとしてSEM画像を再登録する場合の処理フロー
【図５】本発明の一実施例である前回の相関値より高い場合にテンプレートとしてSEM画像を再登録する処理フロー
【図６】本発明の一実施例である任意回数の設計データとSEM画像とのマッチング処理の内で相関値が最も高い位置のSEM画像をテンプレートとして再登録する処理フロー
【図７】従来の処理に使われる画像例
【図８】本発明の一実施例であるビットマップデータのテンプレートとSEM画像とのマッチング処理の処理フロー
【図９】本発明の別の実施例であるビットマップデータのテンプレートとSEM画像とのマッチング処理の処理フロー
【図１０】各方向に分割された画像の合成統合方法
【図１１】本発明の一実施例である半導体検査システムの構成図
【図１２】本発明の一実施例であるナビゲーションシステムの構成図
【図１３】本発明の一実施例である半導体検査システムの構成図
【図１４】本発明の一実施例である半導体検査システムのネットワーク構成図
【図１５】本発明の一実施例であるナビゲーションシステムでの表示例
【図１６】本発明の一実施であるナビゲーションシステムで作成されるビットマップデータ例
【図１７】本発明の一実施例であるナビゲーションシステムで行われる処理フロー
【図１８】本発明の一実施例であるナビゲーションシステムにおける測長点とテンプレートの指定例
【図１９】本発明の一実施例である走査型電子顕微鏡システムで行われる処理フロー
【図２０】本発明の一実施例である撮影／検査条件を登録した自動条件ファイル
【図２１】本発明の一実施例である自動条件ファイルを使った場合の処理フロー
【符号の説明】
１１０１・・・ナビゲーションシステム、１１０２・・・走査型電子顕微鏡システム
【図１】
0004199939.tif 000002
【図２】
0004199939.tif 000003
【図３】
0004199939.tif 000004
【図４】
0004199939.tif 000005
【図５】
0004199939.tif 000006
【図６】
0004199939.tif 000007
【図７】
0004199939.tif 000008
【図８】
0004199939.tif 000009
【図９】
0004199939.tif 000010
【図１０】
0004199939.tif 000011
【図１１】
0004199939.tif 000012
【図１２】
0004199939.tif 000013
【図１３】
0004199939.tif 000014
【図１４】
0004199939.tif 000015
【図１５】
0004199939.tif 000016
【図１６】
0004199939.tif 000017
【図１７】
0004199939.tif 000018
【図１８】
0004199939.tif 000019
【図１９】
0004199939.tif 000020
【図２０】
0004199939.tif 000021
【図２１】
0004199939.tif 000022