(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶装置、画像処理装置及びコンピュータを備えた走査電子顕微鏡を用いた半導体パターンの検査方法において、
前記記憶装置に登録された撮像条件に従って、半導体パターン上に設定された測定点を含む領域について走査電子顕微鏡による低倍率のＳＥＭ画像を取得するステップと、
前記記憶装置に登録されたアドレッシング用パターンが所定の推奨条件を満たすか否かを判定するアドレッシング用パターン判定ステップと、
前記アドレッシング用パターン判定ステップにて、所定の推奨条件を満たさないと判定されたとき、前記ＳＥＭ画像上より、最適なアドレッシング用パターンを選択するアドレッシング用パターン選択ステップと、
前記アドレッシング用パターン選択ステップにて選択したアドレッシング用パターンを含む領域を、前記ＳＥＭ画像から切り出して、アドレッシング用パターンのテンプレート画像を作成するテンプレート画像作成ステップと、
前記記憶装置に登録されたテンプレート画像を、前記テンプレート画像作成ステップにて作成されたテンプレート画像に置き換えるテンプレート画像更新ステップと、
を有し、
前記アドレッシング用パターン判定ステップでは、前記ＳＥＭ画像にて、前記測定点を中心とする所定の領域を切り出し、該切り出した画像を更に切り出して複数のブロック画像を生成し、該ブロック画像の各々について、輝度のヒストグラムと輝度のプロファイルを作成し、前記輝度のヒストグラムと前記輝度のプロファイルから、前記アドレッシング用パターンが所定の推奨条件を満たすか否かを判定し、
前記アドレッシング用パターン選択ステップでは、前記輝度のヒストグラムと前記輝度のプロファイルに基づいて、最適なアドレッシング用パターンを選択することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体パターンの検査方法において、
前記アドレッシング用パターン選択ステップにて選択したアドレッシング用パターンから前記測定点までの偏差を演算するアドレッシング用パターン偏差演算ステップと、
前記記憶装置に登録されたアドレッシング用パターンから測定点までの偏差を、前記アドレッシング用パターン偏差演算ステップにて演算されたアドレッシング用パターンの偏差に置き換えるアドレッシング用パターン偏差更新ステップと、
を有することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体パターンの検査方法において、
前記アドレッシング用パターン選択ステップにて選択したアドレッシング用パターンを前記記憶装置に登録されたアドレッシング用パターンに置き換えるアドレッシング用パター更新ステップと、
を有することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体パターンの検査方法において、
前記アドレッシング用パターン判定ステップでは、前記アドレッシング用パターンの座標、位置、Ｓ／Ｎ、倍率の少なくとも１つが所定の推奨条件を満たさない場合には、前記アドレッシング用パターン選択ステップを実行することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体パターンの検査方法において、
前記記憶装置に登録されたオートフォーカス用パターンが所定の推奨条件を満たすか否かを判定するオートフォーカス用パターン判定ステップと、
前記オートフォーカス用パターン判定ステップにて、所定の推奨条件を満たさないと判定されたとき、前記ＳＥＭ画像上より、最適なオートフォーカス用パターンを選択するオートフォーカス用パターン選択ステップと、
前記オートフォーカス用パターン選択ステップにて選択したオートフォーカス用パターンから前記測定点までの偏差を演算するオートフォーカス用パターン偏差演算ステップと、
前記記憶装置に登録されたオートフォーカス用パターンから測定点までの偏差を、前記オートフォーカス用パターン偏差演算ステップにて演算されたオートフォーカス用パターンの偏差に置き換えるオートフォーカス用パターン偏差更新ステップと、
を有し、
前記オートフォーカス用パターン判定ステップは、前記ＳＥＭ画像にて、前記測定点を中心とする所定の領域を切り出し、該切り出した画像を更に切り出して複数のブロック画像を生成し、該ブロック画像の各々について、輝度のヒストグラムと輝度のプロファイルを作成し、前記輝度のヒストグラムと前記輝度のプロファイルから、前記オートフォーカス用パターンが所定の推奨条件を満たすか否かを判定し、
前記オートフォーカス用パターン選択ステップでは、前記輝度のヒストグラムと前記輝度のプロファイルに基づいて、最適なオートフォーカス用パターンを選択することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体パターンの検査方法において、
前記オートフォーカス用パターン判定ステップにて、前記オートフォーカス用パターンの座標と位置の少なくとも１つが所定の推奨条件を満たさない場合には、前記オートフォーカス用パターン選択ステップを実行することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項７】
請求項５記載の半導体パターンの検査方法において、
前記オートフォーカス用パターン判定ステップにて、前記オートフォーカス用パターンのＳ／Ｎと倍率の少なくとも１つが所定の推奨条件を満たさない場合には、前記記憶装置に登録されたオートフォーカス用パターンの光学条件を変更し、それでも、所定の推奨条件を満たさない場合には、前記オートフォーカス用パターン選択ステップを実行することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体パターンの検査方法において、
前記記憶装置に登録されたオートスティグマ用パターンが所定の推奨条件を満たすか否かを判定するオートスティグマ用パターン判定ステップと、
前記オートスティグマ用パターン判定ステップにて、所定の推奨条件を満たさないと判定されたとき、前記ＳＥＭ画像上より、最適なオートスティグマ用パターンを選択するオートスティグマ用パターン選択ステップと、
前記オートスティグマ用パターン選択ステップにて選択したオートスティグマ用パターンから前記測定点までの偏差を演算するオートスティグマ用パターン偏差演算ステップと、
前記記憶装置に登録されたオートスティグマ用パターンから測定点までの偏差を、前記オートスティグマ用パターン偏差演算ステップにて演算されたオートスティグマ用パターンの偏差に置き換えるオートスティグマ用パターン偏差更新ステップと、
を有し、
前記オートスティグマ用パターン判定ステップは、前記ＳＥＭ画像にて、前記測定点を中心とする所定の領域を切り出し、該切り出した画像を更に切り出して複数のブロック画像を生成し、該ブロック画像の各々について、輝度のヒストグラムと輝度のプロファイルを作成し、前記輝度のヒストグラムと前記輝度のプロファイルから、前記オートスティグマ用パターンが所定の推奨条件を満たすか否かを判定し、
前記オートスティグマ用パターン選択ステップでは、前記輝度のヒストグラムと前記輝度のプロファイルに基づいて、最適なオートスティグマ用パターンを選択することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体パターンの検査方法において、
前記オートスティグマ用パターン判定ステップにて、前記オートスティグマ用パターンの座標と位置の少なくとも１つが所定の推奨条件を満たさない場合には、前記オートスティグマ用パターン選択ステップを実行することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項１０】
請求項８記載の半導体パターンの検査方法において、
前記オートスティグマ用パターン判定ステップにて、前記オートスティグマ用パターンのＳ／Ｎと倍率の少なくとも１つが所定の推奨条件を満たさない場合には、前記記憶装置に登録されたオートスティグマ用パターンの光学条件を変更し、それでも、所定の推奨条件を満たさない場合には、前記オートスティグマ用パターン選択ステップを実行することを特徴とする半導体パターンの検査方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載の半導体パターンの検査方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータに読み取り可能なプログラム。
【請求項１２】
記憶装置、画像処理装置及びコンピュータを備えた走査電子顕微鏡を有する半導体パターンの検査装置において、
前記記憶装置に登録された撮像条件に従って、半導体パターン上に設定された測定点を含む領域について低倍率のＳＥＭ画像を取得し、前記ＳＥＭ画像にて、前記測定点を中心とする所定の領域を切り出し、該切り出した画像を更に切り出して複数のブロック画像を生成し、該ブロック画像の各々について、輝度のヒストグラムと輝度のプロファイルを作成し、前記輝度のヒストグラムと前記輝度のプロファイルに基づいて、前記記憶装置に登録されたアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、および、オートスティグマ用パターンを所定の推奨条件を満たすか否かを判定し、所定の推奨条件を満たさないと判定されたとき、前記ＳＥＭ画像上より、最適なアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、又は、オートスティグマ用パターンを選択するように構成された半導体パターンの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope以下SEMとする。）を用いた半導体ウエハのパターンの検査方法に関し、特に、レシピの最適化処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの製造工程では、先ず、半導体ウエハ上にレジストと呼ばれる塗付材を塗付する。次に、レジストの上に配線パターンの露光マスク（レチクル）を重ねる。次に、その上から可視光線、紫外線又は電子ビームを照射し、レジストを感光する。それによって、半導体ウエハに配線パターンが形成される。
【０００３】
半導体ウエハに形成された配線パターンの形状は、可視光線、紫外線又は電子ビームの強度及び絞りによって変化する。そのため、高精度の配線パターンを形成するためには、配線パターンを検査する必要がある。
【０００４】
半導体ウエハに形成された配線パターンの検査には、従来から測長走査型電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：CD-SEM）が広く用いられている。半導体パターンの検査では、配線パターン上に予め設定された測定点（MP）における画像を取得する。この画像から、パターンの配線幅などの各種寸法値を計測し、パターンの出来映えを評価する。
【０００５】
配線パターンの撮像、及び、計測は、レシピに従って実行される。レシピは、配線パターンの撮像、及び、計測の手順、条件、等を記載したものである。
【０００６】
レシピは、オペレータがデータをマニュアルで登録することによって作成するか、又は、設計データを自動的に登録するによって作成される。
【０００７】
オペレータによるマニュアル登録の場合、オペレータの知識や経験が必要である。初心者や経験の少ないオペレータが、正しくかつ安定して稼動するレシピを作成することは困難である。また、このようにして作成したレシピの設定が、試料へのダメージ低減や時間的効率の面から適切であるかを判断することも難しい。そのためマニュアル登録によって作成されたレシピを実行すると、撮像に失敗したり、試料へのダメージが大きかったり、レシピの実行に必要以上の時間がかかる、等の不具合が生じる。このようなレシピでは、最適化が必要となる。
【０００８】
設計データを基にしたレシピの手書き若しくは自動登録の場合、作成されたレシピを実際の走査型顕微鏡装置において実施して、不具合の有無を確認する必要がある。不具合のある場合には、オペレータがマニュアルでレシピの最適化を行なう必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
レシピの最適化処理は、測定点（MP）毎に、全てマニュアルで、設定変更を行う処理である。この作業には、知識と技術を有するオペレータが行っても、多大な時間と労力を費やす。評価が必要な測定点（MP）が多い場合には、オペレータの作業時間が増加する。また、レシピの最適化処理によって、装置が長時間占有される。そのため、半導体製造工場等では大きな問題となる。
【００１０】
本発明の目的は、レシピの良不良診断および最適化の作業を自動的に行なう機能を備えた半導体パターンの検査技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によると、半導体パターン上に設定された測定点を含む領域について走査電子顕微鏡による低倍率のＳＥＭ画像を取得する。次に、予めレシピとして登録されたアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、および、オートスティグマ用パターンが所定の推奨条件を満たすか否かを判定する。所定の推奨条件を満たさないと判定されたとき、ＳＥＭ画像上より、最適なアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、および、オートスティグマ用パターンを選択する。
【００１２】
最適なパターンを選択するとき、ＳＥＭ画像にて、測定点を中心とする所定の領域を切り出し、該切り出した画像を更に切り出して複数のブロック画像を生成し、該ブロック画像の各々について、輝度のヒストグラムと輝度のプロファイルを作成する。この輝度のヒストグラムと輝度のプロファイルから、最適なパターンを選択する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、レシピの良不良診断および最適化の作業を自動的に行なう機能を備えた半導体パターンの検査技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照して、本発明による走査電子顕微鏡装置の概略を説明する。本例の走査電子顕微鏡は、陰極８、第一陽極９、第二陽極１０、収束レンズ１２、絞り板１５、収束レンズ１３、走査コイル１６、二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器１８、及び、対物レンズ１４を有する。走査コイル１６の近傍もしくは同一位置に、１段の偏向コイル３７が配置されている。偏向コイル３７は、対物レンズ１４の軸ずれを補正する対物レンズ用調整器として動作する。また収束レンズ１３の近傍もしくは同一位置に、非点補正コイル３８及び調整器３９が配置されている。非点補正コイル３８は、Ｘ及びＹ方向の非点を補正するための多極からなるコイルである。調整器３９は、非点補正コイル３８の軸ずれを補正する非点補正コイル調整器として機能する。
【００１５】
本例の走査電子顕微鏡装置は、更に、二次信号用検出器２０、信号増幅器２１、画像メモリ２８、画像表示装置２９、画像処理装置３０、コンピュータ３４、入力装置３５、及び、記憶装置３６を有する。
【００１６】
本例の走査電子顕微鏡装置は、更に、高圧制御電源２３、第一収束レンズ制御電源２４、第二収束レンズ制御電源２５、対物レンズ制御電源２６、走査コイル制御電源２７、対物レンズ用調整器制御電源３１、非点補正コイル用制御電源３２、及び、非点補正コイル用調整器制御電源３３を有する。これらの電源は、コンピュータ３４によって制御される。
【００１７】
陰極８と第一陽極９の間には、高圧制御電源２３により電圧が印加される。それによって、陰極８から、所定のエミッション電流の一次電子線１１が引き出される。陰極８と第二陽極１０の間には、高圧制御電源２３により加速電圧が印加される。それによって、一次電子線１１が加速されて後段のレンズ系に進行する。一次電子線１１は、収束レンズ１２によって収束され、絞り板１５によって、不要な電子が除去され、収束レンズ１３によって収束され、対物レンズ１４によって、試料ステージ２２上に保持された試料１７上に微小スポットとして収束される。
【００１８】
対物レンズ１４は、インレンズ方式、アウトレンズ方式、及びシュノーケル方式（セミインレンズ方式）など、種々の形態をとることができる。また、本例の走査電子顕微鏡は、試料に電圧を印加して一次電子線を減速させるリターディング方式であってもよい。さらに、収束レンズは、複数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。
【００１９】
一次電子線１１は走査コイル１６によって、試料１７上を二次元的に走査される。一次電子線を照射すると、試料１７から二次電子等が発生する。試料１７から発生する二次信号１９は、対物レンズ１４の上部に進行した後、二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器１８によって、一次電子より分離されて二次信号検出器２０に検出される。二次信号検出器２０で検出された信号は、信号増幅器２１によって増幅された後、画像メモリ２８に転送される。画像メモリ２８に転送された画像は、画像表示装置２９に試料像として表示される。
【００２０】
走査コイル１６の近傍もしくは同じ位置に１段の偏向コイル３７（対物レンズ用調整器）が配置されており、対物レンズ１４の軸ずれを補正する調整器として動作する。また、対物レンズ１４と絞り板１５との間には、Ｘ及びＹ方向の非点を補正するための多極からなる非点補正コイル３８が配置される。非点補正コイル用制御電源３２によって制御される非点補正コイル３８の近傍、もしくは同じ位置には非点補正コイルの軸ずれを補正する調整器３９（非点補正コイル調整器）が配置される。対物レンズ用調整器３７は対物レンズ用調整器制御電源３１によって制御され、非点補正コイル調整器３９は非点補正コイル用調整器制御電源３３によって制御される。コンピュータ３４には、画像処理装置３０、記憶装置３６、入力装置３５も接続されている。
【００２１】
画像メモリ２８、画像表示装置２９、画像処理装置３０、コンピュータ３４、入力装置３５、及び、記憶装置３６によって、以下に説明するレシピの診断及び最適化処理を実行する。レシピの診断及び最適化処理は、コンピュータ３４によって実行可能なプログラムとして構成される。レシピ及び各種のパターン、テンプレート画像、ＳＥＭ画像、接像条件、光学条件等は、記憶装置３６に記憶されている。
【００２２】
図２は、半導体パターンの検査に用いる配線パターンの画像３００の例を示す。配線パターンの検査では、評価対象である測定点（MP）３０１のほかに、アドレッシングポイント（以降、APと呼ぶ）又はアドレッシング用パターン３０２、オートフォーカスポイント（以降、AFと呼ぶ）又はオートフォーカス用パターン３０３、オートスティグマポイント（以降、ASTと呼ぶ）又はオートスティグマ用パターン３０４が用いられる。
【００２３】
配線パターンにおける評価対象である測定点３０１は予め設定されている。低倍率の画像上で、測定点３０１を探すのは困難である。そこで、測定点３０１の近傍に、容易に見つけることができる特徴的パターン又は形状等を設定する。これが、アドレッシング用パターン３０２である。アドレッシング用パターン３０２と測定点３０１の間の偏差（座標）は既知である。アドレッシングとは、アドレッシング用パターン３０２を探し、そこから測定点３０１に到達する処理である。先ず、比較的低倍率の広い画像上で、アドレッシング用パターン３０２を目視によって探し出す。次に、比較的高倍率の画像上にて、所定の偏差だけ、視野を移動させる。それによって、測定点３０１が視野の中心となる画像が得られる。
【００２４】
オートフォーカス用パターン３０３は、オートフォーカス調整を行うために用いるパターンである。また、オートスティグマ用パターン３０４は、オートスティグマ調整を行うために用いるパターンである。通常、オートフォーカス及びオートスティグマ調整は、測定点３０１以外の点にて行う。これは、測定点に電子ビームを繰返し照射すると、試料表面が損傷する。それを回避するために、オートフォーカス用パターン３０３とオートスティグマ用パターン３０４は測定点３０１とは異なる点に設定する。オートフォーカス用パターン３０３及びオートスティグマ用パターン３０４から測定点３０１までの偏差（座標）は予め登録されている。
【００２５】
測定点（MP）３０１、アドレッシング用パターン３０２、オートフォーカス用パターン３０３、及び、オートスティグマ用パターン３０４は、撮像ポイントと称される。これらの撮像ポイントの座標、パターンのサイズ及び形状、撮像シーケンス、撮像条件、及び、アドレッシング用パターン３０２のテンプレート画像は、撮像レシピとして管理される。
【００２６】
アドレッシング用パターンと測定点の間の偏差は、テンプレートとして予め登録された座標既知のアドレッシング用パターンのSEM画像と、実際の撮像シーケンスにおいて撮像されたSEM画像（実撮像テンプレート）とを比較し、両者の偏差を求めることにより得られる。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂを参照して走査電子顕微鏡装置によって、測長を行う処理を説明する。測長を行う処理の手順、設定条件等は、予めレシピとして設定されている。従って、レシピを実行することにより、パターンの測長が行われる。図３Ｂを参照して、通常のレシピの実行処理を説明する。ステップＳ１０１にてアライメントを実行する。ステップＳ１０２にて、測長点の座標へ視野を移動する。それによって、測定点を含む視野が得られる。ステップＳ１０３にて、アドレッシングを行う。先ず、アドレッシングパターンを探す。次に、アドレッシングパターンから所定のオフセット量だけ視野を移動させる。それによって、測定点（MP）が中心に配置された視野が得られる。尚、アドレッシングパターンから測定点（MP）までのオフセット量は予め登録されている。ステップＳ１０５にて、測定点（MP）からオートフォーカス用パターンに移動し、オートフォーカスを行う。また、測定点（MP）からオートスティグマ用パターンに移動し、オートスティグマを行う。測定点（MP）からオートフォーカス用パターン及びオートスティグマ用パターンまでの偏差は予め登録されている。
【００２８】
図３Ａを参照して、本発明によるレシピの実行処理を説明する。本発明によると、レシピを実行するとき、ステップＳ１０４の最適化用情報取得を行う。ここでは、広視野で撮影した大領域画像を取得する。広視野とは、ビーム走査の可動限界範囲を基準とする寸法である。日立測長SEMでは１辺が30μmの正方形である。
【００２９】
尚、オートフォーカスには低倍オートフォーカスと高倍オートフォーカスがある。両者を実行した場合には、それぞれについて、大領域画像を取得する。これらの画像はいずれも解像度が良く、コントラストが高く、パターンの存在確認が容易に可能なものとする。
【００３０】
通常、広視野の画像を得るには、低倍率にて撮像する。しかしながら、低倍率にすると、画素あたりの表示領域が大きくなり、解像度が低下する。この場合には、画像取得時の画素数を増やしたり、高倍率の画像を接合して広視野の画像を生成してよい。それによって、解像度低下は回避できる。
【００３１】
ステップＳ１０５にて、オートフォーカス用パターンに移動し、オートフォーカスを行う。また、オートスティグマ用パターンに移動し、オートスティグマを行う。オートフォーカス調整及びオートスティグマ調整を行ったのちに、測定点を含む画像を取得する。
【００３２】
こうして、本例では、オートフォーカス調整の実行直後の画像、オートスティグマの実行直後の画像、及び、測定点（MP）付近を広視野で撮影した大領域画像の３種類の画像が得られる。
【００３３】
図４を参照して、レシピの最適化処理を説明する。最適化の対象は、アドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンの形状と位置、アドレッシング、オートフォーカス及びオートスティグマの実行条件である。図３ＢのステップＳ１０４にて取得した３つの画像と、そのときの、測定結果、及び、装置の動作情報（所要時間や画像認識時のマッチングスコア等）を用いて、レシピの最適化処理を行なう。
【００３４】
ステップＳ４０１にて、レシピ診断を行う。即ち、各パターンの座標、形状、Ｓ／Ｎ、倍率が適当か否かを判定する。先ず、既に設定されているレシピの条件を、推奨条件と比較する。この比較は、設定項目毎に行う。本例によると、設定項目毎に、設定の適正度を定量的に表すための評価値（スコア）を与える。スコアを閾値と比較して、最適化の要不要を判定する。次に、図３ＢのステップＳ１０４及びステップＳ１０５の直後に撮影した画像によりパターンの形状を確認する。更に、大領域画像から複数のブロックを切出し、各ブロックについて輝度のヒストグラム（図５）及びプロファイル（図８）を求め、それによって、推奨条件と合致するか否かを判定する。
【００３５】
レシピ診断の例は、図６及び図７に示す。レシピ診断の結果、レシピに問題がある場合には、ステップＳ４０２を経由して、ステップＳ４０４に進み、レシピに問題がない場合には、ステップＳ４０３を経由して、ステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０５では、このレシピの最適化処理を終了する。ステップＳ４０４にて最適化を開始する。具体的には、以下のステップＳ４０６から４０８を実行する。
【００３６】
ステップＳ４０６では、最適なアドレッシング用パターンを選択し、そのテンプレート画像を作成する。図３ＡのステップＳ１０４にて、広視野で撮影した大領域画像を取得した。この大領域画像を切り出して、最適なアドレッシング用パターンを選択し、そのテンプレート画像を作成する。ステップＳ４０７では、光学条件を設定する。光学条件には、倍率、フレーム積算数等がある。アドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、オートスティグマ用パターンの光学条件を設定する。ステップＳ４０８にて、パターンの座標を変更する。即ち、最適なアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、オートスティグマ用パターンを選択し、その位置を登録する。連続パターンの場合、パターンの位置を変更しても、パターンの形状は変化しない。しかしながら、非連続パターンの場合には、パターンの位置を変更すると、パターンの形状も変化する。これらのステップＳ４０６から４０８については、後に図６及び図７を参照して詳細に説明する。こうして最適化が終了するとステップＳ４０９にて、新しいレシピが完成する。
【００３７】
レシピ最適化処理は、予め取得した情報を使用するため、必ずしも装置本体上で作業する必要はなく、装置に接続された外部装置にて実行することも可能である。
【００３８】
ステップＳ４０６及びステップＳ４０８では、最適なアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、オートスティグマ用パターンを選択した。以下に、図５と図６を参照して、最適なパターンを選択する処理を説明する。
【００３９】
図５を参照して説明する。ここでは、輝度のヒストグラムを用いて、最適なアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンの候補を選択する。図３ＡのステップＳ１０４にて取得した大領域画像を、数ブロックに分割する。例えば、測定点（MP）を中心とする１辺が15μmの領域を、複数のブロックに分割する。各ブロックの寸法は、例えば、アドレッシングに適した倍率が２０ｋ倍であるとして、その視野範囲（6.75μm）に相当する。ブロックは互いに重なり合うように配置する。こうして多数のブロックを生成することにより、情報量を増やすことができる。各ブロックについて輝度のヒストグラムを作成する。
【００４０】
図５の曲線４８から５１は、ブロック毎に作成した輝度のヒストグラムの例を示す。SEM画像において、配線パターンの有無や形状と画像の輝度には相関がある。画像の輝度変化は、パターンの存在の有無を表す。輝度変化の大きい画像では画面内にパターンが多く存在しているといえる。従って、パターンは輝度のヒストグラムのピーク幅として表される。パターンが存在しない場合、輝度に変化が無く画面内が均一な輝度になる。この場合には、ピークの幅は狭くなる。
【００４１】
また、画面全体の輝度は、ヒストグラム上ではピークの位置として現れる。すなわち画面全体が暗い画像ではピーク位置が中心より左の低輝度側にシフトし、反対に画面全体が明るい画像ではピーク位置は中心より右の高輝度側にシフトする。画面全体の輝度が中程度の輝度で、かつパターン情報の多い部分が理想的である。
【００４２】
図５の曲線４８は、輝度の範囲が広い、即ち、輝度が均一でない。従って、このような画像は、パターンとして適切である。曲線４９のようにピークが右に偏っていたり、曲線50のようにピークが左に偏っていたり、あるいは曲線51のようにピーク輝度の平均の位置はほぼ中心であるが、ピーク幅が狭く視野全体が均一な輝度しかもたないものは、不適切である。
【００４３】
こうして、輝度のヒストグラムの形状から、アドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、オートスティグマ用パターンの候補を検出する。
【００４４】
次に、これらのパターンから、以下に説明するように、アドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、オートスティグマ用パターンを選択する。この最適なパターン検出には、画面内での輝度分布を表すプロファイルを用いる。これについては、図８を参照して説明する。
【００４５】
図８を参照して、最適なアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンを選択する方法を説明する。画面内での輝度分布を表すプロファイルを作成する。プロファイルの横軸は画面内位置（画素配列）、縦軸は輝度である。X方向の積算プロファイルとY方向の積算プロファイルを作成する。
【００４６】
先ず、アドレッシング用パターンを選択する方法を説明する。アドレッシングでは、テンプレート画像と実際の画像のマッチングを行なう。そのため、アドレッシング用パターンとしては、プロファイル形状に特異性があることが条件である。特異性とは、ピーク形状、位置、数が他の部分と比較して異なることである。図示のように、アドレッシング用パターンとして必要な条件は、少なくとも１方向に輝度のピークがあり、しかも、同一形状のピークの繰返しでないことである。
オートフォーカス用パターン及びオートスティグマ用パターンは、周囲に同一の形状のパターンが繰り返し存在していることが望ましい。従って、輝度分布のプロファイルも、周囲のブロックで得られるものと類似していることが好ましい。
【００４７】
図示のように、オートフォーカス用パターンとして必要な条件は、少なくとも１方向にピークがあることである。同一形状のピークが繰返すものでもよい。
【００４８】
オートスティグマ用パターンは、全方向にエッジを持つパターンが望ましい。即ち、X方向とY方向のプロファイルそれぞれにピークを持つパターンを選択する。図示のように、オートスティグマ用パターンとして必要な条件は、Ｘ方向とＹ方向の２方向について、輝度のピークがあり、しかも、同一形状のピークの繰返しでないことである。
【００４９】
こうして本例では、輝度のヒストグラムからパターンの候補を選択し、輝度のプロファイルから、最適なアドレッシング用パターン、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンを選択する。また、その撮像条件を新しいレシピとして自動登録することにより、従来のレシピ最適化の煩雑さおよびオペレータのスキルへの依存性を低減することができる。
【００５０】
図６を参照して、アドレッシング用パターンについて、レシピの診断及び最適化を説明する。これは、図４のステップＳ４０１とステップＳ４０６に対応する。先ずステップＳ６０１〜ステップＳ６０４にて、アドレッシング用パターンについて、座標、パターンの形状、Ｓ／Ｎ、倍率が適当であるか否かを判定する。これらの少なくとも１つが不適当である場合には、ステップＳ６０６に進む。ステップＳ６０６にて、アドレッシング用パターンの最適化処理を行う。ここでは、マッチング用のテンプレート画像を登録する。
【００５１】
先ず、２つの処理（ヒストグラム処理、プロファイル処理）によって１つのパターンを選択する。これをアドレッシング用パターンとする。２つの処理については図５及び図８を参照して説明した。次に、図３ＢのステップＳ１０４にて取得した大領域画像上で、このアドレッシング用パターンから測定点（MP）までの距離を測定し、それを、測定点（MP）からアドレッシング用パターンまでの相対座標として設定する。
【００５２】
次に、大領域画像からこのアドレッシング用パターンの部分を切り出す。こうして切り出された画像を、マッチング用のテンプレート画像として登録する。画像を切り出すとき、テンプレート画像として使用し易くするために、エッジ強調などの画像処理を追加してもよい。次に、大領域画像の取得時の条件から、適切な画像取得条件を設定する。
【００５３】
画像取得条件とは、倍率、積算フレーム数である。これを適切な値に設定することでS/N比が高く、マッチングに適しテンプレート画像を取得することができる。
【００５４】
例えば、50k倍(視野範囲2.7μm)、8フレームの画像を接合して、１辺が30μmの大領域画像を作成する。次に、そこから20k倍（視野範囲6.75μm）の画像ブロックを切り出して、テンプレート画像とする。この場合、ビームの照射範囲が50/20に広くなるため単位面積あたりのビーム照射量が減る。そのため、得られる信号量も減り、実際の画像のS/N比は劣化する。
【００５５】
そこで、画像積算枚数を50/20倍の20にすれば、単位面積あたりのビーム照射量が等しくなる。そのため、大領域画像と同等のS/N比を確保することができる。
【００５６】
以上により得られたアドレッシング用パターンの相対座標、マッチング用のテンプレート画像、及び、撮像条件を新しい条件としてレシピに設定する。
【００５７】
図７を参照して、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンについて、レシピの診断及び最適化を説明する。ステップＳ７０１及びステップＳ７０２にて、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンについて、座標及びパターンの形状の少なくとも一方が不適当であるか否かを判定する。不適当である場合には、ステップＳ７０７に進む。
【００５８】
ステップＳ７０７を説明する。先ず、ヒストグラム処理（図５）によって、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンを、それぞれ複数個選択する。このとき、分割するブロックの大きさはオートフォーカス及びオートスティグマの実行倍率時の視野範囲FOVの大きさとする。
【００５９】
オートフォーカス用パターンは、視野がずれた場合でも対応できるように、周囲に同じパターンが繰り返し存在する部分であることが求められる。オートフォーカスは、アドレッシングの前と後に行う。アドレッシング前のオートフォーカスでは、機械的にオートフォーカスポイントに移動してから実行される。従って、オートフォーカス用パターン３０３の位置からずれた点にて、オートフォーカスを行う可能性がある。即ち、アドレッシング前のオートフォーカスとアドレッシング後のオートフォーカスでは、座標がずれても、対応できる必要がある。従って、複数のパターンから、周囲に同様のパターンの存在する部分を選択する。この選択にはプロファイル（図８）を用いる。
【００６０】
オートスティグマでは、８方向からビーム形状を補正する。そのため、オートスティグマ用パターンは、X方向、及び、Y方向のそれぞれにエッジを持つパターンであることが求められる。従って、複数のパターンのうち、X方向及びY方向にいずれもエッジを持つパターンの存在する部分を選択する。この選択には、プロファイル（図８）を用いる。選択した複数のパターンに対して、X方向、及び、Y方向それぞれのプロファイルを作成し、どちらにもピークが存在するパターンを選択する。
【００６１】
こうして、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンを選択したら、次に、測定点（MP）からの相対座標として測定する。図３ＢのステップＳ１０４にて取得した大領域画像上で、このオートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンから測定点（MP）までの距離を測定し、それを、測定点（MP）からの相対座標として設定する。オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンに対しては、テンプレート画像を作成しない。従って、大領域画像からの切り出しは不要である。
【００６２】
ステップＳ７０３及びステップＳ７０４において、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンについて、Ｓ／Ｎ及び倍率の少なくとも一方が不適当であるか否かを判定する。不適当な場合には、ステップＳ７０６に進む。
【００６３】
ステップＳ７０６にて、設定が推奨条件を満たすよう設定変更を行なう。同時にレシピ実行時に取得されたオートフォーカス実行直後の画像（以下、オートフォーカス用パターン画像とする）の解析を行なう。オートスティグマ調節実行直後の画像（以下、オートスティグマ用パターン画像とする）の解析を行なう。
【００６４】
設定を変更した結果、Ｓ／Ｎ及び倍率が適当となった場合には、ステップＳ７０８に進み、最適化処理を終了する。設定を変更しても、未だ、Ｓ／Ｎ及び倍率が不適当となった場合には、ステップＳ７０７に進み、パターンを変更する。例えば、条件を満たしているにもかかわらずS/N不足が見られる場合、あるいは倍率を調節しても改善できないパターンである場合（その倍率では特徴的であるが、倍率を変更して例えば拡大してしまうと、ただの直線になってしまうようなパターン）は、パターンNGとする。
【００６５】
以上のレシピ最適化処理は、すべて自動で行なうか、あるいは各段階においていくつかの選択肢を提示し、オペレータがその中から選択して設定することもできる。
【００６６】
また、その際に提示する選択肢はオペレータがレシピに求める重要条件（スループット、ダメージ、精度など）の優先度に応じて選べるよう、推奨スコアを基準に複数条件提示させてもよい。
【００６７】
本発明によると、オペレータの手作業による負担を減少し、レシピの最適化がより簡単になる。また、条件の適切さが定量的になるため、オペレータの知識に依存せず、かつ手作業によるミスをなくすことで常に安定稼動するレシピ設定が可能となる。
【００６８】
以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者によって容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による走査電子顕微鏡装置の概略を説明する図である。
【図２】本発明による半導体パターンの検査に用いる配線パターンの画像の例を示す図である。
【図３Ａ】本発明による走査電子顕微鏡装置において本発明によるレシピに従って測長を行う処理を説明する図である。
【図３Ｂ】本発明による走査電子顕微鏡装置において通常のレシピに従って測長を行う処理を説明する図である。
【図４】本発明による半導体パターンの検査方法におけるレシピの最適化処理の例を説明する図である。
【図５】本発明による半導体パターンの検査方法にて使用する輝度のヒストグラムの例を説明する図である。
【図６】本発明による半導体パターンの検査方法において、アドレッシング用パターンについて、レシピの診断及び最適化を説明する図である。
【図７】本発明による半導体パターンの検査方法において、オートフォーカス用パターン、及び、オートスティグマ用パターンについて、レシピの診断及び最適化を説明する図である。
【図８】本発明による半導体パターンの検査方法にて使用する輝度のプロファイルの例を説明する図である。
【符号の説明】
【００７０】
８…陰極、９…第一陽極、１０…第二陽極、１１…一次電子線、１２…第一収束レンズ、１３…第二収束レンズ、１４…対物レンズ、１５…絞り板、１６…走査コイル、１７…試料、１８…二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器、１９…二次信号、２０…二次信号用検出器、２１…信号増幅器、２２…試料ステージ、２３…高圧制御電源、２４…第一収束レンズ制御電源、２５…第二収束レンズ制御電源、２６…対物レンズ制御電源、２７…走査コイル制御電源、２８…画像メモリ、２９…画像表示装置、３０…画像処理装置、３１…対物レンズ用調整器制御電源、３２…非点補正コイル用制御電源、３３…非点補正コイル用調整器制御電源、３４…コンピュータ、３５…入力装置、３６…記憶装置、３７…対物レンズ用調整器、３８…非点補正コイル、３９…非点補正コイル用調整器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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