JP2006351746A - 走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置及びその方法並びに半導体パターンの形状評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＥＭ装置等において、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を提供する。
【解決手段】走査型電子顕微鏡を用いて半導体パターンをＳＥＭ観察するための撮像レシピ作成装置において、ＣＡＤデータを基に画像に変換してＣＡＤ画像を作成するＣＰＵ（ＣＡＤ画像作成部）１２５１を、画像量子化幅決定処理部１２５１１と明度情報付与処理部１２５１２とパターン形状変形処理部１２５１３とで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料上の任意の位置を測長走査型電子顕微鏡（Critical-Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）等により撮像する際に用いられるアドレッシングポイントや測長ポイント等の撮像ポイントの座標と該座標における画像テンプレート又は撮像条件等が記載された撮像レシピを作成する走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置及びその方法並びに半導体パターンの形状評価装置（ＳＥＭ装置）に関するものである。

半導体ウエハに形成された高精度の配線パターンの出来映えを測定して検査するのに、従来から測長走査型電子顕微鏡（Critical-Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）等が広く用いられている。該ＣＤ−ＳＥＭ等のＳＥＭ装置においては、検査を要する半導体パターン上の危険ポイントを測長ポイントとしてＳＥＭにより観察し、その観察ＳＥＭ画像からパターンの配線幅などの各種寸法値を計測し、これらの寸法値を監視することによってプロセス変動を検出している。

このような検査をするためには、撮像レシピ（撮像ポイントの座標、撮像条件及び各撮像ポイントの画像テンプレート等）を作成する必要がある。

該ＳＥＭ装置用の撮像レシピ作成に関する技術としては、特開２００２−３２８０１５号公報（特許文献１）及び特開２０００−２３６００７号公報（特許文献２）が知られている。

特許文献１には、ＣＡＤデータ等の半導体ウエハの設計情報を格納し、該設計情報に基づいて半導体ウエ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、該設定された撮影／検査条件に従って実際に半導体ウエハの撮影を行い、検査を実行する走査型電子顕微鏡システムとから構成された半導体検査システムが記載されている。このシステムは、ＣＡＤデータからアドレシングポイント（ＡＰ）の位置を検出し、同位置のＣＡＤデータをテンプレートとして登録し、次にＡＰにおけるＳＥＭ画像を取得し、該ＳＥＭ画像と登録済みのＡＰにおけるＣＡＤテンプレートのマッチングを行い、該ＣＡＤテンプレートの位置に対応するＳＥＭ画像をテンプレートして再登録し、以降再登録したＳＥＭテンプレートを使用する機能を有することも記載されている。

また、特許文献２には、ＣＡＤデータから設計データを取り込み、該設計データから任意の領域のパターンデータを取り込み、該パターンデータに基づいてパターン輪郭エッジデータを抽出し、該パターン輪郭エッジデータから測長箇所を指定し、該指定されたパターン輪郭エッジデータからテンプレートエッジデータを設定する処理を含む走査電子顕微鏡の自動検出シーケンスファイル作成方法が記載されている。

特開２００２−３２８０１５号公報 特開２０００−２３６００７号公報 特開２０００−３４８６５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている半導体検査システムでは、ＣＡＤデータから作成された線画像（例えばレジストのマスクの境界のみがエッジとして描かれた画像）を用いて撮像ポイントを手動、あるいは自動で決定するため、ＣＡＤデータから作成された線画像と実際のＳＥＭ画像との間において見た目の乖離が大きく、適切な撮像ポイントが選択できないという課題があった。

また、特許文献２に記載されている光学シミュレーション又はレジスト形状シミュレーションを利用する方法では、レジスト情報（原子組成比、膜厚、ネガ・ポジ、光透過率、光吸収エネルギー等）、露光装置の光学定数（波長、開口数、σ、マスク種等）、現像液情報（組成、現像速度定数、現像時間等）等の各種シミュレーションパラメータの設定が必要となり、その設定は容易でない。また、上記シミュレーションパラメータの中には、ウエハ面上の位置毎、あるいは時間毎に変動するものが存在しうる。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ＳＥＭ装置等において、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を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、撮像レシピ作成部を有するＳＥＭ装置等により、多数の検査箇所を高速かつ正確に計測することが可能となり、半導体デバイスの特性や製造プロセスの状態を推定し、プロセスへフィードバックすることを可能とした半導体パターンの形状評価装置及びその方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて半導体パターンをＳＥＭ観察するための撮像レシピを作成する撮像レシピ作成装置及びその方法であって、前記半導体パターンのレイアウト情報が記述されたＣＡＤデータを入力して記憶したＣＡＤデータファイルと、該ＣＡＤデータファイルに記憶したＣＡＤデータを基に画像に変換してＣＡＤ画像を作成するＣＡＤ画像作成部とを有し、該ＣＡＤ画像作成部で作成されたＣＡＤ画像を用いて前記撮像レシピを作成するように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記ＣＡＤ画像作成部は、前記ＣＡＤデータから着目すべき基準パターン幅を基に決定した画像量子化幅を用いて画像に変換して前記ＣＡＤ画像を作成する画像量子化幅決定処理部を有することを特徴とする。また、本発明は、前記画像量子化幅決定処理部において、前記着目すべき基準パターン幅には、着目すべき半導体パターンの最小線幅又は最小パターン間距離が含まれることを特徴とする。また、本発明は、前記画像量子化幅決定処理部において、前記半導体パターンの最小線幅又は最小パターン間距離は、前記ＣＡＤデータから自動で算出するか、又はユーザが与えるか、又はユーザからの条件設定を基にＣＡＤデータから自動で算出するように構成することを特徴とする。また、本発明は、前記基準パターン幅の値はＣＡＤデータのヘッダー等に記述される、あるいはＧＵＩ（Graphic User Interface）上に表示されることを特徴とする。また、本発明は、切り出されるＣＡＤデータの領域毎に基準パターン幅が異なる場合は、前記切り出されるＣＡＤデータの領域毎に異なる画像量子化幅でＣＡＤデータが画像化されることを特徴とする。このような画像量子化幅の決定処理により、画像サイズが冗長となるのを防ぎ、かつ着目するパターン構造が保持されたＣＡＤ画像を生成することが可能となる。

また、本発明は、前記ＣＡＤ画像作成部は、前記ＣＡＤデータを、各種属性を明度値として付与した多値画像に変換して前記ＣＡＤ画像を作成する明度情報付与処理部を有することを特徴とする。また、本発明は、前記明度情報付与処理部において、前記各種属性には、マスクパターンの抜き残し情報、材質若しくは製造工程、レイヤー、パターンの形状、パターンの粗密度及び設計マージンの内、何れか一つ又は複数又は全てが含まれることを特徴とする。

また、本発明は、前記ＣＡＤ画像作成部は、例えば露光プロセスで形成されるレジストパターン形状の変形を考慮して、前記ＣＡＤデータに記述されたパターン形状を変形処理させて前記ＣＡＤ画像を作成するパターン形状変形処理部を有することを特徴とする。また、本発明は、前記パターン形状変形処理部において、前記変形処理には、パターン形状のコーナ部を丸める又は／及びパターンの幅を変化させる画像処理が含まれることを特徴とする。該画像処理とは、例えばＣＡＤ画像に対し任意の平滑化フィルタをかける、あるいは露光条件等の変化により形状の変化が起こりやすい易いパターンのコーナ部を選択的に丸めるといった処理である。

また、本発明は、前記ＣＡＤ画像作成部は、前記ＣＡＤデータから着目すべき基準パターン幅を基に決定した画像量子化幅を用いて画像に変換してＣＡＤ画像を作成する画像量子化幅決定処理部と、前記ＣＡＤデータを、各種属性を明度値として付与した多値画像に変換してＣＡＤ画像を作成する明度情報付与処理部と、前記ＣＡＤデータに記述されたパターン形状を変形処理させてＣＡＤ画像を作成するパターン形状変形処理部とを有することを特徴とする。即ち、本発明は、前述の画像量子化幅の決定処理、各種属性に基づく明度情報の付加、パターンの形状変形を一部または全てを統合的に用いてＣＡＤ画像を作成する。さらに露光条件、撮像条件等に依存して得られるＳＥＭ画像における明度、あるいはパターン形状は異なり、対応するＣＡＤ画像における明度、あるいはパターン形状はそれに類似していることが望ましい。このような明度あるいは形状バリエーションに対応するため、予めそのようなＣＡＤ画像生成におけるパラメータ（画像量子化幅、明度、形状変形）の変化を予測できる場合は、適切なパラメータを適宜与えるのが望ましいが、予測が困難な場合は、任意の異なるパラメータの組み合わせにより作成された複数枚のＣＡＤ画像を作成しておく。ＳＥＭ画像とのマッチング処理等においては、前記複数枚のＣＡＤ画像を用いて順次マッチングを行い、最も相関の高いＣＡＤ画像を採用することにより、ＳＥＭ画像の変化に柔軟に対応することが可能となる。

また、本発明は、前記撮像レシピには、撮像ポイントの座標と、該座標における画像テンプレート又はＳＥＭ観察の撮像条件（撮像倍率や画質（電子線のドーズ量やフォーカスや非点収差等）等）とが含まれることを特徴とする。

また、本発明は、前記撮像ポイントとしては、アドレッシングポイント、フォーカスポイント、スティグマポイント、ブライトネス＆コントラストポイント及び測長ポイントの内、何れか一つ又は複数又は全てが含まれることを特徴とする。

また、本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて撮像レシピに従って半導体ウエハ上の半導体パターンをＳＥＭ観察し、該ＳＥＭ観察に基づいて半導体パターンの形状を評価する半導体パターンの形状評価装置において、前記走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、画像量子化幅、明度付与及び形状変形等により作成されたＣＡＤ画像を利用することにより、ＣＡＤ画像から撮像ポイント（ＡＰあるいはＦＰあるいはＳＰあるいはＢＰあるいはＥＰの一部又は全てを含む）等の決定を自動で行うことが可能となり、従来マニュアルで行われていた撮像レシピ作成を容易かつ高速に行うことが可能となる。

また、本発明によれば、撮像ポイントをＳＥＭで実際に観察する際、座標の既知のＣＡＤ画像（テンプレート）とＳＥＭ画像とのマッチングを精度良く行うことが可能となり、その結果パターンの寸法等の形状を高精度に評価することが可能となる。

本発明に係る撮像レシピ作成機能を備えたＳＥＭ装置（測長走査型電子顕微鏡（Critical-Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）などの走査型電子顕微鏡を用いた半導体パターンの形状評価装置）の実施の形態について図１〜図２５を用いて説明する。

ところで、ＬＳＩの微細化・高密度化に伴う設計マージンの減少等により、半導体パターンの寸法管理を行う必要がある検査箇所が格段に増加しつつあり、寸法管理ツールとして用いられるＳＥＭ装置等のスループット向上ならびに自動化率向上が強く求められている。

そこで、ＳＥＭ装置等を用いて、検査を要する半導体パターン上の危険ポイントを測長ポイントとしてＳＥＭ等により観察し、その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には、アドレッシングポイント、フォーカスポイント、スティグマポイント、ブライトネス＆コントラストポイント又は測長ポイントの一部又は全てを含む撮像ポイントの座標と撮像条件（撮像倍率や画質（電子線のドーズ量、フォーカス、非点収差等）等）とを決定し、各撮像ポイントにおける画像テンプレートを登録する必要がある。これら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めて撮像レシピと呼ぶ。

本発明は、ＣＡＤデータとして管理された半導体パターンの設計データを有効に活用するため、ＣＡＤデータを基に画像データに適切に変換し、該変換されたＣＡＤ画像を用いた解析により上記撮像レシピの自動生成あるいは生成時間の短縮を図ったことにある。その結果、ＳＥＭ装置等により、多数の検査箇所を高速かつ正確に計測することが可能となり、半導体デバイスの特性や製造プロセスの状態を推定し、プロセスへフィードバックすることを可能としたことにある。

１：ＳＥＭ装置（走査型電子顕微鏡を用いた半導体パターンの形状評価装置）
１．１：ＳＥＭ装置構成
図１は、本発明に係る試料の二次電子像（Secondary Electron：ＳＥ像）あるいは反射電子像（Backscattered Electron：ＢＳＥ像）を取得する走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）の構成概要のブロックを示す。また、ＳＥ像とＢＳＥ像を総称してＳＥＭ画像と呼ぶ。また、ここで取得される画像は測定対象を垂直方向から観察したトップダウン画像、あるいは任意の傾斜角方向から観察したチルト画像の一部または全てを含む。

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、二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試料（半導体ウエハ）１０１上に結像させる対物レンズ１０８とを備えて構成される。試料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上に載置された試料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は試料１０１を移動させ、該試料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。

一方、電子線が照射された試料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。一方、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と１１１とは互いに異なる方向に設置されている。２次電子検出器１０９および反射電子検出器１１０、１１１で検出された２次電子および反射電子は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１１５２に格納され、ＣＰＵ１１５１で目的に応じた画像処理（例えば図３に示す処理が実行されてパターンの配線幅などの各種寸法値を計測し、これらの寸法値を監視することによってプロセス変動を検出している。）を行って半導体パターンの寸法等を含む形状評価が行われる。即ち、コンピュータシステム１１５は、撮像レシピ作成部１２５で作成された撮像レシピを基にＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ又はＥＰを撮像するため、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、さらに試料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形状評価が行われる。なお、処理・制御部１１５は、光学顕微鏡（図示せず）等でウエハ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。さらに、処理・制御部１１５は、入力手段を備えたディスプレイ１１６と接続してユーザに対して画像等を表示するＧＵＩ（Graphic User Interface）等の機能を有することになる。

なお、反射電子像の検出器を２つ備えた実施例を示したが、前記反射電子像の検出器の数を減らすことも、あるいは増やすことも可能である。また、コンピュータシステム１１５における処理・制御の一部又は全てを異なる複数台の処理端末に割り振って処理・制御することも可能である。

図１に示す装置を用いて測定対象を任意の傾斜角方向から観察したチルト画像を得る方法としては（１）電子光学系より照射する電子線を偏向し、電子線の照射角度を傾斜させて傾斜画像を撮像する方式（例えば特開２０００−３４８６５８号公報）、（２）試料１０１を移動させるステージ１１７自体を傾斜させる方式（図1においてはチルト角１１８でステージが傾斜している）、（３）電子光学系自体を機械的に傾斜させる方式等がある。

処理・制御部１１５は、更に、撮像ポイント（ＡＰ（アドレッシングポイント）、ＦＰ（フォーカスポイント）、ＳＰ（スティグマポイント）、ＢＰ（ブライトネス＆コントラストポイント）及びＥＰ（測長ポイント）の内、何れか一つ又は複数又は全てを含む）の座標、該座標の画像テンプレート及び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、ＣＡＤデータを取得するためにＣＡＤ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、ＣＡＤデータを格納するＣＡＤデータファイル５０７と、画像量子化幅決定処理部１２５１１、明度情報付与処理部１２５１２及びパターン形状変形処理部１２５１３を有するＣＰＵ（ＣＡＤ画像作成部）１２５１と、ＣＰＵ１２５１で作成されたＣＡＤ画像を記憶するＣＡＤ画像メモリ１２５３とを有して構成される。なお、画像量子化幅決定処理部１２５１１、明度情報付与処理部１２５１２及びパターン形状変形処理部１２５１３は、プログラムによって処理を実行する場合も含むものである。撮像レシピ作成部１２５は、更に、入力手段を備えたディスプレイ１２６と接続してユーザに対して画像等を表示するＧＵＩ等の機能を有し、各種データを記憶する記憶装置１２７を接続して構成される。

次に、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について図２を用いて説明する。電子線は、例えば図２（ａ）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。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。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それぞれＧ_１〜Ｇ_３で示している。同様に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それぞれＧ_４〜Ｇ_６で示している。前記Ｇ_１〜Ｇ_６において放出された電子の信号量は、それぞれ図２（ｂ）内に示した画像２０９における画素Ｈ_１〜Ｈ_６の明度値になる（Ｇ、Ｈにおける右下の添え字1〜6は互いに対応する）。２０８は画像Ｉ上のｘ、ｙ方向を示す座標系（Ｉｘ，Ｉｙ）である。

１．２：ＳＥＭ装置撮像シーケンス
次に、本発明に係る任意の測長ポイント（ＥＰ）を観察するための撮像シーケンスの一実施の形態について図３を用いて説明する。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）、さらにＥＰにおける測長条件は撮像レシピとして撮像レシピ作成部１２５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。

まず、試料１０１をＳＥＭ装置のステージ１１７上に取り付ける（Ｓ３１）。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することにより処理・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補正する（Ｓ３２）。次に、処理・制御部１１５は、ステージ１１７を移動して、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アドレッシングポイント（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（Ｓ３３）。

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ずれてしまう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における画像テンプレートと前記観察したＡＰのＳＥＭ画像とのマッチングを行うことによって画像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を検出する。次に、処理・制御部１１５は、画像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）。

そのため、撮像レシピ作成部１２５で作成されて記憶装置１２３に登録されるＡＰは、（１）ＥＰからビームシフトにより移動可能な距離に存在するパターンであり（かつＥＰにおけるコンタミネーションの発生を抑えるためＡＰ撮像時の範囲（Field of view：ＦＯＶ）にＥＰ撮像時のＦＯＶを含まないことを条件とする場合もある）、（２）ＡＰの撮像倍率はステージの位置決め精度を加味してＥＰの撮像倍率よりも低く、（３）パターン形状あるいは明度パターンが特徴的（マッチングが取り易い形状或いは明度を有するパターン）であり、登録された画像テンプレートと観察したＳＥＭ画像とのマッチングがとり易い等の条件を満たしていることが望ましい。後述するように本発明によれば、撮像レシピ生成部１２５において、どの場所をＡＰとして選択するかに関しては前述の条件を加味しながら、画像テンプレートとして、より実際のＳＥＭ画像の特徴を反映したＣＡＤ画像が生成可能であり、しかも画像の特異性や複雑さ等を評価するため、自動で良好な撮像ポイントの選択を行うことが可能となる。また、マニュアルで選択する場合においても実際のＳＥＭ画像の特徴を反映したＣＡＤ画像を例えばディスプレイ１２６のＧＵＩ上に表示することによってオペレータにより多くの判断材料を提供することが可能である。

登録するＡＰにおける画像テンプレートは、ＣＡＤ画像、あるいはＳＥＭ画像、あるいは特開２００２−３２８０１５号公報に開示されているように画像テンプレートの登録のためだけに撮像を行うのを避けるため、一旦記憶装置１２３にＣＡＤテンプレートで登録しておき、実際の撮像時に得たＡＰのＳＥＭ画像を画像テンプレートとして再登録する等のバリエーションが考えられる。後述するように本発明によれば、より実際のＳＥＭ画像の特徴を反映したＣＡＤ画像が生成可能であるため、ＣＡＤ画像をテンプレートとして登録する場合も、より良好な観測したＳＥＭ画像とのマッチングが可能となる。

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フォーカスポイント（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（Ｓ３４）。ここでＦＰについて説明を加えておく。ＥＰ撮像時には鮮明な画像を取得するためオートフォーカスを行うが、試料１０１に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう（コンタミネーション）。そこで、ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため、処理・制御部１１５は、一旦ＥＰ近くの座標をＦＰとして観察し、オートフォーカスのパラメータを求めてから該パラメータを基にＥＰを観測するという方法がとられる。そのため、記憶装置１２３に登録されるＦＰは、（１）ＡＰ、ＥＰからビームシフトにより移動可能な距離に存在するパターンであり、かつＦＰ撮像時のＦＯＶにＡＰ、ＥＰ撮像時のＦＯＶは含まれない、（２）ＦＰの撮像倍率はＥＰの撮像倍率と同程度である、（３）オートフォーカスをかけ易いパターン形状をもつ（フォーカスずれに起因する像のぼけを検出し易い）等の条件を満たしていることが望ましい。処理・選択部１１５は、ＦＰ選択についても、ＡＰと同様に撮像レシピ作成部１２５で作成したＣＡＤ画像の利用が有効であり、上記ＣＡＤ画像を利用したＦＰ自動選択あるいは上記ＣＡＤ画像のディスプレイ１１６へのＧＵＩ表示によりＦＰ選択時のオペレータへのサポートが可能である。

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スティグマポイント（以降、ＳＰと呼ぶ）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（Ｓ３５）。

ここでＳＰについて説明を加えておく。ＥＰ撮像時には歪みのない画像を取得するため非点収差補正を行うが、ＡＦと同様、試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう。そこで、ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため、処理・制御部１１５は、一旦ＥＰ近くの座標をＳＰとして観察し、非点収差補正のパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観測するという方法がとられる。そのため、記憶装置１２３に登録されるＳＰは、（１）ＡＰ、ＥＰからビームシフトにより移動可能な距離に存在するパターンであり、かつＳＰ撮像時のＦＯＶにＡＰ、ＥＰ撮像時のＦＯＶは含まれない、（２）ＳＰの撮像倍率はＥＰの撮像倍率と同程度である、（３）非点収差補正をかけ易いパターン形状をもつ（非点収差に起因する像のぼけを検出し易い）等の条件を満たしていることが望ましい。処理・制御部１１５は、ＳＰ選択についても、ＡＰと同様に撮像レシピ作成部１２５で作成したＣＡＤ画像の利用が有効であり、上記ＣＡＤ画像を利用したＳＰ自動選択あるいは上記ＣＡＤ画像のディスプレイ１１６へのＧＵＩ表示によりＳＰ選択時のオペレータへのサポートが可能である。

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ブライトネス＆コントラストポイント（以降，BＰと呼ぶ）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（Ｓ３６）。

ここでＢＰについて説明を加えておく。撮像時には適切な明度値及びコントラストをもつ鮮明な画像を取得するため、例えば二次電子検出器１０９におけるフォトマル（光電子増倍管）の電圧値等のパラメータを調整することよって、例えば画像信号の最も高い部分と最も低い部分とがフルコントラストあるいはそれに近いコントラストになるように設定するが、ＡＦと同様，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう。そこで、ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため、処理・制御部１１５は一旦ＥＰ近くの座標をＢＰとして観察し、ブライトネス＆コントラスト調整のパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観測するという方法がとられる。そのため、処理・制御部１１５に登録されるＢＰは、（１）ＡＰ、ＥＰからビームシフトにより移動可能な距離に存在するパターンであり、かつＳＰ撮像時のＦＯＶにＡＰ，ＥＰ撮像時のＦＯＶは含まれない、（２）ＳＰの撮像倍率はＥＰの撮像倍率と同程度である、（３）ＢＰにおいて調整したパラメータを用いて測長ポイントにおいて撮像した画像のブライトネスやコントラストが良好であるために、ＢＰは前記測長ポイントにおけるパターンに類似したパターンである等の条件を満たしていることが望ましい。処理・制御部１１５はＢＰ選択についても、ＡＰと同様に撮像レシピ生成部１２５で生成したＣＡＤ画像の利用が有効であり、上記ＣＡＤ画像を利用したＢＰ自動選択あるいは前記ＣＡＤ画像のディスプレイ１１６への表示によりＳＰ選択時のオペレータへのサポートが可能である。

なお、前述したステップＳ３４、Ｓ３５、Ｓ３６におけるオートフォーカス、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、一部あるいは全てが省略される、あるいはＳ３４，Ｓ３５，Ｓ３６の順番が任意に入れ替わる、あるいは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がある。

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測長ポイント（ＥＰ）に移動して撮像し、設定した測長条件でパターンの測長を行って半導体パターンの形状評価を行う（Ｓ３７）。

図４には、ＥＰよりも低倍のＣＡＤデータ４００上におけるＡＰ４０１、ＦＰ４０２、ＳＰ４０３、ＢＰ４０５、ＥＰ４０４のテンプレート位置の一実施例を点線枠で図示する。

記憶装置１２３に登録するＡＰにおける画像テンプレートはＣＡＤ画像、あるいはＳＥＭ画像、あるいは特開２００２−３２８０１５号公報に開示されているように画像テンプレートの登録のためだけに撮像を行うのを避けるため、一旦ＣＡＤテンプレートで登録しておき、実際の撮像時に得たＡＰのＳＥＭ画像を画像テンプレートとして再登録する等のバリエーションが考えられる。

２：画像生成
次に、撮像レシピ作成部１２５が、記憶装置１２３に対してＣＡＤデータから前述の撮像ポイント決定、あるいは画像テンプレートの登録を行うために、ＣＡＤデータ６０１を画像化し、閲覧あるいは処理する方法の一実施の形態について説明する。まず、ＣＡＤデータファイル５０７に記述されているＣＡＤデータ６０１の情報について説明する。一実施例として図５（ａ）に示す半導体パターンの設計情報を考える。同図においては模式的に三つのレイヤー５０４〜５０６を図示しており、最上部のレイヤー５０４には三つのパターン５０１〜５０３が図示されている。上記パターン５０１は四つの頂点Ｐ1〜Ｐ4からなる。ＣＡＤデータには、上記四つの頂点Ｐ1〜Ｐ4のｘ，ｙ座標値に代表されるパターン形状の輪郭を表わす線分情報、および５０４〜５０６等のレイヤー情報が記載されているのが一般的である。前記ｘ，ｙ座標値は任意の基準座標系５００により表わされ、ナノメートル等の単位をもつ。

次に、撮像レシピ作成部１２５のＣＰＵ（ＣＡＤ画像作成部）１２５１が行う、ＣＡＤデータ６０１をＣＡＤ画像６０５に画像化する際に必要、あるいはその後の処理において有効となる三つの処理に関して述べる。すなわち、三つの処理は、図６に示すように、画像量子化幅の決定処理Ｓ６１と、各種属性に基づく明度情報付与処理Ｓ６２と、パターン形状の変形処理Ｓ６３とである。なお、６０６はＳ６１において任意の画像量子化幅で作成されたＣＡＤ画像を示し、６０７はＳ６２において任意の属性情報を基に明度情報を付与したＣＡＤ画像を示し、６０８はＳ６３においてパターン形状の変形あるいはエッジ効果等によるＳＥＭ信号量の変化を明度値の変化として付与したＣＡＤ画像を示す。

２．１：画像量子化幅決定処理
次に、画像量子化幅決定処理部１２５１１で実行する画像量子化幅の決定処理Ｓ６１に関する実施例について図７〜図１４を用いて説明する。なお、画像量子化幅決定処理部１２５１１において、ＣＡＤデータ６０１を基に、決定したＲＯＩのデータ、算出した最小線幅／最小パターン間距離のデータ、算出されたＲＯＩ内での基準パターン幅Ｄｐのデータ、決定された画像量子化幅ｒ（＝Ｄｉ／Ｄｐ）のデータ等は、例えば記憶装置１２７に記憶される。また、観察ポイント（ＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ、ＥＰ）のテンプレート位置座標を含めて画像化されたＣＡＤ画像６０６（６０５）はＣＡＤ画像メモリ１２５３に記憶される。

２．１．１：基準パターン幅Ｄｐの実施例（最小線幅、最小パターン間距離）
ＣＡＤデータ６０１を画像化するために、まず、ＣＡＤデータファイル５０７に記述されたＣＡＤデータ内から切り出して画像化する領域を決定する（Ｓ６１１）。以降、上記領域をＲＯＩ（Region Of Interest）と呼ぶ。次に画像量子化幅（ＣＡＤデータファイル５０７に記述された単位パターン寸法（例えば１ｎｍ）が画像上の何ピクセルに相当するか）を決定する。しかし、前記画像量子化幅の決定が課題となる。すなわち、不用意に画像量子化幅を小さくすると、描かれるパターン形状の複雑さに対して冗長な画像サイズとなってしまい、必要以上に画像メモリを使用し、また各種画像処理に多くの計算時間を費やすこととなる。逆に画像量子化幅が大き過ぎると、量子化に伴いパターン同士が連結してしまう、パターンが消滅しまう等、画像上のパターン形状が実際のパターン形状と大きく異なるという不都合が発生する。

そこで、本発明においては、切り出されたＣＡＤデータを画像データに変換する際、その後のＣＡＤ画像の処理においてパターン構造が保存されている必要がある着目すべきパターン幅（以降、基準パターン幅と呼ぶ）を基準として画像量子化幅を決定することを特徴とする。基準パターン幅としては、最小寸法（パターンの最小線幅あるいは最小パターン間距離）が挙げられる。

最小線幅とは半導体回路設計で使用されるパターン幅の最小寸法であり、一般にトランジスタのゲート長などで与えられる。本発明では、ＲＯＩ内の全パターンあるいは任意のパターンにおける最小のパターン幅とする場合も含める。例として図８（ａ）〜（ｃ）に示した半導体パターン形状７０１、７０３、７０５単体で見ると、最小線幅は距離７０２、７０４、７０６で与えられる。また、図８（ｄ）、（ｅ）に示すように、ウエハ上に作成したいパターン形状（例えばパターン７０７では、最小線幅は距離７０８で与えられる）に対し、露光時の光の回折現象他によるレジストパターンの変形を防ぐために施される光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）が加えられたＣＡＤデータのパターン形状（例えば７０９）を入力とする場合、ＯＰＣ前にパターン幅が最も細い箇所７１１を最小線幅とすることも、ＯＰＣ後にパターン幅が最も細い箇所７１０を最小線幅とすることも選択可能である。

最小パターン間距離とは半導体回路設計で使用されるパターン間の最小の寸法である。例として、図９（ａ）、（ｂ）に示した半導体パターン形状７１２−７１３間、７１５−７１６間で見ると、最小パターン間距離は距離７１４、７１７で与えられる。ただし、パターンの太りによってパターン間がショートしてしまう危険性の尺度という意味で考えると、パターン形状７１５−７１６間の最小パターン間距離は、距離７１７をｘ、ｙ方向に分解したｘ方向の距離７１８をＤｘ、ｙ方向の距離７１９をＤｙとして、両者で距離が大きな方、同図ではＤｙ（Ｄｙ＞Ｄｘ）で与える。また、場合により最小パターン間距離には図９（ｃ）のパターン形状７２０で与えられるような同一パターンにおける部位間の距離７２１を含む。

ＲＯＩ内に複数のパターンが含まれ、かつ該複数のパターン間で上記最小線幅あるいは最小パターン間距離が異なる場合、それらの最小値をそれぞれＲＯＩ内の最小線幅あるいはＲＯＩ内の最小パターン間距離として定義することができる。

設計寸法に対するパターンの細り、あるいは太りに起因してショート、あるいはオープンといったデバイス不良が発生する危険がある。上記ＲＯＩ内の最小線幅あるいはＲＯＩ内の最小パターン間距離は、上記ショート、あるいはオープンといったデバイス不良に対する回路の設計マージンと関連する。そのため、上記ＲＯＩ内の最小線幅あるいはＲＯＩ内の最小パターン間距離を基に画像量子化幅を決定し、本来の設計パターンに対しパターンの消滅、連結等がない設計パターンの画像データを基にモニタリングを要するＥＰの決定を行うことが有効である。さらに上記パターンの消滅、連結等がない設計パターンの画像データはＡＰ、ＦＰ、ＢＰ、ＳＰを決定する際にも有効である。

具体的に、図１３（ａ）のＣＡＤデータ８０１からＲＯＩ８０２を画像化する実施例を考える。図７（ａ）に画像量子化幅の決定処理Ｓ６１のフローを示す。まず、ＣＡＤデータ内から切り出して画像化する領域ＲＯＩを決定する（Ｓ６１１）。次に、基準パターン幅をＲＯＩ内の最小線幅とする場合（基準パターン幅としては最小線幅、あるいは最小パターン間距離、あるいは最小線幅と最小パターン間距離との最小値を用いる等のバリエーションがありうる）、Ｓ６１２においてＲＯＩ内の各パターンに対し最小線幅を算出し、Ｓ６１３において、例えば前記各パターンの最小線幅における最小の線幅としてＲＯＩ内の基準パターン幅Ｄｐ（単位は例えばナノメートル）を算出する（図１３（ｂ）に図示したように、ＲＯＩ８０２からＲＯＩ内の最小線幅８０８（＝Ｄｐ）を求める）。次に、Ｓ６１４において基準パターン幅Ｄｐを基に画像量子化幅ｒ（pixel/nm）を決定する。画像量子化幅ｒは基準パターン幅Ｄｐの画像上での寸法Ｄｉ（pixel）を用いてｒ＝Ｄｉ／Ｄｐで与えられる（図１３（ｂ）に図示したように、ＣＡＤデータ８０２から作成したＣＡＤ画像８０９において、基準パターン幅Ｄｐ８０８（nm）は、Ｄｉ８１０（pixel）となる）。画像上での寸法Ｄｉは、画像変換後に行われる任意の解析（閲覧、画像処理）において不都合が生じない寸法を与え、前記解析の内容、あるいは半導体の製造工程毎、あるいはウエハ上の位置毎、あるいはＳＥＭ画像の撮像条件（撮像倍率や画質等を含む）毎によって変化しうる。

逆に同様の解析を行う場合は、一実施例として図１３（ｂ）（ｃ）に示すように、設定されるＲＯＩによって画像量子化幅が異なり、前記ＲＯＩの領域サイズ（実寸）が同一であっても、変換されたＣＡＤ画像の領域サイズ（画像サイズ）が異なりうる。すなわち、図１３（ｂ）においてＲＯＩ８０２内の基準パターン幅Ｄｐが８０８であるのに対し、図１３（ｃ）においてＲＯＩ８０３内の基準パターン幅Ｄｐ８１１は、前記Ｄｐ８０８に対し大きい（上記ＲＯＩ８０３内に含まれるパターンの線幅が前記ＲＯＩ８０２内に含まれるパターンの線幅に対し大きい）。そのため、ＲＯＩ８０２、８０３をそれぞれの基準パターン幅Ｄｐ８０８、８１１が画像上で同一サイズとなる画像量子化を行うと、それぞれのＲＯＩから作成されるＣＡＤ画像８０９、８１２の画像サイズは異なる。ただし、上記ＣＡＤ画像８０９、８１２上における基準パターン幅Ｄｉ８１０、８１３は等しく、同線幅に着目した際、両画像で同様の解析結果が得られることになる。

２．１．２：基準パターン幅決定における厄介なバリエーション（画像端、パターン分割、少数例）
次に、画像量子化幅の決定方法のバリエーションに関して補足を加える。

まず、基準パターン幅Ｄｐの決定方法に関して、ＲＯＩ内の最小線幅を求める必要がある場合、次のような問題が発生しうる。すなわち、例えば図１０に図示したようにＲＯＩに対して各パターン７２３、７２４、７２５に対してそれぞれ最小線幅を算出し、その中から最小のものをＲＯＩ内の最小線幅とするが、パターン７２５のように、本来実線のパターン７２５と点線のパターン７２６とを合わせて一つのパターンであったものが、切り出し領域７２２の境界によって分割されるという問題である。その場合、実線のパターン７２５を処理しても、本来の最小線幅７２７ではなく、切り出し後の最小線幅７２８が得られることになる。このような切り出し領域の設定の仕方によって、本来存在しない線幅が算出されるのを避けるための処理として、（１）切り出し領域ＲＯＩは一つのパターンを跨ぐように設定しない、（２）切り出し領域の端に位置するパターンから算出した最小線幅は、着目パターン幅算出のための処理に利用しない、（３）切り出す前のパターン形状情報から最小線幅を算出する、（４）最小線幅としてありうる線幅を予備情報として入力し、それより小さい線幅が最小線幅として算出された場合は使用しない、（５）ＲＯＩ内の各パターンから求めた最小線幅からヒストグラムを作成し、分布からＲＯＩ内の基準パターン幅を算出する、といった処理が挙げられる。

前述の（３）切り出す前のパターン形状情報から最小線幅を算出する方法に関して補足する。切り出す前の線幅を知るには、切り出し領域ＲＯＩが決定した後、境界に位置するパターンを特定し、切り出し前の輪郭形状を調査する方法と、切り出し前にパターン毎の線幅を算出しておき、パターンの属性として組で管理しておく。例えば図５（ｂ）の５１０に示すように、パターン毎に最小線幅の情報を求め、データファイル等に書き込んでおく。切り出し前後で前述の最小線幅の情報を共有することにより、切り出しによる実際の最小線幅の情報の消失はない。同様に後述する最小パターン間距離やその他のパターン毎の属性もＲＯＩ切り出し前、あるいはＲＯＩ切り出し後に算出した際、図５（ｂ）に示すようにファイル５０７に管理、あるいはディスプレイ１２６のＧＵＩ上に表示することは、任意の解析において有効である。

ＲＯＩ切り出し前に、求めた最小線幅等の属性から基準パターン幅を算出し、ＣＡＤデータを画像化する処理フローを図７（ｂ）に示す。まず、Ｓ６１２の基準パターン幅決定において、参考となる最小線幅等の情報をパターン毎に算出する。次に、Ｓ６１１においてＲＯＩを決定する。以降は前述の図７（ａ）の説明と同様である。

また、基準パターン幅Ｄｐの決定方法に関して、ＲＯＩ内の最小パターン間距離を求める必要がある場合、次のような問題が発生しうる。すなわち、例えば図１１（ａ）に示したレジストパターン７２９をウエハ上に作成する場合、図１１（ｂ）に示した二つの露光マスク７３０、７３１を用いる場合がありうる。露光マスク７３０、７３１間の距離７３２が微小である場合、露光時の光強度分布において露光マスク７３０、７３１間は連結し、生成されるパターンも連結するため、露光マスクとしては問題ないが、例えば上記露光マスク７３０、７３１から最小パターン間距離を算出しようとすると本来存在しない距離７３２が最小パターン間距離として算出されてしまう恐れがある。これを避けるための処理として、（１）最小パターン間距離としてありうる距離（＞露光時に連結する距離）を予備情報として入力し、それより小さい線幅が最小線幅として算出された場合は使用しない、（２）ＲＯＩ内の各パターンから求めた最小パターン間距離からヒストグラムを作成し、分布からＲＯＩ内の基準パターン幅を算出する、といった処理が挙げられる。

前述の「ＲＯＩ内の各パターンから求めた最小線幅あるいは最小パターン間距離からヒストグラムを作成し、分布からＲＯＩ内の基準パターン幅を算出する方法」について図１２を用いて説明する。実施例として、ＲＯＩ内の最小線幅から基準パターン幅を算出する方法について述べる。まず。ＲＯＩ内の各パターンについて最小線幅を求め、図１２に示すようにヒストグラムに投票していく（横軸は距離（本例では最小線幅）、縦軸は投票数である）。本実施例において投票された距離で最小のものは距離７３３であるが、距離７３３であったパターンの投票数は非常に少数である。よって任意に与える投票数の閾値７３７に満たない投票数であった距離（図１２では７３３、７３４）はＲＯＩ内の最小線幅としないという処理を組み込むことが可能である。また、最小線幅としてありうる線幅（例えば７３８）を予備情報として入力し、それより小さい線幅（図１２では７３３、７３４）を最小線幅として使用しないという処理を組み込むことが可能である。このような処理により、例えば図１３に示す線幅８０７のように非常にマイナーな線幅やデバイス特性において重要でない線幅をＲＯＩ内の代表的な最小線幅として選択されるのを避けることができる。

２．１．３：最小線幅、最小パターン間距離の具体的な算出方法
各パターンあるいはＲＯＩ内における最小線幅あるいは最小パターン間距離を算出する具体的な方法としては、ＣＡＤデータ（パターンの頂点座標の数値データ）から直接算出する方法と、一旦適当な画像量子化幅でＣＡＤデータを画像化したＣＡＤ画像から算出する方法とがある。後者の場合、得られる最小線幅あるいは最小パターン間距離は前記適当な画像量子化幅による量子化誤差分の不正確さをもつことになる。

パターン１００１の最小線幅の算出方法の一実施例を図１４（ａ）に示す。パターン１００１は８つの頂点Ｐ１〜Ｐ８からなる。例えば頂点Ｐ８からｘ、ｙ座標系１０００のｘ方向かつパターンの内部方向に直線を引き、最初に交わるパターンとの交点Ｑ８ｘを求める。該交点Ｑ８ｘは、ＣＡＤデータから直接算出する方法に関しては、頂点Ｐ８から引いた直線１００２とパターン１００１の輪郭を構成する各線分（頂点Ｐ1−Ｐ２間の線分、頂点Ｐ２−Ｐ３間の線分、・・・、頂点Ｐ８−Ｐ１間の線分）との間に交点が存在するかを順次計算していく方法が挙げられる。また、一旦適当な画像量子化幅でＣＡＤデータを画像化したＣＡＤ画像から算出する方法に関しては、頂点Ｐ８からパターンの内部方向に直線１００２上を走査し、最初にパターンの境界が現れた座標を交点とする。同様に頂点Ｐ８からｙ方向かつパターンの内部方向に直線を引き、最初に交わるパターンとの交点Ｑ８ｙを求める。これにより頂点Ｐ８からｘ、ｙ方向のパターンの端までの距離１００２、１００３がそれぞれ求まる。これを各頂点に対し同様に行い（他の例として頂点Ｐ４からｘ、ｙ方向のパターンの端までの距離は１００４、１００５で与えられる）、得られた各距離１００２〜１００５の中で最も短いものをパターン１００１の最小線幅とする。

パターン１００６の最小パターン間距離の算出方法の一実施例を図１４（ｂ）に示す。同図には３つのパターン１００６〜１００８があり、それぞれ頂点Ｐ９〜Ｐ１２、Ｐ１３〜Ｐ１６、Ｐ１７〜Ｐ２２からなる。例えば、まず頂点Ｐ１０から他のパターンの頂点（例えばＰ１６、Ｐ１７）に直線を引き、その頂点間の距離を求める（例えば距離１００１、１０１２）。上記直線は自身のパターン１００６と他のパターン１００７、１００８を含む任意のパターン内を通過しないことを条件とする。また、図９（ｃ）の距離７２１のように同一パターンにおける部位間の距離７２１を最小パターン間距離に含む場合は、前述の距離に頂点Ｐ１０から他のパターンの頂点に引いた線分距離と頂点Ｐ１０からパターン１００６の頂点に引いた線分距離とを含む。ただし、同一パターンの頂点間に直線を引く場合も上記パターン内を直線が通過しないことを条件とし、図示した例では該当する直線はない。同様に頂点間の距離算出をパターン１００６の各頂点について行う。次に例えば、頂点Ｐ１１からｘ、ｙ座標系１０００のｘ方向かつパターンの外部方向に直線を引き、最初に交わるパターンとの交点Ｑ１１ｘを求める。同様に頂点Ｐ１１からｙ方向かつパターンの外部方向に直線を引き、最初に交わるパターンとの交点Ｑ１１ｙを求める。これにより頂点Ｐ１１からｘ、ｙ方向の他のパターンまでの距離１００９、１０１０がそれぞれ求まる。これをパターン１００６の各頂点について行う。最後に前述した頂点間の距離（例えば距離１０１１、１０１２）、ならびに前述したｘ、ｙ方向への距離（例えば１００９、１０１０）の中で最小のものを最小パターン間距離とする。本例では距離１００９が最小パターン間距離となる。ただし、頂点間の距離は、図９（ｂ）に示したパターン形状７１５−７１６間の最小パターン間距離を、距離７１７をｘ、ｙ方向に分解したｘ方向の距離７１８をＤｘ、ｙ方向の距離７１９をＤｙとしてＤｙ（Ｄｙ＞Ｄｘ）で与えたと同様に、ｘ、ｙ方向に分解し、大きい方の成分を用いることもできる。

２．１．４：基準パターン幅決定方法のバリエーション
前述の実施例では、基準パターン幅として、各パターンの最小線幅あるいは最小パターン間距離の最小値を用いる方法を示したが、基準パターン幅の決定方法にはこの他にもいくつかのバリエーションがある。すなわち、基準パターン幅を基に生成されたＣＡＤ画像をどのように用いるかにより、選択される基準パターン幅が異なってくる。

例えば、図１３（ａ）のＣＡＤデータ８０１を実施例にして作成したＣＡＤ画像からＡＰ位置を決定する場合を考える。ＣＡＤデータ８０１では、大きく大小二つの線幅をもつパターンが混在しており、細い線幅（代表線幅８１４）をもつパターンは領域８０５に、太い線幅（代表線幅８１５）をもつパターンは領域８０６に分布している。ＡＰはアドレッシングのため、特徴的なパターンであり、かつＡＰの実際の観測位置と最初に設定したＡＰ位置とのずれを正しく検出するために実際の観測画像と登録したＡＰのテンプレート画像との相関値の変化がずれに対して高い感度をもつことが望ましい。また、ＡＰはＥＰに対し低倍で撮像される。仮に領域８０５に分布する細い線幅８１４がＡＰ用に観測された低倍のＳＥＭ画像において潰れて観測される、あるいは特徴的なパターン形状とならないのであれば、上記細い線幅８１４をもつパターン形状はＣＡＤ画像において必ずしも保存されている必要はない。その場合、太い線幅（代表線幅８１５）を基準パターン幅として画像量子化幅を決定することが考えられる。その結果、例えば図１３（ｄ）に示されるように基準パターン幅（nm）８１５が画像サイズ（pixel）８１９になるように画像化し、ＣＡＤ画像８１８が得られる。

一方、ＥＰ位置を決定する場合を考えると、ＥＰは高倍でデバイス不良に繋がるような測長ポイントをモニタリングするための撮像位置なので、例えば線幅８１４のような小さな線幅も加味して決定する必要があり、線幅８１４を基準パターン幅として画像量子化幅を決定することが考えられる。その結果、例えば図１３（ｄ）に示されるように基準パターン幅（nm）８１４が画像サイズ（pixel）８１７になるように画像化し、ＣＡＤ画像８１６が得られる。

また、先ほどのＡＰあるいはＥＰの決定を実施例とする各種画像処理に適した画像量子化幅、あるいは閲覧時に着目したい線幅が適切に表現される画像量子化幅を求めるため、基準パターン幅および画像変換後の基準パターン幅を任意に与えることが可能である。任意の基準パターン幅および画像変換後の基準パターン幅は画像化を行うシステムに処理毎にデフォルトで管理させることも、ユーザが任意に与えることも可能である。さらに、ＳＥＭ画像とＣＡＤ画像とのマッチング処理等のために両者の倍率が一致する画像量子化幅を与えることもできる。

２．２：各種属性に基づく明度情報付与処理
次に、明度情報付与処理部１２５１２で実行する各種属性に基づく明度情報付与処理Ｓ６２に関する実施例について図１６〜図１８、図１９Ａ、図１９Ｂを用いて説明する。なお、各種属性情報を基に明度情報を各ピクセルに付与したＣＡＤ画像６０７（６０５）は、ＣＡＤ画像メモリ１２５３または一時的に記憶装置１２７に記憶される。すなわち、ＣＡＤデータ６０１をＣＡＤ画像６０５に変換する際、該ＣＡＤ画像を用いた任意の解析（閲覧、画像処理）において都合の良い明度情報を各種属性情報を基に上記ＣＡＤ画像６０７の各ピクセルに与える方法について述べる。上記各種属性情報には、マスクパターンの抜き残し情報（レジストマスクにおいて、レジストを感光する場所であるか否か）、対応する位置における試料表面（半導体パターン）の材質、あるいは下層に存在するレイヤー、あるいは製造工程（処理工程）、あるいはレイヤー、あるいはパターン形状あるいはパターンの粗密度あるいは設計マージンの一部または全てが含まれる。前述のように各種属性情報を明度値に反映させることによって、効果的なＣＡＤ画像の効果的な解析が可能となる。すなわち、上記各種属性情報を明示的に表現することによって、上記各種属性情報とウエハ上での上記各種属性情報の分布とを同時に考慮した解析が可能になる。特に画像処理時によるＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ、ＥＰの自動探索において効果的である。さらに加味する各種属性情報によっては実際のＳＥＭ画像に類似した明度パターンをもつＣＡＤ画像を生成することも可能であり、上記ＳＥＭ画像を用いた場合と同様な解析が可能となる。

２．２．１：属性実施例１（マスク抜き残しの違い）
上記属性情報を基にしたＣＡＤ画像の生成例としてマスクパターンの抜き残し情報を属性情報として利用する場合を説明する。図１５（ａ）にマスクパターンのＣＡＤ画像１１０１を示す。レジスト材料のネガ・ポジにより反転するが、例えばパターン１１０２の内部は感光されてパターンが形成される領域であり、領域１１０３は感光されずに下地となる領域とする。このようにパターン１１０２等を輪郭線で描画した画像を以後、輪郭画像と呼ぶ。一方、このようなマスクパターンの抜き残しの違いによって図１６（ａ）に示すように各抜き残し領域に対して異なる明度値で前記領域を塗り潰すことが考えられる。同図ではパターン１１１０等を黒で塗り潰した白黒の二値画像である。ただし、明度値は白黒以外の任意の明度値の組み合わせが可能である。以後、抜き残しに代表される属性情報により領域を塗り分けた画像を塗り潰し画像と呼ぶ。

抜き残しの違いを明度値に反映させる効果について一実施例を述べる。ＣＡＤ画像１１０１を用いて例えばどの位置（ＲＯＩ）をＡＰとして登録すべきか画像処理を用いて決定する際、前述のように選択されたパターンが特徴的であるか等の指標によりＡＰとして相応しいか判定する処理が考えられる。同図では、例えばＲＯＩ１１０４がＡＰとして選ばれた。同様の処理をＣＡＤ画像と元のＣＡＤデータは同一であるが画像量子化幅が異なる図１５（ｂ）（ｃ）に示すＣＡＤ画像１１０５、１１０７において行った場合、例えばそれぞれＲＯＩ１１０６、１１０８がＡＰとして選ばれるといったように結果が大きく異なる可能性がある。一方、抜き残し情報を元にパターンを塗り潰した画像１１０９において、同様に画像量子化幅が異なる図１６（ｂ）（ｃ）に示すＣＡＤ画像１１１３、１１１５に対しＡＰ探索を行った場合、同様の結果が得られ、ＡＰ探索の安定性が向上する傾向にあることが期待される。これはＲＯＩに占めるパターンを表す画素数の割合が輪郭画像１１０１、１１０５、１１０７より塗り潰し画像１１０９、１１１３、１１１５の方が多く、よりパターン形状の特徴を良好に捉えることができることが期待させるからである。また画像量子化幅の違いにより、量子化誤差によるパターン形状の変形が発生するが、ＲＯＩに占める前記変形の割合は塗り潰し画像の方が小さい。一方、輪郭画像は基本的にパターンを表す全ての画素が量子化誤差の影響を受ける。

２．２．２：属性実施例２（材質、製造工程の違い）
上記属性情報の他の実施例として対応する位置における試料の材質、あるいは製造工程の違いを取り上げ説明する。試料上の材質の違い、あるいは製造工程（あるいは処理工程）の違い（例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等により試料表面の凹凸の状態が異なる）等により、電子ビームの照射に対して試料表面から放出される二次電子量が異なり、ＳＥＭ画像における明度値が変化しうる。このようなＳＥＭ画像における明度値を変化させる要因を属性情報として管理し、ＣＡＤ画像の明度値に反映させることにより上記属性の違いにより特徴的に表れるＳＥＭ信号量の違いを加味したＣＡＤ画像の生成が可能となる。

図１７（ａ）のＣＡＤ画像１２０１は複数個のパターン（例えば１２０２）と二種類の下地１２０３、１２０４から成る。該下地１２０３、１２０４は試料表面の材質の違い、あるいはＣＭＰ等により試料表面の凹凸の状態が異なるといった製造工程の違いをもち、実際のＳＥＭ画像においては異なった明度値をもつ。そこでこれらの違いをＣＡＤ画像における明度値の違いとして図１７（ｂ）のように表わす。同図においてはパターン部（例えば１２０８）と下地１２０９、１２１０とがそれぞれ異なった明度値をもつ多値画像（本例は三値画像）としてＣＡＤ画像が生成されている。このような画像生成を行うことにより、任意の解析においてより実際のＳＥＭ画像と同等の結果を得ることが期待できる。例えばＣＡＤ画像を用いたＡＰ決定においては特徴的な明度パターンをもつテンプレートをＡＰとして選択したいが、従来の図１７（ａ）のＣＡＤ画像１２０１ではＲＯＩ１２０５の方がＲＯＩ１２０６よりもパターンが複雑でＡＰとしてふさわしいと判断される可能性がある。しかし、実際にはＲＯＩ１２０６においてはＳＥＭ画像において下地１２０３と１２０４の明度差があり、そのコントラストが特徴的であるためＡＰとしてふさわしい場合がある。このような情報をＣＡＤ画像１２０１のようなパターンの輪郭のみの線画では考慮できない。一方、図１７（ｂ）のＣＡＤ画像１２０７では、前述のコントラストの情報がＣＡＤ画像の明度情報に反映されているため、ＲＯＩ１２１２をＡＰとして選択することができる。

２．２．３：属性実施例３（下層レイヤーの違い）
上記属性情報の他の実施例として対応する位置における下層レイヤーの有無を取り上げ説明する。図５（ａ）に示したように半導体パターンは複数のレイヤー（例えば５０４から５０６）が積み重なって形成される。ＳＥＭ画像においては最上面のレイヤーのみならず、下層レイヤー上のパターンも観測される場合がある。図１８（ａ）は二枚のレイヤーを重ねて表示したものであり、上層のレイヤー上のパターンを実線（例えば上層パターン１２１４）、下層のレイヤー上のパターンを破線（例えば下層パターン１２１５）で表わしている。これから図１８（ｂ）で表わすようにレイヤーの上下関係からＳＥＭ画像において観測されるパターン境界を抽出し、さらに図１８（ｃ）で表わすようにレイヤー毎に該レイヤー上のパターンを塗り分けたＣＡＤ画像を生成する。

２．２．４：属性実施例４（パターン線幅、パターンの粗密度、設計マージンの違い）
上記属性情報の他の実施例としてパターン形状あるいはパターンの粗密度の違いを取り上げ説明する。図１９Ａ（ａ）に示したように試料上には複数の異なる線幅をもったパターンが混在している場合がある（例えば線幅１３０７〜１３１０）。該パターンをその線幅に応じて塗り分けたＣＡＤ画像を生成する。すなわち、例えば領域１３０２には線幅１３０７あるいは線幅１３０８（線幅１３０７に類似した線幅）あるいはそれに類似した線幅をもつパターンが存在しており、ＣＡＤ画像１３０１においてこれらのパターンを任意の同一明度値で塗り潰す。同様に例えば領域１３０５には線幅１３０９あるいはそれに類似した線幅をもつパターンが存在しており、ＣＡＤ画像１３０１においてこれらのパターンを任意の同一明度値（領域１３０２において塗り潰した明度値とは異なる）で塗り潰す。

同じ線幅のパターンが存在する領域であっても、図１９Ａ（ｂ）に示すようにロジック部１３０３とメモリ部１３０４（一般に繰り返しパターン）とで塗り潰す明度値を変化させることが可能である。

なお、塗り潰し方のバリエーションとして、パターンの内部でなく、パターンの下地を塗り潰す方法、あるいは図１９Ｂ（ａ）に示すように、領域１３０３〜１３０６といった領域全体を塗り分ける方法がある。さらに図１９Ｂ（ｂ）に示すように、図１９Ａ（ａ）（ｂ）のような塗り潰し方法と図１９Ｂ（ｂ）のような塗り潰し方法とを組み合わせ、着目すべき任意のパターンの形状が含まれる領域（例えば１３０５、１３０６）のみパターン内部を塗りつぶし、その他の領域（例えば１３０３、１３０４）は領域単位で塗り潰すことが可能である。また、上記領域１３０５のように下地を任意の明度値で塗り潰し、領域範囲を明確に表示することができる。

ここでは属性情報として線幅を中心に説明したが、属性情報として最小パターン間距離、あるいは最小パターン間距離等に基づくパターンの粗密度、あるいはパターン形状、あるいは設計マージン（例えば上層あるいは下層のレイヤーにおけるコンタクトホールとの接続関係が維持できるパターンの位置ずれ量あるいは変形量等）を含み、上記属性情報を基にしたパターンあるいは下地の塗り潰し、あるいは上記属性に基つく領域セグメンテーションによる領域塗り潰しが可能である。また、塗り潰す明度は任意であるが、実際のＳＥＭ画像に近い明度値を選択することも可能である。

２．３：パターン形状変形
次に、パターン形状変形処理部１２５１３で実行するパターン形状の変形処理Ｓ６３に関する実施例について図２０〜図２４を用いて説明する。なお、パターン形状の変形処理したＣＡＤ画像６０８（６０５）は、ＣＡＤ画像メモリ１２５３または一時的に記憶装置１２７に記憶される。とこで、設計データあるいはレジストマスクデータ等のＣＡＤデータ６０１は、実際にウエハ上に生成されるパターン形状とは異なる可能性があるため、上記ＣＡＤデータ６０１から生成したＣＡＤ画像６０８（６０５）におけるパターンとウエハ上に生成されるパターンを撮像したＳＥＭ画像におけるパターンとの違いが、両者のマッチング処理あるいはＣＡＤ画像を用いてＳＥＭ画像と同様の処理を行おうとする場合において不都合を生じさせる場合がある。そこで、上記ＣＡＤ画像６０８におけるパターンを上記記ＳＥＭ画像におけるパターンに近づける方法について述べる。

２．３．１：輪郭形状変形
２．３．１．１：フォトリソグラフィシミュレータを利用したパターン変形方法
上記のとおり、ＣＡＤデータ６０１から生成したＣＡＤ画像６０５におけるパターンを、ウエハ上に生成されるパターンを撮像したＳＥＭ画像におけるパターンに近づける方法として、ＣＡＤデータ６０１をもとに半導体プロセスでのパターン形成をシミュレーションする方法がある。本方法を図２０の処理フローを用いて説明する。まず、パターン形状変形処理部１２５１３は、ＣＡＤデータファイル５０７に格納されたマスクのＣＡＤデータ１４０１を基に、結像シミュレーションを用いて光の回折現象などを考慮し、ウエハ上のレジスト膜上に転写される光強度分布を算出する（Ｓ６３１）。結像シミュレーションの入力パラメータとしては、ＣＡＤデータ１４０１、および結像時の露光条件１４０７（光の波長λ、開口数ＮＡ、フォトマスク種、露光時間等）がある。次に、パターン形状変形処理部１２５１３は、算出した光強度分布を基に、現像シミュレーションにより、ウエハ上のレジスト膜が溶解するプロセスを演算し、ウエハ上に形成されるレジストパターン１４０４の形状を算出し、例えば記憶装置１２７に記憶する（Ｓ６３２）。現像シミュレーションの入力パラメータとしては、前記算出の光強度分布、および現像時のプロセス条件１４０８であるレジスト情報（材料の組成比、膜圧、透過率、吸収エネルギー等）、および現像液情報（現像速度係数、現像時間等）、および下地膜情報（各膜厚、屈折率、吸収係数等）がある。次に、パターン形状変形処理部１２５１３は、上記算出のレジストパターンのＣＡＤ画像（パターンを撮像したＳＥＭ画像におけるパターン形状に近い画像）を、電子線シミュレーションにより算出してＣＡＤ画像メモリ１２５３に記憶する（Ｓ６３３）。電子線シミュレーションとしては、例えばレジストパターンに照射された電子の物質中の電子散乱過程をモンテカルロ法により演算し、物質表面から放出されＳＥＭにより検出される二次電子の強度を算出する演算をレジストパターン上の各点で行うことで、レジストパターンを撮像したときに得られるＳＥＭ画像を算出する方法がある。電子線シミュレーションの入力パラメータ１４０９としては、前記算出のレジストパターン形状、およびＳＥＭの計測条件（加速電圧、プローブ電流等）、および材料情報（組成比、膜圧等）がある。このような処理により、マスクのＣＡＤデータ１４０１を基に半導体プロセスでのパターン形成のシミュレーションを行い、ウエハ上に生成されるパターンを撮像したＳＥＭ画像におけるパターン形状に近い形状を算出することができる。

ただし、前述の図２０に示す処理フローでは、処理パラメータ設定の困難さ、処理コストが高い等の問題がある。そのため、これらの問題を解決する代替手法を次に説明する。

２．３．１．２：光強度分布からのパターン形状の簡易推定法
前述の図２０に示す現像シミュレーションを図２１に示す手法に代替することによってパラメータ設定が不要になる。すなわち、マスクパターン１５０１からＳ６３１で得られた光強度分布１５０２を任意の光強度ｔｈでスライスし、そのスライス面上の光強度分布の輪郭形状１５０３を算出する。前記スライス面を切り出す光強度ｔｈ（以降、スライスレベルと呼ぶ）の決定方法としては、前記スライスレベルｔｈを変動させ、スライス面上の光強度分布の輪郭形状が実際のウエハ上のパターンを撮影したＳＥＭ画像におけるパターンの輪郭形状に最も近くなるように決定する。

処理・制御部１１５において、撮像レシピ作成部１２５のＣＰＵ（ＣＡＤ画像作成部）１２５１で作成されたＣＡＤ画像と実際にパターンを撮像して得られるＳＥＭ画像のマッチングでは、前述のようにスライスレベルｔｈとマッチング位置とを変えながら、上記スライスレベルｔｈにより作成されたＣＡＤ画像と上記実際に撮像したＳＥＭ画像とが最も一致するマッチング位置を正解とする。

また、処理・制御部１１５は、撮像レシピ作成部１２５で作成されたＣＡＤ画像を用いたＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ、ＥＰの探索等において、上記ＳＥＭ画像を撮像しない場合、上記スライスレベルｔｈは予め学習した値を用いるか（例えば同じ条件で露光・現像されたパターンを撮像したＳＥＭ画像を用いて学習）、あるいはユーザが任意に与えることができる。

２．３．１．３：平滑化処理によるパターン変形方法
ＣＡＤデータ６０１から生成したＣＡＤ画像６０８におけるパターンを、ウエハ上に生成されるパターンを撮像したＳＥＭ画像におけるパターンに簡易的に近づける方法として、上記ＣＡＤ画像６０８におけるパターンに対し、画像処理によってパターンの高周波成分を低減する方法がある。一実施例として、ガウスフィルタ処理を用いる方法を図２２に示す。本方法はマスクのＣＡＤデータ１６０１を基に、まずマスクの抜き残し情報を付加したフォトマスクパタン１６０２を生成し、次にフォトマスクパタン１６０２に対し平滑化処理（例えばガウスフィルタを施す）を行い、多値画像１６０３を生成する。生成された多値画像１６０３に対し任意の明度値で２値化処理を行い、その輪郭形状１６０４を算出する。２値化するときの上記明度値の決定方法は上記スライスレベルｔｈの決定方法と同様である。本手法はシミュレータを用いた手法とは違い、プロセス条件などのパラメータ設定が不要であり、かつ計算コストが低いというメリットがある。

２．３．１．４：コーナ部の形状変形を利用したパターン変形方法
ＣＡＤデータ６０１から生成したＣＡＤ画像６０８におけるパターンを、ウエハ上に生成されるパターンを撮像したＳＥＭ画像におけるパターンに簡易的に近づける方法として上記ＣＡＤ画像におけるパターンに対し、画像処理によってＣＡＤ画像におけるパターンのコーナ部の形状を変形させる方法がある。本手法は図２３に図示するように、ＣＡＤデータ１７０１においてパターンのコーナ部の形状を選択的に実際のＳＥＭ画像におけるパターンに近い形状に変形させる方法である。例えばパターンの輪郭形状のコーナ部分を線幅の数十％分カットした形状１７０２を生成する、あるいは前記コーナ部分を扇型に置き換えた形状１７０３を生成することにより、近似的にウエハ上に生成されるパターンを撮像したＳＥＭ画像におけるパターン形状を近似的に得ることができる。

ここで述べた平滑化処理あるいはコーナ部をカットするといったパターン形状の変形方法は一実施例であるが、このような簡易な処理により、処理パラメータ設定が少なくかつ少ない処理コストで、実際のＳＥＭ画像に近いＣＡＤ画像６０８を近似的に得ることができ、例えば処理・制御部１１５でのＣＡＤ画像とＳＥＭ画像のマッチング等の処理において良好な結果を得ることができる。

２．３．２：エッジ効果
ＳＥＭ画像特有の現象として、例えば階段形状部においてその境界線の明度値が非常に高く検出されることがあり、これはエッジ効果と呼ばれる。エッジ効果は電子ビームの照射により励起されて試料表層から外に飛び出す二次電子の量が、平面部と階段形状部とで異なるために起きる。前述のエッジ効果により生じるＳＥＭ画像特有の明度パターンは従来のＣＡＤ画像においては表現されていないが、前述のパターン形状の変形と同様、よりＳＥＭ画像に近いＣＡＤ画像を得ることが可能となる。

図２４（ａ）にパターン１８０２を線画で表わしたＣＡＤ画像１８０１を示す。前記パターンのＡ−Ｂ間の明度プロファイルを１８０３に示す。パターンの輪郭線は通常画素単位で描画されるため、ここでは黒で描画された輪郭線の幅１８０４は１(pixel)である。これに対し図２４（ｂ）に、エッジ効果を考慮して境界を描画したＣＡＤ画像１８０５を示す。同図においてはパターン内部１８０７と下地の塗り潰しも同時に行っている。本発明においては、実際のエッジ効果を考慮し、パターンの境界部１８０６の線幅をＣ−Ｄ間の明度プロファイル１８０８に示すように線幅１８０９を数ピクセルに膨張させることを特徴とする。さらに、ＣＡＤ画像全体あるいはパターン境界部付近に対し選択的に平滑化フィルタを施すことにより、Ｃ−Ｄ間の明度プロファイル１８１０に示すように、より実際のＳＥＭ画像に近いプロファイルを得ることができる。

２．４：ＣＡＤ画像生成のバリエーション（２．１〜２．３の任意の組み合わせ）
ここまで、ＣＡＤデータ６０１からのＣＡＤ画像６０５の生成方法について述べてきたが、ＣＡＤ画像６０５を生成する際には前述の画像量子化幅の決定における各処理Ｓ６１、あるいは属性に基づく明度情報付与における各処理Ｓ６２、あるいはパターンの変形における各処理Ｓ６３の一部または全ての処理の組み合わせを行うことが可能である。

さらに露光条件（結像時の露光条件及び現像時のプロセス条件も含む）、撮像条件（撮像倍率や画質も含む）等に依存して得られるＳＥＭ画像における明度、あるいはパターン形状は異なり、対応するＣＡＤ画像６０５における明度、あるいはパターン形状はそれに類似していることが望ましい。このような明度あるいは形状バリエーションに対応するため、例えば撮像レシピ作成部１２５において、予めそのようなＣＡＤ画像生成におけるパラメータ（画像量子化幅、明度、形状変形）の変化を予測できる場合は、適切なパラメータを適宜与えるのが望ましいが、予測が困難な場合は、任意の異なるパラメータの組み合わせにより作成された複数枚のＣＡＤ画像を作成しておく。そして、例えば、処理・制御部１１５における、ＳＥＭ画像とのマッチング処理等においては、上記撮像レシピ作成部１２５で作成された上記複数枚のＣＡＤ画像を用いて順次マッチングを行い、最も相関の高いＣＡＤ画像を採用することにより、ＳＥＭ画像の変化に柔軟に対応することが可能となる。

３：ＣＡＤ画像を用いたアプリケーション
（ＣＡＤ画像の活用例）
例えば撮像レシピ作成部１２５によって作成されたＣＡＤ画像を用いたＳＥＭ装置などにおける各種解析（閲覧、画像処理）について述べる。

本発明に係るＣＡＤ画像の生成方法によれば、ディスプレイ等のＧＵＩでの表示、あるいは閲覧、あるいは任意の画像処理において、着目したい任意の属性をもつパターンが潰れないような適切な画像サイズを決定することができる。また、上記任意の属性をＣＡＤ画像において可視化あるいは任意の画像処理において上記任意の属性を反映した処理を実施することができる。また、例えば露光時におけるパターンの設計データからの変形、あるいはエッジ効果等のＳＥＭ信号の変化を付加することにより閲覧、あるいは任意の画像処理において、実際のパターンを撮像したＳＥＭと同等の解析を行うことができる。上記任意の画像処理には、ＣＡＤ画像からＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ、ＥＰの座標あるいは画像サイズ（視野）、撮像条件を決定する、あるいはＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ、ＥＰテンプレートとして、ＣＡＤ画像を登録する、あるいはＣＡＤ画像とＳＥＭ画像とをマッチングし両者の座標位置ずれ量やパターン形状の違いを計測する等の処理が含まれる。これらの処理の一部または全てを自動化することにより、ウエハ上のＥＰの設定から、ＳＥＭによる撮像、測長・ＯＰＣ形状評価、プロセスへのフィードバックまでの処理フローにおける自動化率の向上が実現される。

また、パターン毎あるいは視野内の複数パターンにおける最小線幅あるいは最小パターン間距離あるいは基準パターン幅はＣＡＤ画像の生成時のみならず、前記ＣＡＤ画像を用いた任意の画像処理における処理パラメータの決定においても有効である。すなわち、任意のＣＡＤ画像から例えばＡＰ、ＦＰ、ＳＰ、ＢＰ、ＥＰを決定する場合、着目したい線幅以下のパターンをぼかすため、平滑化フィルタのサイズを、上記線幅を基準に決定することが可能である。また、前記のような処理においては、入力とするＣＡＤ画像を任意の解析において着目したい基準パターン幅を保存する画像量子化幅で生成してもよいし、あるいは汎用的な画像量子化幅（例えば全てのパターンが保存されるような画像量子化幅）でＣＡＤ画像を一旦生成し、その後の解析内容に応じて任意の画像量子化幅で再度量子化を行う、あるいは適切な処理パラメータ（例えば平滑化パラメータ等）を用いて処理する等のシーケンスが考えられる。

４：ＧＵＩ表示ならびにファイル出力
４．１：ＧＵＩ表示
本発明によって作成されたＣＡＤ画像のディスプレイ１１６，１２６へのＧＵＩ（Graphic User Interface）への表示方法について述べる。本発明において生成されたＣＡＤ画像はＧＵＩ上に表示することができ、その際には必要に応じて条件の異なる複数の画像を並べてあるいは重ねて同時に表示することが可能である。上記条件には倍率の違い、あるいは画像の違い（ＳＥＭ画像、ＣＡＤ画像）、ＣＡＤ画像の生成方式の違い（強調する属性の違い）の一部又は全てを含む。図２５に前記表示方法の一実施例としてＣＡＤ画像１９０１（ＳＥＭ形状に輪郭形状を近づけたＣＡＤパターン１９０３をもつ）とそのままの設計データ１９０４（点線で表示）とを重ねて表示し、その横にＳＥＭ画像１９０９を並べて表示した例を示す。前記ＳＥＭ画像１９０９は撮像したＳＥＭ画像をそのまま表示することも、輪郭抽出等の処理により画像内のパターン１９１０を線画で表示することも可能である。また、上記表示に、並べてあるいは重ねて、スケール１９０５、最小線幅１９０６（あるいは１９０７）、実寸法／ピクセル比１９０８を、ものさしあるいは数値で表示することができる。上記スケール１９０５は実寸法における任意の単位寸法がＣＡＤ画像においてどの程度の長さに相当するかを示すものであり、例えば実寸１００ｎｍの画像上での長さをものさしで表示したものである。上記最小線幅１９０６は画像中のパターンあるいはパターン群の最小線幅をものさしあるいは数値で表示したものであり、相当する最小線幅である箇所を１９０７のように図示することも可能である。最小線幅１９０６や１９０７の表示はパターン毎あるいは表示範囲内の代表値を表示することができ、上記代表値の例としては図１８（ａ）に示すような代表的な線幅１３０７〜１３１０の同時表示が可能である。また、上記ＧＵＩの表示方法として最小線幅を例に説明したが、最小パターン間距離あるいは基準パターン幅あるいは任意の属性の値を、ものさしあるいは明度値あるいは数値でＧＵＩ上の対応するパターン上あるいは任意の場所に表示することが可能である。

４．２：ファイル出力
本発明における最小線幅あるいは最小パターン間距離あるいは各種属性情報を数値で表現した値をＣＡＤデータファイルあるいはその他のファイルに書き込み管理することが可能である。一実施例として図５（ｂ）を用いてＣＡＤデータファイル５０７に一括管理する方法について述べる。図５（ｂ）は図５（ａ）のＣＡＤデータが記述されたファイルフォーマットの一実施例である。図５（ａ）に示す最上部のレイヤー５０４には三つのパターン５０１〜５０３が図示されており、前記パターン５０１は四つの頂点Ｐ１〜Ｐ４からなる。ＣＡＤデータファイル５０７には前記パターン毎に上記四つの頂点Ｐ１〜Ｐ４のｘ、ｙ座標値に代表されるパターン形状の輪郭を表わす線分情報５１１、および５０４〜５０６等のレイヤー情報５０９が記載されているのが一般的である（パターン毎に前述の記載内容が５１２、５１３のように列挙される）。前記ｘ、ｙ座標値は任意の基準座標系５００により表わされ、ナノメートル等の単位をもつ。本発明においてはこれらに加え、パターン毎の最小線幅あるいは最小パターン間距離あるいは各種属性情報を数値で表現した値の一部又は全てを５１０のように記載することが可能である。また、各パターンにおけるパターン毎の最小線幅あるいは最小パターン間距離あるいは着目パターン幅あるいは各種属性情報の任意の領域内（切り出し領域ＲＯＩを含む）における代表値、あるいは分布情報の一部または全てを例えばファイルヘッダー部５０８に記載することが可能である。上記各種属性情報にはマスクパターンの抜き残し情報（レジストマスクにおいて、レジストを感光する場所であるか否か）、対応する位置における試料の材質、あるいは製造工程、あるいは、あるいはパターン形状あるいはパターンの粗密度あるいは設計マージンの一部または全て含む。

また、本発明で述べたＣＡＤ画像生成方法あるいは解析方法あるいは表示方法あるいはファイル管理方法はＳＥＭ装置のみならず、光学顕微鏡装置あるいは走査型プローブ顕微鏡（以降、ＳＰＭ（Scanning Probe Microscope）と呼ぶ）装置等においても活用できる。すなわち、上記光学顕微鏡装置あるいはＳＰＭ装置においても、ＡＰ、ＥＰの設定は必要となる場合があり、例えばＳＰＭにおいては、前述までのＳＥＭ画像は、ＳＰＭにより取得される奥行き情報あるいは前記奥行き情報を画像に変換したものとなる（奥行きの値を画像の明度値として変換）。

以上説明したように、本発明に係るＳＥＭ装置、光学顕微鏡装置又はＳＭＰ装置等への撮像レシピ作成装置又はその方法の実施の形態によれば、次の（１）〜（６）の効果を奏することができる。
（１）パターンの最小線幅あるいは最小パターン間距離によって決定される着目すべきパターン幅を基準に画像量子化幅を決定することにより、着目するパターン形状の複雑さに対して適切な画像量子化幅を決定することが可能となり、各種画像処理において高速にかつ正確な処理結果を得ることができる。
（２）マスクパターンの抜き残し情報、あるいは試料の材質情報、あるいは加工状態の情報等の属性の違いを異なる明度値で表現しＣＡＤ画像に付与することにより、実際の例えばＳＥＭ画像において見られる属性の違いよる例えばＳＥＭ信号量の違いをＣＡＤ画像において表現することが可能となり、ＡＰテンプレート探索等において前記属性の違いにより特徴的に表れる例えばＳＥＭ信号量の違いを加味したＡＰテンプレート探索が可能となる。また、従来の線画像に対してテンプレート探索の安定性が向上する、あるいはＣＡＤ画像と例えばＳＥＭ画像とのマッチングにおいて精度良く対応がとれるという利点を有する。
（３）ＣＡＤデータに記述されたパターン形状を変形させる画像処理を施すことにより、露光プロセスあるいは撮像条件等の違いにより生じる例えばＳＥＭ画像上でのパターンの変形をＣＡＤ画像においても表現可能となり、両画像のマッチング精度の向上が期待できる。
（４）画像量子化幅、属性に基づく明度付与方法、形状変形の方法と度合いの一部又は全てが異なる複数枚のＣＡＤ画像を作成しておくことにより、例えばＳＥＭ画像の変化に柔軟に対応することが可能となる。
（５）前述の画像量子化幅、明度付与、形状変形により作成されたＣＡＤ画像を利用することにより、ＡＰあるいはＦＰあるいはＳＰあるいはＢＰあるいはＥＰの一部又は全てを含む撮像ポイントの座標と撮像条件を決定するだけの理由で例えばＳＥＭ画像を取得する必要がなくなる。すなわち、ＣＡＤ画像から前記撮像ポイントの座標と撮像条件を決定することが可能となり、前記ＣＡＤ画像をテンプレートとして登録することが可能となる。前記撮像ポイントを例えばＳＥＭ装置で実際に観察する際には、座標の既知のＣＡＤ画像（テンプレート）と例えばＳＥＭ画像とのマッチングを行い、撮像位置を推定する必要があるが、本実施の形態によれば前述の様に両画像のマッチングは精度良く行うことが可能である。
（６）撮像ポイント等の決定はＣＡＤ画像から自動で行うことが可能であり、従来マニュアルで行われていた撮像レシピ作成を容易かつ高速に行うことが可能となる。

本発明によれば、ＣＤ−ＳＥＭ等のＳＥＭ装置に適用可能である。

本発明に係るＳＥＭ装置の一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係るＳＥＭ装置における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示す図である。 本発明に係るＳＥＭ装置における撮像シーケンスの一実施の形態を示す図である。 本発明に係る低倍像において各撮像位置を示すＣＡＤデータを示す図である。 本発明に係る設計パターンのレイアウトデータと該データのファイルフォーマットの一実施例を示す図である。 本発明に係るＣＡＤ画像作成部での全体の処理フローの一実施例を示す図である。 本発明に係る画像量子化幅決定処理部での処理フローの実施例を示す図である。 本発明に係る着目する基準パターン幅である最小線幅を示す図である。 本発明に係る着目する基準パターン幅である最小パターン間距離を示す図である。 本発明に係る一つのパターンが切り出し領域の境界によって分割されて本来の最小線幅が求められない場合を示す図である。 本発明に係る露光マスクの間が露光によって連結される場合を示す図である。 本発明に係る最小線幅を投票数によって決める実施例の説明図である。 本発明に係る画像量子化幅決定処理部において、決定した画像量子化幅を基に生成されたＣＡＤ画像の実施例を示す図である。 本発明に係る最小線幅、最小パターン間距離の算出方法の一実施例を示す図である。 本発明に係る属性情報（マスクの抜き残し）のＣＡＤ画像を示す図である。 本発明に係る明度情報付与処理部において、属性情報（マスクの抜き残し）を基にパターンを塗り分けたＣＡＤ画像を示す図である。 本発明に係る属性情報（材質、レイヤー）のＣＡＤ画像を示す図である。 本発明に係る明度情報付与処理部において、属性情報（材質、レイヤー）を基にパターンを塗り分けたＣＡＤ画像を示す図である。 本発明に係る明度情報付与処理部において、属性情報（パターン形状）のＣＡＤ画像を示す図である。 本発明に係る明度情報付与処理部において、属性情報（パターン形状）を基にパターンを塗り分けたＣＡＤ画像を示す図である。 本発明に係るパターン形状変形部において、ＣＡＤデータ（マスクデータ）から実際に生成されるパターン形状をシミュレーションする処理フローの一実施例を示す図である。 本発明に係るＣＡＤデータと実際に生成されるパターン形状の推定結果を示す図である。 本発明に係るＣＡＤデータから実際に生成されるパターン形状を簡易的に作成する方法の一実施例を示す図である。 本発明に係るＣＡＤデータから実際に生成されるパターン形状を簡易的に作成する方法の一実施例を示す図である。 本発明に係るＣＡＤ画像にＳＥＭのエッジ効果による明度変化を擬似的に付加した図である。 本発明に係るＣＡＤ画像を表示するＧＵＩの一実施例を示す図である。

符号の説明

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…二次電子検出器、１１０、１１１…反射電子検出器、１１２〜１１４…Ａ／Ｄ変換器、１１５…処理・制御部、１１５１…ＣＰＵ、１１５２…画像メモリ、１１６…ディスプレイ（ＧＵＩ画面）、１１７…ステージ、１１８…ステージチルト角、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…撮像レシピ作成部（撮像レシピ作成装置）、５０７…ＣＡＤデータファイル、１２５１…ＣＰＵ（ＣＡＤ画像作成部）、１２５１１…画像量子化幅決定処理部、１２５１２…明度情報付与処理部、１２５１３…パターン形状変形処理部、１２５３…ＣＡＤ画像メモリ、１２６…ディスプレイ（ＧＵＩ画面）、１２７…記憶装置、１３０…ＣＡＤシステム、
４００…ＣＡＤデータ、４０１…測長点（ＥＰ）、４０２…アドレッシングポイント（ＡＰ）、４０３…フォーカスポイント（ＦＰ）、４０４…オートスティグマポイント（ＳＰ）、４０５…ブライトネス＆コントラストポイント（ＢＰ）、５００…ｘｙｚ座標系、５０１〜５０３…パターン、５０４〜５０６…レイヤー、５０７…ＣＡＤデータファイル、５０８…ヘッダー、５０９…レイヤーＩＤ、５１０…パターンＩＤ１の各種属性情報、５１１…パターンＩＤ１の輪郭形状の座標情報、５１２…パターンＩＤ１の各種情報、５１３…パターンＩＤ２の各種情報、６０６…任意の画像量子化幅で作成されたＣＡＤ画像、６０７…任意の属性情報を基に明度情報を付与したＣＡＤ画像、６０８…パターン形状の変形あるいはエッジ効果等によるＳＥＭ信号量の変化を明度値の変化として付与したＣＡＤ画像。

Claims (15)

1. 走査型電子顕微鏡を用いて半導体パターンをＳＥＭ観察するための撮像レシピを作成する撮像レシピ作成装置であって、
   前記半導体パターンのレイアウト情報が記述されたＣＡＤデータを入力して記憶したＣＡＤデータファイルと、
   該ＣＡＤデータファイルに記憶したＣＡＤデータを基に画像に変換してＣＡＤ画像を作成するＣＡＤ画像作成部とを有し、
   該ＣＡＤ画像作成部で作成されたＣＡＤ画像を用いて前記撮像レシピを作成するように構成したことを特徴とする走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
2. 前記ＣＡＤ画像作成部は、前記ＣＡＤデータから着目すべき基準パターン幅を基に決定した画像量子化幅を用いて画像に変換して前記ＣＡＤ画像を作成する画像量子化幅決定処理部を有することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
3. 前記画像量子化幅決定処理部において、前記着目すべき基準パターン幅には、着目すべき半導体パターンの最小線幅又は最小パターン間距離が含まれることを特徴とする請求項２記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
4. 前記画像量子化幅決定処理部において、前記半導体パターンの最小線幅又は最小パターン間距離は、前記ＣＡＤデータから算出するように構成することを特徴とする請求項３記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
5. 前記ＣＡＤ画像作成部は、前記ＣＡＤデータを、各種属性を明度値として付与した多値画像に変換して前記ＣＡＤ画像を作成する明度情報付与処理部を有することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
6. 前記明度情報付与処理部において、前記各種属性には、マスクパターンの抜き残し情報、材質若しくは製造工程、レイヤー、パターンの形状、パターンの粗密度及び設計マージンの内、何れか一つ又は複数又は全てが含まれることを特徴とする請求項５記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
7. 前記ＣＡＤ画像作成部は、前記ＣＡＤデータに記述されたパターン形状を変形処理させて前記ＣＡＤ画像を作成するパターン形状変形処理部を有することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
8. 前記パターン形状変形処理部において、前記変形処理には、パターン形状のコーナ部を丸める又は／及びパターンの幅を変化させる画像処理が含まれることを特徴とする請求項７記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
9. 前記ＣＡＤ画像作成部は、前記ＣＡＤデータから着目すべき基準パターン幅を基に決定した画像量子化幅を用いて画像に変換してＣＡＤ画像を作成する画像量子化幅決定処理部と、前記ＣＡＤデータを、各種属性を明度値として付与した多値画像に変換してＣＡＤ画像を作成する明度情報付与処理部と、前記ＣＡＤデータに記述されたパターン形状を変形処理させてＣＡＤ画像を作成するパターン形状変形処理部とを有することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
10. 前記撮像レシピには、撮像ポイントの座標と、該座標における画像テンプレート又はＳＥＭ観察の撮像条件とが含まれることを特徴とする請求項１、２、５、７又は９記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
11. 前記撮像ポイントとしては、アドレッシングポイント、フォーカスポイント、スティグマポイント、ブライトネス＆コントラストポイント及び測長ポイントの内、何れか一つ又は複数又は全てが含まれることを特徴とする請求項１０記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置。
12. 走査型電子顕微鏡を用いて半導体パターンをＳＥＭ観察するための撮像レシピを作成する撮像レシピ作成方法であって、
    前記半導体パターンのレイアウト情報が記述されたＣＡＤデータをＣＡＤデータファイルに入力する入力ステップと、
    該入力ステップでＣＡＤデータファイルに入力したＣＡＤデータを基に画像に変換してＣＡＤ画像を作成するＣＡＤ画像作成ステップとを有し、
    該ＣＡＤ画像作成ステップで作成されたＣＡＤ画像を用いて前記撮像レシピを作成することを特徴とする走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成方法。
13. 前記ＣＡＤ画像作成ステップは、前記ＣＡＤデータから着目すべき基準パターン幅を基に決定した画像量子化幅を用いて画像に変換してＣＡＤ画像を作成する画像量子化幅決定処理ステップと、前記ＣＡＤデータを、各種属性を明度値として付与した多値画像に変換してＣＡＤ画像を作成する明度情報付与処理ステップと、前記ＣＡＤデータに記述されたパターン形状を変形処理させてＣＡＤ画像を作成するパターン形状変形処理ステップとを有することを特徴とする請求項１２記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成方法。
14. 前記撮像レシピには、撮像ポイントの座標と、該座標における画像テンプレート又はＳＥＭ観察の撮像条件とが含まれることを特徴とする請求項１２又は１３記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成方法。
15. 走査型電子顕微鏡を用いて撮像レシピに従って半導体ウエハ上の半導体パターンをＳＥＭ観察し、該ＳＥＭ観察に基づいて半導体パターンの形状を評価する半導体パターンの形状評価装置において、
    請求項１、２、５、７又は９記載の走査型電子顕微鏡用撮像レシピ作成装置を備えたことを特徴とする半導体パターンの形状評価装置。
    

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