JP2013246062A - パターン検査装置およびパターン検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ウェーハ上の回路パターンの電子線像を、設計データから精度良く模擬し、これと実画像との比較による高精度な欠陥検出を実現するパターン検査装置を提供する。
【解決手段】
基板上に形成されたパターンの電子線像を撮像する撮像部と、設計データに基づき電子線像の特性を表すパラメタを用いて模擬電子線像を生成する模擬電子線像生成部と、前記撮像部にて撮像した該パターンの電子線像と前記模擬電子線像生成部にて生成した該模擬電子線像とを比較し、該基板上のパターンを検査する検査部と、を有するパターン検査装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターンの検査装置およびパターンの検査方法に関する。

半導体回路パターンの微細化に伴い露光装置の解像度は限界に達し、設計通りのパターンをウェーハ上に形成することが困難になりつつある。線幅の設計値からのずれ、あるいは、先端の形状変化といったシステマティック欠陥の発生頻度が上がっているが、これらは、全ダイで共通に発生するため、従来の隣接ダイとの比較であるダイ・ツー・ダイ（ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ、あるいはＤ２Ｄと記す）検査では検出が難しく、設計データとの比較であるダイ・ツー・データベース（ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅあるいはＤ２ＤＢと記す）検査のニーズが高まっている。

実画像と設計データという異種データ間の比較、に対し、特開２００６−１１２７０号公報（特許文献１）には「設計データから撮実画像を模擬した画像を生成し、参照画像とする方法」が開示されている。

特開２００６−１１２７０

特許文献１は、露光用のマスクを対象とした光学式検査を想定しているため、実画像の模擬方法が露光用マスクの光学像の模擬を想定している。光学像におけるエッジのぼけを模擬画像に反映する方法が詳しく述べられているがウェーハ上のレジストパターンを電子線式検査装置で検査する場合に問題となる、パターンと背景の明度の違い、エッジ方向による明度の違い等については、全く考慮されていないという問題がある。また、模擬画像生成するために必要な、実画像の特性を表す種々のパラメタを導出するためのアプリケーションが供されていないという問題があった。
本発明の目的は、ウェーハ上のレジストパターンの電子線像を、設計データから精度良く模擬し、これと実画像との比較による高精度な欠陥検出を実現するパターン検査装置およびパターン検査方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、
基板上に形成されたパターンの電子線像を撮像する撮像部と、設計データに基づき電子線像の特性を表すパラメタを用いて模擬電子線像を生成する模擬電子線像生成部と、前記撮像部にて撮像した該パターンの電子線像と前記模擬電子線像生成部にて生成した該模擬電子線像とを比較し、該基板上のパターンを検査する検査部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ウェーハ上のレジストパターンの電子線像を、設計データから精度良く模擬し、これと実画像との比較による高精度な欠陥検出を実現するパターン検査装置およびパターン検査方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る全体フロー示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るしシステム構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る濃淡比較のフローを説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る位置ずれ検出の方法を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＳＥＭ像の特性を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＳＥＭ像のモデリング方法を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る模擬ＳＥＭ像を生成するためのパラメタを算出する方法を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る模擬ＳＥＭ像を生成するためのパラメタを算出する方法を説明する図である 本発明の第１の実施の形態に係る模擬ＳＥＭ像を生成するためのパラメタを算出する方法を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る模擬ＳＥＭ像生成処理のフローを説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る模擬ＳＥＭ像生成における中間処理結果を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る模擬ＳＥＭ像生成におけるエッジ方向算出方法を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る、模擬ＳＥＭ像生成パラメタを設定するためのＧＵＩ画面の一例である。 本発明の第１の実施の形態に係る、模擬ＳＥＭ像生成パラメタを設定するためのＧＵＩ画面の別の例である。 本発明の第１の実施の形態に係る、模擬ＳＥＭ像生成パラメタを設定するためのＧＵＩ画面の別の例である。 本発明の第１の実施の形態に係る、模擬ＳＥＭ像生成パラメタを算出するためのＧＵＩ画面の例である。 本発明の第２の実施の形態に係る設計データのバリエーションを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る設計インテントを使用する場合の設計データ変換方法を示す図である。 発明の第２の実施の形態に係るマスクパターンデータを使用する場合の設計データ変換方法を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るマスクパターンデータを使用する場合の模擬ＳＥＭ像生成処理のフローを説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る、プロセス変動を許容する濃淡比較のフローを説明する図である。 本発明の第４の実施の形態に係る、プロセス変動を許容する濃淡比較のフローを説明する図である 本発明の第５の実施の形態に係る、レジストパターン以外のＳＥＭ像モデリングの方法を示す図である。 本発明の第６の実施の形態に係る、パターン密度を考慮したＳＥＭ像モデリングの方法を説明する図である。 本発明の第７の実施の形態に係る、模擬ＳＥＭ増生成のためのパラメタを後から計算する方法の全体フローを示す図である。 本発明の第８の実施の形態に係る明るさ補正を組み込んだ検査のフローを示す図である。 本発明の第８の実施の形態に係る明るさ補正の方法を説明する図である。 本発明の第９の実施の形態に係る明るさ補正係数の別の算出方法を示す図である。 本発明の第１０の実施の形態に係る定点検査のフローを示す図である。 本発明の第１０の実施の形態に係る定点検査において検査結果として出力する評価値を示す図である。 本発明の第１１の実施の形態に係る欠陥判定値の算出方法を示す図である。 本発明の第１２の実施の形態に係る位置ずれ検出に模擬ＳＥＭ像を用いる方法を示す図である。 本発明の第１３の実施の形態に係る電子線走査のバリエーションを示す図である。 本発明の第１４の実施の形態に係るマルチビーム式の光学系を示すずである。

以下、本発明に係る第１の実施の形態について、全体構成を説明した後、各処理の内容を順次述べる。
（１−１）全体フロー
始めに、図２を参照して本発明に係るパターン検査装置の全体構成を説明する。

本実施の形態では、検査対象のウェーハ画像を走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)によって取得する。電子光学系１００は、電子線を発生させる電子源１０１と電子線を収束させるコンデンサレンズ１０２、電子線をＸＹ方向に偏向する偏向器１０３と、対物レンズ１０４、ＸＹステージ１０５からなる。ウェーハ１０６から発生した二次電子１０７は検出器１０８で検出され、Ａ／Ｄ変換機１０９にてアナログ信号からデジタル信号に変換され、画像入力部１１０に入力され、記憶装置１１１に蓄積される。

電子線の１次元走査とステージの連続移動によって得られる連続画像、あるいは、電子線の２次元走査とステージのステップ移動によって得られる枚葉画像が検査対象の画像となる。

検査の一連の処理は、バス１１４を通して、システム管理部１１５が行う。検査に先立ち、予め、記憶装置１１２に設計データを蓄えておき、設計データ演算部１１３にて設計データのフォーマット変換や必要部分の切り出しなどを行い、画像処理部１１６にて設計データと上記検査画像の比較により欠陥判定を行う。検査結果は、結果出力部１１７に出力され、検査結果蓄積部１１８に蓄積される。

全体フローを図１に示す。図１（ａ）は検査前に実施する条件出しのフロー、図１（ｂ）は検査のフローである。上記のように本実施の形態では、設計データと検査画像の比較により欠陥判定を行うが、より詳しくは、設計データから検査画像を模した模擬ＳＥＭ像を生成して、これと検査画像（実ＳＥＭ像）との比較により欠陥を検出する。

模擬ＳＥＭ像を生成するために必要な種々のパラメタの設定は、検査に先立ち、条条件出しの中で行う。まず、設計データを読み込み（Ｓ５１０）、模擬ＳＥＭ像生成に必要な種々のパラメタ（パターン、背景、エッジの明るさ、エッジのぼけ量など）を算出するのに用いる実ＳＥＭ像の取得箇所を設計データ上で決定する（Ｓ５１１）。そして、その箇所の実ＳＥＭ像を取得し（Ｓ５１２）、所定の計算方法で上記のパラメタを算出して条件ファイルに書き込む（Ｓ５１３）。以下、この条件ファイルを区別のため「モデル条件ファイル」と記すことにする。ステップＳ５１１とＳ５１２の詳細については、あとで詳しく述べる。

検査時には、まず、モデル条件ファイルを読み込み（Ｓ５２０）、検査領域に相当する箇所の設計データを読み込む（Ｓ５２１）。そして、実ＳＥＭ像を取得し（Ｓ５２２）、設計データと実ＳＥＭ像間の位置ずれ検出を行って（Ｓ５２３）、その結果に基づき設計データの変形と切り出しを行う（Ｓ５２４）。次に、変形切り出し後の設計データに対して、モデル条件ファイルに記載されている模擬ＳＥＭ像生成パラメタを適用して、模擬ＳＥＭ像を生成する（Ｓ５２５）。そして得られた模擬ＳＥＭ像と実ＳＥＭ像を比較し（Ｓ５２６）、欠陥判定を行い、欠陥部の座標、欠陥サイズなどを出力する（Ｓ５２７）。Ｓ５２１からＳ５２７のステップを、検査領域が終了するまで繰り返す。
（１−２）欠陥判定方法
先の図１（ｂ）の説明と重なる部分もあるが、図３を参照して欠陥判定のフロー改めて説明する。これは、図１の画像処理部１１６で実施されるものである。

まず始めに、図１の記憶装置１１１に蓄えられたＳＥＭ像、および、記憶装置１１２に蓄えられた設計データを、バス１１４を介して、画像処理部１１６に読み込む（Ｓ２０２、Ｓ２０１）。この際、ＳＥＭ像の画像取得位置ずれを考慮して、ＳＥＭ像２０３よりも広い領域の設計データ２０４を読み込む。

次に、両者の位置ずれを検出する（Ｓ２０５）。位置ずれ検出の具体的な方法は（１−３）で述べる。ＳＥＭ像には電子線の走査歪み、あるいは、ステージの揺れに起因する画像歪みが存在するため、位置ずれ量は、画像内一定ではなく、画像上の各点が異なった位置ずれ量を有すため、出力は、位置ずれマップ２０６、すなわち、位置（ｘ、ｙ）ごとのずれ量（Δｘ、Δｙ）となる。位置ずれマップ２０６に基づき、設計データを変形させた後、ＳＥＭ像に対応する領域を切り出す（Ｓ２０７）。そして、切り出した設計データから、ＳＥＭ像を模擬した模擬ＳＥＭ像２０９を生成する（Ｓ２０８）。模擬ＳＥＭ像の生成方法については（１−４）、（１−５）、（１−６）、（１−７）、（１−８）で述べる。欠陥判定は、模擬ＳＥＭ像２０９とＳＥＭ像２０３とを比較により行う（Ｓ２１０）。実ＳＥＭ像をｆ（ｘ、ｙ）、模擬ＳＥＭ像をｇ（ｘ、ｙ）で表すと、基本的には、（１）式のように、両者の濃淡差が所定のしきい値ＴＨを上回る部位を欠陥と判定する。

（数１）
｜ｆ（ｘ、ｙ）−ｇ（ｘ、ｙ）｜＞ＴＨ （１）

本実施の形態によれば、無欠陥の模擬ＳＥＭ像との比較なので、従来のＤ２Ｄ検査では検出することが困難な、全ダイで共通して発生するような欠陥を検出することができる。また、Ｄ２Ｄ検査では、検査対象のｆ（ｘ、ｙ）上に欠陥があるのか、参照画像であるｇ（ｘ、ｙ）上に欠陥があるのかを区別するための後処理が必要であるが、本実施の形態では、それも不要である。また、濃淡差による欠陥判定であるため、幾何学的な形状変化だけでなく、レジストの膜残りといった、画像上の明るさの違いとして現れるタイプの欠陥の検出が可能という特徴もある。

なお、濃淡画像比較の検査性能を向上するための種々の技術、例えば局所領域ごとに位置合わせして欠陥検出を行う方法である局所摂動方式、あるいは、比較する画像間の画素以下の位置ずれに起因する微少な濃淡差を許容する方式、を適用することも可能である。

欠陥判定結果としては、欠陥部２１１の位置座標の他、欠陥サイズ、欠陥部の濃淡値等の特徴量を出力する（Ｓ２１２）。
（１−３）位置ずれ検出と歪み補正
次に、図１のステップＳ５２３ないし図３のステップＳ２０５で行われる、設計データ２０４と、ＳＥＭ像２０３の位置ずれを検出する方法、及び、図１のステップＳ５２４ないし図３のステップＳ２０７で行われる歪み補正・切り出しについて説明する。

上述のように、ＳＥＭ像には電子線の走査歪み、あるいは、ステージの揺れに起因する画像歪みが存在するため、設計データに対する位置ずれ量は、画像内で一定ではなく、画像上の各点で異なる。この位置ずれ量を検出するため、図４（ａ）に示すように、画像を細かいメッシュに区切って、各メッシュで位置ずれ量を算出するか、あるいは、図４（ｂ）のようにパターンの角のような位置ずれ量が一意に決まるようなポイント（図上、四角で囲んだ領域）にて位置ずれ量計算する。図４（ｂ）における位置ずれ検出ポイントは、検査に先立ち、設計データを用いて、自動選定しておくことが望ましい。

ＳＥＭ像と設計データとの間の位置ずれ量の検出は、ＳＥＭ像の小領域（図４（ａ）の場合は個々のメッシュ、図４（ｂ）の場合は、小四角で囲んだ領域）に対して、設計データの小領域を相対的に移動させ、両者の差の二乗和が最小となるような移動量を求める。差の二乗和の代わりに、両者間の相関係数が最大となるような移動量を求めても良い。図４（ａ）の場合は等間隔に、図４（ｂ）の場合は非等間隔に位置ずれ量が求まるが、いずれにせよ、位置ずれ量が定義されるのは、画像上の代表座標点においてである。代表座標点における位置ずれ量の補間をすることで、全座標の位置ずれ量を算出する。このようにして求まる、実ＳＥＭ像の各画素（ｘ、ｙ）に対応する設計データの位置ずれ量（Δｘ、Δｙ）を記述したものが、図３に示した、位置ずれマップ２０６である。図３のステップＳ２０７では、位置ずれマップに従って、ＳＥＭ像の各画素に対応する設計データを切り出す。以上のようにすることで、局所的にみても実ＳＥＭ像と位置のあった（すなわち同じように歪んだ）設計データが得ることができる。

本実施の形態によれば、画像を設計データに合うよう歪みを補正する代わりに、画像に合うように設計データを歪ませるので、画像を歪ませることによって生じる、不均一な画質劣化を招くことがないので、欠陥検出に有利という特徴がある。
（１−４）模擬ＳＥＭ像生成のモデリング
次に、図１のステップＳ５２５ないし、図３のステップＳ２０８で行われる、模擬ＳＥＭ像の生成について説明する。図５はＳＥＭ像の特徴を模式的に表したものである。図５（ｂ）はＡ-Ｂ部の断面形状である。これが示すように、第１の実施の形態では、ウェーハ上に形成されたレジストパターンのＳＥＭ像を検査対象とする。ＳＥＭ像は次のような特徴を有する。
（１）エッジ部（３０３、３０４、３０５）が平坦部（３０１、３０２）よりも明るい。これは、傾斜角効果、あるいは、エッジ効果によるもので、二次電子像の一般的な特徴である。
（２）パターン部（３０２）と背景部（３０１）の明るさは一般に異なる。それぞれの明るさは、材料や撮像条件によって変化する。
（３）エッジ部は、エッジの向きによって明るさが異なる。これは、試料の帯電の影響で、図５（ａ）のように、電子線の走査方向に平行なエッジが、走査方向に垂直なエッジよりも暗いことが多い（この例では、電子線の走査方向３０６は横方向であり、横方向エッジ３０５の方が縦方向エッジ３０３よりも暗い。斜めエッジ３０４は、中間的な明るさとなる）。

こうしたＳＥＭ像の特徴を反映した模擬ＳＥＭ像を設計データから生成するため、図６のようにＳＥＭ像をモデリングする。図３の２０４に示したような線画（ベクトルデータ）である設計データに対し、３１０に示すように、エッジ部、背景部、パターン部の信号強度、順に、ｅ、ｂ、ｐを与える。より詳しくは、上記（３）の特徴を再現するため、縦方向のエッジにはｅｖ、横方向のエッジにはｅｈの信号強度を与える。さらに、エッジ幅をｗとして与える。３１０に対して、照射ビームの強度分布に相当するぼけ関数３１１を畳み込むことによって、実画像と同様のエッジ部のぼけを再現する（３１２）。ビーム強度分布を表す関数としては、例えば、ガウス関数を用いる。以上述べたモデリングでは、信号強度ｅｖ、ｅｈ、ｂ、ｐ、エッジ幅ｗ、ビームサイズσという６個のパラメタによってＳＥＭ像が模擬される。これらのパラメタは、実際のＳＥＭ像に合致するよう、検査に先立ち予め決定しておくことが望ましい。パラメタの具体的な算出方法は（１−５）以降で述べる。

なお、模擬ＳＥＭ像の生成方法としては、レジストパターンの断面形状を入力情報として、モンテカルロシミュレーションを行う方法もあり得るが、膨大な計算時間を有すため、検査領域が広い場合には現実的ではない。以上述べた模擬ＳＥＭ像の生成方法は簡便で高速な処理が可能なため、ステージの連続移動によって得られる連続画像を対象とした検査においても、画像の入力に同期して模擬ＳＥＭ像を生成することが可能である。
（１−５）模擬ＳＥＭ像生成パラメタの算出方法
以上のように、本実施の形態では、模擬ＳＥＭ像を生成するために必要なパラメタは、信号強度ｅｖ、ｅｈ、ｂ、ｐ、エッジ幅ｗ、ビームサイズσの６個である。これらの決定方法を順に説明する。

エッジ幅ｗの決定方法を図７に示す。図７（ａ）に示すように、エッジ幅は、値そのもの４５０をユーザが入力するか、あるいは、膜厚と４５１とテーパ角４５２をユーザ入力としてもよい。実ＳＥＭ像において、エッジ幅が大きく異なる部位があれば、欠陥として検出されることになる。

パターンの信号強度ｐと背景の信号強度ｂは、実ＳＥＭ像から算出する。図８は設計データの一部を示したものである。パターンの信号強度ｐは、広パターン領域４０１に相当する実ＳＥＭ像の明るさの平均値とする。また、背景の信号強度ｂは、広背景領域４０２に相当する実ＳＥＭ像の明るさの平均値とする。

エッジ部の信号強度ｅｖ、ｅｈもビームサイズσと合わせて、実ＳＥＭ像から算出する。縦方向の信号強度ｅｖの算出には、縦エッジが一定の長さ続き、かつパターンサイズが比較的大きい領域４０３に相当する実ＳＥＭ像を、横方向のエッジ強度ｅｈの算出には、横エッジが一定の長さ続き、かつパターンサイズが比較的大きい領域４０４に相当する実ＳＥＭ像を用いる。

図９にエッジ部の信号強度（ｅｖまたはｅｈ）とビームサイズσの求め方を示す。ここでは、ｐとｂの値は既に求まっていることを前提とする。４１０のようにエッジ部信号強度が異なる（ｅ１〜ｅｍ）信号波形４１０と、σ値の異なる（σ１〜σｎ）ガウス関数４１１を求めておき、４１０に対して４１１を畳み込む。この結果をｍｏｄｅｌ（ｘ）（４１２）とする。ｍｏｄｅｌ（ｘ）は、全部で、ｍ×ｎ個存在する。一方、実ＳＥＭ像（図８の領域４０３に相当する実ＳＥＭ像４１３から、実信号波形ｒｅａｌ（ｘ）を求める。そして、（２）式より求められる、ｍｏｄｅｌ（ｘ）とｒｅａｌ（ｘ）の差の二乗和が最小になるよう、エッジ部の信号強度とビームサイズを求める（４１４）。

（数２）
Σ｛ｒｅａｌ（ｘ）−ｍｏｄｅｌ（ｘ）｝^２ （２）

ｅｖは実ＳＥＭ像として縦エッジを、ｅｈは実ＳＥＭ像として横エッジ部を用いるが、算出方法は同じである。また、ｎ×ｍ個の組み合わせを総当たりする代わりに、初期値を与えて、最急降下法、ガウス・ニュートン法、あるいは、レーベンバーグ・マルカート法といった手法で再帰的に求めても良い。

先に（１−４）で述べたように、実ＳＥＭ像上では、縦エッジと横エッジとで明るさが異なるので、以上のように、別々にパラメタ値を設けることが重要である。なお、実パターン上には、縦／横だけでなく、斜めエッジも存在するが、これの扱いについては（１−６）で述べる。
（１−６）模擬ＳＥＭ像生成の画像処理フロー
図１０〜図１２を参照して、前項で決定した模擬ＳＥＭ像生成パラメタ（信号強度ｅｖ、ｅｈ、ｂ、ｐ、エッジ幅ｗ、ビームサイズσ）を用いて、模擬ＳＥＭ像を生成する画像処理フローを説明する。図１０の各ステップを順に説明する。
［図１０のステップ］
Ｓ６０１：設計データを入力する。
Ｓ６０２：所定の画素サイズでサンプリングし、パターン部が１、背景部が０の二値画像を作成する（図１１（ａ））。
Ｓ６０３：２値画像のエッジを検出する（図１１（ｂ））。
Ｓ６０４：各エッジ点の方向を算出する。エッジ方向を算出する具体的な方法を図１２にて説明する。７０１は、ステップＳ６０３のエッジ検出後の画像で、これを拡大すると７０２のようになる。これに対して横エッジ検出オペレータ７０３を畳み込むと７０４のようになる。これをｈ（ｘ、ｙ）とおく。一方、縦エッジ検出オペレータ７０５を畳み込むと７０６のようになる。これをｖ（ｘ、ｙ）とおく。ｈ（ｘ、ｙ）は横方向のエッジ強度、ｖ（ｘ、ｙ）は縦方向のエッジ強度を表す。各画素のエッジ方向ｄｉｒ（ｘ、ｙ）は、（３）式にて求めることができる。

（数３）
ｄｉｒ（ｘ、ｙ）＝ｔａｎ^-1｛ｖ（ｘ、ｙ）／ｈ（ｘ、ｙ）｝ （３）

図１１（ｃ）はエッジ方向の算出結果を模式的に表したものである。縦エッジは実線で、横エッジは一点破線で、斜めエッジは点線で示した（実際は、縦／横／斜めの三種類とは限らず、各点は実数で表現されるエッジ方向を持つ）。
Ｓ６０５：図９にて決定した、エッジ部の信号強度（縦・横）を入力する。
Ｓ６０６：Ｓ６０４で算出したエッジ方向と、Ｓ６０５で入力したエッジ部の信号強度（縦方向：ｅｖ、横方向：ｅｈ）に基づき、エッジ点に諧調値を付与する（図１１（ｄ））。具体的には、エッジ点の階調値をｅｄｇｅ（ｅ、ｙ）とすると、ｅｄｇｅ（ｅ、ｙ）は縦径がｅｖ、横径がｅｈであるような楕円上、方向がｄｉｒ（ｘ、ｙ）のベクトル長とすれば良いので、（４）式と（５）式の連立方式を解いてｐ、ｑを求め、これを（６）式に代入することで求める。

Ｓ６０７：図７で決定したエッジ幅ｗを入力する。

Ｓ６０８：画像上でのエッジ幅を膨張させて、幅をｗにする。

Ｓ６０９：図８で決定したパターン部の信号強度ｐと背景部の信号強度ｂを入力する。

Ｓ６１０：画像上のパターン部と背景部に、それぞれｐ、ｂの階調値を与える（図１１（ｅ））。

Ｓ６１１：図９で求めたビームサイズ（ガウス関数のσ）を入力する。

Ｓ６１２：Ｓ６１０で得られた画像に対して、ガウス関数を畳み込む（図１１（ｆ））。

以上が、図１（ｂ）のステップ５２６あるいは、図３のステップＳ２０８での処理の内容である。本実施の形態によれば、予め算出しておいた模擬ＳＥＭ像生成のパラメタを用いて、設計データから、実ＳＥＭ像の比較対象となる模擬ＳＥＭ像を生成することができる。
（１−７）模擬ＳＥＭ像生成パラメタ算出用ＳＥＭ像の撮像ポイント設定
図１３〜図１５を参照して、図１（ａ）のステップＳ５１０、Ｓ５１１、すなわち、模擬ＳＥＭ像生成用パラメタ値を算出するための実ＳＥＭ像の撮像ポイントの設定方法を説明する。

図１３は、パターン部の信号強度ｐを算出するためのＳＥＭ像の撮像ポイントを設定するためのＧＵＩ画面の例である。条件出し用撮像ポイント設定５０１でマニュアルを選択すると、チップマップ５０２が表示され、チップマップ上のカーソル位置（５０３）に相当する設計データ５０４が画面に表示される。設計データ上で、ポインティングデバイス５０５を使って、パターン部信号強度の算出に適した、広パターン領域５０６、５０７を指定する。指定した領域は、候補として領域リスト５０８にリストアップされる。リストアップ後、全部または一部を指定し（チェックマークで指定）、チップ番号５０９を入力し、撮像ポイント情報ファイルとして保存する（５１０）。この方法によれば、実ＳＥＭ像を撮像することなく、オフラインで撮像撮像ポイントを決定することができる。

図１４は、パターン部の信号強度ｐを算出するためのＳＥＭ像の撮像ポイントを設定するためのＧＵＩ画面の別の例である。条件出し用撮像ポイント設定５２０でオートを選択すると、チップマップ５２１が表示される。このマップ上で、ポインティングデバイス、またはを、数値入力５２２により、探索領域を設定する。設定された領域に相当する設計データ５２３が画面上に表示される。パターン部の信号強度の算出には、広いパターン領域画適しているので、パターン横幅の最小値５２４と、パターン縦幅最小値５２５を入力し、適用５２６をクリックすると、５２２で設定した探索領域内で、縦幅と横幅が５２４、５２５よりも大きいパターンが自動で選択されて、画面の設計データ上に表示され（５２７、５２８）、領域リスト５２９に候補としてリストアップされる。リストアップ後、全部または一部を指定し（チェックマークで指定）、チップ番号５３０を入力し、撮像ポイント情報ファイルとして保存する（５３１）。パターン部の信号強度を安定に求めるためには、より多くの領域を指定して、これらの平均の明るさを求めた方が有利である。多くの領域を設定するには、図１３に示した方法よりも、図１４に示した方法の方が便利である。

図１５はエッジ部の信号強度を算出するためのＳＥＭ像の撮像ポイントを設定するためのＧＵＩ画面の例である。画面構成は図１１と同様であるが、パターン探索条件５４０が異なる。図１１ではパターンの縦横幅の最小値を入力したが、ここでは、パターン幅の最小値５４１、パターン間隔の最小値５４２、エッジ連続長の最小値５４３を入力する。パターン幅、パターン間隔がより広く、エッジの連続長がより長い方が、（１−５）で述べたパラメタの算出を安定に行うことが可能だからである。図１４と同様、選択された領域は、領域リストにリストアップされる。
（１−８）模擬ＳＥＭ像生成パラメタ算出用ＳＥＭ像の撮像
図１６を参照して、図１（ａ）のステップＳ５１２、Ｓ５１３、すなわち、模擬ＳＥＭ像生成用パラメタを算出するための実ＳＥＭ像の撮像、この実ＳＥＭ像を用いたパラメタの算出、その結果の保存という一連の流れを説明する。

図１６は上記のシーケンスを実行するためのＧＵＩ画面の例である。始めに撮像条件を入力する（Ｓ５５０）。ここでは、加速電圧、撮像倍率、ビーム電流、ステージ走査での画像取得/ステージ停止での画像取得の区別、ウェーハに対するステージ移動方向、ビーム走査角度などを入力する。入力した内容は、モデル条件ファイルに書き込まれる。これらの撮像条件が変化すると、ＳＥＭ像の画質が変化するので、模擬ＳＥＭ像生成パラメタは、撮像条件とリンクしている必要があり、かつ、検査時（図１（ｂ））の撮像条件は、Ｓ５５０で入力した撮像条件と同じである必要がある。検査時には、モデル条件ファイルが読み込まれ、同じ撮像条件が適用される。

次に、明るさ補正係数を決定する（Ｓ５５１）。明るさ補正係数とは、実ＳＥＭ像の明るさが適正になるよう、検出器（図１の１０８）の出力に対してゲイン調整、オフセット調整を行う係数である。明るさ補正前の信号強度をｉ、明るさ補正後の強度をｊ、ゲイン調整係数をｇａｉｎ、オフセット調整係数をｏｆｆｓｅｔとすると、

（数７）
ｊ＝ｇａｉｎ×ｉ＋ｏｆｆｓｅｔ （７）

の関係である。撮像実行ボタン５５２をクリックすると、パターンと背景の両方が含まれる適当な領域にて撮像が行われる。明るさ補正係数算出ボタン５５３をクリックすると、画像の明るさ最大値と最小値が算出され、これらが適切な値になるよう、ｇａｉｎとｏｆｆｓｅｔが算出される。明るさ補正係数の算出結果はモデル条件ファイルに書き込まれる。明るさ補正係数が変化すると、ＳＥＭ像の明るさが変化するので、模擬ＳＥＭ像生成パラメタは、明るさ補正係数とリンクしている必要があり、かつ、検査時（図１（ｂ））の明るさ補正係数は、Ｓ５５３で算出した結果と同じである必要がある。検査時には、モデル条件ファイルが読み込まれ、同じ明るさ補正係数が適用される。

続いて、模擬ＳＥＭ像生成パラメタの一つである、パターン部信号強度を算出する（Ｓ５５４）。パターン部信号強度を算出するための実ＳＥＭ像の撮像ポイントは、図１のステップＳ５１１で既に決定済みなので、この情報が記述された撮像ポイント情報ファイルを５５５にて指定する。撮像実行ボタン５５６をクリックすると、撮像ポイント情報ファイルに記述された座標の実ＳＥＭ像が、Ｓ５５０で入力した撮像条件、ＳＳ５５１で決定した明るさ係数にて取得される。そして、パターン信号強度算出ボタン５５７をクリックすると、図８で説明した方法にて、パターン信号強度（図６の信号波形３１０におけるｐの信号強度）が算出される。算出結果はモデル条件ファイルに書き込まれる。

図示しない、他の模擬ＳＥＭ像生成パラメタも同様にして算出され、それらもモデル条件ファイルに書き込まれる。

最後に条件ファイルを保存する（Ｓ５５８）条件ファイル保存ボタン５５９をクリックすると、所望のファイル名でモデル条件ファイルが保存される。また、画像保存ボタン５６０をクリックすると、ステップＳ５５１、あるいは、ステップＳ５５４で用いた画像が保存される。
（１−９）第１の実施の形態の効果
以上述べた第１の実施の形態によれば、実ＳＥＭ像と模擬ＳＥＭ像の比較による検査が可能となる。従来のＤ２Ｄ検査では、全ダイで共通に発生する欠陥を検出することができなかったが、本実施の形態によれば検出が可能となる。また、模擬ＳＥＭ像を生成するには、模擬ＳＥＭ像生成のためのパラメタを精度良く決定する必要があるが、本実施の形態は、具体的なパラメタの算出方法を提供する。さらに、設計データを用いたパラメタ算出の支援機能も提供する。これにより、検査装置のユーザは、容易、かつ、正確にパラメタを算出することができる。これにより、より実ＳＥＭ像に近い、模擬ＳＥＭ像が生成されるので、より高い検査性能を得ることが可能となる。

第２の実施の形態は、別の種類の設計データを用いる場合の実施の形態である。図１７に設計データのバリエーションを示す。図１７（ａ）は設計インテント、（ｂ）はマスクパターン、（ｃ）はマスクパターンを入力としたリソグラフィシミュレーション結果、（ｄ）はリソグラフィシミュレーション結果に基づく輪郭線である。

第１の実施の形態は特に断らなかったが（ｄ）を用いたものである。残りの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のうち、（ｃ）は多値データでありデータ分量が多く、検査装置ユーザが、検査領域全域のデータが保存しているケースはあまりないので、本第２の実施の形態では、（ａ）と（ｂ）を用いるケースについて述べる。（ｄ）はウェーハ上の実パターンに近い形状を有すが、（ａ）、（ｂ）は乖離が大きく、それぞれ、形状を変換する前処理が必要である。

始めに、図１８に設計インテント（図１７（ａ））を用いる場合の前処理を示す。９０１のように設計インテントは概ね直線で構成されており、９０度の角部を有すが、実ウェーハ上のパターンは角が丸くなるため、前処理として、角の丸めを行う必要がある。処理としては、インテントな設計データから角部を検出し（S９０２）、丸め処理の強度を変えた複数のパターン（９０３−９０５）を生成し、これと実パターンとのマッチングにより、丸め強度の最適化を行う。具体的には、実ＳＥＭ像と処理後画像の相関係数が最大となるものを選択するか、あるいは、目視により決定しても良い。丸め処理を実施するタイミングは、検査に先だってまとめて実施しても良いし、検査と同期して実施しても良い。

次に、図１９にマスクパターン（図１７（ｂ））を用いる場合の前処理を示す。マスクパターン上にはＯＰＣ（光近接効果補正）が施されており、露光シミュレーションを模した前処理を行う必要がある。まず、ぼかし関数９１０（ガウス関数等）を畳み込むことで、エッジ部に明るさの傾斜を有す多値画像９１１を生成する。そして、スライスレベルを変えて２値化した複数のパターン（９１２−９１４）を生成し、これと実パターンとが合致するよう、９１０のぼかしフィルタのサイズと、スライスレベルという２個のパラメタの最適化を行う。丸め処理の場合と同様、実ＳＥＭ像と処理後画像の相関係数が最大となるものを選択するか、あるいは、目視により決定しても良い（９１５）。

図１０に示した、実施例１の模擬ＳＥＭ像生成フローに相当する、第２の実施の形態における、模擬ＳＥＭ像生成フローを図２０に示す。設計データ（マスクパターン）と、上記にて決定した簡易露光シミュレーション用パラメタ（ぼかしフィルタサイズと、スライスレベル）を入力として（S９２０、Ｓ９２１）、簡易露光シミュレーション、すなわち、ぼかしフィルタの畳み込みと指定したスライスレベルでの二値化を行う（Ｓ９２２）。この後の処理は、図１０と同様である。

一般に露光シミュレーションには膨大な時間を有すため、検査装置ユーザが、ダイ全面についての露光シミュレーションを実施済みとは限らない。ここで述べた第２の実施の形態によれば、検査装置ユーザが持っている設計データが設計インテントの場合であっても、マスクパターンの場合であってもＤ２ＤＢ検査を実現できるという意味で、適用可能範囲が広がる効果がある。また、設計データのデータ量を比較した場合、データ量は、設計パターンの頂点の数が多いほど大きいので、設計インテント＜マスクパターン＜リソグラフィシミュレーション、の順である。本実施の形態によれば、よりデータ量の少ない設計データで済むので、データ転送に要する時間、データを蓄積するのに必要なメモリ容量の各観点でも有利である。

第３の実施の形態を図２１に示す。図２１は、第１の実施の形態における図３のフローに相当するもので、第１の実施の形態と異なるのは、模擬ＳＥＭ像を複数持つという点である。

設計データの読み込み（Ｓ２３０）、ＳＥＭ像読み込み（Ｓ２３１）、位置ずれ検出（Ｓ２３２）、歪み補正と切り出し（Ｓ２３３）は、第１の実施の形態と同様である。ステップＳ２３４で模擬ＳＥＭ像を生成する際、パターンの幅（図の横軸）及び、エッジ幅（図の縦軸、図７（ｂ）のｗ）の異なる複数の模擬ＳＥＭ像を生成する。画像比較（Ｓ２３５）は、複数の模擬ＳＥＭ像との間で行い、全ての比較で欠陥ありとなった場合のみ欠陥出力する。言い換えると、１個でも欠陥なしとなった場合は、欠陥出力しない。

これは、半導体プロセスの変動を許容する、つまり、半導体プロセスの変動による検査精度のぶれを低減させることが目的である。半導体露光プロセスにおいて、例えば、露光装置の露光量が増減すると、パターン幅が増減する。あるいは、露光装置のフォーカスが変動するとエッジ幅が増減する。模擬ＳＥＭ像を生成するためのパラメタを算出するのに用いたウェーハと、検査対象のウェーハとで、半導体プロセスの状態が異なっていた場合、模擬ＳＥＭ像と実ＳＥＭ像とでは、パターン幅やエッジ幅が異なるので、全面が欠陥となってしまう。線幅やエッジ幅の変化も欠陥として検出するのが目的の場合には、この結果は正しい結果ともいえるが、局所的なパターンの細りや、太りを検出したい場合には不都合である。この問題を回避するのが、本実施の形態の狙いである。

本実施の形態によれば、プロセス変動による全面のパターン幅変化や、全面のエッジのダレは欠陥とはならず、局所的な形状変化だけを検出することが可能となる。

なお、ここでは、複数の模擬ＳＥＭ像を生成するパラメタとして、パターン幅とエッジ幅としたが、どちらか一方でも良いし、あるいは、別の形状パラメタ（角の丸みや、パターン先端の後退など）を変化させるようにしても良い。また、パラメタの変動範囲は、プロセス変動の許容量の上限を設けるという意味で、検査に先立ち、ユーザが設定することが望ましい。

第４の実施の形態を図２２に示す。第４の実施の形態も、第３の実施の形態と同様、プロセス変動を許容することを目的とする。

本実施の形態では、ステップＳ２４０では、複数の模擬ＳＥＭ像を生成することはせず、１種の模擬ＳＥＭ像と比較して、欠陥判定を行い（Ｓ２４１、Ｓ２４２）、欠陥と判定された部位について、実ＳＥＭ像と対応する設計データを保存しておき、欠陥再判定処理（Ｓ２４３）の中で、複数の模擬ＳＥＭ像との比較を行う。欠陥再判定処理は、検査と同期して行っても良いし、保存されたデータを用いて後で行っても良い。

本実施の形態によれば、検査感度をあとから自由に変更できるので、予めプロセス変動の許容量を設定するのが難しい場合に好都合である。あるいは、プロセス変動の許容量を変化させた場合に欠陥の現れ方がどのように変化するかを解析するのにも好都合である。

第５の実施の形態を図２３に示す。第１の実施の形態は、図６に示すように、レジストパターンを対象としたが、第５の実施の形態では、レジストパターン以外を検査対象とする。

図２３（ａ）はシリコンパターンを対象とする場合、図２３（ｂ）シリコントレンチを対象とする場合である。この場合も、モデリングの方法は基本的には図６と同じで、パターン部、エッジ部、背景部という３種類の信号強度で、ＳＥＭ像を表現する。図２３（ｃ）は下層にパターンがある場合である。この場合は、背景の信号強度が２種類になるので、合計４種類の信号強度でＳＥＭ像を表現する。模擬ＳＥＭ像生成パラメタの算出は、第１の実施の形態と同じ方法が適用可能である。

本実施の形態によれば、レジストパターンだけでなく、ゲートパターン、配線パターン、ＳＴＩパターンなど、半導体パターニングの各プロセスのシステマティック欠陥検査への適用が可能となる。

第６の実施の形態を図２４に示す。本実施の形態では、第１の実施例におけるＳＥＭ像のモデリング（図６）よりも、詳細なモデリングを行う。図２４（ａ）はレジストパターンのＳＥＭ像を模した図である。レジストをパターニングする露光光の波長が、レジストのパターン幅を下回るようになると、光近接効果の影響で、パターンエッジのテーパ角が一定ではなくなる。図２４（ａ）では、エッジ部を明るい帯で表しているが、同図が示すように、パターン密度が高いとエッジが切り立ち（画像上ではエッジ幅が減少）、パターン密度が低いとエッジがだれる（画像上ではエッジ幅が増加）傾向となることが多い。本実施の形態では、図２４（ｂ）に示すように、設計データ９５０を用い、着目点ごとに、隣接パターンまでの距離を計算し（９５１よりも９５２の方が距離が長いという結果が得られる）、隣接パターンまでの距離とエッジ幅の関係を表すルックアップテーブル（図２４（ｃ））を参照してエッジ幅を求める。

第１の実施の形態では、図７に示すように、エッジ幅がどこでも等しいとする単純なモデリングであったが、第６の実施の形態では、エッジ幅は隣接パターンとの距離に応じて変化することになる。画像の撮像倍率が低い場合は、事実上、エッジの幅が固定値という単純なモデリングでも事実上問題ないが、撮像倍率が高い場合は、より、高精度な検査を実現するには、本実施例を適用することが望ましい。

第７の実施の形態に係る全体フローを図２５に示す。第１の実施の形態（図１）では、検査に先立って模擬ＳＥＭ像生成のためのパラメタを決定したが、第７の実施の形態では、始めに検査領域の画像を撮像し画像を保存しておき、後で、保存した画像と設計データの比較にて検査を行う。

図２５（ａ）に画像撮像のフローを示す。まず、設計データを読み込み（Ｓ８０１）、設計データ上で検査領域を指定する（Ｓ８０２）。指定した領域のＳＥＭ像を撮像し（Ｓ８０３）、撮像した画像を保存する（Ｓ８０４）。図１のステップＳ５２３と同様にして位置ずれを検出し（Ｓ８０５）、位置ずれマップ（図３の２０６と同じ）を算出してこれを保存する（Ｓ８０６）。

図２５（ｂ）に撮像済みの画像と設計データとの比較による検査のフローを示す。すでに撮像は完了しているので、以下のフローは検査装置上で行っても良いが、検査装置外に設置した計算機で行っても良い。

まず保存されたＳＥＭ像、位置ずれマップ、及び設計データを読み込む（Ｓ８１１、Ｓ８１２、Ｓ８１３）。そして、撮像済みのＳＥＭ像を用いて、模擬ＳＥＭ像生成用のパラメタを算出する（Ｓ８１４）。方法は、第１野実施の形態のステップＳ５１３と同じである。算出されたパラメタを用いて、模擬ＳＥＭ像を生成し（Ｓ８１５）、検査画像と比較を行って（Ｓ８１６）、欠陥判定および欠陥部の特徴量を算出する（Ｓ８１７）。

本実施の形態は、本番の検査画像そのものを使って、パラメタの条件出しを行うので、パラメタの精度の観点では、第１の実施の形態よりも有利である。ただし、検査領域が広い（１ダイの全域を検査するなど）場合は、全画像を保存するのは困難なので、検査領域が狭い場合に有効である。あるいは、図１のフローにて検査を行って、欠陥部の画像を全て蓄えておき、その画像を対象に、図２５（ｂ）のフローにて再検査を実施しても良い。この場合は、図１は、欠陥候補領域の算出、図２５（ｂ）欠陥候補領域からの絞り込みを行うという位置づけとなる。

第８の実施の形態に係るフローを図２６に示す。第８の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、第１実施の形態の検査のフロー（図１（ｂ））に、明るさ補正のステップＳ５８０が加わった点である。

検査に先だって実施する条件出しは、図１（ａ）に示した、第１の実施の形態と共通である。第１の実施の形態では、図１（ａ）のフローで決定した模擬ＳＥＭ像生成パラメタを適用して生成した模擬ＳＥＭ像をそのまま比較検査（図１のステップＳ５２６）で使用するが、第８の実施の形態では、画像全体の明るさを補正（Ｓ５８０）した後に、比較検査（Ｓ５８１）を行う。

第１の実施例における欠陥判定のフロー（図３）に相当する、本実施の形態における欠陥判定のフローを図２７に示す。設計データの読み込み（Ｓ５９０）、ＳＥＭ像の読み込み（Ｓ５９１）、位置ずれ検出（Ｓ５９２）、歪み補正と切り出し（Ｓ５９３）、模擬ＳＥＭ像の生成（Ｓ５９４）までは、第１の実施の形態と共通である。

この後に明るさ補正係数の算出（Ｓ５９５）を行う。実ＳＥＭ像をｆ（ｘ、ｙ）、模擬ＳＥＭ像をｇ（ｘ、ｙ）とすると、模擬ＳＥＭ像をａ倍して、ｂを加えた画像と、実ＳＥＭ像との差の二乗和（式（８））が最小となるよう、係数ａとｂを決定する（５９８）。

（数８）
Σ｛（ａ×ｇ（ｘ、ｙ）＋ｂ）−ｆ（ｘ、ｙ）｝² （式８）

そして、式（９）にて模擬ＳＥＭ像を変換してｇ’（ｘ、ｙ）を求め、画像の比較は、変換後の模擬ＳＥＭ像ｇ’（ｘ、ｙ）と、実ＳＥＭ像ｆ（ｘ、ｙ）との間で行う。

（数９）
ｇ’（ｘ、ｙ）＝ａ×ｇ（ｘ、ｙ）＋ｂ （式９）

この方法で明るさ補正（Ｓ５９６）を行うと、補正前には、ｆ（ｘ、ｙ）とｇ（ｘ、ｙ）の間に明るさの乖離があり、５９９のような散布図（ｆ（ｘ、ｙ）の座標（ｘ、ｙ）の明るさを横軸に、対応するｇ（ｘ、ｙ）の明るさを縦軸にとってプロットしたもの）だったのを、補正によって、６００のよう、ｙ＝ｘを中心に分布したような散布図の状態にすることができる。

模擬ＳＥＭ像生成のためのパラメタを算出する時と、検査をする時とで、装置の状態が変化して、取得される明るさが変化して５９９のような状況になっている場合、式（１）にてｆ（ｘ、ｙ）とｇ（ｘ、ｙ）の画像比較（Ｓ５９７）を行うと、虚報が多発してしまう。本実施の形態によれば、明るさ補正が行われるので、この問題を回避することが可能となる。画像全体として明るさが合致するように補正係数を求めるのであって、局所的な明るさの合わせ込みを行うわけではないので、欠陥部の見逃しを引き起こすようなこともない。

なお、ここでは、模擬ＳＥＭ像に対して変換処理を施したが、実ＳＥＭ像を変換するようにしても良い。

本実施の形態は、上記のように装置状態が変化する場合の他、模擬ＳＥＭ像を生成するためのパラメタ算出をするのに用いたウェーハと、検査対象のウェーハが異なることで、明るさが全体的に変化するような場合にも有効である。

第９の実施の形態は、第８の実施の形態の付加機能である。第８の実施の形態では、画像ごとに明るさ補正係数を求めたが、本実施の形態では、明るさ補正係数をより安定に求めるため、過去の明るさ補正係数を参照して、今回の明るさ補正係数を求める。

図２８は、時間ｔを横軸に、明るさ補正係数ａを縦軸にとってプロットしたものである。取得される画像ごとに、含まれるパターンが異なっている等の理由により、画像ごとに算出されるａは、ある程度の誤差を含み、８５０のようにばらついた状況となる。現時刻ｔにおける明るさ補正係数をａ（ｔ）とすると、本実施の形態では、（式１０）にて、過去の明るさ補正係数を利用して、現時刻ｔで採用する明るさ係数Ａ（ｔ）を決定する。

（数１０）
Ａ（ｔ）＝（a（ｔ）＋A（ｔ−１）＋A（ｔ−２））／３
＝｛ａ（ｔ）＋（ａ（ｔ−１）＋ａ（ｔ−２）＋ａ（ｔ−３））／３＋（ａ（ｔ−２）＋ａ（ｔ−３）＋ａ（ｔ−４））／３｝／３
（式１０）

このように、計算することによって得られるＡ（ｔ）は、８５１のようになめらかな曲線となる。ａ（ｔ）ではなく、Ａ（ｔ）を適用することによって、より安定な明るさ補正係数が求まり、結果として、より精度の高い検査が可能となる。例えば、画像内に巨大な欠陥がある場合には、第８の実施の形態で求まる明るさ補正係数は、巨大欠陥の影響を受けてしまうが、第９の実施の形態を適用すれば、この問題を低減することが可能である。

なお、単純に（式１０）により、明るさ補正係数を求めても良いし、補正係数の飛びを検出して、飛びデータは計算から削除するようにしても良い。ここでは、明るさ補正係数ａを例にあげたが、ｂについても同様の処理を行うことはいうまでもない。

第１０の実施の形態に係るフローを図２９に示す。第１の実施の形態は、比較的広い領域の検査を行い、欠陥の在処を探すための検査であるが、第１０の実施の形態では、指定領域の検査だけを対象とした定点検査を行う。

検査に先だって実施する条件出しは第１の実施の形態（図１（ａ））と共通である。図２９は、第１の実施の形態の図１（ｂ）に相当するフローである。

まず、モデル条件ファイルと設計データを読み込み（Ｓ８８０、Ｓ８８１）、設計データ上で定点検査を行う箇所を指定する（Ｓ８８２）。定点観測を行う箇所は、プロセスシミュレーションにより危険箇所と分かっている箇所、あるいは、過去に検査を行って欠陥が多発した箇所なである。続いて、指定した箇所の実ＳＥＭ像を取得し（Ｓ８８３）、設計データと実ＳＥＭ像の位置ずれ検出（Ｓ８８４）、位置ずれ検出結果に基づく設計データの変形と切り出し（Ｓ８８５）を行う。続いて、第１の実施の形態と同様にして、ステップS８８０で読み込んだモデル条件ファイルに記されたパラメタを適用して模擬ＳＥＭ像を生成する（Ｓ８８６）。次のステップＳ８８７の明るさ補正は、第８の実施の形態で示した方法を適用する。そして、明るさ補正後の模擬ＳＥＭ像と実ＳＥＭ像との比較により検査を行う（Ｓ８８８）。

定点検査における出力例を図３０にしめす。図３０（ａ）は実ＳＥＭ像の模式図で、ラインパターンの途中に、凹欠陥（ラインの一部が細くなっている）を有する。これと、模擬ＳＥＭ像との差をとると、図１７（ｂ）のようになる。図に示したように、実ＳＥＭ像の明るさ＞模擬ＳＥＭ像の明るさか、あるいは、実ＳＥＭ像の明るさ＜模擬ＳＥＭ像の明るさかによって、差画像上の明度が異なる。

欠陥の出力としては、欠陥部が、設計パターンの内側にあるか、外側にあるかの判定に基づく、凹欠陥／凸欠陥の種別、欠陥の縦横のサイズ、面積、あるいは、欠陥部の明度差がある。

本実施の形態によれば、定点検査において、模擬ＳＥＭ像との比較による検査が可能となる。模擬ＳＥＭ像との比較を行うことにより、上記のような形状の違いの他、薄い膜残りといった、明るさの違いとして現れるタイプの欠陥についても、定量的な評価を行うことが可能となる。

第１１の実施の形態は、欠陥判定を行うためのしきい値設定に関する。第１の実施の形態では、（式１）に示すように、実ＳＥＭ像と模擬ＳＥＭ像の濃淡差が一定以上の値ならば欠陥としたが、本実施の形態では、模擬ＳＥＭ像の明るさｇ（ｘ、ｙ）に応じたしきい値設定を行う。

ＳＥＭ画像は、明るいほどノイズが増加するという特徴を有す（ショットノイズの特性）。従って、欠陥判定のしきい値は、暗い部位では小さな値に、明るい部位では大きな値にした方が、虚報、見逃しが低減することができる。

本実施の形態では、検査に先立って、図３１のように、模擬ＳＥＭ像の明るさと欠陥判定しきい値の関係を表すルックアップテーブルを作成しておき、検査実行時に、このルックアップテーブルを参照して、欠陥判定を行う。

ここでのポイントは、模擬ＳＥＭ像の明るさに対して、ルックアップテーブルを適用するという点である。実ＳＥＭ像の明るさに適用した場合、欠陥部においては、欠陥部の明るさに応じてルックアップテーブルが引かれるので、ノイズ特性を利用して検査を実施しようという目論見が台無しになる可能性があるが、本実施の形態では、模擬ＳＥＭ像の明るさに対してルックアップテーブルを引くので、目論見通りの効果が期待できる。

本実施の形態によれば、ＳＥＭノイズの影響を最低限に抑えた、より高感度な検査が実施可能となる。

第１２の実施の形態は、位置ずれ検出に関する。

第１の実施の形態では、図３に示すように、設計データと実ＳＥＭ像とを用いて位置ずれ検出を行ったが（Ｓ２０５）、図３２に示すように、第１２の実施の形態では、設計データを読み込んで（Ｓ１００１）、この設計データから模擬ＳＥＭ像を生成し（Ｓ１００３、模擬ＳＥＭ像を生成するためのパラメタは、図示しないモデル条件ファイルから読み込む）、これと、読み込んだ実ＳＥＭ像（Ｓ１００２）との間で、位置ずれ検出を行う（Ｓ１００４）。以降の処理は、第１の実施例と同様である。

一般に、画像の性質が似ているもの同士で位置ずれ検出を行った方が、位置ずれ検出の精度は高い。

本実施の形態によれば、位置ずれ検出の精度が向上するので、後段の歪み補正と切り出しの精度が高まり、結果として検査性能の向上が期待できる。

第１３の実施の形態は、実ＳＥＭ像の取得に関する。第１の実施の形態の説明で、ＳＥＭ像の取得方法として、電子線の１次元走査とステージの連続移動によって得られる連続画像、あるいは、電子線の２次元走査とステージのステップ移動によって得られる枚葉画像が検査対象の画像と述べたが、図３３のように、ステージ移動の方向や、ビーム走査の方向に角度をつけても良い。

図３３（ａ）は、ウェーハのチップ配列と平行にステージ移動し、ウェーハのチップ配列に対して斜めに電子線走査する方法である。

図３３（ｂ）は、ウェーハのチップ配列に対して、電子線の横走査、縦走査とも角度をつける方法である。

半導体パターンの大部分は、チップ配列に対して、直角、平行なパターンから構成されている。電子線像においては、帯電の影響により、図５に示したように、電子線の走査方向に対して平行なエッジが不明瞭となることがあるが、本実施の形態によれば、電子線の走査方向と、パターンのエッジ方向が非平行になる部分が増えるため、不明瞭なエッジを少なくすることができる。

なお、実ＳＥＭ像を斜め走査によって取得する場合は、模擬ＳＥＭ像の方も、同様な画像になるよう、変形させる必要がある。斜め走査の角度は既知（図１６に示したＧＵＩで入力されている）なので、設計データから変形・切り出しを行うステップ（図１のＳ５２３）において、上記既知の角度を用いて、変形させればよい。

本実施の形態によれば、不明瞭なエッジが少なくなることで、検査感度向上が期待できる。

第１４の実施の形態は、電子光学系に関する。

第１の実施の形態は、図２に示すように、シングルビームの光学系を用いたが、本実施の形態では、図３４に示したような、マルチビーム式の光学系を用いる。

マルチビーム式の場合、複数の照射電子線、複数の検出器に個体差がありえるので、模擬ＳＥＭ像生成のパラメタ算出は、ビームごとに行うようにする。また、第８の実施例で述べた明るさ補正も、ビームごとに行うことが望ましい。

本実施の形態によれば、検査のスループット向上が期待できる。

以上、１４個の実施例を示した。これらの実施の形態の一部、あるいは、全てを組み合わせることも可能である。

Claims (18)

1. 基板上に形成されたパターンの電子線像を撮像する撮像部と、
   設計データに基づき電子線像の特性を表すパラメタを用いて模擬電子線像を生成する模擬電子線像生成部と、
   前記撮像部にて撮像した該パターンの電子線像と前記模擬電子線像生成部にて生成した該模擬電子線像とを比較し、該基板上のパターンを検査する検査部と、を有するパターン検査装置。
2. 基板上に形成されたパターンの電子線像を撮像する撮像部と、
   設計データに基づきパターンの加工特性を表すパラメタを用いてパターンの形状を変形させるパターン形状変形部と、
   前記パターン形状変形部にて変形されたパターンに対して電子線像の特性を表すパラメタを用いて模擬電子線像を生成する模擬電子線像生成部と、
   前記撮像部にて撮像した該パターンの電子線像と前記模擬電子線像生成部にて生成した該模擬電子線像とを比較し、該基板上のパターンを検査する検査部と、を有するパターン検査装置。
3. さらに、設計データから、模擬電子線像を生成するのに必要なパラメタ値を自動決定するための条件入力部およびパラメタ算出部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のパターン検査装置。
4. 前記模擬電子像生成部にて生成された該電子線像の特性を表すパラメタは、パターン部の明度、背景部の明度、方向別のエッジ部の明度、エッジ部のぼけ量のいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン検査装置。
5. さらに、露光特性を表すパラメタに変動範囲を設定する変動範囲設定部と、
   前記変動範囲設定部で設定した変動範囲に対応した複数の変形パターンを生成する変形パターン生成部と、
   前記模擬電子線像生成部では、前記変形パターン生成部にて生成した複数の変形パターンに対応した複数の模擬電子線像を生成し、
   前記検査部では、前記撮像部にて撮像したパターンの電子線像と前記模擬電子線像生成部にて生成した複数の模擬電子線像とを比較して、該露光特性を表すパラメタとリンクした複数の検査結果を得ることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のパターン検査装置。
6. 該電子線像の特性を表すパラメタに変動範囲を設定する変動範囲設定部と、
   前記模擬電子線像生成部では、前記変動範囲設定部にて設定した該電子線像の特性を表すパラメタに変動範囲に対応した複数の模擬電子線像を生成し、
   前記検査部では、前記撮像部にて撮像したパターンの電子線像と前記模擬電子線像生成部にて生成した複数の模擬電子線像とを比較して、該電子線像の特性を表すパラメタとリンクした複数の検査結果を得ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパターン検査装置。
7. 該変動範囲設定部では、該電子線像の特性を表すパラメタとリンクした複数の検査結果の時間的推移に基づき、該電子線像の特性を表すパラメタの値を更新することを特徴とする請求項５または６に記載のパターン検査装置。
8. さらに、該パターンの電子線像と該模擬電子線像との明るさを合わせる明るさ調整部と、
   該パターンの電子線像と該模擬電子線像との明るさ合わせパラメタを蓄積する明るさ合わせパラメタ蓄積部と、を有すことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のパターン検査装置。
9. 前記明るさ合わせパラメタ蓄積部では、該蓄積された明るさ合わせパラメタの時間的推移に基づき、該明るさ合わせパラメタの値を更新することを特徴とする請求項８記載のパターン検査装置。
10. 基板上に形成されたパターンの電子線像を撮像する撮像ステップと、
    設計データに基づき電子線像の特性を表すパラメタを用いて模擬電子線像を生成する模擬電子線像生成ステップと、
    前記撮像ステップにて撮像した該パターンの電子線像と前記模擬電子線像生成ステップにて生成した該模擬電子線像とを比較し、該基板上のパターンを検査する検査ステップと、を有するパターン検査方法。
11. 基板上に形成されたパターンの電子線像を撮像する撮像ステップと、
    設計データに基づきパターンの加工特性を表すパラメタを用いてパターンの形状を変形させるパターン形状変形ステップと、
    前記パターン形状変形ステップにて変形されたパターンに対して電子線像の特性を表すパラメタを用いて模擬電子線像を生成する模擬電子線像生成ステップと、
    前記撮像ステップにて撮像した該パターンの電子線像と前記模擬電子線像生成ステップにて生成した該模擬電子線像とを比較し、該基板上のパターンを検査する検査ステップと、を有するパターン検査方法。
12. さらに、設計データから、模擬電子線像を生成するのに必要なパラメタ値を自動決定するための条件入力ステップおよびパラメタ算出ステップを有することを特徴とする請求項１０または１１に記載のパターン検査方法。
13. 前記模擬電子像生成ステップにて生成された該電子線像の特性を表すパラメタは、パターン部の明度、背景部の明度、方向別のエッジ部の明度、エッジ部のぼけ量のいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載のパターン検査方法。
14. さらに、露光特性を表すパラメタに変動範囲を設定する変動範囲設定ステップと、
    前記変動範囲設定ステップで設定した変動範囲に対応した複数の変形パターンを生成する変形パターン生成ステップと、
    前記模擬電子線像生成ステップでは、前記変形パターン生成ステップにて生成した複数の変形パターンに対応した複数の模擬電子線像を生成し、
    前記検査ステップでは、前記撮像ステップにて撮像したパターンの電子線像と前記模擬電子線像生成ステップにて生成した複数の模擬電子線像とを比較して、該露光特性を表すパラメタとリンクした複数の検査結果を得ることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のパターン検査方法。
15. 該電子線像の特性を表すパラメタに変動範囲を設定する変動範囲設定ステップと、
    前記模擬電子線像生成ステップでは、前記変動範囲設定ステップにて設定した該電子線像の特性を表すパラメタに変動範囲に対応した複数の模擬電子線像を生成し、
    前記検査ステップでは、前記撮像ステップにて撮像したパターンの電子線像と前記模擬電子線像生成ステップにて生成した複数の模擬電子線像とを比較して、該電子線像の特性を表すパラメタとリンクした複数の検査結果を得ることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載のパターン検査方法。
16. 該変動範囲設定ステップでは、該電子線像の特性を表すパラメタとリンクした複数の検査結果の時間的推移に基づき、該電子線像の特性を表すパラメタの値を更新することを特徴とする請求項１４または１５に記載のパターン検査方法。
17. さらに、該パターンの電子線像と該模擬電子線像との明るさを合わせる明るさ調整ステップと、
    該パターンの電子線像と該模擬電子線像との明るさ合わせパラメタを蓄積する明るさ合わせパラメタ蓄積ステップと、を有すことを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれかに記載のパターン検査方法。
18. 前記明るさ合わせパラメタ蓄積ステップでは、該蓄積された明るさ合わせパラメタの時間的推移に基づき、該明るさ合わせパラメタの値を更新することを特徴とする請求項１７記載のパターン検査方法。

Images