JP2013246162A - 欠陥検査方法および欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子線のビーム走査、ウェハの帯電、ステージを走査時に生じる揺れ等、に伴う歪みによる位置ずれを補正することができる欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】被検査対象物の設計データから複数の領域である複数のテンプレートを抽出するテンプレート抽出工程と、複数のテンプレートのうちいずれか一つの第一のテンプレートを用いて、検査画像と設計データとの第一の位置ずれ量を求める第一の位置ずれ量算出工程と、複数のテンプレートのうち第一のテンプレート以外の第二のテンプレートと第一の位置ずれ量とを用いて、検査画像と設計データとの第二の位置ずれ量を求める第二の位置ずれ量算出工程と、第一の位置ずれ量と第二の位置ずれ量とを用いて位置ずれを補正した設計データを設計データ画像に変換し、設計データ画像と検査画像とを比較して被検査対象物の欠陥を検出する欠陥検出工程と、を備える欠陥検査方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥検査方法および欠陥検査装置に関する。

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。パターンの線幅の設計値からのずれ、あるいは、パターンの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。このシステマティック欠陥は全ダイで共通に発生するため、従来手法である検査対象ダイと隣接ダイとの比較により欠陥を検査するダイ・ツー・ダイ（ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ、あるいはＤ２Ｄと記す）検査では欠陥検出が難しく、検査対象ダイと設計データとの比較により欠陥を検査するダイ・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。

特許文献１（特開２００４-１８５０１９号）には、検査領域をアレイ状に分割し、各アレイ領域が位置合わせ可能なパターンを含むかどうかを設計データから判定し、実画像を取得後に位置合わせ可能なアレイ領域から先に位置合わせを行い、位置合わせ不可能なアレイ領域は位置合わせ可能な近傍アレイの位置合わせ結果を適用し検査を行う方法が開示されている。

特開２００４-１８５０１９号

例えばＳＥＭ式検査装置で得られる検査画像（実ＳＥＭ像）には、装置が意図している撮像位置と実際の撮像位置との差である位置ずれが発生する。Ｄ２ＤＢ比較において設計データと検査画像との比較処理を行い欠陥を検出する場合にも、この位置ずれが影響し、欠陥検出精度が下がるという課題がある。この位置ずれの原因としては、ウェハを載置するステージを走査する際の移動量の誤差に起因する装置の位置合わせ誤差の他、電子線のビーム走査による歪み、ウェハの帯電による歪み、ステージを走査時に生じる揺れに伴う歪み等によるものがある。

特許文献１による方法では、ウェハを置いたステージ走査による移動量の誤差による位置ずれについてしか言及されていないため、電子線のビーム走査による歪み、ウェハの帯電による歪み、ステージを走査時に生じる揺れに伴う歪み等による位置ずれを補正する方法については開示がない。また、位置ずれの大きさや周波数によって、位置合わせに使うアレイやパターンの最適なサイズや位置合わせに適したパターンの判定の仕方については考慮されていない。
本発明の目的は、比較検査による高精度な欠陥検出を実現する欠陥検査方法および欠陥検査装置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。
被検査対象物を撮像し検査画像を取得する検査画像取得工程と、該被検査対象物の設計データから複数の領域である複数のテンプレートを抽出するテンプレート抽出工程と、該複数のテンプレートのうちいずれか一つの第一のテンプレートを用いて、該検査画像と該設計データとの第一の位置ずれ量を求める第一の位置ずれ量算出工程と、該複数のテンプレートのうち該第一のテンプレート以外の第二のテンプレートと該第一の位置ずれ量とを用いて、該検査画像と該設計データとの第二の位置ずれ量を求める第二の位置ずれ量算出工程と、該第一の位置ずれ量と該第二の位置ずれ量とを用いて位置ずれを補正した該設計データを設計データ画像に変換し、該設計データ画像と該検査画像とを比較して該被検査対象物の欠陥を検出する欠陥検出工程と、を備える欠陥検査方法である。

本発明によれば、比較検査による高精度な欠陥検出を実現する欠陥検査方法および欠陥検査装置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欠陥検査方法を示すフロー図である。 本発明の第１の実施の形態に係る欠陥検査装置の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テンプレートの概要を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るユニーク性評価範囲を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る多段階マッチングにおける効果を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートの評価値を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るユニーク性評価値を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートを抽出するアレイ領域を説明する図である 本発明の第１の実施の形態に係るテンプレート抽出パラメータを設定するＧＵＩの例である。 本発明の第１の実施の形態に係る抽出したテンプレートの確認を行うＧＵＩを説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートのマッチング処理を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る、設計データの変形処理を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る、検査画像と設計データを比較し欠陥検出する処理を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る、検査結果を確認するＧＵＩを説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る、エッジ方向別評価値を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る、横エッジが中心に存在する評価値を説明する図である。 本発明の第４の実施の形態に係る、縦エッジが対称に存在する評価値を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る、ユニーク性評価値のパラメータを設定するＧＵＩの例である。 本発明の第５の実施の形態に係る、信頼度情報を持つテンプレートを示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る、テンプレートの信頼度順マッチング処理のフローを示す図である。 本発明の第６の実施の形態に係る、マージンによりテンプレートの抽出数を調整する処理を説明する図である。 本発明の第７の実施の形態に係る、低倍率像から高倍率像におけるテンプレートのマッチング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、レビュー検査におけるテンプレートを用いた２段階位置合わせ処理のフローを示した図である。 本発明の第８の実施の形態に係る、定点検査におけるテンプレートを用いた２段階位置合わせ処理のフローを示した図である。 本発明の第９の実施の形態に係る、ステージ停止による取得ＳＥＭ画像においてテンプレートを用いた２段階位置合わせ処理を説明する図である。 本発明の第１０の実施の形態に係る、ビーム走査の斜めスキャン処理を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る任意座標の位置ずれ量を補間する処理を説明する図である。

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
図２は、第１の実施の形態に係る欠陥検査装置のシステム構成を示す図である。

本実施形態では、被検査対象物であるウェハ２０６の検査対象部分の画像を、例えば走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)によって取得する。

欠陥検査装置は、電子光学系２０１、制御部（２１１、２１４、２１５、２１６）、比較検査部２１７、ＤＢ２１８、テンプレート部２２７とを備えて構成される。

電子光学系２０１は、電子源２０２、コンデンサレンズ２０３、偏向器２０４と、対物レンズ２０５、ＸＹステージ２０７、検出器２０９、Ａ／Ｄ変換器２１０を備える。

制御部は、検査制御部２１１（ＣＰＵ２１２、画像メモリ２１３）、ステージ制御部２１４、ＧＵＩ２１５、バス２１６を備える。

比較処理部２１７は、設計データ処理部２１９、マッチング処理部２２０、パターン変形処理部２２１、欠陥判定処理部２２２、検査画像処理部２２３を備える。

テンプレート部２２７は、テンプレート抽出処理部２２４、特性データ２２６、ＧＵＩ２２５を備える。

電子光学系２０１の電子源２０２から射出された電子線はコンデンサレンズ２０３により収束され、偏向器２０４でＸＹ方向に偏向した後、対物レンズ２０５を通りウェーハ２０６の表面に照射される。
ウェーハ２０６から発生した二次電子２０８を検出器２０９で検出し、検出器２０９で検出した二次電子２０８をＡ／Ｄ変換器２１０を用いてアナログ信号からデジタル信号に変換する。

ステージ制御部２１４によりＸＹステージ２０７の移動を制御し、これら一連の検査処理はＣＰＵ２１２により制御される。

Ａ／Ｄ変換器２１０で変換されたデジタル信号は検査制御部２１１の画像メモリ２１３に蓄積され、ＧＵＩ２１５では検査結果を表示したりユーザから情報の入力を受ける。

ここでは、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。画像メモリ２１３に蓄積された検査画像は、バス２１６を通して比較検査部２１７に送られ、比較検査を行う。 検査に先立ち、記憶装置（ＤＢ）２１８に、被検査対象物であるウェーハ２０６に対応する設計データと位置合わせに使うテンプレートを蓄えておく。ここで、設計データは配線の輪郭を線分の集合として表わしたデータであり、テンプレートとは、設計データの配線パターンを含む任意の部分領域（画像処理分野におけるテンプレートマッチングのテンプレートと同じ）の情報、及びその他その領域内における補足情報であるが、詳細については（１−２）にて述べる。尚、ここでは部分領域と示したが、全体領域でも良い。

テンプレート部２２７のテンプレート抽出処理部２２４では、記憶装置２１８から設計データを読み込み、位置合わせ用テンプレートを抽出する。この時、テンプレートを抽出するためのパラメータ情報は検査装置の特性データ２２６を読み込んで計算を行うか、ＧＵＩ２２５でユーザからの入力を受け決定する。ここで言うパラメータ情報とは、例えば抽出したいテンプレートの大きさやテンプレートの数、配線の複雑さや配線の太さなど抽出したいテンプレートの特徴などの情報である。抽出したテンプレートはＤＢ２１８に保存し、検査時に用いられる。このテンプレート抽出処理は、検査時もしくは検査事前に行ってもよい。

比較検査部２１７の設計データ処理部２１９では、検査画像に対応する設計データをＤＢ２１８から読み込む。また、パタン変形処理部２２１で合わせこんだ設計データを画像化し、検査画像との比較が行えるようデータ処理もする。
マッチング処理部２２０では、設計データ処理部２１９にて読み込んだ設計データに対応するテンプレートをテンプレート部２２７から読み込み、該テンプレートを用いて設計データと検査画像との位置合わせを行い、座標の対応関係の算出を行う。本願では、検査画像の所定領域に対して複数種のテンプレートを用いて複数回位置合わせを行う点を一つの特徴とする。
パタン変形処理部２２１では、マッチング処理部２２０にて算出した座標の対応関係を用いて、設計データを変形しパタン全体の位置を検査画像に対して合わせこむ。

欠陥判定処理部２２２では、パタン変形処理部２２１で合わせこむことにより位置ずれを補正し、変形処理を施した設計データと検査画像を比較し、欠陥の判定を行う。
検査画像処理部２２３では、比較検査のための前処理として検査画像にガウシアンの畳み込みによるノイズ除去や輝度濃淡むらの除去を行う。
欠陥判定結果の検査画像や、位置補正後の設計データの画像はグラフィック・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）２１５にて表示され、ユーザによるチェックが行われる。

次に、図１を用いて本発明の第１の実施の形態に係る欠陥検査方法を示すフローを説明する。図１（ａ）は検査前に実施するテンプレート抽出のフロー、図１（ｂ）は検査時に行う欠陥検出のフローである。

上述の通り、設計データと検査画像との位置ずれの原因としては、ウェハを載置するステージを走査する際の移動量の誤差に起因する装置の位置合わせ誤差の他、電子線のビーム走査による歪み、ウェハの帯電による歪み、ステージ走査時に生じる揺れに伴う歪み等がある。この位置ずれの原因によって位置ずれ量の最大値、周波数の特性などが異なる。そこで本実施の形態では、異なる位置ずれ原因に対して、ずれ方の特性に合わせた複数のパラメータ(例えばテンプレートの大きさなど)を用意し、各々パラメータでテンプレートを抽出し、位置ずれ量が大きい特性に合わせたテンプレートから位置ずれ量が小さい特性に合わせテンプレートの順に位置合わせを行うことによりパタン全体の位置ずれを補正する点を特徴の一つとする。

以下では、欠陥検査方法のフローを説明する。
検査前のフロー（ａ）において、テンプレート抽出処理部２２４にて被検査対象物に対応する設計データを記憶装置２１８から読み込む（１０１）。
テンプレート抽出処理部２２４にて、テンプレートの抽出に用いるパラメータ情報を装置の仕様値（特性データ２２６）から算出、もしくはＧＵＩ２２５等により設定する（１０２）。
テンプレート抽出処理部２２４にて、１０１で読み込んだ設計データと１０２で設定したパラメータ情報とから、配線の線分量や配線ラインの幅やパタンのユニーク性などにより決まる評価値を求め、該評価値に基づき段階位置合わせ用のテンプレートを複数抽出する（１０３）。
１０３で抽出した複数のテンプレートは記憶装置２１８に保存される（１０４）。

検査時は、検査時フロー（ｂ）において、電子光学系２０１によりウェハ上のパターン画像（検査画像）を取得する。（１０５）
設計データ処理部２１９にて、１０５で取得した検査画像に対応する領域をＤＢ２１８に蓄積された設計データから切り出して読み込む（１０６）。
また、設計データ処理部２１９にて、１０６で切り出した設計データ上に存在する複数のテンプレートを読み込む（１０７）。このテンプレートは１０３にて抽出して１０４によりＤＢ２１８に保存されたものである。
マッチング処理部２２０では、検査画像に対して設計データと１０７で読み出した複数のテンプレートのうちいずれか一つのテンプレートを用いて１回目のテンプレートマッチングを行う（１０８）。これにより、検査画像と設計データとの第一の位置ずれ量を求める。上述の通り、テンプレートは設計データの部分領域を表わすが、この部分領域を画像化し設計画像（設計データ画像）を作成し、検査画像との間でテンプレートマッチングを行うことで、設計データの座標と検査画像の座標との対応関係を求め、位置ずれ量を算出する。
１０８でのマッチング結果から求めた位置ずれ量を原点に、マッチング処理部２２０にて２回目のテンプレートマッチングを行う（１０９）。このときは、１０７で読み込んだ複数のテンプレートのうち、１０８で用いたテンプレート以外のテンプレートを用いる。また、もし３回目以降に用いるテンプレートが存在する場合は、上段のマッチング結果から求めた位置ずれ量を原点に、それ以降のテンプレートマッチングを行う（１１０）。
パターン変形処理部２２１にて、すべてのテンプレートマッチングの結果を用いて設計データの変形を行うことで、パタン全体の位置補正を行う（１１１）。
設計データ処理部２１９にて補正後の設計データを画像化し、欠陥判定処理部２２２にて画像化した設計画像と実パターン像（検査画像）とを比較することで欠陥の検出を行う（１１２）。尚、設計画像と検査画像とを比較する前に、検査画像処理部２２３にて比較検査のための前処理として検査画像にガウシアンの畳み込みによるノイズ除去や輝度濃淡むらの除去などをしてもよい。
（１−２）テンプレートの概要
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせに使うテンプレートの概要を示す図である。

３０１は設計データ、３０２、３０３、３０４はテンプレート領域、３０６〜３０９はテンプレート領域３０２に対応するテンプレート情報である。
設計データ３０１に対して図１のステップ１０３にてテンプレート抽出を行った出力結果の例として、テンプレートとして選ばれた領域３０２、３０３、３０４を示す。個々のテンプレート３０２、３０３、３０４はそれぞれテンプレート情報を持つ。例えばテンプレート３０２に対しては、テンプレート情報３０５として、テンプレートの位置座標の情報３０６、位置合わせに使うモード３０７、テンプレートサイズ３０８、ユニーク性サーチ範囲３０９などが挙げられる。
座標３０６は、テンプレート領域３０２の中心における設計データ上の座標を表わす。
モード３０７は、当該テンプレートをどの段階（何回目）のマッチングに用いることができかの情報や、位置合わせを行うときに画像のどの方向（ＸＹ両方向、Ｘ方向のみ、Ｙ方向のみなど）に対して位置合わせがを一意に行うことができるか、などの情報である。例えば、テンプレート３０２のモード情報は(１、ｘｙ)なので、1段階目のマッチングに用いることができ、またＸＹ位置合わせ可能なテンプレートとして使用できる。
テンプレートサイズ３０８は、テンプレートの領域の寸法を表わす情報である。この例の場合数値が一つのみなので、各辺が共通の正方形領域を表わすが、縦横の寸法が異なった情報を持っていてもよい。縦横の寸法が異なる場合は２つの数値情報を持つ。
ユニーク性サーチ範囲３０９は、このテンプレートパターンのユニーク性が保証されている領域の広さの情報を表わす。マッチング時に、実画像と設計データと位置ずれ量がこのサーチ範囲以下であれば一意にマッチングすることが可能である。
テンプレート３０３はテンプレート３０２と比べると、モード、テンプレートサイズ、ユニーク性サーチ範囲が異なる。テンプレート１０３はモードが（２、ｘｙ）となっているため、図１のステップ１０９の２段目のマッチングに用いることができる。

１回目のマッチングはステージ移動の誤差を起因とするウェハ全体の位置ずれ補正を目的としており、２回目のマッチングは歪みによる局所領域内での位置ずれの補正を目的としている。ステージ移動の誤差の位置ずれに比べ、歪みによる揺れによる位置ずれ最大量は小さいため、各位置ずれに合わせたテンプレート抽出のパラメータの設定が必要となる。そこで本願では、１回目のテンプレートマッチングに用いるテンプレートよりもテンプレートサイズが小さく、ユニーク性サーチ範囲が小さいテンプレートを２回目のテンプレートマッチングに用い、１回目のマッチング結果を元に算出した第一の位置ずれ量を原点に２回目のマッチングを行うことで、１回目のマッチングでは補正しきれない位置ずれの補正を行うことが可能となる。まだ、２回目のマッチングでは局所的な位置ずれ量を算出するために、１回目のマッチングで用いるテンプレートの数よりも多いテンプレートを用いることが望ましい。これについては図４、図５にて詳述する。

テンプレート３０４はテンプレート３０３とはモードの情報が異なり、（３、x）となっている。そのため、図１のステップ１１０の３段目以降のマッチングで用いられ、Ｘ方向のみ位置ずれの補正を行うことができる。ラインとスペースが交互に繰り返されるパターンではＸ方向かＹ方向一方向にしか位置合わせできないパターンしか存在しないため、そのようなパタンでも位置ずれを網羅的に補正できる。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係るユニーク性評価範囲を説明する図である。
図４(a)は、マッチング１段目に使用するテンプレート４０１を示している。このテンプレート４０１のユニーク性サーチ範囲は点線の矩形で表わされた領域４０２である。

設計データ全体及びテンプレート領域４０１を画像化し、設計画像およびテンプレート画像を生成する。次に、テンプレート４０１の位置を除くユニーク性サーチ範囲４０２内の任意の位置において、テンプレート画像と設計画像とを重ね合わせ、両画像の相関性を求める。各画素位置での画像の相関性が所定の閾値よりも低ければ、そのテンプレート領域４０１はユニーク性サーチ範囲４０２の領域内でユニークなパターンであると判断される。相関性の評価値としては、輝度値の差の二乗和(Sum of Squared Difference)や正規化相互相関などを用いればよい。
例えば、１段目のマッチングではステージ移動の誤差による位置ずれを補正するとし、この最大誤差による位置ずれ量を元にサーチ範囲領域の大きさに設定すればよい。但し、１段目のマッチングにおいて生じる最悪の場合、位置ずれ量はステージ移動の誤差による位置ずれ最大量＋歪みなどその他の原因による位置最大量となり、サーチ範囲矩形領域の１辺の幅は２*（ステージ位置合わせの誤差による位置ずれ最大値+１段目以降の補正対象となる位置ずれ成分の最大値の和)の設定が必要となる。そのため１段目のマッチングに用いるテンプレートは、２回目以降のマッチングに用いるテンプレートと比較して、相対的に大きいサーチ範囲領域を持つ。

テンプレートサイズが小さくなるほど、該テンプレート領域内に存在するユニークなパターンの候補が減少する。またサーチ範囲領域を大きくすると、相関性を評価する範囲も大きくなり、ユニークなパターン候補が減少する。よってサーチ範囲の大きさに比例したテンプレートサイズの設定が必要である。

図４(ｂ)は、２段目及び３段目以降のマッチングに使用するテンプレートとそのユニーク性サーチ範囲を示している。例えば、２段目以降のマッチングではステージ走査の揺れや電子ビーム走査の帯電による歪み起因の位置ずれ量を算出することが想定され、その場合２段目でのマッチングは、１段目のマッチングによってステージ誤差による位置ずれは既に補正されている前提なので、テンプレート４０４、４０５のサーチ範囲は歪みによる位置ずれ最大量の幅だけもてばよい。また、テンプレート４０３は縦のライン＆スペースのパタンであり、x方向のみ位置合わせに可能なため、３段目以降のマッチングに利用することができる。このテンプレートを利用してマッチングを行う際は、近くのテンプレート４０４のマッチング結果から求めた位置ずれ量を原点としてマッチングを行えばよい。
（１−３）２段階以上のマッチングにおける効果
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る多段階マッチングにおける効果を説明する図である。
２段階以上のマッチングにおける効果について１段階のみのマッチングと比較して説明する。ここでは、テンプレート抽出時のパラメータとして、単一のテンプレートサイズのみでテンプレートを抽出した場合を考える。

図５（ｂ）は、歪みによる位置ずれ周期よりも大きいテンプレートサイズを設定した場合のテンプレート画像である。
図５（ｂ）は、テンプレートのパタン像（点線５０７）と検査画像（実線５０６）を重ね合わせた図で、テンプレート領域において、十字のパターン形状の上下部分に歪みによる位置ずれが生じている。テンプレートサイズは歪みによって生じる位置ずれの周期より大きい値に設定した例である。
このテンプレートにおけるマッチングでは、テンプレートサイズが歪みによって生じる位置ずれの周期より大きいため、検査画像５０６のパタンの輪郭が歪み、テンプレートとパタンの輪郭が完全に一致せず、局所的な位置ずれ５０８を検出することができない。

図５（ａ）は、歪みによる位置ずれ周期よりも十分に小さいテンプレートサイズに設定した場合のテンプレート画像である。
テンプレートサイズが歪み周期よりも十分小さいテンプレート５０１、５０２、５０３の例である。テンプレートサイズが歪み周期よりも十分小さいと、（１−２）で説明した通り、ユニークなパターン候補が減少してしまう。例えば、テンプレート５０１はサーチ範囲内において、パタン領域５０４と形状が一致するため、ユニーク性が低く位置合わせに用いることができない。同じくテンプレート５０２は、パタン領域５０５と一致するため位置合わせに用いることができない。つまり、歪みによる位置ずれ周期よりも十分に小さいテンプレートサイズを設定した場合は、ユニークなパタンが減少し、パタン全体から網羅的にテンプレートを抽出することが難しくなる。このようにテンプレートを抽出することができなければ位置ずれ量を求めることができず、位置ずれ補正処理が破綻してしまう。

上記の２つの例から、単一のパラメータによるテンプレートを用いて、ステージ位置合わせ起因の位置ずれと歪みによる位置ずれの両方を高精度に補正することは難しいことが分かる。それに対して本願では、（１−２）中で説明した通り、２段階でのマッチングを行うことを前提とした異なるパラメータを持つテンプレートを抽出することで、各種テンプレートのサーチ範囲を必要最低限の領域のみに抑え、パタン全体の位置補正を精度よく行うことができる。
（１−４）テンプレート抽出方法
テンプレートを抽出する方法（図１のステップ１０３）について説明する。
まず、被検査対象物に対応する設計データの画像化を行い設計画像を生成し、設計画像の各画素をテンプレート候補とする。各テンプレート候補において下記（１）〜（４）のような複数の評価値fiを算出し、評価値の高い候補をテンプレートとして選択する。本実施形態では、評価値fiに式(1.1)に示す重み付き加算を行うことで、最終的に一つの評価値Ｆを求め、この総合評価値が最も高いテンプレート候補を、位置合わせに用いるテンプレートとして選択する。

但し、重みαiはステップ１０２においてパラメータとして入力された値を用いる。

（１）xエッジ評価値とyエッジ評価値について説明する。
図６(ａ)は、本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートの評価値（エッジ評価値）を説明する図である。
設計データ画像（設計画像）で、領域６０１が配線部、領域６０２が背景部である。テンプレート内に配線のエッジ部分が多いほど、マッチング時に合わせ込みにつかえる部分が増え、マッチング結果の高精度化が期待できる。そこで、設計データ画像の縦エッジ６０３と、横エッジ６０４の成分を評価値とする。評価値の算出方法は、設計データ画像に微分フィルタ６０５を掛けた出力の輝度強度の和f1と微分フィルタ６０６を掛けた出力の輝度強度の和f2を評価値とする。

（２）配線部・背景部比率の評価値について説明する。
図６(ｂ)（ｃ）（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートの評価値（配線部・背景部比率の評価値）を説明する図である。
図６（ｂ）の設計データ画像６０７、図６(ｃ)の設計データ画像６０８および図６（ｄ）の設計データ画像６０９は、（１）のエッジ評価値はすべて同じであるが、設計データ画像６０８と６０９は、設計データ画像６０７に比べると画像全体に対する配線部及び背景部領域の割合が小さい。これら設計データ画像６０８と６０９の設計データに対応する検査画像の配線に膨張縮退や歪みが生じた場合、設計データ画像６０８と６０９に対応する検査画像では配線及び背景領域が存在しなくなる可能性がある。設計データ画像６０７のように画像中の配線領域と背景領域が均等に存在する方が、高いマッチング精度が見込まれる。そこでこの背景部領域と配線部領域の比率を評価値とする。評価値算出方法は、テンプレート内の背景部の面積をS1、配線部の領域をS2とし、評価値f3を以下の式(1.2)で算出する。

但しMIN(S1,S2)はS1とS2の小さい方の値を返す。

（３）配線幅の評価値について説明する。
図６（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートの評価値（配線幅の評価値）を説明する図である。

細い配線領域では、太い配線領域に対して光近接効果によるパタンの変形が起こりやすい。パタンの変形はマッチング精度の低下の原因となり、縮退によって配線領域が消失した場合、マッチングそのものが破綻してしまう。そこで、テンプレート画像６１０中の配線領域の最大幅６１１を評価し、これがなるべく大きいパターンを含むテンプレート候補を選ぶ。評価値の算出方法としては、設計データ画像から距離画像を算出し、距離画像内の輝度最大値を評価値にする。

（４）ユニーク性の評価値について説明する。
図７は、本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートの評価値（ユニーク性の評価値）を説明する図である。

図７（ａ）の２重線の領域７０１はテンプレート候補で、点線領域７０２はそのユニーク性サーチ範囲である。領域７０１を除くユニーク性サーチ範囲７０２内において設計データ画像とテンプレート画像の相関値を求め、相関値の最大値から評価値を計算する。相関値は、例えば正規化相互相関などを用いればよい。テンプレート画像をT(x、y)、テンプレートと重なるサーチ範囲内の画像をI(x、y)、テンプレート画像の縦サイズをheight、横サイズをwidthとしたとき、正規化相互相関

を用いた場合の評価値を以下の式(1.3)を示す。

正規化相互相関

は-1〜1の値を取り、高いほど相関性が強いことを表わすため、式（1.3）の評価値が高いほどテンプレート画像がサーチ範囲内でユニークであることが保証される。

図７（ｂ）の設計データ画像において、２重線の領域７０３はテンプレートで、サーチ範囲は画像７０４全体である。この時、領域７０５に同じパターンが存在するためＹ方向には位置合わせ不可能となる。そのため、２段目以降のＸ方向のみ位置合わせ用のテンプレートとして保存する。

図７（ｃ）の設計データ画像において、２重線の領域７０６はテンプレートで、サーチ範囲は画像７０７全体である。このテンプレートは領域７０８や領域７０９などと同じパタン形状を持つため、Ｘ方向とＹ方向のどちらにも一意に位置合わせができない。しかし、近傍のテンプレートのマッチング結果によりＸ方向かＹ方向のどちらかの位置が決まっている状態であれば、位置合わせに利用することが可能である。そこで、このテンプレートを保存するときに、２段目以降の条件付きで位置合わせ可能であるというモード情報で保存する。このときの条件というのは近傍のテンプレートによりＸ方向、及びＹ方向の少なくとも１つの位置合わせが決まっているという条件である。

次に、抽出するテンプレートの数の調整方法について説明する。
図８は、本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートを抽出するアレイ領域を説明する図である。

テンプレートの抽出間隔を、歪み周波数特性に対し波長の半分以下として抽出できれば、歪み補正が可能となる。そこで、図８(a)に示す設計データ８０１をアレイ８０２に区切り、各アレイ８０２の矩形内において最も評価値の高いテンプレートを１つずつ抽出する。図８(ｂ)の設計画像中における２重線の領域は抽出されたテンプレートである。図中に示すように、アレイ８０２の間隔を設定することで、網羅的に、かつ、歪みによる局所的な位置ずれを補正するのに十分な頻度でテンプレートを抽出することが可能となる。このように、精度良く欠陥検出するためには、抽出するテンプレートの頻度を発生する歪みの周波数や設計パターンのデザインルールに応じて適切に設定することが必要である。
（１−５）テンプレート抽出パラメータ
テンプレート抽出に用いるパラメータを設定する方法（図１のステップ１０２）を説明するう。
図９は、本発明の第１の実施の形態に係るテンプレート抽出パラメータを設定するＧＵＩの例である。本実施形態では、図９に示すＧＵＩによりユーザが所望のパラメータの設定を行うことができる。
ＧＵＩの項目９０１において１段目のマッチングに使うテンプレートのパラメータを設定する。入力ボックス９０２ではテンプレートサイズの横幅と縦幅をｎｍ単位で、入力ボックス９０３ではユニーク性サーチ範囲の幅を、入力ボックス９０４ではユニーク性サーチ範囲をそれぞれ入力することができる。項目９０５において２段目のマッチングに使うテンプレートを、項目９０６において３段目のマッチングに使うテンプレートの設定をそれぞれ行うことができる。項目の中にあるチェックボックスをＯＮとＯＦＦに切り替えることで、その項目のテンプレートを抽出するかしないかを選択することができる。
また、パラメータの設定が無かった場合、デフォルトの値でパラメータが設定されるが、ステージ位置合わせの誤差や、揺れの周波数などの電子光学系の仕様データをＤＢ上に管理することで、テンプレートサイズやユニーク性サーチ範囲を仕様データから計算することもできる。またこれらデフォルトのデータを読み込みボタン９０８を押すことでＧＵＩ上に読み込み、一部のパラメータをユーザによって変更することができる。パラメータを設定したら保存ボタン９０７を押すことで内部に抽出パラメータの設定ファイルがセーブされ、テンプレートの抽出時に使用できる。

図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る抽出したテンプレートの確認を行うＧＵＩを説明する図である。
設定ファイルにおける動作や抽出したテンプレートの確認を行うことができる。設計データ全体でテンプレート抽出を行う前に、保存した抽出パラメータの設定ファイルを読み込み、一部領域の設計データに対してテンプレート抽出を行う。抽出したテンプレートの位置や数を確認するウインドウ１００１で、設計データ上に抽出されたテンプレートが矩形１００２のように表示される。描画される矩形の線の種類によって表１００３に示すようにテンプレートの位置合わせ方法のモード情報を確認することができる。ウインドウ１００４はテンプレート抽出用の評価値の重みを設定するスライダである。スライダを設定しなおし、再抽出ボタン１００６を押すことで、新しい重みにより計算された評価値でテンプレート抽出しなおすことができる。ウインドウ１００５はテンプレートの全体の数や、段階ごと、モード情報別でテンプレートの数を表示することができる。重みのパラメータを変えつつ、一部領域の設計データに対してテンプレート抽出を試行し、良好なパラメータが設定できたら実行ボタン１００７を押すことで、設計データ全体に対しテンプレート抽出を実行する。

図１８は、本発明の第１の実施の形態に係る、ユニーク性評価値のパラメータを設定するＧＵＩの例である。ユーザがテンプレートサイズとユニーク性サーチ範囲のパラメータを設定及び修正するときに用いるＧＵＩの一例である。

ウインドウ１９０１において設計データが表示され、その上から切り出すテンプレートサイズを示す２重線の矩形領域１９０２とそのユニーク性サーチ範囲を示す点線の矩形領域１９０３が表示される。ユーザはマウスカーソル１９０４を操作することで、矩形領域を移動し設計データと照らし合わせて、切り出されるテンプレートサイズとそのユニーク性サーチ範囲が適切かどうかを判断することができる。またアンカーポイント１９０５、１９０６をマウスカーソル１９０４で矢印１９０７方向にドラッグすることで、テンプレートサイズとユニーク性サーチ範囲、それぞれの大きさを変えることができる。ユーザはそれぞれ適切な大きさを設定したら、ボタン１９０８を押すことで、パラメータファイルに数値データとして保存することができる。
（１−６）マッチング処理
電子光学系２０１から取得した画像に対してテンプレートのマッチングを行う方法（図１のステップ１０５乃至１１０）について説明する。

図１１は、本発明の第１の実施の形態に係るテンプレートのマッチング処理を説明する図である。

マッチングのフローの概要を図１１(ａ)に示す。本実施形態では、取得した検査画像１１０１に対してメディアンフィルタ１１０３とガウシアン１１０４の畳み込みによるノイズ除去を行う。この出力画像に対し２値化処理１１０８を行うことで検査画像１１０１中のパターンエッジ画像１１０５を生成する。また、設計データ中のテンプレート領域において輪郭線を描画したテンプレート画像（設計データ画像）１１０２を作成する。このテンプレート画像１１０２とパターンエッジ画像１１０５のマッチング処理１１０６を行う。
図１１（ｂ）は、テンプレート画像１１０２とパターンエッジ画像１１０５とのマッチングの仕方を示す。
マッチング処理１１０６は、図１１(ｂ)のパターンエッジ画像１１０８中のサーチ範囲領域において、テンプレート画像１１１０の位置を矢印１１１１方向に走査しながら評価値を計算し、最も評価値が高くなる位置を求める。評価値としては、例えば正規化相互相関を用いる。求められたマッチング位置１１１２と原点１１１３から、位置ずれ量をを求めメモリ上に保存（図１１(ａ)の１１０７）する。

尚、ここでは、１回のテンプレートマッチングについて説明したが、図１のステップ１０８、１０９、１１０のように、各ステップにおいて異なるテンプレートを用いて上述のマッチング処理を行うことが必要である。
（１−７）設計データの変形
マッチングにより求めた位置ずれ情報から設計データの変形処理を行う方法（図１のステップ１１１）を説明する。
図２７は、本発明の第１の実施の形態に係る任意座標の位置ずれ量を補間する処理を説明する図である。

マッチングにより求めた位置ずれ情報から設計データの変形処理を行うことで、パタン全体の位置ずれの補正をすることができる。連続的なパターン変形を行うためには、テンプレートマッチングによって求めた離散的な位置ずれ情報を用いて、任意の点の位置ずれ量を算出する必要がある。
図２７(ａ)の設計データ１２０１において、データ上の点１２０２、点１２０３、点１２０４において先のマッチング結果より位置ずれ量が算出されている。このとき、点１２０５の位置ずれ量を点１２０２、１２０３、１２０４の位置ずれ量から、例えばシェパード補間によって求める。
図２７（ｂ）にてシェパード補間方法を説明する。補間したい点Ｏ（１２０６）を中心とした垂直線１０７と水平線１２０８によって分けられた４領域にそれぞれにおいて、点Ｏ（１２０６）と最も近いサンプリング点Ａ（１２０９）、点Ｂ（１２１０）、点Ｃ（１２１１）、点Ｄ（１２１２）を求める。これらサンプリング点が持つ値をdA,dB,dC,dDとし、また点Ｏとの距離をlA,lB,lC,lDとする時、補間値Ｄは以下の式（1.4）で算出する。

但し、補間したい点の位置によっては必ずしも４点存在しない場合がある。その場合は点の存在しない領域のデータ値dと長さlを０として計算し、サンプリング点が存在する領域のみの値で補間値の計算を行う。

次に設計データの変形について説明する。
図１２は、本発明の第１の実施の形態に係る、設計データの変形処理を説明する図である。図１２(ａ)は変形前の設計データ、図１２(ｂ)は変形後の設計データを表わした図である。画像データになる前の設計データは複数の頂点の連結情報で配線の輪郭形状が表現されている。この頂点の座標に対して位置ずれ量のオフセットを与えることで、データの補正を行う。具体的にある頂点Ｍ１０１に対して位置ずれ補正を行う場合は、まず先の補間方法によって位置ずれ量を求める。頂点の座標に位置ずれ量を足し合わせて、座標値を更新し補正後の頂点Ｍ１０２を求めればよい。
（１−８）欠陥検出処理
補正後の設計データと検査画像から欠陥検出を行う方法（図１のステップ１１２）について説明する。
図１３は、本発明の第１の実施の形態に係る、検査画像と設計データを比較し欠陥検出する処理を説明する図である。

まず検査画像１４０２に対し、ノイズ低減処理としてメディアンフィルタ１４０３とσ1ガウシアン１４０４の畳み込みを行い、前処理画像１４０５を得る。また検査画像１４０２に対応する領域の補正後の設計データ画像１４０１に対し、電子ビームの広がりσ2のガウシアン１４０６を畳み込んだ擬似ＳＥＭ画像１４０７を得る。この擬似ＳＥＭ画像１４０７と検査画像と濃淡値をそろえるため、輝度のオフセットとコントラストの調整１４０８で行い、前処理画像１４０５との差分画像を求める。差分画像に対して２値化１４０９を行うことにより、設計データと検査画像間において発生した形状の乖離部分を、欠陥として検出した画像１４１０を得る。

図１４は、本発明の第１の実施の形態に係る、欠陥検出の結果を確認するＧＵＩを説明する図である。
ウインドウ１５０１は設計データのパターン画像を背景にし、検出した欠陥領域１５０２を表示する。また、タブ１５０３を選択することで、検査画像を背景に欠陥領域を表示することができる。ズームイン、ズームアウトツール１５０４を選択しウインドウ内をクリックすることで、表示倍率を変更することができる。また選択ツール１５０５を選択しウインドウ中の欠陥を選択し詳細情報を見ることができる。ウインドウ１５０６はダイマップを表示する。カーソル１５０７を移動し選んだマップ上場所がウインドウ１５０１に反映される。またマップ上に黒点１５０８として欠陥発生箇所を表示する。タブ１５０９を選択することで、ダイマップからウェハマップを表示することもできる。ウインドウ１５１０はウインドウ１５０１で表示している領域において欠陥画像のしきい値処理する前の輝度値をヒストグラムとして表示する。またしきい値をスライダ１５１１で変更することができ、表示ボタン１５１２を押すことで、新たに設定したしきい値での結果をウインドウ１５０１に表示することができる。ウインドウ１５１３ではウインドウ１５０１で選択された欠陥の詳細画像を表示する。ウインドウには欠陥周辺の検査画像１５１４、設計データ画像１５１５、検査画像と擬似ＳＥＭ像との差分画像１５１６、欠陥検出領域画像１５１７が表示され、欠陥の詳細を確認することができる。またウインドウ１５１８は選択された欠陥のあるダイＮｏ、欠陥の座標、欠陥Ｎｏの他に検出した欠陥の総数などを数値で表示する。ウインドウ１５１３に表示された欠陥画像は、画像保存ボタン１５１９を押すことで保存することができる。

図１５は、本発明の第２の実施の形態に係る、エッジ方向別評価値を説明する図である。

第２の実施の形態は、図１のステップ１０２、１０３にてテンプレートを抽出する際に算出する評価値の一つとして、設計データ中のパターン配線からエッジの方向別に算出したエッジ量を用いる点が第１の実施形態と異なる。

図１５（ａ）と（ｂ）は設計データを表わし、領域１６０１、１６０２はパターンの設計データ上の配線領域である。また、図１５（ｃ）は、実画像１６０５に図１５（ａ）の設計データの配線の輪郭１６０３を上から重ねたものである。設計データに対して実画像の配線は膨張しており、輪郭が重なるようにテンプレートマッチングを行った場合、矢印１６０５方向にずれてマッチングされる。
同じように図１５（ｄ）は、実画像に図１５（ｂ）の設計データの配線の輪郭１６０４を上から重ねたものである。こちらも実画像の配線は膨張しており、輪郭線が重なるうようにテンプレートマッチングを行った場合、矢印１６０６、１６０７方向に重ねることになるが、それぞれの矢印は反対方向を向いているため、どちらかの方向に偏ってマッチングされるという危険性が軽減される。
よって、テンプレート領域を選択する時、輪郭線を境にして配線領域から背景領域への向きが一つの方向だけ偏った図１５(a)よりも、両方向もつ図１５(c)のような設計データの部分領域を抽出する方が、検出精度を高めることができる。

そこで図１５（ｅ）に示す上向きエッジ１６０８量e1、下向きエッジ１６０９量e2、左向きエッジ１６１０量e3、右向きエッジ１６１１量e4をそれぞれ求め、エッジ方向別評価値Feを以下の式(2.1)によって求める。

この評価値が大きいほど、エッジがそれぞれの向きに均一にあることを表わし、実画像の配線に膨張や縮退がある場合でも、マッチングの安定性を保証することができる。

図１６は、本発明の第３の実施の形態に係る、横エッジが中心に存在する評価値を説明する図である。

第３の実施の形態は、図１のステップ１０２、１０３にてテンプレートを抽出する際に算出する評価値の一つとして、テンプレート中心（位置合わせの基準点）付近に存在するエッジ量を用いる点が第一の実施形態と異なる。

図１６（ａ）は、横配線が等間隔に並んだ設計データのテンプレートである。このテンプレートは中心位置１７０１を基準点に位置合わせを行い、位置ずれ量を算出する。例えば、図１６（ａ）のx方向にビームを走査し、y方向にステージが走査することで得られる画像に対して、図１６（ｂ）に示すグラフのようなｙ方向の歪みが加わった場合、図１６（ｃ）のように配線の間隔が不均一な実画像が得られる。但し、グラフ中の点Ａ１７０２、点Ｂ１７０３は、図１６（ｃ）の点Ａ１７０４、点Ｂ１７０５に対応する。このとき設計データの中心位置１７０１に対応する実ＳＥＭ像中の中心位置１７０６は点Ａ１７０４側にずれる。
図１６（ｄ）は別のテンプレート画像の例である。このテンプレートにも図１６（ｂ）に示すステージの揺れが加わっっており、設計データは実線１７０７、実ＳＥＭ像は点線１７０８で表し、また設計データ中の中心１７０９と対応する実ＳＥＭ像中の中心１７１０を表わす。配線の輪郭で位置合わせを行った時、このテンプレート例では実ＳＥＭ像中の輪郭線に対して歪みが生じないため、中心位置における位置ずれ量１７１１は補正されずにマッチングが行われてしまう。

図１６（ｅ）は別のテンプレート画像の例である。このテンプレートにも図１６（ｂ）に示すステージの揺れが加わっており、設計データは実線１７１２、実ＳＥＭ像は点線１７１３で表し、また設計データ中の中心１７１４と対応する実ＳＥＭ像中の中心１７１５を表わす。このテンプレートでは、中心付近に配線があるため、ステージ揺れによる歪みによる位置ずれを、輪郭線でマッチングし求めることが可能である。この例に示すように、ステージ走査（ｙ）方向の揺れに対しては、テンプレートの中心（位置合わせ時の基準点）付近にステージ走査方向とは垂直（ｘ）方向の配線があることが望ましい。そこで中心位置のy座標をyo、ある座標(x,y)におけるステージ走査方向とは垂直(x)方向の配線エッジ強度を

とした時

として、横エッジ中心評価値をFcを以下の式(3.1)によって算出する。

但し、

であり、widthはテンプレートの横の領域、heightはテンプレートの縦の領域である。この評価値を算出することで、ステージ走査方向の揺れに起因する局所的な位置ずれが生じても、安定したマッチングが可能なテンプレートを抽出することができる。

図１７は、本発明の第４の実施の形態に係る、縦エッジが対称に存在する評価値を説明する図である。

第４の実施の形態は、図１のステップ１０２、１０３にてテンプレートを抽出する際に算出する評価値の一つとして、テンプレートの中心（位置合わせの基準点）に対して対象的に存在するエッジ量を用いる点が第一の実施形態と異なる。

図１７（ａ）は設計データのテンプレートである。このテンプレートは中心位置１８０１を基準点に位置合わせを行う。図１７（ａ）のx方向にビームが走査し、y方向にステージが走査することで得られる画像に対して、図１７（ｂ）に示すグラフのようなx方向の歪みが加わった時、図１７（ｃ）のような縦方向の配線が波打つように歪んだ実画像が得られる。但し、グラフ中の点Ａ１８０２、点Ｂ１８０３は、電子ビームが図１７（ｃ）の点Ａ１８０４、点Ｂ１８０５を走査しているときに対応する。この時、設計データの中心位置に対応するＳＥＭ像の中心位置は１８０６である。図１７（ｄ）は、図１７（ｂ）のグラフに示すステージの揺れが加わった別のテンプレート画像の例である。設計データは実線１８０７、実ＳＥＭ像は点線１８０８で表し、また設計データ中の中心とそれに対応するＳＥＭ像の中心は同じ点１８０９である。このテンプレートに対して、配線の輪郭線を元にマッチングを行った場合、矢印１８１０方向にずれてマッチングするため、中心位置がずれてしまう。
図１７（ｅ）は、図１７(ｂ)に示すグラフの歪みが加わった別のテンプレート画像の例である。設計データは実線１８１１、実ＳＥＭ像は点線１８１２で表し、設計データ中の中心と実ＳＥＭ像の中心は点１８１３で共通である。このテンプレートに対して、配線の輪郭線を元にマッチングを行う場合、矢印１８１４方向と逆方向を向いた矢印１８１５方向に合わせこもうとするため、最終的には設計データの中心とＳＥＭ像の中心が揃った状態でマッチングを行う。ステージ揺れは波上であるため、位置合わせの基準点を中心に上下対称に縦方向のエッジが存在していれば、マッチング時に輪郭線を合わせこもうとする方向が正方向と負方向で積み重なるため、大きく1方向に偏ってマッチングを行う危険性が減少する。

そこでテンプレートの中心からy軸方向に存在するy方向エッジの対称性を評価値Fsとし、以下の式(4.1)にて算出を行う。

但し、ev(x,y)は座標(x,y)における縦方向のエッジ強度、widthはテンプレートの横の領域、heightはテンプレートの縦の領域である。

この評価値を用いることで、ステージ走査方向に対して垂直な揺れによる位置ずれが生じても、安定して位置ずれ量を求めることのできるテンプレートを抽出することができる。

第５の実施の形態は、実施例１において２段階以上のマッチングにより求めていた位置ずれ量を、テンプレート信頼度順にマッチングを行うことで算出する実施の形態である。

図１９は、本発明の第５の実施の形態に係る、信頼度情報を持つテンプレートを示す図である。
設計データ２００１上に抽出したテンプレートは、２重線の矩形で示された２００２、２００３、２００４、２００５などである。１つのテンプレートにはテンプレートの座標２００６、実施例１の(１−４)で求めた評価値の一つであるエッジ量２００７や線幅２００９、テンプレートサイズ２００８、ユニーク性１１０、マッチング信頼度２０１１などの情報をもつ。ユニーク性はテンプレートが周辺のパターンに対して、どれだけユニークなパターン形状を持つかを示す指標である。ユニーク性評価値は、実施例１の(１−２)で説明したユニーク性サーチ範囲と同じようにテンプレート画像からユーザが設定したサーチ範囲において式(1.2)の評価値f5を算出し、テンプレート画像と同じ座標を除く座標におけるf5の最大値fmaxから、以下の式(6.1)によって算出する。

fuは、0.0〜1.0の値を取り、大きいほどサーチ範囲内においてユニークなテンプレートである。図１９のように様々なテンプレートサイズを持つテンプレートを抽出するには、ＳＩＦＴ特徴点と呼ばれる特徴点を抽出手法を利用する（参考文献：David G. Lowe、 “Distinctive image features fromscale-invariant keypoints” 、 Journal of Computer Vision、 60、 2 、 pp. 91-110、 2004.）。この特徴点はスケールと呼ばれる特徴点の大きさが定義されている。このスケールをテンプレートサイズに用いる。SIFT特徴点の抽出手法を用いて、様々なテンプレートサイズを持つテンプレート候補を抽出し、評価値２００７、２００９、２０１０などの評価値からマッチングに使うテンプレートを選択する。ユニーク性の評価値２０１０を求めるためのサーチ範囲はテンプレートサイズに比例するように決定する。例えばユーザによるパラメータｎを定義し、テンプレートサイズのｎ倍を一辺とする矩形領域をサーチ範囲と定義し、ユニーク性を評価する。

本実施例では、テンプレートの位置合わせをテンプレート２００５、２００４、２００３、２００２の順のようにマッチング信頼度２０１１が高い順に行う点に特徴がある。マッチング信頼度は、テンプレートを抽出するために求められた評価値から、重み付き加算式(1.3)によって算出される。図１９の例では、線幅やユニーク性などのマッチングの安定性に係わる評価値に強い重みを掛けて計算している。テンプレートをマッチングする際には、テンプレート近傍における既にマッチング済みのテンプレートから粗い位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量を補正して求めた基準位置をスタートとしてテンプレートマッチングを行う。これにより、大きな位置ずれから順に補正されていくため、マッチングの探索範囲を小さくしていきマッチングが失敗する危険性やマッチングの計算量を少なくすることができる。

図２０は、本発明の第５の実施の形態に係る、テンプレートの信頼度順マッチング処理のフローを示す図である。
マッチング開始までは図１のステップ１０７まで同じであるので説明を省略する。テンプレートを読み込んだ（１０７）後、最もマッチング信頼度が高いテンプレートを選択し、発生し得る最大の位置ずれ量を探索範囲としてテンプレートマッチングを行う(２１０１)。次に、まだマッチングに使用していないテンプレートの中で最もマッチング信頼度が高いテンプレートを選択する（２１０２）。選択したテンプレートの近傍の位置合わせ済みのテンプレートから位置ずれ量を補間して、荒い位置ずれ量を算出する（２１０３）。具体的には、選択したテンプレートを中心として実施例１の（１−7）で用いたシェパード補間を用いることで荒い位置ずれ量Ｄを求める。次に選択したテンプレートに対して荒い位置ずれ量Ｄの分だけ位置の補正を行う（２１０４）。補正した位置を基準として、テンプレートマッチングを行う(２１０５)。このとき、荒い位置ずれ量Ｄの補間元となった位置合わせ済みのテンプレートと距離が近ければ、荒い位置ずれ量Ｄの精度は高いと考えられるため、マッチングを行う際の探索範囲を狭くすることができる。２１０１で用いた初期のマッチング探索領域の一辺の長さをm、これからマッチングを行うテンプレートと最も近い位置合わせ済みのテンプレートとの距離をlとした時、選択中のテンプレートのマッチング探索範囲の一辺の長さm'は、以下の式(6.2)によって算出する。

この時、αはユーザによって決められる距離の正規化パラメータである。求められた探索範囲内でマッチングを行い選択したテンプレートの位置ずれ量を算出する。マッチング後、他にまだマッチングが終わっていないテンプレートがあれば２１０２に戻り、すべてのテンプレートのマッチングが終了している場合は、図１のフロー１１１に移り設計データの変形を行う。

本実施例では、マッチング信頼度の高い順にマッチングを行うため、精度良く位置ずれ量を算出することができ、高精度のマッチングが可能となる。

第６の実施の形態は、隣接するテンプレート間の最短距離であるマージンをパラメータとして設定することにより抽出するテンプレートの数の調整を行う実施形態である。

図２１は、本発明の第６の実施の形態に係る、マージンによりテンプレートの抽出数を調整する処理を説明する図である。
設計データ２２０１において、実施例１の（１−４）と同様に各画素をテンプレート候補とし、評価値の高い候補から順にテンプレートを決定していく。テンプレート候補Ａ２２０２、Ｂ２２０３、 Ｃ２２０７、Ｄ２２０８の順に総合評価値Fが高いとすると、テンプレートを選択する順番について何も指定しない場合には、総合評価値が高いＡ、Ｂの順にテンプレートは抽出される。このとき、ユーザによるパラメータとして、隣接するテンプレート間の最短距離であるマージン２２０４により、テンプレート抽出不可能領域２２０５、２２０６が定義された場合、総合評価値順で選ぶとテンプレートＢの次にはテンプレートＣが抽出されることになるが、テンプレートＣはテンプレートＡによる抽出不可能な領域２２０５の中にあるため抽出することができず、抽出不可能領域からはずれているテンプレートＤが選択されることになる。テンプレート候補の中からテンプレート抽出を繰り返していき、設計データ中からテンプレートが抽出できなくなるまで繰り返す。このユーザはマージンのパラメータを大きくすることで抽出するテンプレート数を少なくし、パラメータを小さくすることで逆に抽出するテンプレートの数を多くしたりと、抽出するテンプレートの数を調整することができる。

第７の実施の形態は、２段階のテンプレート位置合わせを用いて欠陥のレビュー検査を行う実施形態である。

レビュー検査とは、光学式検査装置などの欠陥検査において検出した欠陥の位置をＳＥＭ式検査装置などにより解像度の高い光学系で観察する検査である。ＳＥＭ式検査装置による欠陥の詳細な形状や設計データ上の発生箇所の情報から、半導体製造プロセス上の何が原因となって生じた欠陥なのかを解析することができる。

図２２は、本発明の第７の実施の形態に係る、低倍率像から高倍率像におけるテンプレートのマッチング方法を説明する図である。
レビュー検査では観察したいウェハの領域が光学系の中心になるようステージを移動後、停止させるが、実際に光学系の中心にきたウェハ上の座標と撮像したい座標とでは、ずれが生じている。そのため、観察したい欠陥座標周辺の設計データ２５０１を切り出しておき、１回目位置合わせ用のテンプレート２５０３を抽出する、また２回目位置合わせ用のテンプレートも切り出した設計データ全域に対して抽出しておく。電子光学系ではウェハから低倍の画像を撮像し、この画像と１段目位置合わせ用のテンプレートによるマッチングを行うことでこの位置ずれ量を求め座標の補正を行う。次に、補正したウェハ上の座標から観察したい欠陥座標２５０４における高倍画像を電子光学系により取得する。得られた高倍画像と、その画像領域に対応する設計データ２５０２内のテンプレート２５０５、２５０６、２５０７を用いて、マッチングを行い局所領域での位置ずれ量を求める。この位置ずれ量を用いて、実施例１と同様に設計データの変形を行う。変形した設計データと実パターン像を比較することで欠陥位置や欠陥の種類の解析を行う。

図２３は、本発明の第７の実施の形態に係る、レビュー検査におけるテンプレートを用いた２段階位置合わせ処理のフローを示した図である。まず、光学式検査装置による欠陥検出結果から観察を行うウェハ上の位置情報の取得を行う（２３０１）。得られた座標情報から、その座標周辺領域の設計データを切り出す（２３０２）。切り出した設計データに対して、実施例１と同様にテンプレートの抽出を行う（２３０３）。ＳＥＭ式検査装置のステージを１段目位置合わせ用テンプレートの座標まで移動し、ステージを停止させる（２３０４）。電子光学系でウェハの低倍画像の取得を行う（２３０５）。この低倍画像に対して１段目のテンプレートマッチングを行い、実画像と設計データとの位置ずれ量の算出を行う（２３０６）。この求めた位置ずれ量から現在のステージ位置でのウェハ上の座標情報を補正し、欠陥座標を高倍で撮像する（２３０７）。得られた高倍画像に対し２段目のテンプレートマッチングを行い、局所的な位置ずれ量を算出する（２３０８）。この位置ずれ量を元に実施例１と同様、設計データの変形を行う（２３０９）。変形後の設計データと高倍の実パターン像を比較することにより、欠陥の詳細位置や欠陥形状の解析を行う（２３１０）。まだ観察を行う欠陥が残っていれば２３０４に戻り検査を継続する。

第８の実施の形態は、２段階のテンプレート位置合わせを用いて半導体の定点検査を行う実施形態である。

定点検査とは、製造ラインにおいて定期的にウェハを標本抽出し、プロセスシミュレータにより得られるホットスポット部（欠陥が発生しやすい箇所）、あるいは、過去の検査で欠陥が発生しやすいことが分かっている箇所を撮像し、状態を観察することで問題が生じていないかをチェックする検査である。実施例７と同じように低倍画像取得、１段目テンプレートのマッチングによる位置補正、高倍画像取得、２段目テンプレートマッチングによる設計データの変形という流れで画像取得・解析を行う。実施例７の検査方式との違いは、検査事前に観察すべき領域が与えられているため検査前に先にテンプレートを抽出することができる点である。

図２４は、本発明の第８の実施の形態に係る、定点検査におけるテンプレートを用いた２段階位置合わせ処理のフローを示した図である。
まず検査前にウェハ上の欠陥の生じやすい箇所、欠陥が生じると致命的になる箇所を設計データの解析により求め、検査すべき複数の観察領域の座標情報を取得する（２４０１）。得られた座標から、その座標周辺領域の設計データを切り出す（２４０２）。切り出した設計データから実施例１と同様にテンプレートの抽出を行う（２４０３）。検査時には、ＳＥＭ式検査装置のステージを観察対象領域の１段目位置合わせ用のテンプレートの座標まで移動し停止する（２４０４）。電子光学系でウェハの低倍画像の取得を行う（２４０５）。取得した低倍画像に対して１段目の位置合わせ用テンプレートでマッチングを行い、実画像と設計データとの位置ずれ量の算出を行う（２４０６）。この求めた位置ずれ量から現在のステージ位置でのウェハ上の座標情報を補正し、観察領域を高倍で撮像する（２４０７）。得られた高倍画像に対し２段目のテンプレートマッチングを行い、局所的な位置ずれ量を算出する（２４０８）。この位置ずれ量を元に実施例１と同様、設計データの変形を行う（２４０９）。変形後の設計データと高倍の実パターン像を比較することにより、欠陥検出やパターンの状態解析を行う（２４１０）。まだ観察を行う領域が残っていれば２４０４に戻り検査を継続する。

第９の実施の形態は、ステージを停止して取得した実画像と２段階以上のテンプレート位置合わせを用いて設計データと比較し、欠陥判定を行う実施形態である。

図２５は、本発明の第９の実施の形態に係る、ステージ停止による取得ＳＥＭ画像においてテンプレートを用いた２段階位置合わせ処理を説明する図である。
検査領域までステージを移動し停止させ、電子ビームの偏向だけで画像を取得する。この時、偏向レンズと対物レンズの制御により領域２６０１だけ実画像を取得することが可能である。小領域２６０２は偏向レンズの制御によるビーム走査で実画像を得られる範囲であり、対物レンズを制御することでこの領域２６０１全体の小領域の画像を一枚づつ取得していく。取得した実画像と設計データとの位置合わせを行う時、１段目位置合わせ用のテンプレートが必ず小領域に1個存在するように、実施例１の（１−４）で用いたテンプレートを抽出するアレイサイズの一辺の長さを小領域２６０２の１辺の半分に設定する。１段目位置合わせ用テンプレート２６０４にて全体の位置合わせを行い、２段目以降の位置合わせ用テンプレート２６０５にて局所的な位置ずれ量を算出し、設計データを変形する。実画像と変形後の設計データを比較することで、欠陥の検出を行う。

第１０の実施の形態は、実施例１においてステージ走査方向に対して電子ビームを斜めに傾けて操作することにより実画像を取得した画像から欠陥判定を行う実施形態である。

実施例１においてＳＥＭ式検査装置のビーム走査方向は、ステージ走査方向に垂直であってもよいし垂直でなくてもよい。半導体パターンの主となる配線方向はステージ走査方向に垂直、または平行に設計することが多い。ビーム走査方向がステージ走査方向に垂直の場合、ＳＥＭ式検査装置で実画像を取得すると、ステージ走査方向とは垂直（ビーム走査方向と平行）に走る配線の輪郭部分において、電子ビームが走査中に連続して２次電子が放出され続け、ウェハ上に帯電が生じる。帯電が大きくなると、２次電子が検出されなくなり、実画像の配線の輪郭がぼやけたり、輪郭が消失した実画像が得られる。輪郭線の消失が起こると位置合わせ用テンプレートとのマッチングにおける相関値が小さくなり、結果が不安定になる。そこで、配線方向となるべく平行にならないようにビーム走査を行い実画像を取得する。

図２６は、本発明の第１０の実施の形態に係る、ビーム走査の斜めスキャン処理を説明する図である。図２６の配線パターン２８０１に対し、ステージを矢印２８０２方向に走査する。この時ビーム走査は、ステージ走査方向と垂直なラインに対し角度θ(２８０４)を付けた矢印２８０３方向に行う。これにより得られる実画像は２８０６のような絵になる。ステージ走査方向と垂直に走っていた配線の輪郭２８０５は、輪郭２８０７のように斜めになって取得されるため、帯電の影響が軽減され、輪郭の消失やぼけが軽減される。また位置合わせ用テンプレートとのマッチングを行う時は、設計データからテンプレート画像を切りだす際に斜め変形を加えて描画し切り出せばよい。画像化前の設計データの頂点(x,y)に対し、斜め走査対応で変形させた頂点(x’,y’)は、

となる。ここでx0は実画像を取得する際のビーム走査の始点のx座標である。

以上、１０個の実施例を示した。本発明によれば、検査画像と設計データとでの位置ずれを補正し、配線パターン全体の位置の対応とることが可能となり、設計データ比較による高精度な欠陥検査を実現する。本発明の実施の形態は、各実施例に限定されず、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。

２０１・・・電子光学系、２０９・・・検出器、２１１・・・検査制御部、２１７・・・比較検査部、２１９・・・設計データ処理部、２２０・・・マッチング処理部、２２１・・・パターン変形処理部、２２２・・・欠陥判定処理部、２２３・・・検査画像処理部、２２４・・・テンプレート抽出処理部

Claims (18)

1. 被検査対象物を撮像し検査画像を取得する検査画像取得工程と、
   該被検査対象物の設計データから複数の領域である複数のテンプレートを抽出するテンプレート抽出工程と、
   該複数のテンプレートのうちいずれか一つの第一のテンプレートを用いて、該検査画像と該設計データとの第一の位置ずれ量を求める第一の位置ずれ量算出工程と、
   該複数のテンプレートのうち該第一のテンプレート以外の第二のテンプレートと該第一の位置ずれ量とを用いて、該検査画像と該設計データとの第二の位置ずれ量を求める第二の位置ずれ量算出工程と、
   該第一の位置ずれ量と該第二の位置ずれ量とを用いて位置ずれを補正した該設計データを設計データ画像に変換し、該設計データ画像と該検査画像とを比較して該被検査対象物の欠陥を検出する欠陥検出工程と、を備える欠陥検査方法。
2. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   前記テンプレート抽出工程では、異なるテンプレートサイズの複数のテンプレートを抽出することを特徴とする欠陥検査方法。
3. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   該第一のテンプレートのテンプレートサイズは該第二のテンプレートのテンプレートサイズよりも大きいことを特徴とする欠陥検査方法。
4. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   該第二のテンプレートは複数個あることを特徴とする欠陥検査方法。
5. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   前記第一の位置ずれ量算出工程では、該検査画像の全体に共通する位置ずれ量を算出し、
   前記第二の位置ずれ量算出工程では、該検査画像の局所的な位置ずれ量を算出することを特徴とする欠陥検査方法。
6. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   該第一のテンプレートのテンプレート信頼度は該第二のテンプレートのテンプレート信頼度よりも高いことを特徴とする欠陥検査方法。
7. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   前記テンプレート抽出工程では、該設計データの所定の領域の画像と該設計データの所定の領域の周辺領域の画像との相関度を用いて、該複数のテンプレートを抽出することを特徴とする欠陥検査方法。
8. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   前記第一の位置ずれ量算出工程と前記第二の位置ずれ量算出工程とは、該検査画像の同一領域についての位置ずれ量を求めることを特徴とする欠陥検査方法。
9. 被検査対象物を撮像し検査画像を取得する検査画像取得部と、
   該被検査対象物の設計データから複数の領域である複数のテンプレートを抽出するテンプレート抽出部と、
   該複数のテンプレートのうちいずれか一つの第一のテンプレートを用いて、該検査画像と該設計データとの第一の位置ずれ量を求める第一の位置ずれ量算出部と、該複数のテンプレートのうち該第一のテンプレート以外の第二のテンプレートと該第一の位置ずれ量とを用いて、該検査画像と該設計データとの第二の位置ずれ量を求める第二の位置ずれ量算出部とを備える位置合わせ部と、
   該第一の位置ずれ量と該第二の位置ずれ量とを用いて位置ずれを補正した該設計データを設計データ画像に変換し、該設計データ画像と該検査画像とを比較して該被検査対象物の欠陥を検出する欠陥検出部と、を備える欠陥検査装置。
10. 請求項９記載の欠陥検査装置であって、
    前記テンプレート抽出部では、異なるテンプレートサイズの複数のテンプレートを抽出することを特徴とする欠陥検査装置。
11. 請求項９記載の欠陥検査装置であって、
    該第一のテンプレートのテンプレートサイズは該第二のテンプレートのテンプレートサイズよりも大きいことを特徴とする欠陥検査装置。
12. 請求項９記載の欠陥検査装置であって、
    該第二のテンプレートは複数個あることを特徴とする欠陥検査装置。
13. 請求項９記載の欠陥検査装置であって、
    前記第一の位置ずれ量算出部では、該検査画像の全体に共通する位置ずれ量を算出し、
    前記第二の位置ずれ量算出部では、該検査画像の局所的な位置ずれ量を算出することを特徴とする欠陥検査装置。
14. 請求項９記載の欠陥検査装置であって、
    該第一のテンプレートのテンプレート信頼度は該第二のテンプレートのテンプレート信頼度よりも高いことを特徴とする欠陥検査装置。
15. 請求項９記載の欠陥検査装置であって、
    前記テンプレート抽出部では、該設計データの所定の領域の画像と該設計データの所定の領域の周辺領域の画像との相関度を用いて、該複数のテンプレートを抽出することを特徴とする欠陥検査装置。
16. 請求項９記載の欠陥検査装置であって、
    前記第一の位置ずれ量算出部と前記第二の位置ずれ量算出部は、該検査画像の同一領域についての位置ずれ量を求めることを特徴とする欠陥検査装置。
17. 被検査対象物を撮像し検査画像を取得する検査画像取得工程と、
    該被検査対象物の設計データから複数の領域である複数のテンプレートを抽出するテンプレート抽出工程と、
    該複数のテンプレートを用いて該検査画像と該設計データとの位置ずれ量を複数回求める位置ずれ量算出工程と、
    前記位置ずれ量算出工程により求めた複数個の位置ずれ量を用いて位置ずれを補正した該設計データを設計データ画像に変換し、該設計データ画像と該検査画像とを比較して該被検査対象物の欠陥を検出する欠陥検出工程と、を備える欠陥検査方法。
18. 被検査対象物を撮像し検査画像を取得する検査画像取得部と、
    該被検査対象物の設計データから複数の領域である複数のテンプレートを抽出するテンプレート抽出部と、
    該複数のテンプレートを用いて該検査画像と該設計データとの位置ずれ量を複数個求める位置ずれ量算出部と、
    前記位置ずれ量算出部により求めた複数個の位置ずれ量を用いて位置ずれを補正した該設計データを設計データ画像に変換し、該設計データ画像と該検査画像とを比較して該被検査対象物の欠陥を検出する欠陥検出部と、を備える欠陥検査装置。

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