JP2014021684A - 測定装置のテンプレート生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テンプレートマッチングのサーチ領域の中から、適正なテンプレート候補を選択する際のアルゴリズムを簡素化し、テンプレート生成を高速に行うことができる測定装置のテンプレート装置を提供する。
【解決手段】テンプレートマッチング用のテンプレートを生成するテンプレート作成装置であって、テンプレートマッチングのサーチ領域に相当する設計データ内の選択領域について、当該選択領域に含まれるパターンの全てを含む最小外接矩形を設定し、当該最小外接矩形の中心位置を中心とした複数の大きさのテンプレート候補の中から所定の条件を満たす大きさのテンプレート候補を選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、設計データを用いた測定装置のレシピ生成装置に係り、特にテンプレートマッチングに用いるテンプレートを自動で生成するテンプレート作成装置に関する。

走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）等を用いた半導体デバイスの測定装置には、微細な測定対象の位置を正確に特定するためのテンプレートマッチング法が用いられている。テンプレートを用いて、当該テンプレートと同等のパターン形状を持つ領域を探索する技術は、例えば非特許文献１に開示されている。また、特許文献１に開示してあるような、テンプレートと探索画像のx−投影、y−投影それぞれの類似度を統合してマッチング位置を高速に求めるといった、テンプレートマッチングの高速化に関する試みがなされている。
また、特許文献２には設計データに基づいて、テンプレートマッチングに用いるテンプレートを作成するテンプレート作成法が説明されている。また、複数のテンプレートの大きさの中から適正な大きさを選択して、テンプレートの設定を行うテンプレート作成法が説明されている。

特開２００３−８５５６５号公報 特開２００４−９５６５７号公報

Ａｚｒｉｅｌ Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ， Ａｖｉｎａｓｈ Ｃ．ｋａｋ著Ｄｉｄｉｔａｌ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ８．３節

一方、昨今の半導体デバイスの更なる微細化や複雑化により、テンプレートに適した領域の選択が難しくなりつつある。マッチングエラー発生の可能性を抑制するためには、ユニークなパターン（他に類似の形状のないパターン）を選択する必要があるが、テンプレートマッチングのサーチ領域の中の多数の候補の中から、適正なテンプレートを探索するには多くの処理時間を要し、高効率化が求められている。非特許文献１、特許文献１は、適正なテンプレートを選択することについて明確な説明はない。また、特許文献２に説明されているように、テンプレートとなる領域を選択する際に、テンプレートマッチングによるサーチ領域の中から適正なテンプレートの大きさと位置を決定する必要があり、多数の候補の中から適正な候補を選択する必要がある。

以下に、テンプレートマッチングのサーチ領域の中から、適正なテンプレート候補を選択する際のアルゴリズムを簡素化し、テンプレート生成を高速に行うことを目的とする測定装置のテンプレート装置を提案する。

上記目的を達成するための一態様として、以下に設計データの部分領域の選択に基づいて、テンプレートマッチング用のテンプレートを生成するテンプレート生成部を備えた測定装置のテンプレート作成装置であって、当該テンプレート生成部は、前記テンプレートマッチングの被サーチ領域に相当する設計データ内の選択領域について、当該選択領域に含まれるパターンの全てを含む最小外接矩形を設定し、当該最小外接矩形の中心位置を中心とした複数の大きさのテンプレート候補の中から所定の条件を満たす大きさのテンプレート候補を選択する測定装置のテンプレート生成装置を提案する。

上記構成によれば、最小外接矩形の選択とその中心位置の選択に基づいて、テンプレート候補を絞り込むことができるため、テンプレート自動生成の際の処理の簡素化が可能となり、結果としてテンプレート生成の高速化を実現することが可能となる。

設計データに基づいてテンプレートマッチング用のテンプレートを生成する工程を示すフローチャート。 設計データの一部を抽出して、画像化（レイアウトデータ化）した例を示す図。 レイアウトデータ内に含まれるパターン（図形）の全てを包含する最小外接矩形を設定した例を示す図。 設定した最小外接矩形について中心位置を設定した例を示す図。 最小外接矩形内に設定した複数のテンプレート候補（仮テンプレート）領域を示す図。 仮テンプレートの複数の例を示す図。 走査電子顕微鏡を含む測定システムの一例を示す図。 複数の仮テンプレートについて、相関値演算を行った結果を示す図。

走査式電子顕微鏡を用いた半導体ウェハ上のパターンの計測においても、計測位置を求めるためにテンプレートマッチングが行われている。計測位置の大まかな位置合わせはウェハを載せたステージの移動によって行われるが、ステージの位置決め精度では電子顕微鏡の高い倍率で撮影された画像上で大きなズレが生じる。このズレを補正して正確な位置での計測を行うためにデザインデータを用いたテンプレートマッチング法がある。具体的には、デザインデータ上の計測位置に近いユニークな領域をテンプレートとして登録して、テンプレートから見た計測位置の相対座標を記憶しておく。撮影した画像から計測位置を求める時は、撮影した画像においてテンプレートマッチングを行い、マッチング位置を求め、そこから記憶しておいた相対座標分移動したところが計測位置となる。
走査式電子顕微鏡におけるデザインデータを用いたマッチングでは、まず、計測位置周辺を含む領域のデザインデータを表示して、その中のユニークな領域をテンプレートとして登録する。このとき登録された領域内の図形データをデザインテンプレートという。次に、ウェハ上の同一パターンを持った場所を撮影した時に、撮影画像の中からテンプレートとマッチするパターンを探す。この撮影画像を探索画像という。デザインテンプレートと探索画像の間には、ステージの位置決め誤差分のズレがある。このズレをデザインテンプレートマッチングで補正する。マッチングの結果、テンプレートとの類似度が高い箇所がマッチング位置の候補となり、これらの候補の中から最もマッチング位置に相応しい箇所が最終的なマッチング位置となる。
図７は、テンプレートマッチングに用いるテンプレートを自動的に生成するレシピ生成装置を備えた測定システムの一例を示す図である。このシステムには走査電子顕微鏡（ＳＥＭ本体７０１）が含まれている。なお、本実施例ではＳＥＭを撮像装置として適用した例を説明するが、これに限られることはなく例えば集束イオンビームを試料に走査することによって得られる信号に基づいて、その走査像を形成する集束イオンビーム(Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ)装置を撮像装置とすることもできる。
また、このシステムには、ＳＥＭ本体７０１、当該ＳＥＭ本体の制御装置７０２に加え、ＳＥＭ本体７０１を制御する動作プログラム（レシピ）を生成するためのレシピ生成装置７０３が含まれている。レシピ生成装置７０３には、テンプレート生成部７０６と、必要な情報やプログラムを記憶するメモリ７０７が内蔵されている。テンプレート生成部７０６には、入力装置７０５からの入力条件に基づいて、設計データ記憶媒体７０４から設計データを読み出し、当該設計データをレイアウトデータ化するレイアウトデータ抽出部７０８、レイアウトデータ抽出部７０８によって抽出されたレイアウトデータに含まれる図形データの４つの外接辺を選択し、最小外接矩形を設定する最小外接矩形設定部７０９が含まれている。最小外接矩形設定部７０９では例えば、抽出されたレイアウトデータ領域の各辺から最も近いパターン端の座標に、各辺に対応する外接辺を設定する。以下の説明では最小外接矩形の各辺がパターン端に接している例について説明するが、所定値分、最小外接矩形の各片が大きくなるように設定しても良い。
更に、テンプレート生成部７０６には、最小外接矩形設定部７０９で設定された最小外接矩形の中心位置を設定する中心位置設定部７１０が設けられている。中心位置設定部７１０は、最小外接矩形設定部７０９で選択されたＸ方向、及びＹ方向のそれぞれ２辺の中心座標であって、Ｘ方向とＹ方向の中心座標線が公差する位置を中心位置として選択する。
テンプレート候補選択部７１１は、最小外接矩形設定部７０９によって設定された最小外接矩形を、最も大きなテンプレート候補として、中心座標が共通する異なる大きさの矩形領域の中から所定の条件を満たす矩形領域を選択する。各候補の大きさの違いは、例えば入力装置７０５からの入力条件によって設定することも可能であるし、最小外接矩形より所定値ずつ小さくした矩形領域を候補として選択するようにしても良い。相関部算出部では、テンプレート候補（仮テンプレート）と設計データの各領域との一致度（相関値）を算出する。
なお，レシピ生成装置７０３における制御や処理の一部又は全てを，ＣＰＵや画像の蓄積が可能なメモリを搭載した電子計算機等に割り振って処理・制御することも可能である。また，本例の場合、入力装置７０５は，測定、検査等に必要とされる電子デバイスの座標，位置決めに利用するパターンマッチング用のテンプレート、撮影条件等を含む撮像レシピを手動もしくは，電子デバイスの設計データ記憶媒体７０４に記憶された設計データを活用して生成する撮像レシピ作成装置用条件設定部として機能する。
入力装置７０５は、設計データに基づいて形成される線図画像の一部を切り出す条件を設定するものであり、作成されたテンプレートはテンプレートとして、メモリ７０７に登録される。テンプレートマッチングは、位置合わせの対象となる撮像画像と、テンプレートが一致する個所を、正規化相関法等を用いた一致度判定に基づいて特定する手法であり、図示しないマッチング処理部は、一致度判定に基づいて、撮像画像の所望の位置を特定する。
また、設計データは例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。

操作者の任意の設定条件に基づいて、設計データからテンプレート領域を選択する場合、操作者が設計データ表示画面から試行錯誤の上、テンプレートとして適すると思われる領域を決めることになる。しかし、パターンマッチングの際の相関値が逆転してしまい別の位置をパターンマッチングの際に検出してしまうことがある。また、テンプレートとして不要な領域も含まれてしまいパターンマッチングの処理時間が長時間に及ぶ場合もある。また、所定のアルゴリズムを用いて、テンプレート領域を自動選択することも考えられるが、多くの候補の中から適正な対象を選択しようとすると、処理時間が増大する。

そこで、本実施例では以下のように、テンプレート部分領域選択に基づいて、高速且つ適正な領域をテンプレート領域として設定する。まず、入力装置７０５によって、仮テンプレートの最大サイズ、最小サイズ、ピッチサイズ、座標情報、パターンの種類等の情報を入力する（ステップ１０１）。座標情報やパターンの種類等の入力情報に基づいて、抽出領域の位置が選択され、最大サイズ情報に基づいて、抽出領域の大きさが選択される。レイアウトデータ抽出部７０８では、上記入力条件に基づいて、設計データ記憶媒体７０４から設計データを読み出し、レイアウトデータ化する（ステップ１０２）。メモリ７０７に予めレイアウトデータが記憶されている場合には、当該レイアウトデータの中から入力条件に適合するレイアウトデータ領域を選択、読み込みを行う。

次に、最小外接矩形設定部７０９では選択されたレイアウトデータ領域について、最小外接矩形を作成し、中心位置設定部７１０では作成された最小外接矩形の中心を算出する（ステップ１０３）。このような処理を行うことによって、任意の選択領域の中から、テンプレート候補領域の絞り込みを行うことが可能となる。

次に、ステップ１０１にて入力された最小サイズ、ピッチサイズに基づいて、最小外接矩形を最も大きな候補とした複数の異なる大きさの仮テンプレートを生成する（ステップ１０４）。

ステップ１０４にて生成された複数の仮テンプレートについて、テンプレート候補選択部７１１では、（ａ)領域内に図形が存在するか、（ｂ） 図形数が規定値を超えていないか、（ｃ）領域内図形のＸ線分／Ｙ線分それぞれの和を算出し領域サイズの一定割合以上の線分が存在するか、のチェックを行い３つの条件を満たす仮テンプレートの選択を行う（ステップ１０５）。このように３つの条件に基づく判定を行うと、テンプレート候補の高度な絞り込みを行うことができるが、例えば図形の数が過度に多いと、Ｘ方向とＹ方向の線分の長さの和も増大するため、Ｘ方向とＹ方向の線分の長さが所定の範囲（Ｔｈ１≦長さ≦Ｔｈ２）となる条件に基づく絞り込みを行うようにしても良い。
次に、相関値算出部７１２にて、画像に対し元テンプレート画像との正規化相関マッチングを行い、得られた相関値を用い仮テンプレート毎に２番目高い相関値同士を比較し一番低い値の仮テンプレートをユニーク度が高いと判断しテンプレートとして採用する。図８は仮テンプレートの大きさと相関値との関係を示す図であり、本例の場合、第２候補の相関値が最も低い仮テンプレート８０１を選択する。また、２番目高い相関値の一番低い値の仮テンプレートが複数存在する場合は領域の小さい仮テンプレートを採用する。
また、上述の例では、サーチ領域の第２候補の相関値から、正式なテンプレート候補を抽出する例について説明をしたが、第１候補と第２候補の相関値の差が最も大きいものを選択するようにしても良い。
本実施例によれば、テンプレートを最適化する事で高速かつ正確にマッチング位置を決定することができる。

７０１ ＳＥＭ本体
７０２ 制御装置
７０３ レシピ作成装置
７０４ 設計データ記憶媒体
７０５ 入力装置
７０６ テンプレート生成部
７０７ メモリ
７０８ レイアウトデータ抽出部
７０９ 最小外接矩形設定部
７１０ 中心位置設定部
７１１ テンプレート候補選択部
７１２ 相関値算出部

Claims (5)

1. 設計データの部分領域の選択に基づいて、テンプレートマッチング用のテンプレートを生成するテンプレート生成部を備えた測定装置のテンプレート作成装置において、
   当該テンプレート生成部は、前記テンプレートマッチングのサーチ領域に相当する設計データ内の選択領域について、当該選択領域に含まれるパターンの全てを含む最小外接矩形を設定し、当該最小外接矩形の中心位置を中心とした複数の大きさのテンプレート候補を選択し、当該候補の中から所定の条件を満たす大きさのテンプレート候補を選択することを特徴とする測定装置のテンプレート生成装置。
2. 請求項１において、
   前記テンプレート生成部は、前記複数の大きさのテンプレート候補の中から、Ｘ方向、Ｙ方向の線分のそれぞれの和が所定値以上のテンプレート候補を選択することを特徴とする測定装置のテンプレート生成装置。
3. 請求項２において、
   前記テンプレート生成部は、前記複数の大きさのテンプレートの候補の中から図形数が所定値以内のテンプレート候補を選択することを特徴とする測定装置のテンプレート生成装置。
4. 請求項２において、
   前記テンプレート生成部は、前記テンプレート候補の中に図形が存在するテンプレート候補を選択することを特徴とする測定装置のテンプレート生成装置。
5. 請求項１において、
   前記テンプレート生成部は、前記選択されたテンプレート候補の中から、サーチ領域の２番目に高い相関値が最も小さいテンプレート候補、或いは１番目に高い相関値と２番目に高い相関値の差が最も大きいテンプレート候補をテンプレートとして選択することを特徴とするテンプレート生成装置。