JP2020154977A - パターンマッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正しいマッチング位置を決定することができるパターンマッチング方法を提供する。【解決手段】パターンマッチング方法は、画像２００上のパターンと、対応するＣＡＤパターン２１０とのマッチングを実施し、画像２００内に設定された関心領域ＲＯＩ内であって、かつＣＡＤパターン２１０の内側または外側に位置するターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを作成し、ヒストグラムに現れるピークの数が１つである場合に、マッチングは成功したと判定する。【選択図】図５

Description

本発明は、ウェーハまたはガラス基板などの試料の表面に形成されたパターンと、パターンの設計データから作成されたＣＡＤパターンとのマッチングを行う方法に関する。

ダイ・ツー・データベース方式は、ウェーハまたはガラス基板などの試料の表面に形成されたパターンと、パターンの設計データから作成されたＣＡＤパターンとのマッチングを行うパターンマッチング方法である。より具体的には、ダイ・ツー・データベース方式は、検査したいエリアの座標を設計データから取得し、試料が置かれたステージをその座標へ移動させ、試料上のパターンの画像を電子ビーム照射により生成し、画像と設計データから作成されたＣＡＤパターンとを重ね合わせ、ＣＡＤパターンのエッジを起点として設定された範囲で画像のグレーレベルのプロファイルを作成し、グレーレベルのプロファイルから画像上のパターンのエッジを決定し、決定されたエッジの位置と、対応するＣＡＤパターンのエッジとのバイアス値が最小になるマッチング位置を決定する。

特開平５−３２４８３６号公報

しかしながら、ラインアンドスペースパターン、ホールパターンなどの繰り返しパターンの場合は、マッチング位置候補が複数存在する。すなわち、実際のパターンと、ＣＡＤパターンとが１ピッチまたは数ピッチずれても、実際のパターンとＣＡＤパターンは部分的に一致する。結果的に、正しくないマッチング位置が選択されるという問題が発生することがある。

そこで、本発明は、正しいマッチング位置を決定することができるパターンマッチング方法を提供する。

一態様では、画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを実施し、前記画像内に設定された関心領域内であって、かつ前記ＣＡＤパターンの内側または外側に位置するターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムに現れるピークの数が１つである場合に、前記マッチングは成功したと判定する、パターンマッチング方法が提供される。

一態様では、前記ピークの値は、予め設定されたしきい値よりも大きい。
一態様では、前記関心領域は、前記画像上のパターンの少なくとも１部を囲む。
一態様では、前記ＣＡＤパターンは、繰り返しパターンである。
一態様では、前記ヒストグラムに複数のピークが現れた場合は、前記画像上のパターンと、前記対応するＣＡＤパターンとの相対位置を変え、前記画像上のパターンと、前記対応するＣＡＤパターンとのマッチングを再度実施し、前記ターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを再度作成する。
一態様では、前記マッチングが成功したと判定するまで、前記画像上のパターンと、前記対応するＣＡＤパターンとの相対位置を変える工程と、前記画像上のパターンと、前記対応するＣＡＤパターンとのマッチングを再度実施する工程と、前記ターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを再度作成する工程を繰り返す。
一態様では、前記パターンマッチング方法は、前記画像および前記関心領域を、表示画面上に表示する工程をさらに含む。
一態様では、前記パターンマッチング方法は、前記ヒストグラムを前記表示画面上に表示する工程をさらに含む。

一態様では、画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを実施し、前記画像内に設定された関心領域内であって、かつ前記ＣＡＤパターンの内側または外側に位置するターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムに現れるピークの数が１つである場合に、前記マッチングは成功したと判定するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

本発明によれば、ヒストグラムのピークの数に基づいて、パターンのマッチングに成功したか否かを正確に判定することができる。

画像生成装置の一実施形態を示す模式図である。 ＳＥＭ画像の一例と、ＳＥＭ画像上に現れているパターンに対応するＣＡＤパターンの一例を示すである。 図２に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに成功した例を示す図である。 図２に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに失敗した例を示す図である。 マッチングが成功したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 マッチングに失敗したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 実パターンのエッジ位置がＣＡＤパターンのエッジ位置から大きく乖離している場合のターゲット領域の一例を示す図である。 関心領域内のＣＡＤパターンのエッジを実パターンのエッジに近づける補正を行う一実施形態を示す図である。 ＳＥＭ画像の一例と、ＳＥＭ画像上に現れているパターンに対応するＣＡＤパターンの一例を示すである。 図９に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに成功した例を示す図である。 図９に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに失敗した例を示す図である。 マッチングが成功したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 マッチングに失敗したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 ＳＥＭ画像の一例と、ＳＥＭ画像上に現れているパターンに対応するＣＡＤパターンの一例を示すである。 図１４に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに成功した例を示す図である。 図１４に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに失敗した例を示す図である。 マッチングが成功したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 マッチングに失敗したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 ＳＥＭ画像の一例と、ＳＥＭ画像上に現れているパターンに対応するＣＡＤパターンの一例を示す図である。 図１９に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに成功した例を示す図である。 図１９に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに失敗した例を示す図である。 マッチングが成功したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 マッチングに失敗したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 ＳＥＭ画像の一例と、ＳＥＭ画像上に現れているパターンに対応するＣＡＤパターンの一例を示す図である。 図２４に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに成功した例を示す図である。 図２４に示すＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングに失敗した例を示す図である。 マッチングが成功したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 マッチングに失敗したときの、ＣＡＤパターンが重ね合わされたＳＥＭ画像上に設定された関心領域とターゲット領域の例を示す図である。 上述した各実施形態に係るパターンマッチング方法を説明するフローチャートである。 演算システムの構成の一実施形態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、画像生成装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、画像生成装置は、走査電子顕微鏡５０および演算システム１５０を備えている。走査電子顕微鏡５０は、演算システム１５０に接続されており、走査電子顕微鏡５０の動作は演算システム１５０によって制御される。

演算システム１５０は、データベース１６１およびプログラムが格納された記憶装置１６２と、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置１６３と、画像およびＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェイス）などを表示する表示画面１６５を備えている。処理装置１６３は、記憶装置１６２に格納されているプログラムに含まれる命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置１６２は、処理装置１６３がアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。

演算システム１５０は、少なくとも１台のコンピュータを備えている。例えば、演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に通信線で接続されたエッジサーバであってもよいし、インターネットまたはローカルネットワークなどの通信ネットワークによって走査電子顕微鏡５０に接続されたクラウドサーバであってもよいし、あるいは走査電子顕微鏡５０に接続されたネットワーク内に設置されたフォグコンピューティングデバイス（ゲートウェイ、フォグサーバ、ルーターなど）であってもよい。演算システム１５０は、複数のサーバの組み合わせであってもよい。例えば、演算システム１５０は、インターネットまたはローカルネットワークなどの通信ネットワークにより互いに接続されたエッジサーバとクラウドサーバとの組み合わせであってもよい。他の例では、演算システム１５０は、ネットワークで接続されていない複数のサーバ（コンピュータ）を備えてもよい。

走査電子顕微鏡５０は、一次電子（荷電粒子）からなる電子ビームを発する電子銃１１１と、電子銃１１１から放出された電子ビームを集束する集束レンズ１１２、電子ビームをＸ方向に偏向するＸ偏向器１１３、電子ビームをＹ方向に偏向するＹ偏向器１１４、電子ビームを試料であるウェーハ１２４にフォーカスさせる対物レンズ１１５を有する。

集束レンズ１１２および対物レンズ１１５はレンズ制御装置１１６に接続され、集束レンズ１１２および対物レンズ１１５の動作はレンズ制御装置１１６によって制御される。このレンズ制御装置１１６は演算システム１５０に接続されている。Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４は、偏向制御装置１１７に接続されており、Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４の偏向動作は偏向制御装置１１７によって制御される。この偏向制御装置１１７も同様に演算システム１５０に接続されている。二次電子検出器１３０と反射電子検出器１３１は画像取得装置１１８に接続されている。画像取得装置１１８は二次電子検出器１３０と反射電子検出器１３１の出力信号を画像に変換するように構成される。この画像取得装置１１８も同様に演算システム１５０に接続されている。

試料チャンバー１２０内に配置される試料ステージ１２１は、ステージ制御装置１２２に接続されており、試料ステージ１２１の位置はステージ制御装置１２２によって制御される。このステージ制御装置１２２は演算システム１５０に接続されている。ウェーハ１２４を、試料チャンバー１２０内の試料ステージ１２１に載置するためのウェーハ搬送装置１４０も同様に演算システム１５０に接続されている。

電子銃１１１から放出された電子ビームは集束レンズ１１２で集束された後に、Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４で偏向されつつ対物レンズ１１５により集束されてウェーハ１２４の表面に照射される。ウェーハ１２４に電子ビームの一次電子が照射されると、ウェーハ１２４からは二次電子および反射電子が放出される。二次電子は二次電子検出器１３０により検出され、反射電子は反射電子検出器１３１により検出される。検出された二次電子の信号、および反射電子の信号は、画像取得装置１１８に入力され画像に変換される。画像は演算システム１５０に送信される。

ウェーハ１２４に形成されているパターンの設計データは、記憶装置１６２に予め記憶されている。設計データは、ウェーハ１２４上に形成されたパターンの頂点の座標、パターンの位置、形状、および大きさ、パターンが属する層の番号などのパターンの設計情報を含む。記憶装置１６２には、データベース１６１が構築されている。パターンの設計データは、データベース１６１内に予め格納される。演算システム１５０は、記憶装置１６２に格納されているデータベース１６１からパターンの設計データを読み込むことが可能である。

次に、走査電子顕微鏡５０によって生成された画像上のパターンと、設計データ上の対応するＣＡＤパターンとのマッチングを行う方法の一実施形態について説明する。以下の説明では、走査電子顕微鏡５０によって生成された画像を、ＳＥＭ画像という。ウェーハ１２４のパターンは、設計データ（ＣＡＤデータともいう）に基づいて形成されている。ＣＡＤは、コンピュータ支援設計（computer-aided design）の略語である。

設計データは、ウェーハ１２４に形成されたパターンの設計情報を含むデータであり、具体的には、パターンの頂点の座標、パターンの位置、形状、および大きさ、パターンが属する層の番号などのパターンの設計情報を含む。設計データ上のＣＡＤパターンは、設計データに含まれるパターンの設計情報によって定義される仮想パターンである。以下の説明では、ウェーハ１２４に既に形成されているパターンを実パターンということがある。

走査電子顕微鏡５０は、試料ステージ１２１上のウェーハ１２４に形成されているパターンのＳＥＭ画像を生成する。演算システム１５０は、ＳＥＭ画像を走査電子顕微鏡５０から取得する。図２は、ＳＥＭ画像の一例と、ＳＥＭ画像上に現れているパターン（実パターン）に対応するＣＡＤパターンの一例を示すである。図２に示すＳＥＭ画像２００上に現れているパターン２０５は、繰り返しパターンの一例であるラインアンドスペースパターンである。

ＣＡＤパターン２１０は、パターン２０５の設計データに基づいて演算システム１５０によって作成される。ウェーハ１２４上に実際に形成されるパターン２０５は、ＣＡＤパターン２１０に従って形成されるが、ウェーハ１２４上の実パターン２０５のコーナー部は丸みを帯びていることがある。したがって、ＣＡＤパターン２１０の形状を実パターン２０５の形状に近づけるために、以下に説明するマッチングの前に、ＣＡＤパターン２１０のコーナー部に丸みを持たせるコーナーラウンド処理を実施してもよい。

演算システム１５０は、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５と、対応するＣＡＤパターン２１０とのマッチングを行う。これらのパターン２０５間のマッチングには、公知の技術が使用される。一例では、演算システム１５０は、ＳＥＭ画像２００と設計データから作成されたＣＡＤパターン２１０とを重ね合わせ、ＣＡＤパターン２１０のエッジを起点として設定された範囲でＳＥＭ画像２００のグレーレベルのプロファイルを作成し、グレーレベルのプロファイルからＳＥＭ画像２００上のパターン２０５のエッジを決定し、決定されたエッジの位置と、対応するＣＡＤパターン２１０のエッジの位置とのバイアス値が最小になるマッチング位置を決定する。バイアス値は、グレーレベルのプロファイルから決定されたエッジと、対応するＣＡＤパターン２１０のエッジとのずれ量（距離）を示す指標値である。バイアス値は、ＳＥＭ画像２００内のすべてのエッジについて算出される。

図３は、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５と、対応するＣＡＤパターン２１０とのマッチングに成功した例を示す図である。図３に示すように、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５の全体と、対応するＣＡＤパターン２１０の全体は、互いに重なり合っている。これに対して、図４は、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５と、対応するＣＡＤパターン２１０とのマッチングに失敗した例を示す図である。図４に示すように、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５の大部分と、対応するＣＡＤパターン２１０の大部分は、互いに重なり合っているが、これらパターン２０５，２１０の全体は互いにＸ方向（例えば電子ビームの走査方向）にずれており、パターン２０５，２１０の一部は重なり合っていない。このようなマッチングの失敗は、繰り返しパターンの場合に起こりやすい。

従来のアルゴリズムでは、図４に示す２つのパターン２０５，２１０は部分的に一致しているため、マッチングの失敗を判定することは難しい。言い換えれば、従来のアルゴリズムに従えば、図３に示すマッチングと、図４に示すマッチングは、いずれも成功したと判定される。しかしながら、図４に示すＳＥＭ画像２００上のパターン２０５と、ＣＡＤパターン２１０は、１ピッチずれており、正確に言えばマッチングに成功していない。

そこで、本実施形態では、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５と、ＣＡＤパターン２１０とのマッチングをした後に、次のようにしてマッチングの成否を判定する。図５に示すように、演算システム１５０は、ＣＡＤパターン２１０が重ね合わされたＳＥＭ画像２００上に関心領域ＲＯＩを設定する。ＲＯＩとは、Region of Interestの略語である。関心領域ＲＯＩは、ＳＥＭ画像２００よりも小さい領域であり、ＳＥＭ画像２００内に位置している。一実施形態では、ＳＥＭ画像２００を複数領域に等分割し、これら複数の領域のうちの１つを関心領域ＲＯＩとしてもよい。例えば、図５に示す例のように、関心領域ＲＯＩは、ＳＥＭ画像２００を等分割した４つの領域のうちの１つであってもよい。

関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、演算システム１５０またはユーザーによって予め決定される。例えば、演算システム１５０は、ＳＥＭ画像２００を図１に示す表示画面１６５上に表示し、ユーザーは表示画面１６５上のＳＥＭ画像２００を参照して関心領域ＲＯＩの位置および大きさを決定してもよい。他の例では、演算システム１５０は、関心領域ＲＯＩ内のＣＡＤパターン２１０の形状、ＣＡＤパターン２１０のエッジ長さ、近接パターン２０５との距離、ＣＡＤパターン２１０の延伸方向、ＣＡＤパターン２１０の頂点などから算出された特徴量に基づいて関心領域ＲＯＩの位置および大きさを決定するか、あるいは過去のパターンマッチングに使用された関心領域ＲＯＩと、パターンマッチングの成否結果との組み合わせを訓練データとして機械学習させたモデルによって関心領域ＲＯＩの位置および大きさを決定してもよい。

関心領域ＲＯＩは、ＳＥＭ画像２００とともに、図１に示す表示画面１６５上に表示される。演算システム１５０は複数の関心領域候補を決定してもよい。複数の関心領域候補は表示画面１６５上に表示され、ユーザーは表示画面１６５上の複数の関心領域候補から最適な１つの関心領域ＲＯＩを選択することができる。

関心領域ＲＯＩは、ＳＥＭ画像２００内の領域であり、ＳＥＭ画像２００に現れているパターン２０５の少なくとも一部を囲んでいる。図５に示す例では、関心領域ＲＯＩは、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５の最外端部を囲んでいる。

演算システム１５０は、ＳＥＭ画像２００内に設定された関心領域ＲＯＩ内であって、かつＣＡＤパターン２１０の内側または外側に位置するターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを作成する。図５に示す実施形態では、ターゲット領域ＴＲは、関心領域ＲＯＩ内に位置し、かつＣＡＤパターン２１０の外側に位置する領域である。図５から分かるように、ターゲット領域ＴＲの全体は、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５の外側にある領域、すなわちスペース部２０６内に位置している。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、スペース部２０６のグレーレベルＧ１のみを含む。したがって、ヒストグラムには、グレーレベルＧ１を示す１つのピークのみが現れる。ヒストグラムの横軸はグレーレベルを表し、縦軸は画素数を表している。

演算システム１５０は、関心領域ＲＯＩ、ターゲット領域ＴＲ、ＳＥＭ画像２００、ＣＡＤパターン２１０、およびヒストグラムを表示画面１６５上に表示する。演算システム１５０は、ヒストグラムのピークの数を計数し、ピークの数が１つであれば、マッチングに成功したと判定する。

図６は、マッチングに失敗したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、図５に示すマッチングに成功したときの関心領域ＲＯＩと同じである。ターゲット領域ＴＲは、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５と、スペース部２０６に及んでいる。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、スペース部２０６のグレーレベルＧ１と、パターン２０５のグレーレベルＧ２を含む。したがって、ヒストグラムには、２つのグレーレベルＧ１，Ｇ２を示す２つのピークが現れる。

演算システム１５０は、ヒストグラムのピークの数を計数し、ピークの数が２つであるので、マッチングに失敗したと判定する。

このように、演算システム１５０は、ヒストグラムのピークの数に基づいて、パターン２０５，２１０のマッチングに成功したか否かを正確に判定することができる。

パターン２０５，２１０のマッチングに失敗した場合（すなわち、ヒストグラムに複数のピークが現れた場合）は、演算システム１５０は、画像上のパターン２０５と、対応するＣＡＤパターン２１０との相対位置を変え、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５と、対応するＣＡＤパターン２１０とのマッチングを再度実施し、さらに、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを再度作成する。

演算システム１５０は、マッチングが成功したと判定するまで（すなわち、ヒストグラムに１つのピークのみが現れるまで）、画像上のパターン２０５と、対応するＣＡＤパターン２１０との相対位置を変える工程と、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５と、対応するＣＡＤパターン２１０とのマッチングを再度実施する工程と、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを再度作成する工程を繰り返す。マッチングを実行するたびに、ＳＥＭ画像２００上のパターン２０５のエッジの位置と、対応するＣＡＤパターン２１０のエッジとのバイアス値が最小になるマッチング位置を決定する。

一般に、実パターンのエッジは、ＣＡＤパターンに比べて変形していることが多い。このため、パターンマッチングに成功した場合でも、グレーレベルの異なる部分がターゲット領域ＴＲ内に含まれることがある。このような場合は、ヒストグラムに複数のピークが現れる。そこで、マッチングの成否をより正確に判定するために、演算システム１５０は、ヒストグラムのピーク値を、予め設定されたしきい値と比較し、しきい値よりも大きい値を持つピークの数が１つの場合には、マッチングに成功したと判定し、しきい値よりも大きい値を持つピークの数が複数の場合には、マッチングに失敗したと判定してもよい。

図７に示すように、実パターン２０５のエッジ位置がＣＡＤパターン２１０のエッジ位置から大きく乖離している場合、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムには、複数のピークが現れることがある。そこで、このような場合は、図８に示すように、関心領域ＲＯＩ内のＣＡＤパターン２１０のエッジを実パターン２０５のエッジに近づける補正を行うことが好ましい。この補正は、ユーザーが表示画面１６５上で関心領域ＲＯＩを目視しながらＧＵＩを介して手動で実施してもよいし、あるいは演算システム１５０がＣＡＤパターン２１０のエッジと実パターン２０５のエッジとの位置の差（バイアス値）に基づいて自動で補正してもよい。さらに、実パターンがＯＰＥ（光近接効果）による形状変形または位置変化をした場合は、演算システム１５０は、ＣＡＤパターン２１０のエッジと実パターン２０５のエッジとの位置の差（バイアス値）から得られる外形イメージ（Contour）を使ってターゲット領域ＴＲを補正してもよい。

図９は、ＳＥＭ画像の他の例と、ＳＥＭ画像上のパターン（実パターン）に対応するＣＡＤパターン３１０の一例を示す図である。図９に示すＳＥＭ画像３００上の実パターン３０５は、図２に示す実施形態と同様に、繰り返しパターンの一例であるラインアンドスペースパターンである。特に説明しない本実施形態の詳細は、図２乃至図６を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図１０は、図９に示すＳＥＭ画像３００上のパターン３０５と、対応するＣＡＤパターン３１０とのマッチングに成功した例を示す図である。図１０に示すように、ＳＥＭ画像３００上のパターン３０５の全体と、対応するＣＡＤパターン３１０の全体は、互いに重なり合っている。これに対して、図１１は、ＳＥＭ画像３００上のパターン３０５と、対応するＣＡＤパターン３１０とのマッチングに失敗した例を示す図である。図１１に示すように、ＳＥＭ画像３００上のパターン３０５の大部分と、対応するＣＡＤパターン３１０の大部分は、互いに重なり合っているが、これらパターン３０５，３１０の全体は互いにＸ方向にずれており、パターン３０５の一部は重なり合っていない。

図１２は、マッチングに成功したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。この実施形態では、関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、図５に示す実施形態と同じであるが、ターゲット領域ＴＲが図５に示す実施形態と異なる。すなわち、ターゲット領域ＴＲは、関心領域ＲＯＩ内に位置し、かつＣＡＤパターン３１０の内側に位置する領域である。図１２から分かるように、ターゲット領域ＴＲの全体は、ＳＥＭ画像３００上のパターン３０５内に位置している。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、パターン３０５のグレーレベルＧ３のみを含む。したがって、ヒストグラムには、グレーレベルＧ３を示す１つのピークのみが現れる。演算システム１５０は、１つのピークのみがヒストグラムに現れているので、マッチングに成功したと判定する。

図１３は、マッチングに失敗したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、図１２に示すマッチングに成功したときの関心領域ＲＯＩと同じである。ターゲット領域ＴＲは、ＳＥＭ画像３００上のパターン３０５内と、パターン３０５の外側に位置するスペース部３０６内に位置している。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、パターン３０５のグレーレベルＧ３と、スペース部３０６のグレーレベルＧ４を含む。したがって、ヒストグラムには、２つのグレーレベルＧ３，Ｇ４を示す２つのピークが現れる。演算システム１５０は、２つのピークがヒストグラムに現れているので、マッチングに失敗したと判定する。

図１４は、ＳＥＭ画像のさらに他の例と、ＳＥＭ画像上のパターン（実パターン）に対応するＣＡＤパターンの一例を示す図である。図１４に示すＳＥＭ画像４００上の実パターン４０５は、繰り返しパターンの一例であるホールパターンである。特に説明しない本実施形態の詳細は、図２乃至図６を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図１５は、図１４に示すＳＥＭ画像４００上のパターン４０５と、対応するＣＡＤパターン４１０とのマッチングに成功した例を示す図である。図１５に示すように、ＳＥＭ画像４００上のパターン４０５の全体と、対応するＣＡＤパターン４１０の全体は、互いに重なり合っている。これに対して、図１６は、ＳＥＭ画像４００上のパターン４０５と、対応するＣＡＤパターン４１０とのマッチングに失敗した例を示す図である。図１６に示すように、ＳＥＭ画像４００上のパターン４０５の大部分と、対応するＣＡＤパターン４１０の大部分は、互いに重なり合っているが、これらパターン４０５，４１０の全体は互いにＸ方向にずれており、パターン４０５，４１０の一部は重なり合っていない。

図１７は、マッチングに成功したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。この実施形態では、関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、図５に示す実施形態と同じであるが、異なってもよい。ターゲット領域ＴＲは、関心領域ＲＯＩ内に位置し、かつＣＡＤパターン４１０の外側に位置する領域である。図１７から分かるように、ターゲット領域ＴＲの全体は、ＳＥＭ画像４００上のパターン４０５の外に位置している。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、パターン４０５の外側にある領域のグレーレベルＧ５のみを含む。したがって、ヒストグラムには、グレーレベルＧ５を示す１つのピークのみが現れる。演算システム１５０は、１つのピークのみがヒストグラムに現れているので、マッチングに成功したと判定する。

図１８は、マッチングに失敗したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、図１７に示すマッチングに成功したときの関心領域ＲＯＩと同じである。ターゲット領域ＴＲは、ＳＥＭ画像４００上のパターン４０５と、パターン４０５の外側にある領域の両方に及んでいる。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、パターン４０５の外側にある領域のグレーレベルＧ５と、パターン４０５のグレーレベルＧ６を含む。したがって、ヒストグラムには、２つのグレーレベルＧ５，Ｇ６を示す２つのピークが現れる。演算システム１５０は、２つのピークがヒストグラムに現れているので、マッチングに失敗したと判定する。

図１９は、ＳＥＭ画像のさらに他の例と、ＳＥＭ画像上のパターン（実パターン）に対応するＣＡＤパターンの一例を示す図である。図１９に示すＳＥＭ画像５００上のＣＡＤパターン５１０は、矩形状のホールパターンである。図１９に示す実パターン５０５は、上層のホールパターン５０７を通して見える下層のラインアンドスペースパターンである。特に説明しない本実施形態の詳細は、図２乃至図６を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

下層の輝度が、上層の輝度とほとんど同じである場合、パターンマッチングにおいて、演算システム１５０は下層のパターン５０５のエッジを検出してしまい、マッチングに失敗してしまうことがある。このような場合でも、演算システム１５０は、マッチングの成否を正しく判定し、マッチングに失敗した場合には、上述したように、マッチングに成功するまで、マッチングを繰り返す。

図２０は、図１９に示すＳＥＭ画像５００上の上層のホールパターン５０７と、対応するＣＡＤパターン５１０とのマッチングに成功した例を示す図である。図２０に示すように、ＳＥＭ画像５００上の上層のホールパターン５０７の全体と、対応するＣＡＤパターン５１０の全体は、互いに重なり合っている。これに対して、図２１は、ＳＥＭ画像５００上の上層のホールパターン５０７と、対応するＣＡＤパターン５１０とのマッチングに失敗した例を示す図である。図２１に示すように、上層のホールパターン５０７の大部分と、対応するＣＡＤパターン５１０の大部分は、互いに重なり合っているが、これらパターン５０５，５１０の全体は互いにＸ方向にずれており、パターン５０５，５１０の一部は重なり合っていない。

図２２は、マッチングに成功したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。この実施形態では、関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、図５に示す実施形態と同じであるが、異なってもよい。ターゲット領域ＴＲは、関心領域ＲＯＩ内に位置し、かつＣＡＤパターン５１０の外側に位置する領域である。図２２から分かるように、ターゲット領域ＴＲの全体は、ＳＥＭ画像５００上の上層のホールパターン５０７および下層のラインアンドスペースパターン５０５の外に位置している。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、上層のホールパターン５０７の外側の領域５０８のグレーレベルＧ７のみを含む。したがって、ヒストグラムには、グレーレベルＧ７を示す１つのピークのみが現れる。演算システム１５０は、１つのピークのみがヒストグラムに現れているので、マッチングに成功したと判定する。

図２３は、マッチングに失敗したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、図２２に示すマッチングに成功したときの関心領域ＲＯＩと同じである。ターゲット領域ＴＲは、ＳＥＭ画像５００上の上層のホールパターン５０７の外側の領域５０８と、下層のラインアンドスペースパターン５０５の一部に及んでいる。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、上層のホールパターン５０７の外側の領域５０８のグレーレベルＧ７と、下層のラインアンドスペースパターン５０５の一部のグレーレベルＧ８を含む。したがって、ヒストグラムには、２つのグレーレベルＧ７，Ｇ８を示す２つのピークが現れる。演算システム１５０は、２つのピークがヒストグラムに現れているので、マッチングに失敗したと判定する。

図２４は、ＳＥＭ画像のさらに他の例と、ＳＥＭ画像上のパターン（実パターン）に対応するＣＡＤパターンの一例を示す図である。図２４に示すＳＥＭ画像６００上の実パターン６０５は、繰り返しパターンの一例であるラインアンドスペースパターンである。特に説明しない本実施形態の詳細は、図２乃至図６を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図２５は、図２４に示すＳＥＭ画像６００上のパターン６０５と、対応するＣＡＤパターン６１０とのマッチングに成功した例を示す図である。図２５に示すように、ＳＥＭ画像６００上のパターン６０５の全体と、対応するＣＡＤパターン６１０の全体は、互いに重なり合っている。これに対して、図２６は、ＳＥＭ画像６００上のパターン６０５と、対応するＣＡＤパターン６１０とのマッチングに失敗した例を示す図である。図２６に示すように、ＳＥＭ画像６００上のパターン６０５の大部分と、対応するＣＡＤパターン６１０の大部分は、互いに重なり合っているが、これらパターン６０５，６１０の全体は互いにＹ方向（Ｘ方向に垂直な方向）にずれており、パターン６０５，６１０の一部は重なり合っていない。

図２７は、マッチングに成功したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。この実施形態では、関心領域ＲＯＩの位置は、図５に示す実施形態と異なっているが、同じであってもよい。ターゲット領域ＴＲは、関心領域ＲＯＩ内に位置し、かつＣＡＤパターン６１０の内側に位置する領域である。図２７から分かるように、ターゲット領域ＴＲの全体は、ＳＥＭ画像６００上のパターン６０５内に位置している。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、パターン６０５のグレーレベルＧ９のみを含む。したがって、ヒストグラムには、グレーレベルＧ９を示す１つのピークのみが現れる。演算システム１５０は、１つのピークのみがヒストグラムに現れているので、マッチングに成功したと判定する。

図２８は、マッチングに失敗したときのターゲット領域ＴＲと、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを示す図である。関心領域ＲＯＩの位置および大きさは、図２７に示すマッチングに成功したときの関心領域ＲＯＩと同じである。ターゲット領域ＴＲは、ＳＥＭ画像６００上のパターン６０５の内部と、パターン６０５の外部に位置している。ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルは、パターン６０５のグレーレベルＧ９と、パターン６０５の外部のグレーレベルＧ１０を含む。したがって、ヒストグラムには、グレーレベルＧ９，Ｇ１０を示す２つのピークが現れる。演算システム１５０は、２つのピークがヒストグラムに現れているので、マッチングに失敗したと判定する。

上述した各実施形態によれば、演算システム１５０は、ヒストグラムのピークの数に基づいて、パターンのマッチングに成功したか否かを正確に判定することができる。マッチングに失敗した場合には、演算システム１５０は、マッチングに成功するまでマッチングを繰り返すことで、正しいマッチング位置を決定することができる。

図２９は、上述した各実施形態に係るパターンマッチング方法を説明するフローチャートである。
ステップ１では、走査電子顕微鏡５０は、試料ステージ１２１上のウェーハ１２４に形成されているパターンのＳＥＭ画像を生成する。
ステップ２では、演算システム１５０は、ＳＥＭ画像を走査電子顕微鏡５０から取得する。
ステップ３では、演算システム１５０は、ＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを行う。より具体的には、演算システム１５０は、ＳＥＭ画像と設計データから作成されたＣＡＤパターンとを重ね合わせ、ＣＡＤパターンのエッジを起点として設定された範囲でＳＥＭ画像のグレーレベルのプロファイルを作成し、グレーレベルのプロファイルからＳＥＭ画像上のパターンのエッジを決定し、決定されたエッジの位置と、対応するＣＡＤパターンのエッジとのバイアス値が最小になるマッチング位置を決定する。

ステップ４では、演算システム１５０は、ＳＥＭ画像内に設定された関心領域ＲＯＩ内であって、かつＣＡＤパターンの内側または外側に位置するターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを作成する。ターゲット領域ＴＲがＣＡＤパターンの内側または外側のいずれかに位置するかは、ＣＡＤパターンの形状、種類などの要素に基づいて、予めレシピに設定される。一実施形態では、演算システム１５０は、ＳＥＭ画像内に設定された関心領域ＲＯＩ内であって、かつＣＡＤパターンの内側に位置するターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを作成し、さらに、ＳＥＭ画像内に設定された関心領域ＲＯＩ内であって、かつＣＡＤパターンの外側に位置するターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを作成してもよい。

ステップ５では、演算システム１５０は、ヒストグラムのピークの数を計数する。演算システム１５０は、ピークの値をしきい値と比較し、しきい値よりも大きい値を持つピークの数を計数してもよい。
ステップ６では、演算システム１５０は、ピークの数が１つであれば、マッチングに成功したと判定し、ピークの数が２つ以上であれば、マッチングに失敗したと判定する。

ステップ７では、マッチングに失敗した場合は、演算システム１５０は、画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとの相対位置を変える。演算システム１５０は、ＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを再度実施し、さらに、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを再度作成する。

演算システム１５０は、マッチングが成功したと判定するまで（すなわち、ヒストグラムに１つのピークのみが現れるまで）、画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとの相対位置を変える工程と、ＳＥＭ画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを再度実施する工程と、ターゲット領域ＴＲ内のグレーレベルのヒストグラムを再度作成する工程を繰り返す。マッチングを実行するたびに、ＳＥＭ画像上のパターンのエッジの位置と、対応するＣＡＤパターンのエッジとのバイアス値が最小になるマッチング位置を決定する。

図３０は、演算システム１５０の構成の一実施形態を示す模式図である。演算システム１５０は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１６２と、記憶装置１６２に格納されているプログラムに含まれる命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などの処理装置１６３と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１６２に入力するための入力装置１７０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置１９０と、インターネットまたはローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークに接続するための通信装置１９５を備えている。

記憶装置１６２は、処理装置１６３がアクセス可能な主記憶装置１６２Ａと、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１６２Ｂを備えている。主記憶装置１６２Ａは、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置１６２Ｂは、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。

入力装置１７０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み出すための記録媒体読み出し装置１８２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１８４を備えている。記録媒体は、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）や、半導体メモリ（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み出し装置１８２の例としては、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブなどの光学ドライブや、メモリーリーダーが挙げられる。記録媒体ポート１８４の例としては、ＵＳＢポートが挙げられる。記録媒体に記憶されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１７０を介して演算システム１５０に導入され、記憶装置１６２の補助記憶装置１６２Ｂに格納される。出力装置１９０は、表示画面１６５、印刷装置１９２を備えている。

少なくとも１台のコンピュータからなる演算システム１５０は、記憶装置１６２に電気的に格納されたプログラムに含まれる命令に従って動作する。すなわち、演算システム１５０は、画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを実施し、画像内に設定された関心領域内であって、かつＣＡＤパターンの内側または外側に位置するターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを作成し、ヒストグラムに現れるピークの数が１つである場合に、マッチングは成功したと判定するステップを実行する。

これらステップを演算システム１５０に実行させるためのプログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介して演算システム１５０に提供される。または、プログラムは、インターネットまたはローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークを介して通信装置１９５から演算システム１５０に入力されてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

５０ 走査電子顕微鏡
１１１ 電子銃
１１２ 集束レンズ
１１３ Ｘ偏向器
１１４ Ｙ偏向器
１１５ 対物レンズ
１１６ レンズ制御装置
１１７ 偏向制御装置
１１８ 画像取得装置
１２０ 試料チャンバー
１２１ 試料ステージ
１２２ ステージ制御装置
１２４ ウェーハ
１３０ 二次電子検出器
１３１ 反射電子検出器
１４０ ウェーハ搬送装置
１５０ 演算システム
１６１ データベース
１６２ 記憶装置
１６３ 処理装置
１６５ 表示画面
２００，３００，４００，５００，６００ ＳＥＭ画像
２０５，３０５，４０５，５０５，６０５ 画像上のパターン
２１０，３１０，４１０，５１０，６１０ ＣＡＤパターン
ＲＯＩ 関心領域
ＴＲ ターゲット領域

Claims (9)

1. 画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを実施し、
   前記画像内に設定された関心領域内であって、かつ前記ＣＡＤパターンの内側または外側に位置するターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを作成し、
   前記ヒストグラムに現れるピークの数が１つである場合に、前記マッチングは成功したと判定する、パターンマッチング方法。
2. 前記ピークの値は、予め設定されたしきい値よりも大きい、請求項１に記載のパターンマッチング方法。
3. 前記関心領域は、前記画像上のパターンの少なくとも１部を囲む、請求項１または２に記載のパターンマッチング方法。
4. 前記ＣＡＤパターンは、繰り返しパターンである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパターンマッチング方法。
5. 前記ヒストグラムに複数のピークが現れた場合は、前記画像上のパターンと、前記対応するＣＡＤパターンとの相対位置を変え、前記画像上のパターンと、前記対応するＣＡＤパターンとのマッチングを再度実施し、前記ターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを再度作成する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパターンマッチング方法。
6. 前記マッチングが成功したと判定するまで、前記画像上のパターンと、前記対応するＣＡＤパターンとの相対位置を変える工程と、前記画像上のパターンと、前記対応するＣＡＤパターンとのマッチングを再度実施する工程と、前記ターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを再度作成する工程を繰り返す、請求項５に記載のパターンマッチング方法。
7. 前記画像および前記関心領域を、表示画面上に表示する工程をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパターンマッチング方法。
8. 前記ヒストグラムを前記表示画面上に表示する工程をさらに含む、請求項７に記載のパターンマッチング方法。
9. 画像上のパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを実施し、
   前記画像内に設定された関心領域内であって、かつ前記ＣＡＤパターンの内側または外側に位置するターゲット領域内のグレーレベルのヒストグラムを作成し、
   前記ヒストグラムに現れるピークの数が１つである場合に、前記マッチングは成功したと判定するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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