JP3333680B2

JP3333680B2 - 走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JP3333680B2
Application number: JP04931496A
Authority: JP
Inventors: 山口　　聡; 修小室
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 2002-10-15
Anticipated expiration: 2016-03-06
Also published as: JPH09245709A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を試料に走
査し、走査に伴って試料から放出される二次電子信号を
検出して試料表面の情報を画像化する走査電子顕微鏡に
関し、特に半導体集積回路上のパターン検査位置を自動
決定することが可能な走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体素子の高集積化に伴い、微
細化した回路パターンの観察、検査には走査電子顕微鏡
が用いられるようになってきている。半導体製造ライン
で用いられる走査電子顕微鏡は、他の装置と同様に人に
よる発塵を抑えるために、また処理能力向上のために自
動化が進められている。ウェーハ上の目的のパターンを
自動で測定するためには、ステージ移動によっておおよ
その位置に観察視野を移動し、その観察視野の中から測
定パターンの位置を正確に求め、その位置に視野移動
し、測定するという手順を踏む。測定パターンの正確な
位置は、予めガイドとなる特徴的なパターンを含むモデ
ルを登録しておき、パターン認識によって検出したモデ
ル位置からの距離によって決定する。移動した視野で目
的のパターンが検出できないときは、周辺に視野移動し
て再びパターン検出を実行する。

【０００３】従来の装置は、特開平６−２３１７１５号
公報に記載されているように、上記のガイドとなるパタ
ーンを含むモデルを唯一つ登録し、そのモデルを用いて
目的の測定パターンの位置を決定しようとするものであ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】走査電子顕微鏡で得ら
れる画像は、装置自体の状態（例えば電子ビームや増幅
回路のノイズ等）によって、また試料に電子ビームを照
射することより蓄積された電荷によって不安定になる。
またウェーハ上に形成された回路パターンは、設計上、
製造工程上同じパターンであっても半導体製造装置や製
造条件、各チップごとにわずかに異なっている。そのた
めモデル登録時の画像とパターン検出時の画像は完全に
一致したものにはならず、パターン検出するときには登
録時とは若干異なったパターンを検出しなければならな
いことが生じる。

【０００５】従来の技術は、唯一つの登録モデルでパタ
ーン検出するものであるが、上で述べたように登録時と
若干異なったパターンを検出するために、登録モデルと
検出パターンの類似度に幅を持たせる必要があった。唯
一つの登録モデルで目的のパターンを検出する場合、こ
の類似度の範囲設定が難しく、この範囲が最適に設定さ
れていないとパターンを検出できなかったり、誤ったパ
ターンを検出するといった問題があった。

【０００６】また、観察の初期視野が登録時の視野とず
れていてモデルとして登録したパターンが初期視野に無
いと、測定位置を決定することができなかった。さら
に、半導体回路のパターンは、メモリセルやコンタクト
ホールのような繰り返しパターンを含むものが多いが、
このような繰り返しパターンを含む視野では特定のパタ
ーンの位置を唯一決定することができなかった。

【０００７】また、半導体製造ラインでは、最適な製造
条件（例えば、ステッパの露光時間、フォーカス値の変
化量など）を求める目的で各チップごとに条件を変化さ
せたテスト用のウェーハ（以下、条件出しウェーハとい
う）を作成する。この条件出しウェーハの検査にも走査
電子顕微鏡が使用されるが、条件出しウェーハの各チッ
プごとに観察されるパターンは、最適な製造条件からず
れればずれるほど、設計寸法と大きく異なるパターンと
なる。この条件出しウェーハのような形状変化の大きい
パターンを、唯一の登録モデルによって全チップにわた
ってすべて検出することは難しいものであった。

【０００８】本発明の目的は、設計上は同じパターンで
あるが登録時とわずかに異なって観察されるパターンを
安定して検出することにある。本発明の他の目的は、繰
り返しパターンを含む観察視野の特定のパターンの位置
を唯一検出することにある。また、本発明の他の目的
は、条件出しウェーハにおけるような形状変化の大きい
パターンを安定に検出して自動測定又は異常パターンの
検出を可能にすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る走査電子顕微鏡は、自動測定実行時に
予想される様々な装置の状態や試料の観察状態、半導体
製造装置や製造条件、ウェーハ上の各チップごとのパタ
ーンの形状変化等を考慮した複数のモデルを登録する。

【００１０】これらのモデルによってパターン検出を実
行し、例えば検出されたパターンとそれぞれの登録モデ
ルとの類似度の中で、最も類似度の高いパターンによっ
て測定位置を決定する。あるいは、複数のモデルによっ
てパターン検出を実行する際、登録時に基準モデルに対
して求めておいた順位に従って検出を実行し、目的のパ
ターンが検出された時点で検出を打ち切ることによって
検出処理の高速化を図る。

【００１１】登録視野で測定位置に対して異なった位置
のガイドとなるパターンを含むモデルを複数登録してお
くと、観察視野中に同一パターンを多く含む場合にあっ
ても複数の検出パターン位置から登録時に記憶しておい
た測定位置とのオフセットによって測定位置を唯一検出
することが可能となる。すなわち、本発明の走査電子顕
微鏡は、電子線によって試料を走査する手段と、試料か
ら放出された二次電子信号により試料像を形成する手段
と、モデルを記憶する手段と、試料像の中からモデルに
類似するパターンを検出する手段と、検出されたパター
ンとの間の既知の位置関係（オフセット）を用いて試料
像中の目的位置（測定位置）を検出する手段とを備える
走査電子顕微鏡において、モデルとして複数の画像を記
憶していることを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明による走査電子顕微鏡は、電
子線によって試料を走査する手段と、試料から放出され
た二次電子信号により試料像を形成する手段と、試料像
中の複数のパターンを各々モデルとして登録する登録手
段と、試料像の中からモデルに類似するパターンを検出
する手段と、検出されたパターンとの間の既知の位置関
係を用いて試料像中の目的位置を検出する手段とを備え
ることを特徴とするものである。

【００１３】また、本発明による走査電子顕微鏡は、電
子線によって試料を走査する手段と、試料から放出され
た二次電子信号により試料像を形成する手段と、試料像
中の複数のパターンを各々モデルとして観察倍率、観察
条件及び試料像中の目的位置に対するオフセットととも
に登録する登録手段と、登録された観察倍率及び観察条
件を再現する手段と、試料像の中からモデルに類似する
パターンを検出する手段と、検出されたパターンの位置
とオフセットを用いて試料像中の目的位置を検出する手
段とを備えることを特徴とするものである。

【００１４】試料像中の目的位置の検出は、複数のモデ
ルの各々に対して試料像中の最も類似したパターンの位
置及びその類似度を求め、類似度が最も高いパターンの
位置及びそれに対応するオフセットを用いて検出するこ
とができる。試料像中の目的位置の検出は、また、試料
像中の所定のパターンに対する異なる登録モデルのうち
の１つを基準モデルとし、この基準モデルと他のモデル
との間の類似度を求めて各モデルを前記類似度が高い順
に順位付けし、最初に基準モデルを用いてパターン検出
を行い、基準モデルによってはパターン検出ができない
とき、他のモデルを順位付けされた順番で用いてパター
ン検出を行い、検出されたパターンの位置及びそれに対
応するオフセットを用いて検出するようにしてもよい。

【００１５】このとき、検出されたパターンと基準モデ
ルの類似度を検出することにより、検出されたパターン
の異常を自動判定するようにすることもできる。すなわ
ち、検出されたパターンと基準モデルとの類似度が予め
定められた基準より低い場合には、検出されたパターン
を異常であると判定する。試料像中の目的位置に対して
異なる複数位置のパターンをモデルとして各々登録し、
各モデルによって検出される少なくとも一つのパターン
位置からの距離によって目的位置を検出するようにして
もよい。この場合には、ステージ移動直後の初期視野に
目的のパターンが含まれる可能性が高くなり、測定パタ
ーンを高倍率で観察することが可能になる。また、初期
視野に目的のパターンがないとき観察視野を周辺に移動
して画像を取り直す回数も減らすことができる。さら
に、異なる２つ以上のモデルからのオフセットによって
目的位置を検出するようにすることにより、観察視野に
繰り返しパターンが含まれている場合であっても特定の
目的位置を唯一検出することができる。

【００１６】本発明によると、複数の登録モデルによっ
て検出を実行することで、設計上同じパターンであるが
登録時とわずかに異なって観察されるパターンを安定し
て検出することができるため、半導体製造ラインで検査
装置として使用される走査電子顕微鏡による自動検査の
信頼性を向上させることができる。半導体製造工程上避
けることのできないウェーハ上の回路パターンのわずか
な形状変化、走査電子顕微鏡自体の検出器や増幅回路に
よる像質変化、またチャージアップなど観察試料の物性
に起因する像質変化を複数のモデルによってパターン検
出することで吸収することが可能となる。また、形状変
化の大きいパターンを検出することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明による走査電子顕
微鏡の概略図である。電子銃１より放射された電子ビー
ム２は、偏向コイル３によって偏向された後、倍率レン
ズ（対物レンズ）４により細く絞られ、ステージ６上の
試料ウェーハ５に照射される。倍率レンズ４は、ホスト
コンピュータ１３より制御可能な倍率レンズ制御回路２
１によって制御される。また、試料ウェーハ５上の走査
範囲及び走査位置は、偏向信号発生器８によって発生さ
れ、偏向増幅器７によって増幅されて偏向コイル３に供
給される偏向信号によって変えることが可能である。

【００１８】電子ビーム２の入射により試料ウェーハ５
から放出された二次電子は検出器９で検出され、検出器
９のアナログ電気信号はＡ／Ｄ変換器１０でディジタル
信号に変換された後、画像メモリ１１に記憶される。こ
の画像メモリ１１の内容は、常にＤ／Ａ変換器１２によ
ってディジタル信号からアナログ信号に変換され、ＣＲ
Ｔ２０の輝度信号としてグリッドに印加される。このと
きＡ／Ｄ変換器１０、画像メモリ１１、Ｄ／Ａ変換器１
２は、画像信号をＡ／Ｄ変換して記憶し、更にＤ／Ａ変
換して画像表示するためのタイミング信号を偏向信号発
生器８より受け取る。ＣＲＴ２０の偏向コイル１９は、
偏向信号発生器８の偏向信号にしたがって偏向増幅器１
８によって励磁される。

【００１９】ＣＲＴ２０上に表示されるカーソルの表示
位置は、マウス１４の位置信号を受けたホストコンピュ
ータ１３からの信号によって移動させることが可能であ
る。このとき表示されるカーソルは、測定位置２６を指
定するクロスカーソル２７（図２）と、ガイドとなるパ
ターン３１をモデルとして登録するための範囲を指定す
るエリアカーソル３２（図３）である。ホストコンピュ
ータ１３は、逆にＣＲＴ２０上に表示されるカーソルの
位置情報を取得できる。

【００２０】画像処理装置１６は、画像メモリ１１とは
別の画像メモリ１７を有し、Ｄ／Ａ変換器１２からのア
ナログ信号を内部でＡ／Ｄ変換して画像メモリ１７に記
憶する。画像処理装置１６は、画像メモリ１７中の画像
データの全部又は一部を読み込むことができ、ホストコ
ンピュータ１３で取得したクロスカーソル２７の位置情
報及びエリアカーソル３２の位置情報から画像メモリ１
７の対応する位置の画像データを読み込むできる。ホス
トコンピュータ１３は、マウス１４又はキーボード１５
からの登録信号を受けるたびに再度エリアカーソル３２
を表示し、エリアカーソルで指示される領域をモデルと
して前記の手順で画像処理装置１６の画像メモリ１７に
読み込む。

【００２１】次に、図１の走査電子顕微鏡を用いて、測
定パターンの位置及び登録パターンを指定する方法、登
録モデルを保存する方法について説明する。まず、目的
とする測定パターンを含む試料ウェーハ５をステージ６
に載せ、電子ビーム２を照射して、図２に示すようにＣ
ＲＴ２０上に画像２５を表示する。次に、画像２５上の
目的とする測定パターン２６にマウス１４を用いてクロ
スカーソル２７を合わせ、ホストコンピュータ１３に測
長位置の登録指示を出す。ホストコンピュータ１３は、
ＣＲＴ２０上のクロスカーソルの位置情報を取得し保存
する。次に、図３に示すようにエリアカーソル２７を表
示し、ガイドとなるパターン３１を含む画像３０の範囲
にマウス１４を用いてエリアカーソル３２を合わせ、そ
の位置に対応する画像データを画像メモリ１７から読み
込み登録モデルとする。

【００２２】登録モデル、クロスカーソル２７の位置情
報、エリアカーソル３２と測定位置のオフセット３４、
観察倍率及び観察条件は、ホストコンピュータ１３に記
憶される。ここで観察条件とは、試料を観察する際の走
査電子顕微鏡の制御条件であり、例えば、電子ビーム２
を加速するための加速電圧や、倍率レンズ４を制御する
倍率レンズ電流値、画像信号を画像メモリ１１に記憶す
る際の重ね合わせの枚数（フレーム数）等である。

【００２３】観察条件のみを変化させて複数のモデルを
登録する場合は、エリアカーソル３２の位置を固定し、
観察条件を変えて画像を取り込み直し、上述の手順でモ
デルを登録し、オフセット、観察条件と共にホストコン
ピュータ１３に記憶する。このとき、観察倍率は変更し
ていないので、オフセット３４は一定である。通常は、
最も製造条件のよいガイドパターンの画像を最も画像状
態の良い観察条件で取り込んで基準モデル３５として登
録し、次に同じパターンの画像を観察条件を少しずつ変
化させて取り込み、それを別のモデル３６，３７として
登録する操作を繰り返す。基準モデルは、登録した複数
のモデルの中から、最も画像状態のよい観察条件のモデ
ルや最も製造条件のよいモデルなどを、あとでマウス１
４又はキーボード１５からの入力信号によって選択する
ことで決定してもよい。この基準モデル３５の選択後、
基準モデル３５とその他のモデル３７，３６との類似度
を求め、類似度の高いモデルから順位を付け（ここでは
モデル３５，３６，３７の順）、登録モデルごとの観察
条件やオフセットと共にホストコンピュータ１３にすべ
て記憶する。もちろん観察倍率も記憶する。

【００２４】異なる位置のパターンをガイドとしてモデ
ル登録する場合は、図４に示すように、測定パターンの
位置４３をクロスカーソルで指定し、その位置情報を保
存した後、エリアカーソルでガイドとなる複数のパター
ン（図４ではパターン４０，４１，４２）を指定し登録
モデル（４７，４８，４９）とする。クロスカーソルと
エリアカーソルの登録モデルごとのオフセット（４４，
４５，４６）もそれぞれホストコンピュータ１３に記憶
する。このとき、それぞれの登録モデルの観察条件は同
じになる。

【００２５】複数の登録モデルを用いて目的の測定パタ
ーンの位置を決定する手順を、図３の登録モデル（３
５，３６，３７）を用いて図７のフローチャートにより
説明する。ホストコンピュータ１３は、自動測定が実行
されると登録したすべての又は任意の数のモデルを画像
処理装置１６に転送する（Ｓ９０１）と同時に、それぞ
れの登録モデルに対して記憶されている観察倍率及び観
察条件を再現し（Ｓ９０２）、画像を取り込むための信
号を偏向信号発生器８に送る。偏向信号発生器８からの
画像を表示するためのタイミング信号によって、Ａ／Ｄ
変換器１０、画像メモリ１１、Ｄ／Ａ変換器１２の順に
画像を取り込み（Ｓ９０３）、画像信号はＣＲＴ２０及
び画像処理装置１６に送られる。画像処理装置１６は画
像メモリ１７に画像データを取り込み、まず１つの登録
モデル（例えば基準モデル３５）を用いてパターン検出
を実行する（Ｓ９０４）。

【００２６】全てのモデルによる検出が終了していない
場合には（Ｓ９０５）、次の登録モデル３６を選択し
（Ｓ９０６）、その観察倍率及び観察条件を再現してパ
ターン検出を実行する。同様の操作を全てのモデルによ
る検出が終了するまで反復する。観察倍率及び観察条件
が同じモデルの場合は画像の再取込みは行わない。その
後、検出されたパターンと登録モデルとの類似度をそれ
ぞれ比較して、最も類似度の高いモデルを決定し（Ｓ９
０７）、そのモデルのオフセットによって測定位置を決
定する（Ｓ９０８）。

【００２７】ここで類似度とは正規化相関によって求め
られる相関係数を意味し、図８に示すような画素数Ｎの
画像８０上の位置（Ｘ，Ｙ）におけるモデル８２との対
応部分８１の相関係数ｒ（Ｘ，Ｙ）は、次の（数１）に
よって求められる。式中、Ｐ_ijは画像上の点（Ｘ＋ｉ，
Ｙ＋ｊ）における濃度値、Ｍ_ijはモデル内の点（ｉ，
ｊ）における濃度値である。

【００２８】

【数１】

【００２９】図３に示した複数の登録モデルを用いて目
的の測定パターンの位置を決定する手順の他の例を、図
１０のフローチャートにより説明する。ホストコンピュ
ータ１３は、自動測定が実行されると登録したすべての
又は任意のモデルを画像処理装置１６に転送する（Ｓ１
００１）と同時に、それぞれの登録モデルに対して記憶
されている観察倍率及び観察条件を再現し（Ｓ１００
２）、画像を取り込むための信号を偏向信号発生器８に
送る。偏向信号発生器８からの画像を表示するためのタ
イミング信号によって、Ａ／Ｄ変換器１０、画像メモリ
１１、Ｄ／Ａ変換器１２の順に画像を取り込み（Ｓ１０
０３）、画像信号はＣＲＴ２０及び画像処理装置１６に
送られる。画像処理装置１６は画像メモリ１７に画像デ
ータを取り込み、まず基準モデル３５を用いてパターン
検出を実行する（Ｓ１００４）。基準モデル３５によっ
てガイドとなるパターンが検出されると（Ｓ１００
５）、ホストコンピュータ１３は記憶されているオフセ
ット３４を用いて目的の測定パターン２２の位置を決定
する（Ｓ１００６）。

【００３０】ステップ１００５でパターンが検出されな
かった場合、ホストコンピュータ１３は画像処理装置１
６に転送された全ての登録モデルによるパターン検出が
終了したかどうかを判定し（Ｓ１００７）、まだモデル
が残っている場合には次に基準モデルと類似度の高い登
録モデル３６を選択し（Ｓ１００８）、その観察倍率及
び観察条件を再現する（Ｓ１００２）。その後、同様に
して画像を取り込み（Ｓ１００３）、再び取り込まれた
画像内でパターンを検出を実行する（Ｓ１００４）。観
察倍率及び観察条件が同じモデルの場合は、画像の再取
込みは行わない。

【００３１】以上の手順を繰り返し、パターンが検出さ
れた時点で検出処理を打ち切ることにより、検出処理の
高速化を図る。ステップ１００７で全てのモデルによる
パターン検出が終了してもガイドパターンと一致したパ
ターンが検出されなかった場合は警報を出して（Ｓ１０
０９）、終了する。この方法によるとまた、半導体製造
ラインの製造条件を求めるためのテスト用ウェーハ（条
件出しウェーハ）の形状変化の大きいパターンでも、条
件ごとのパターンを複数登録することによって、モデル
による自動測定が可能となる。

【００３２】製造条件又は観察条件等によってガイドパ
ターンが登録時と若干異なるパターンとして観察された
場合のパターン検出手順を、図３及び図５を用いて説明
する。パターン３１をガイドパターンとして登録を行う
が、製造条件又は観察条件を変えた複数のモデル３５〜
３７を登録する。このとき、製造条件又は観察条件が最
適なモデル３５を基準モデルとして選択しておく。自動
測定実行時、登録したガイドパターンが製造条件の変化
によって、パターン５０（図５）のように変化して観察
されたとする。このとき登録モデル３５ではパターン５
０は検出できない場合があるが、モデル３６によって再
びパターン検出を実行し、パターン５０が検出されれば
測定位置５３を決定することができる。また、このとき
登録モデル３６によって検出したパターン５０の位置
で、基準モデル３５を用いて類似度を求める。この類似
度に対して予め閾値を決めておき、この閾値以下であれ
ばパターン５０は異常パターンであることを判定するこ
とができる。

【００３３】次に、倍率を変えて複数のモデルを登録し
た例を、図３と図６を用いて説明する。前記のように図
３の低い観察倍率Ｍ１でパターン３１をモデル３５して
登録し、このときの観察倍率Ｍ１をオフセット３４と共
にホストコンピュータ１３に記憶する。次に、マウス１
４又はキーボード１５より倍率変更命令を受けたホスト
コンピュータ１３は、倍率レンズ制御回路２１に倍率変
更信号を出す。倍率レンズ制御回路２１は倍率レンズ４
の電流値の変更し、観察倍率Ｍ２に設定する。このとき
の画像を図６に示す。この画像でモデル６０とオフセッ
ト６１、観察倍率Ｍ２をホストコンピュータ１３に記憶
する。測定位置６２は、図３の測定位置３３とウェーハ
上で同じ位置である。

【００３４】自動測定が実行されるとホストコンピュー
タ１３は記憶されている観察倍率Ｍ１を前記の手順で再
現し、画像処理装置１６はモデル３５を用いてパターン
３１を検出する。パターン３１の位置情報とオフセット
３４より測定位置３３を決定し、偏向コイル３によって
測定位置３３が画像の中心となるように視野を移動す
る。次に、再現された観察倍率Ｍ２の画像上でモデル６
０によってパターン検出し、オフセット６１を用いて測
定位置６２が決定される。

【００３５】モデルとして複数の異なる位置のパターン
を登録し、そのモデルを用いて目的の測定パターンの位
置を決定する手順を図４、図５、図７及び図１１のフロ
ーチャートを用いて説明する。図４に示すように、測定
パターンの位置４３に対して異なる位置の形状の異なる
パターン４０，４１，４３がモデル４７，４８，４９と
して登録されているとして、図５のような観察視野で登
録モデルをモデル４７，４８，４９の順に用いてパター
ン検出を行う。

【００３６】ホストコンピュータ１３は、自動測定が実
行されると、登録されているモデル４７，４８，４９を
画像処理装置１６に転送する（Ｓ１１０１）と同時に、
記憶されている観察倍率及び観察条件を再現し、画像を
取り込むための信号を偏向信号発生器８に送る。偏向信
号発生器８からの画像を表示するためのタイミング信号
によって、Ａ／Ｄ変換器１０、画像メモリ１１、Ｄ／Ａ
変換器１２の順に画像を取り込み（Ｓ１１０２）、画像
信号はＣＲＴ２０及び画像処理装置１６に送られる。画
像処理装置１６は画像メモリ１７に画像データを取り込
み、まず登録モデル４７を選択し（Ｓ１１０３）、パタ
ーン検出を実行する（Ｓ１１０４）。

【００３７】パターン５０が変形していたりして登録モ
デル４７によってガイドとなるパターンが検出されない
場合（Ｓ１１０５）、次の位置のモデル４８を選択し
（Ｓ１１０６）、そのモデル４８によってパターン検出
を実行する（Ｓ１１０４）。モデル４８によってガイド
となるパターン５１が検出されると、そのオフセット５
５より測定パターンの位置５３を決定する。このよう
に、１つの位置の登録モデルでパターン検出ができなか
った場合でも、その他の位置の登録モデル４８，４９で
ガイドとなるパターン５１，５２が検出されれば、オフ
セット５５，５６より測定位置５３を決定することがで
きる。

【００３８】また、ステージ６の駆動によって観察視野
に移動された試料ウェーハ５の観察視野は、図７に示す
ように登録時の観察視野（図４）とずれたものとなる場
合がある。この観察視野７０でも、登録モデル４７，４
８でガイドパターンを検出することはできないが、登録
モデル４９を用いるとガイドパターン７１が検出され、
検出位置７２とホストコンピュータ１３に保存されてい
るオフセット４６によって目的の測定パターンの位置７
３を決定することができる。このとき画像の取り込みは
一度でよく、登録した全ての又は任意のモデルによって
パターン検出を実行することが可能であり、パターンが
検出された時点で検出処理を打ち切る。従来の方法によ
ると、図７のように観察視野がずれた場合、登録モデル
４７のみでガイドパターンを検出しようとしても初期視
野７０ではパターンが検出されず、周辺に視野移動して
パターンを視野に入れないと検出されない。

【００３９】以上説明した例では、登録モデル、クロス
カーソルの位置情報、エリアカーソルと測定位置のオフ
セット、観察倍率、観察条件等を走査電子顕微鏡のホス
トコンピュータ１３に記憶した。しかし、複数の走査電
子顕微鏡をネットワーク接続したシステムにおいては、
これらの情報をネットワーク上の記憶装置に記憶してお
き、複数の走査電子顕微鏡で共通に利用するようにする
ことも可能である。

【００４０】図１２は、複数の走査電子顕微鏡をネット
ワークで接続したシステムの概念図である。この例で
は、走査電子顕微鏡９２，９３，９４がネットワーク９
０で接続されている。ネットワーク９０に接続された記
憶媒体９１上の情報は、それぞれの走査電子顕微鏡９
２，９３，９４から読み出したり書き込んだりすること
ができる。登録モデル、クロスカーソルの位置、エリア
カーソルと測定位置のオフセット、観察倍率、観察条件
等を記録したファイルは記憶媒体９１に格納され、各走
査電子顕微鏡のホストコンピュータ１３は必要に応じて
ファイルの内容をダウンロードして利用することができ
る。なお、登録モデルの画像が個々の走査電子顕微鏡の
機差を反映して各々の走査電子顕微鏡ごとに少しずつ異
なる場合には、登録モデルは個々の走査電子顕微鏡によ
って取り込まれたものを、それぞれの走査電子顕微鏡に
内蔵されている記憶媒体９２ａ，９３ａ，９４ａに記憶
して利用し、クロスカーソルの位置、エリアカーソルと
測定位置のオフセット、観察倍率、観察条件等の情報の
みを共通化して記憶媒体９１に格納するようにしてもよ
い。

【００４１】

【発明の効果】本発明によると、複数の登録モデルによ
って検出を実行することで、登録時とわずかに異なって
観察されるパターンでも安定して検出することができ、
半導体製造ラインで検査装置として使用される走査電子
顕微鏡による自動測定の信頼性を向上させることができ
る。

【００４２】また、異なった位置のガイドとなるパター
ンを含むモデルを複数登録することで、ステージ移動
後、初期視野に目的のパターンが含まれる可能性が高く
なり、測定パターンを高倍率で観察することが可能にな
る。また、周辺に観察視野を移動して画像を取り直す回
数も減り、自動測定処理能力を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査電子顕微鏡のブロック図。

【図２】クロスカーソルによる測定パターン指定例を示
す説明図。

【図３】エリアカーソルによるガイドパターン指定例と
登録した複数のモデルを示す説明図。

【図４】エリアカーソルによる異なる位置のガイドパタ
ーン指定例と複数の登録モデルを示す説明図。

【図５】測定パターンの検出例を示す説明図。

【図６】高倍率での測定パターンの検出例を示す説明
図。

【図７】初期視野の例を示す図。

【図８】パターン類似度を説明する図。

【図９】複数の観察条件の登録モデルによるパターン検
出の一例のフローチャート。

【図１０】複数の観察条件の登録モデルによるパターン
検出の他の例のフローチャート。

【図１１】複数の異なる位置の登録モデルによるパター
ン検出のフローチャート。

【図１２】複数の走査電子顕微鏡をネットワーク接続し
たシステムの概念図。

【符号の説明】

１…電子銃、２…電子ビーム、３…偏向コイル、４…倍
率レンズ、５…試料ウェーハ、６…ステージ、７…偏向
増幅器、８…偏向信号発生器、９…二次電子検出器、１
０…Ａ／Ｄ変換器、１１…画像メモリ、１２…Ｄ／Ａ変
換器、１３…ホストコンピュータ、１４…マウス、１５
…キーボード、１６…画像処理装置、１７…画像メモ
リ、１８…偏向増幅器、１９…偏向コイル、２０…ＣＲ
Ｔ、２１…倍率レンズ制御回路、２５…画像、２６…測
定パターン、２７…クロスカーソル、３０…画像、３１
…ガイドとなるパターン、３２…エリアカーソル、３３
…測定位置、３４…オフセット、３５，３６，３７…登
録モデル、４０，４１，４２…ガイドとなる複数のパタ
ーン、４３…測定位置、４４，４５，４６…オフセッ
ト、４７，４８，４９…登録モデル、５０，５１，５２
…検出パターン、５３…測定位置、５５，５６…オフセ
ット、６０…登録モデル、６１…オフセット、６２…測
定位置、７０…初期視野、７１…ガイドパターン、７２
…検出位置、７３…測定位置、８０…画像、８２…モデ
ル、９０…ネットワーク、９１…記憶媒体、９２，９
３，９４…走査電子顕微鏡、９２ａ，９３ａ，９４ａ…
記憶媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線によって試料を走査する手段と、
試料から放出された二次電子信号により試料像を形成す
る手段と、モデルを記憶する手段と、前記試料像の中か
ら前記モデルに類似するパターンを検出する手段と、検
出された前記パターンとの間の既知の位置関係を用いて
前記試料像中の目的位置を検出する手段とを備える走査
電子顕微鏡において、前記モデルとして同一のパターンを示す複数の像、ある
いはそれぞれ異なる位置を示す複数の像を記憶している
ことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】電子線によって試料を走査する手段と、
試料から放出された二次電子信号により試料像を形成す
る手段と、前記試料像中の同一のパターンを示す複数の
像、あるいはそれぞれ異なる位置を示す複数の像を各々
モデルとして登録する登録手段と、試料像の中から前記
モデルに類似するパターンを検出する手段と、検出され
た前記パターンとの間の既知の位置関係を用いて前記試
料像中の目的位置を検出する手段とを備えることを特徴
とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】電子線によって試料を走査する手段と、
試料から放出された二次電子信号により試料像を形成す
る手段と、前記試料像中の同一のパターンを示す複数の
像、あるいはそれぞれ異なる位置を示す複数の像を各々
モデルとして観察倍率、観察条件及び前記試料像中の目
的位置に対するオフセットとともに登録する登録手段
と、前記登録された観察倍率及び観察条件を再現する手
段と、試料像の中から前記モデルに類似するパターンを
検出する手段と、検出された前記パターンの位置と前記
オフセットを用いて前記試料像中の目的位置を検出する
手段とを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】前記試料像中で前記複数のモデルの各々
に対して最も類似したパターンの位置及びその類似度を
求める手段を備え、前記類似度が最も高いパターンの位
置及びそれに対応するオフセットを用いて前記試料像中
の目的位置を検出することを特徴とする請求項３記載の
走査電子顕微鏡。
【請求項５】前記登録手段によって登録された試料像
中の所定のパターンに対する異なるモデルのうちの１つ
を基準モデルとして、該基準モデルと他のモデルとの間
の類似度を求め、各モデルを前記類似度が高い順に順位
付けする手段を備え、最初前記試料像の中から前記基準モデルに類似するパタ
ーンの検出を行い、前記基準モデルに類似するパターン
を検出できないとき、前記順位付けされた順番で前記モ
デルを用い、前記試料像の中から該モデルに類似するパ
ターンの検出を行うことを特徴とする請求項３記載の走
査電子顕微鏡。