JP4644065B2

JP4644065B2 - 走査型電子顕微鏡およびその画像表示方法

Info

Publication number: JP4644065B2
Application number: JP2005233398A
Authority: JP
Inventors: 能夫清成
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: JP2007047080A

Description

本発明は、主に半導体集積回路が形成されたウェーハや半導体集積回路製造に使用されるフォトマスクの測長検査に好適な走査型電子顕微鏡およびその画像表示方法に関する。

近年、半導体集積回路（以下、ＩＣという。ＩＣはIntegrated Circuitsの略。）の微細化と高集積化が進展するなかで、その製造工程を管理または検査するために走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭという。ＳＥＭはScanning Electron Microscopeの略。）が不可欠のものになってきている。すなわち、ＩＣの主要な製造工程では、ＳＥＭの測長機能などを利用することにより、ウェーハなどの所定の位置に設けられた所定のパターンのサイズやその複数のパターン間距離などについて測長検査が行なわれている。そして、それらの測長検査の結果に基づき、ウェーハ上に形成された回路デバイスや製造工程の品質が管理されている。

一般に、ＩＣは大量生産されるために、各製造工程においては生産のスループット向上が強く求められる。ＳＥＭによる測長検査についても、例外ではなく、そのため、測長検査は高度に自動化が進められつつある。そして、その自動化を進展させる１つのキー技術として、製造される半導体集積回路についての設計データ（以下、ＣＡＤデータという。ＣＡＤは、Computer Aided Designの略。）の活用がある。

特許文献１には、回路などを形成したウェーハなどにおいて、あらかじめ登録された特定形状のパターン（以下、テンプレートという。）を自動的に検索し、そのサイズなどを測長したり、実デバイスとＣＡＤデータの位置の対応付けに使用したりする技術が開示されている。また、その検索により、一旦、テンプレートの位置が判明した後には、同様に製造されたウェーハについて、テンプレートの検索を省略し、測長検査のスループットを向上させる技術が開示されている。
特開２００２−３２８０１５号公報（段落００５３、段落００７１、図２〜図６、図８〜図２１）

ところで、ＩＣの製造においては、その製造工程確立の初期段階や不具合発生時には、製造歩留まりの向上を図ったり、不具合の原因調査を行なったりする必要があるために、現実に製造されたＩＣの回路デバイスなどについて、ＳＥＭを用いてその形状を観察したり、その大きさを計測したりする測長検査を行なう必要がある。このような場合、その検査対象が何になるか分からないために、測長検査の自動化が困難であり、その検査作業はどうしても手作業にならざるを得ない。

このような手作業による測長検査においては、検査対象に定められた回路デバイスを探す必要があるが、このときには、試料の位置をずらしたり、拡大倍率を変えたりしながら何度も試料のＳＥＭ画像を取得する必要がある。ところが、ＳＥＭ画像を取得するためには、その都度、試料ステージを移動し、試料の指定された領域に電子ビームを照射する必要があるので、それ相応の時間を要することになる。従って、目的の回路デバイスを探索するのに何度もＳＥＭ画像を取得していては、手作業による測長検査の検査時間を削減することはできない。

特許文献１では、測長検査の自動化に関する技術については、詳しく開示されているものの、手作業で測長検査を行なう場合については、そのスループットを向上させるための技術に関して、何一つ示されていない。もちろん、特許文献１に開示されている測長検査の自動化技術には、例えば、テンプレートを自動的に検索する技術や、ＣＡＤデータを活用する技術など、手作業で測長検査を行なう場合にも有用な技術が多く含まれている。しかしながら、従来のＳＥＭにおいては、それらの有用な技術を活用した手作業のための測長検査の方法などが実施されていない。そのため、現状では手作業時の測長検査は、長時間を要するものとなっており、検査作業のスループット向上は未だ図られていない。

以上の従来技術に鑑み、本発明の目的は、手作業による不具合解析時などにおける測長検査の時間短縮を図り、そのスループット向上を図ることが可能な走査型電子顕微鏡およびその画像表示方法を提供することにある。

前記した従来技術の課題を解決するために、本発明の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、試料に電子ビームを照射したときにその試料表面から放出される二次電子の量に基づき、ＳＥＭ画像を生成するＳＥＭ画像生成部のほかに、前記試料のＣＡＤデータに基づき生成され、その試料の表面形状を表わしたＣＡＤ画像のデータを記憶するＣＡＤ画像記憶部を備えることを特徴とする。そして、このＳＥＭにおいては、その表示部に、まず、試料の低倍率のＳＥＭ画像またはＣＡＤ画像を表示し、その表示された画像の中で、拡大表示を指示する領域指定情報が入力されたときには、その指定された領域の拡大ＣＡＤ画像を表示する。さらに、その後、その拡大ＣＡＤ画像の中で、拡大ＳＥＭ画像の表示を指示する領域指定情報が入力されたときには、前記試料の指定された領域に所定の電子ビームを照射することにより、その領域の拡大ＳＥＭ画像を生成し、その拡大ＳＥＭ画像を表示部に表示する。

本発明のＳＥＭにおいては、目的の回路デバイスなどを探索する場合には、その都度、拡大したＳＥＭ画像を生成せず、代わりに、拡大したＣＡＤ画像を表示する。このとき、ＣＡＤ画像を表示する時間は、ＳＥＭ画像を表示する時間、つまり、試料ステージを移動させ、試料の指定された領域に電子ビームを照射して、ＳＥＭ画像を生成し、表示する時間よりもはるかに短い。従って、作業者が目的の回路デバイスなどを探索するために、ＣＡＤ画像を何度も拡大表示したとしても、その表示時間はそれほど大きくはならない。そして、ＣＡＤ画像上で目的の回路デバイスなどが見つかった場合には、さらに領域を指定して、今度は、拡大したＳＥＭ画像を生成し、そのＳＥＭ画像を表示部に表示する。

以上のように、作業者が目的の回路デバイスなどをカットアンドトライして探索するときには、その表示をＣＡＤ画像を用いて行ない、目的の回路デバイスなど見つかった後は、実際に試料に電子ビームを照射して現実のＳＥＭ画像を生成する。その結果、実際にＳＥＭ画像を生成する回数を大きく削減することができるので、トータルの作業時間を短縮することができる。すなわち、手作業時の測長検査などのスループットを向上させることができる。

本発明によれば、手作業による不具合解析時などにおけるＳＥＭを用いた測長検査の時間短縮を図ることができ、そのスループットを向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について、適宜、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。

＜走査型電子顕微鏡のブロック構成および各ブロックの機能＞
図１は、本発明の実施形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のブロック構成を示した図である。図１に示すように、ＳＥＭ１は、鏡体部１０、ＳＥＭ画像生成部１１、電子ビーム制御部１２、ステージ制御部１３、情報処理部１４、表示部１５、操作情報入力部１６、ＣＡＤ画像記憶部１７、テンプレート画像記憶部１８、ネットワークインタフェース部１９を含んで構成される。以下、これら各ブロックについて、その詳細な構成や機能について説明する。

鏡体部１０は、電子銃１０１、電子レンズ１０２、試料ステージ１０４、二次電子検出器１０７を含んで構成される。試料ステージ１０４の上には、測長検査などの対象となる試料１０５が載置される。ここで、試料１０５になり得るものとしては、ＩＣなどを製造する途上にあるウェーハや、そのウェーハ製造に使用されるフォトマスクなどであり、本実施形態の場合、その試料１０５にはＣＡＤデータが存在することが必要である。

鏡体部１０においては、電子銃１０１は照射電子ビーム１０３を出射し、その照射電子ビーム１０３は、電子レンズ１０２によって偏向され、試料１０５の目的の位置に焦点を結ぶ。そして、試料１０５の照射電子ビーム１０３が照射された部位からは、二次電子１０６が放出され、二次電子検出器１０７はその放出された二次電子１０６を検出し、光電変換によって検出二次電子量に相当する値を電気信号として出力する。

このとき、ステージ制御部１３は、試料１０５における照射電子ビーム１０３の照射部位または領域を設定するために、試料ステージ１０４の位置を移動制御する。また、電子ビーム制御部１２は、電子レンズ１０２などを制御することにより、その倍率や照射電子ビーム１０３の強さ、焦点などを設定するとともに、所定の周波数で照射電子ビーム１０３の走査制御を行なう。

また、ＳＥＭ画像生成部１１は、二次電子検出器１０７の出力信号を、電子ビーム制御部１２による照射電子ビーム１０３の走査制御に同期するようにして取り込み、照射電子ビーム１０３が走査（照射）された領域について、試料１０５の表面形状の画像（以下、ＳＥＭ画像という）を生成する。すなわち、二次電子検出器１０７によって検出された二次電子の量に基づき、資料１０５の表面のＳＥＭ画像を生成する。そして、ＳＥＭ画像生成部１１は、生成したＳＥＭ画像を自身が有するメモリ（図示せず）または情報処理部１４が有するメモリ（後記、ただし、図示せず）に記憶する。なお、一般的には、ＳＥＭ画像生成部１１は、試料１０５の表面形状をより明確にさせるために、いったん得られたＳＥＭ画像に対し、さらに、エッジ強調などの特徴化処理を施し、特徴化処理後の画像をＳＥＭ画像として前記メモリに記憶することが多い。

情報処理部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、ハードディスク記憶装置など（いずれも図示せず）によって構成され、そのメモリに格納されているプログラムに従って動作する。すなわち、情報処理部１４は、メモリに格納されたプログラムの指示に従い、電子ビーム制御部１２およびステージ制御部１３を制御することによって、試料１０５に照射電子ビーム１０３を照射し、二次電子検出器１０７およびＳＥＭ画像生成部１１を介して試料１０５のＳＥＭ画像を生成し、生成したＳＥＭ画像を表示部１５に表示する。

表示部１５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などによって構成され、情報処理部１４が指示する情報を表示する。本実施形態では、多くの場合、表示部１５に表示される情報は、ＳＥＭ画像生成部１１によって生成されるＳＥＭ画像、または、ＣＡＤ画像記憶部１７に記憶されているＣＡＤ画像である。

操作情報入力部１６は、キーボードおよびマウスを含んで構成され、適宜、座標入力装置としてタブレットやタッチパネルなどを含んでもよい。また、操作情報入力部１６には、照射電子ビーム１０３の強さや二次電子検出器１０７の感度などを設定するつまみなどが含まれていてもよい。操作情報入力部１６から入力される情報は、情報処理部１４によって読み取られる。

ネットワークインタフェース部１９は、情報処理部１４のネットワーク３に対するインタフェース回路であり、ネットワーク３で使用されるプロトコルに対する通信制御などを実行する。なお、ネットワーク３は、通常、イーサネット（登録商標）などによるＬＡＮ（Local Area Network）またはインターネットによって構成される。また、本実施形態では、ネットワーク３の他端には、試料１０５の設計に利用されたＣＡＤシステム２が接続される。

ＣＡＤ画像記憶部１７およびテンプレート画像記憶部１８は、メモリやハードディスク記憶装置などで構成される。このとき、ＣＡＤ画像記憶部１７およびテンプレート画像記憶部１８は、情報処理部１４を構成するメモリまたはハードディスク記憶装置の一部に含まれるとしてもよい。

ＣＡＤ画像記憶部１７は、ＣＡＤシステム２において作成され、ＣＡＤシステム２からネットワーク３を介して取得された試料１０５についてのＣＡＤデータを記憶する。このとき、ＣＡＤデータそのものをＣＡＤ画像としてもよいが、通常は、ＣＡＤデータのうち試料１０５の表面形状に係るデータを取り出し、エッジ強調などの特徴化処理を加えたものをＣＡＤ画像としてＣＡＤ画像記憶部１７に記憶する。

また、テンプレート画像記憶部１８は、作業者が試料１０５において検査対象の回路デバイスなどの位置を探すために、例えば、特徴のある表面形状の画像を、例えば、ＣＡＤ画像の一部から切り出し記憶する。そして、本実施形態では、情報処理部１４は、そのテンプレート画像をＳＥＭ画像生成部１１により生成されたＳＥＭ画像またはＣＡＤ画像記憶部１７に記憶されているＣＡＤ画像と比較し、ＳＥＭ画像またはＣＡＤ画像のなかでそのテンプレート画像と一致または類似性の高い部分を検索し、抽出する機能を有するものとする。

＜ＳＥＭ画像の拡大表示手順＞
次に、作業者が本実施形態のＳＥＭを用いて手作業でＳＥＭ画像を拡大表示する手順について、図２および図３を用い、適宜、図１を参照しながら説明する。ここで、図２は、本実施形態に係るＳＥＭの表示部に表示された低倍率ＳＥＭ画像および拡大表示された高倍率ＳＥＭ画像の例を示した図である。また、図３は、本発明の実施形態に係るＳＥＭにおいて低倍率ＳＥＭ画像表示画面から高倍率ＳＥＭ画像表示画面へ拡大表示するときの手順を示したフローチャートである。なお、この手順は、従来から一般的に行なわれている手順でもあるが、本実施形態でも実施され、図４以降で説明する本実施形態を特徴付けるＣＡＤ画像を用いたＳＥＭ画像の表示方法の基礎になっているので、ここであえて説明をしておく。

手作業で測長検査などを行なう場合には、検査対象となる回路デバイスや特定形状のパターンを探す必要がある。そこで、作業者が所定の設定および操作を行なって、試料１０５の所定の領域に電子ビームを照射すると、情報処理部１４は、ＳＥＭ画像生成部１１によって試料１０５の低倍率ＳＥＭ画像２０１を生成し（ステップＳ３０）、生成した低倍率ＳＥＭ画像２０１を表示部１５に表示する（ステップＳ３１）。

次に、作業者が、例えば、形状パターン２０３近傍の領域２０２を拡大表示するために、低倍率ＳＥＭ画像２０１の表示画面において、カーソルなどによりその位置を指示すると、情報処理部１４は、その拡大表示する領域の中心位置２０４を入力し（ステップＳ３２）、さらに、同様にして、操作情報入力部１６などから拡大表示画像の倍率を入力する（ステップＳ３３）。

次に、情報処理部１４がこれら入力された中心位置２０４、倍率などの情報に基づき、ステージ制御部１３に対し、試料ステージ１０４の位置設定制御を指示すると、ステージ制御部１３は、指定された中心位置２０４が生成画像の中心になるように試料ステージ１０４の位置を設定する（ステップＳ３４）。また、同様にして、電子ビーム制御部１２は、電子レンズ１０２などを制御することにより、照射電子ビーム１０３の焦点（焦点位置、焦点補正を含む）、倍率（倍率電圧）などを設定し（ステップＳ３５）、試料１０５の領域２０２に電子ビームを照射する（ステップＳ３６）。

一方、ＳＥＭ画像生成部１１は、二次電子検出器１０７から出力される二次電子検出信号に基づき、高倍率ＳＥＭ画像２０５を生成し（ステップＳ３７）、生成した高倍率ＳＥＭ画像２０５を表示部１５に表示する（ステップＳ３８）。このとき、低倍率の形状パターン２０３は、図２に示すように拡大されて形状パターン２０３ａのように表示される。また、拡大表示する領域の中心位置２０４も、同様に拡大されて中心位置２０４ａのように表示される。もちろん、中心位置２０３および２０３ａは、単なる目印なので、必ずしもこのように拡大表示をする必要はない。

次に、作業者が拡大表示された高倍率ＳＥＭ画像２０５をみて、さらに、拡大する必要があると判断した場合には（ステップＳ３９でＹｅｓ）、ステップＳ３２〜Ｓ３８の手順を繰り返し行なう。また、充分に拡大され、これ以上拡大の必要がない場合には（ステップＳ３９でＮｏ）、作業者は、拡大表示するこの手順を終了し、別途定められた所定の測長検査などを行なう。

なお、以上に示した手順において、ＳＥＭ画像を拡大表示する領域の指定は、領域の中心位置を指定し（ステップＳ３２）、拡大する倍率を指定する（ステップＳ３３）ことによって行なったが、カーソルによって拡大表示領域の２頂点の位置を選択指示する方式、または、カーソルによって拡大表示領域の１頂点の位置を選択し、対角頂点をドラッグしながら指示する方式によって指示してもよい。その場合には、２頂点の中間点が拡大表示領域の中心となり、指定された領域の大きさから倍率が計算される。

＜ＣＡＤ画像を利用したＳＥＭ画像の拡大表示方法＞
次に、図４および図５を参照し、測長検査などを行なうときに、ＣＡＤ画像を利用して検査対象形状パターンを探索し、探索した検査対象形状パターンのＳＥＭ画像を拡大表示する手順について説明する。ここで、図４は、本発明の実施形態に係るＳＥＭにおいて、低倍率ＳＥＭ画像表示画面に基づき拡大ＣＡＤ画像を表示することにより検査対象形状パターンを探索し、探索した検査対象形状パターンの高倍率ＳＥＭ画像を表示する手順を示したフローチャートである。また、図５は、本発明の実施形態に係るＳＥＭにおいて、図４の手順を実施したときの低倍率ＳＥＭ画像、拡大ＣＡＤ画像、高倍率ＳＥＭ画像の例を示した図である。

まず、図３で示したＳＥＭ画像の拡大表示手順と同様に、情報処理部１４は、ＳＥＭ画像生成部１１によって試料１０５の低倍率ＳＥＭ画像を生成する（ステップＳ４０）。そして、図５の例に示すように、生成した低倍率ＳＥＭ画像５０１を表示部１５に表示する（ステップＳ４１）。

次に、情報処理部１４は、操作情報入力部１６でキーインまたは設定された情報を読み取ることによって、拡大表示する領域指定情報を入力する（ステップＳ４２）。ここで、領域指定は、図３の場合と同様に低倍率ＳＥＭ画像５０１上で、例えば、領域５０２の中心点を指定し、倍率を設定する方法でもよく、また、低倍率ＳＥＭ画像５０１上で、領域５０２の２頂点の位置をカーソルなどで選択指示またはドラッグ指示する方法などであってもよい。

次に、情報処理部１４は、ＣＡＤ画像記憶部１７を参照して、前記の領域指定情報によって指定された領域５０２についての拡大ＣＡＤ画像５０４を表示部１５に表示する（ステップＳ４３）。作業者は、その拡大ＣＡＤ画像５０４を見て、その中に検査対象形状パターンがあるか否かを判定する（ステップＳ４４）。その結果、検査対象形状パターン（例えば、形状パターン５０９）がなかった場合には（ステップＳ４４でＮｏ）、作業者は、低倍率ＳＥＭ画像５０２上で新たな領域、例えば、領域５０３を指定して、情報処理部１４にステップＳ４２およびＳ４３を再度実行させる。また、拡大ＣＡＤ画像５０４（または５０５）に検査対象形状パターン５０９があった場合には、作業者は、そのＣＡＤ画像をさらに拡大するか否かを判断する（ステップＳ４５）。

作業者がステップＳ４５の判定でＣＡＤ画像をさらに拡大する必要があると判定した場合には（ステップＳ４５でＹｅｓ）、作業者は、拡大ＣＡＤ画像５０５上で新たな領域、例えば、検査対象形状パターン５０９の右先端部の領域５０６を指定して、情報処理部１４にステップＳ４２およびＳ４３を再度実行させる。その結果、領域５０６の再拡大された拡大ＣＡＤ画像５０７が表示される。一方、作業者がステップＳ４５の判定で、ＣＡＤ画像をさらに拡大する必要はないと判定した場合には（ステップＳ４５でＮｏ）、ステップＳ４６以下を実行して、表示部１５に高倍率ＳＥＭ画像５１１を表示する。このとき、検査対象形状パターン５０９の右先端部の形状は、拡大ＣＡＤ画像５１０では、長方形５１０であっても、例えば、それがＩＣの製造工程などで形成される場合には、製造工程においてその角が取れて丸まって形成されるので、高倍率ＳＥＭ画像５１１では、長方形の角が丸まった形状５１２のように表示される。

ここで、ステップＳ４６〜ステップＳ５０の手順は、前記した図３のステップＳ３２〜ステップＳ３８の手順と同じであるので、ここではその説明を省略する。ただし、ステップＳ４６は、図３では、ステップＳ３２およびＳ３３に相当し、ステップＳ４７は、ステップＳ３４およびＳ３５に相当する。また、図３の手順では、拡大表示を指示するもとになる表示画面は、低倍率ＳＥＭ画像２０１であるが、図４の手順では、拡大ＣＡＤ画像５０７（５０４または５０５でもよい）である。また、図５では、拡大ＣＡＤ画像５０７と高倍率ＳＥＭ画像５１１とは、同じ領域を表示したものとなっているが、拡大ＣＡＤ画像５０７のうち一部の領域を指定して、さらに高倍率にした高倍率ＳＥＭ画像５１１であってもよい。

なお、以上、図４に示した手順を実行するにあたっては、あらかじめＣＡＤ画像記憶部１７には、試料１０５のＣＡＤデータまたはそのＣＡＤデータに基づき特徴化処理が施されたＣＡＤ画像のデータがすでに記憶されているものとする。また、ＳＥＭ画像とＣＡＤ画像の位置の対応付けもすでに済んでいるものとする。従って、多少の誤差の存在は不可避ではあるが、ＣＡＤ画像上で位置を指定することによって、ＳＥＭ画像上の同じ位置を指定することができ、また、逆に、ＳＥＭ画像上位置を指定することによって、ＣＡＤ画像上の同じ位置を指定することができる。なお、このようなＳＥＭ画像とＣＡＤ画像の位置の対応付けは、従来からの慣用的に実施されている技術であるので、ここではその説明を省略する。

以上、本実施形態においては、測長検査などを行なう場合、検査対象形状パターンなどを探索するに際し、高倍率ＳＥＭ画像５１１をその都度表示することをしないで、検査対象形状パターンが探索されるまでは、高倍率ＳＥＭ画像５１１に代えて、拡大ＣＡＤ画像５０４，５０５，５０７を表示するようにした。通常、ＳＥＭ画像を表示するには、試料ステージの位置を設定したり、試料１０５に電子ビームを照射したりしてＳＥＭ画像（５１１など）を生成する必要があるので、それ相応の時間を必要とする。一方、ＣＡＤ画像５０４，５０５，５０７の表示には、試料ステージ１０４の位置の設定も電子ビームの照射も必要としない。従って、ＣＡＤ画像表示は、ＳＥＭ画像の表示に比べ、はるかに短時間で行なうことができる。よって、測長検査などの時間短縮、スループット向上などを図ることができる。

＜テンプレート画像を利用したＳＥＭ画像の拡大表示方法＞
図４および図５を用いて説明したＳＥＭ画像の拡大表示方法において、テンプレート画像をあらかじめテンプレート画像記憶部１８に記憶しておく方法もある。テンプレート画像としては、通常、測長検査パターンそのものまたは測長検査パターン近傍の特徴ある形状パターンを記憶する。図５の例の場合、例えば、形状パターン５０９をテンプレート画像として登録する。

なお、一般的には、テンプレートとは、製造工程における測長や位置合わせや工程管理などのためにウェーハなどにあらかじめ埋め込まれているものをいうが、本実施形態は、手作業で不具合などを調査するのに適合させたものであるので、テンプレートの設定は、その作業時に適宜できるものとする。そこで、本実施形態では、表示部１５に表示されたＣＡＤ画像から一部を切り取ることによって、テンプレート画像を定義し、テンプレート画像記憶部１８に記憶することができるものとする。

テンプレート画像と同じまたは類似性の高い画像位置を検索または探索する技術については、例えば、先に示した特許文献１などに詳しく開示されている。本実施形態では、その技術を利用するものとして、情報処理部１４は、テンプレート画像記憶部１８にあらかじめテンプレート画像が記憶されている場合には、拡大ＣＡＤ画像を表示する（図４ステップＳ４３）に当たっては、その拡大ＣＡＤ画像の表示領域内において、テンプレート画像の探索を行ない、テンプレート画像が存在した場合には、その部分を強調して表示するようにする。ここで、強調して表示するとは、太線で表示したり、表示色を変えて表示したりすることを意味する。あるいは、テンプレート画像が表示領域の中心に位置するように拡大ＣＡＤ画像を表示するようにしてもよい。

以上のように、テンプレート画像を利用すると、テンプレート画像、つまり、測長検査パターンなどを容易に見つけることができるので、拡大ＣＡＤ画像の領域を広く設定することができるようになる。そのため、テンプレート画像を利用しない場合に比べ、拡大ＣＡＤ画像の表示回数を減らすことができるので、測長検査などの時間短縮、スループット向上などをさらに図ることができる。

＜表示画像の対応付け＞
図６は、本実施形態に係るＳＥＭにおいて、拡大前と拡大後の表示画像の対応付けを行なう表示方法を示した図であり、（ａ）は、低倍率ＳＥＭ画像において拡大表示を指定した領域とその指定された領域の拡大ＣＡＤ画像との対応付けの例を示した図、（ｂ）は、低倍率ＳＥＭ画像において拡大表示を指定した領域とその領域に対応する高倍率ＳＥＭ画像の対応付けの例を示した図である。

一般に、拡大された画像は、その画像がどの位置にあったものか分からなくなることが多い。そこで、本実施形態においては、図６（ａ）に示すように、低倍率ＳＥＭ画像６０１において拡大表示を指示する領域６０２を、例えば、色ａで表示し、それに対応する拡大ＣＡＤ画像６０４を同じ色ａで表示する。また、拡大表示を指示する領域６０３を、例えば、色ｂで表示し、それに対応する拡大ＣＡＤ画像６０５を同じ色ｂで表示する。このように表示色で対応付けることにより、拡大されたＣＡＤ画像６０４，６０５がもとの低倍率ＳＥＭ画像６０１でどの位置を拡大したものであるか容易に分かるようになる。

さらに、拡大ＳＥＭ画像６０５でさらに拡大を指示する領域６０６を色ｃで表示し、それに対応する拡大ＣＡＤ画像６０７を同じ色ｃで表示するようにして、拡大ＣＡＤ画像間においてもその対応付けを行なう。

また、同様に、図６（ｂ）に示すように、低倍率ＳＥＭ画像６２１において拡大表示を指定した領域６２２を、例えば、色ａで表示し、その領域において拡大表示された高倍率ＳＥＭ画像６２５を同じ色ａで表示する。また、同様に、拡大表示を指定した領域６２３および６２４をそれぞれ、例えば、色ｂおよび色ｃで表示し、その領域において拡大表示された高倍率ＳＥＭ画像６２６および６２７をそれぞれ、同じ色ｂおよび色ｃで表示する。このように表示色で対応付けることにより、高倍率ＳＥＭ画像６２５，６２６および６２７がもとの低倍率ＳＥＭ画像６２１でどの位置を拡大したものであるか容易に分かるようになる。

なお、これら色の表示においては、表示する部位の輪郭線などの色を変えて表示してもよく、また、表示する部位の背景の色を変えて表示してもよい。

以上のように、表示色により低倍率ＳＥＭ画像６２１での位置と拡大後のＣＡＤ画像またはＳＥＭ画像を対応付けることにより、複数の拡大後のＣＡＤ画像またはＳＥＭ画像を表示しても作業者がその対応関係を誤ることがなくなる。そのため、複数の拡大後のＣＡＤ画像またはＳＥＭ画像を相互に比較することが容易となり、その画像の相違などを発見しやすくなる。そして、それらの画像を比較検討することによって、試料の製造工程における不具合などの発見をより容易に行なうことができるようになる。

＜測長検査の例＞
図７は、本実施形態における測長検査の例を示した図で、（ａ）は、ＳＥＭ画像とＣＡＤ画像の重ね合わせ表示による測長検査の例、（ｂ）は、複数のＳＥＭ画像とＣＡＤ画像の重ね合わせ表示による測長検査の例である。

図７（ａ）に示すように、表示部１５のＳＥＭ画像表示画面７０２に表示された検査対象パターンのＳＥＭ画像７０５と、ＣＡＤ画像表示画面７０３に表示された検査対象パターンのＣＡＤ画像７０６とを、重ね合わせ表示画面７０４に重ね合わせて表示する。このような重ね合わせ表示を行なうことによって、試料１０５上に実際に形成された、例えば、配線などについて、その線幅の設計値（ＣＡＤ画像による値）との差などを評価することができる。

また、図７（ｂ）に示すように、複数の検査対象パターンのＳＥＭ画像７２１および７２３と、それに対応するＣＡＤ画像７２２および７２４との重ね合わせ画像を比較することにより、その中心線７２５および７２６の距離Ｘなどについて、設計値との誤差７２７あるいは倍率設定の誤差などを評価することができる。さらには、２つの検査対象パターンの間で、その中心線７２５および７２６が平行にならなかった場合には、その角度誤差などに基づき、位置合わせにおける回転の誤差などを評価することができる。

＜パターン形成装置のショット領域境界線の表示＞
図８は、本実施形態におけるＳＥＭにおいて表示されるＳＥＭ画像上にパターン発生装置のショット領域境界線を重ね合わせて表示した例を示した図である。

ＩＣ製造の露光工程においては、しばしば、ステッパなどのパターン形成装置が使用される。この場合、露光対象のウェーハは、分割して露光され、その露光される領域の単位をショット領域という。従って、ショット領域の周辺部分には、レンズの歪みなどによる誤差が生じる。一般的には、その誤差は許容範囲内に収められるが、ひとたびパターン形成装置の精度が出ないなどの不具合が生じると、その不具合の原因追求に難渋することが多い。

そこで、本実施形態においては、表示部１５に表示されるＳＥＭ画像上にそのショット領域の境界線を表示するものとした。このとき、ショット領域の情報は、ＣＡＤ画像に含まれているものとし、その境界線は、ＳＥＭ画像に重ね合わせる形で表示される。

図８に示すように、低倍率ＳＥＭ画像８０１には、縦方向のショット領域境界線８０２と横方向のショット領域境界線８０３が表示され、ショット領域８０４が容易に分かるように表示される。そして、ショット領域８０４の周辺部の高倍率ＳＥＭ画像８０５，８０６においては、ある形状パターン８０７，８０８とともに、ショット領域境界線８０２，８０３が表示される。

通常、この低倍率ＳＥＭ画像８０１や高倍率ＳＥＭ画像８０５，８０６を見ても、何も分からないが、例えば、高倍率ＳＥＭ画像８０５，８０６に対応するＣＡＤ画像（この画像にもショット領域境界線が表示されているとする）と比較すれば、形状パターン８０７，８０８のショット領域境界線８０２，８０３までの距離などの差によって、ショット領域の誤差や歪みを発見できるようになる。そのため、パターン形成装置の精度が出ないなどの不具合を容易に発見できるようになる。

本発明の実施形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のブロック構成を示した図である。本発明の実施形態に係るＳＥＭの表示部に表示された低倍率ＳＥＭ画像および拡大表示された高倍率ＳＥＭ画像の例を示した図である。本発明の実施形態に係るＳＥＭにおいて、低倍率ＳＥＭ画像表示画面から高倍率ＳＥＭ画像表示画面へ拡大表示するときの手順を示したフローチャートである。本発明の実施形態に係るＳＥＭにおいて、低倍率ＳＥＭ画像表示画面に基づき拡大ＣＡＤ画像を表示することにより検査対象形状パターンを探索し、探索した検査対象形状パターンの高倍率ＳＥＭ画像を表示する手順を示したフローチャートである。本発明の実施形態に係るＳＥＭにおいて、図４の手順を実施したときの低倍率ＳＥＭ画像、拡大ＣＡＤ画像、高倍率ＳＥＭ画像の例を示した図である。本発明の実施形態に係るＳＥＭにおいて、拡大前と拡大後の表示画像の対応付けを行なう表示方法を示した図で、（ａ）は、低倍率ＳＥＭ画像において拡大表示を指定した領域とその指定された領域の拡大ＣＡＤ画像との対応付けの例を示した図、（ｂ）は、低倍率ＳＥＭ画像において拡大表示を指定した領域とその領域に対応する高倍率ＳＥＭ画像の対応付けの例を示した図である。本発明の実施形態における測長検査の例を示した図で、（ａ）は、ＳＥＭ画像とＣＡＤ画像の重ね合わせ表示による測長検査の例、（ｂ）は、複数のＳＥＭ画像とＣＡＤ画像の重ね合わせ表示による測長検査の例である。本発明の実施形態に係るＳＥＭにおいて表示されるＳＥＭ画像上にパターン発生装置のショット領域境界線を重ね合わせて表示した例を示した図である。

符号の説明

１ＳＥＭ
２ＣＡＤシステム
３ネットワーク
１０鏡体部
１１ＳＥＭ画像生成部
１２電子ビーム制御部
１３ステージ制御部
１４情報処理部
１５表示部
１６操作情報入力部
１７ＣＡＤ画像記憶部
１８テンプレート画像記憶部
１９ネットワークインタフェース部
１０１電子銃
１０２電子レンズ
１０３照射電子ビーム
１０４試料ステージ
１０５試料
１０７二次電子検出器

Claims

試料ステージに載置された試料に電子ビームが照射されたとき、前記試料の前記電子ビームが照射された部位から放出される二次電子を検出し、前記検出した二次電子の量に基づき前記試料の表面のＳＥＭ画像を生成するＳＥＭ画像生成部と、
前記試料のＣＡＤデータに基づき生成され、前記試料の表面形状を表わしたＣＡＤ画像のデータを記憶するＣＡＤ画像記憶部と、
前記試料に係る前記ＳＥＭ画像および前記ＣＡＤ画像の少なくとも一方を表示する表示部と、
前記表示部に表示された前記試料に係る前記ＳＥＭ画像または前記ＣＡＤ画像上で拡大表示領域を指定するための領域指定情報を入力する操作情報入力部と
を含んで構成された走査型電子顕微鏡であって、
前記表示部に表示された前記ＳＥＭ画像上または前記ＣＡＤ画像上で、前記操作情報入力部から拡大ＣＡＤ画像の表示を指示する領域指定情報が入力されたときには、前記領域指定情報で指定された領域に対応する拡大ＣＡＤ画像を前記表示部に表示し、その後、
前記表示部に表示された前記試料の前記拡大ＣＡＤ画像上で、前記操作情報入力部から拡大ＳＥＭ画像の表示を指示する領域指定情報が入力されたときには、前記領域指定情報で指定された領域に対応する拡大ＳＥＭ画像を生成し、前記生成した拡大ＳＥＭ画像を前記表示部に表示し、
前記表示部に表示した前記ＳＥＭ画像および前記ＣＡＤ画像の少なくとも一方には、前記試料を製造する際に使用されたパターン形成装置のショット領域の境界線を重ねて表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１に記載の走査型電子顕微鏡であって、
前記ＣＡＤ画像記憶部に記憶したＣＡＤ画像からその一部を切り出したテンプレート画像を記憶するテンプレート画像記憶部を、さらに、備え、
前記表示部に表示された前記ＳＥＭ画像上または前記ＣＡＤ画像上で、前記操作情報入力部から拡大ＣＡＤ画像の表示を指示する領域指定情報が入力されたとき、前記テンプレート画像記憶部にあらかじめ登録された前記テンプレート画像が存在した場合には、前記拡大ＣＡＤ画像を前記表示部に表示するとき、前記拡大ＣＡＤ画像について前記テンプレート画像とマッチする画像部分を探索し、マッチした画像部分については強調して表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１または請求項２に記載の走査型電子顕微鏡であって、
前記拡大ＳＥＭ画像に対応する領域および倍率のＣＡＤ画像を、前記拡大ＳＥＭ画像に重ね合わせて前記表示部に表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡であって、
前記表示部に表示された前記ＳＥＭ画像上または前記ＣＡＤ画像上で、前記操作情報入力部から拡大表示のための複数箇所の領域指示情報が入力されたときには、前記ＳＥＭ画像上または前記ＣＡＤ画像上に前記領域指示情報が示す領域を表示するとともに、前記領域指示情報が示す領域の表示と、その領域指示情報によって表示された前記拡大ＳＥＭ画像または前記拡大ＣＡＤ画像との対応関係を明示して表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡。
請求項４に記載の走査型電子顕微鏡であって、
前記領域指示情報が示す領域の表示と、その領域指示情報によって表示された前記拡大ＳＥＭ画像または前記拡大ＣＡＤ画像との対応関係を表示色によって示すこと
を特徴とする走査型電子顕微鏡。
試料ステージに載置された試料に電子ビームが照射されたとき、前記試料の前記電子ビームが照射された部位から放出される二次電子を検出し、前記検出した二次電子の量に基づき生成される前記試料の表面のＳＥＭ画像を生成するＳＥＭ画像生成部と、
前記試料のＣＡＤデータに基づき生成され、前記試料の表面形状を表わしたＣＡＤ画像のデータを記憶するＣＡＤ画像記憶部と、
前記試料に係る前記ＳＥＭ画像および前記ＣＡＤ画像の少なくとも一方を表示する表示部と、
前記表示部に表示された前記試料に係る前記ＳＥＭ画像または前記ＣＡＤ画像上で拡大表示領域を指定するための領域指定情報を入力する操作情報入力部と
を含んで構成された走査型電子顕微鏡における画像表示方法であって、
前記走査型電子顕微鏡は、
前記表示部に表示された前記ＳＥＭ画像上または前記ＣＡＤ画像上で、前記操作情報入力部から拡大ＣＡＤ画像の表示を指示する領域指定情報が入力されたときには、前記領域指定情報で指定された領域に対応する拡大ＣＡＤ画像を前記表示部に表示し、その後、
前記表示部に表示された前記試料の前記拡大ＣＡＤ画像上で、前記操作情報入力部から拡大ＳＥＭ画像の表示を指示する領域指定情報が入力されたときには、前記領域指定情報で指定された領域に対応する拡大ＳＥＭ画像を生成し、前記生成した拡大ＳＥＭ画像を前記表示部に表示し、
前記表示部に表示した前記ＳＥＭ画像および前記ＣＡＤ画像の少なくとも一方には、前記試料を製造する際に使用されたパターン形成装置のショット領域の境界線を重ねて表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡における画像表示方法。
請求項６に記載の画像表示方法であって、
前記走査型電子顕微鏡は、
前記ＣＡＤ画像記憶部に記憶したＣＡＤ画像からその一部を切り出したテンプレート画像を記憶するテンプレート画像記憶部を、さらに、備え、
前記表示部に表示された前記ＳＥＭ画像上または前記ＣＡＤ画像上で、前記操作情報入力部から拡大ＣＡＤ画像の表示を指示する領域指定情報が入力されたとき、前記テンプレート画像記憶部にあらかじめ登録された前記テンプレート画像が存在した場合には、前記拡大ＣＡＤ画像を前記表示部に表示するとき、前記拡大ＣＡＤ画像について前記テンプレート画像とマッチする画像部分を探索し、マッチした画像部分については強調して表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡における画像表示方法。