JP4950716B2 - 画像処理システム、及び走査型電子顕微鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理システム、及び走査型電子顕微鏡装置に関し、特に、例えば、半導体デバイス製造においてのプロセスモニタリングを行う機能に関するものである。

近年、半導体デバイス製造工程において半導体ウェハ上に形成する薄膜パターンはその微細化、高集積化が進んでおり、それらのパターンが設計どおりにウェハ上に形成されているか否かを検査するため、正確かつ高速に処理するプロセスモニタリングの自動化の重要性が高まっている。

微細なパターンの寸法を測定する検査装置としては、例えば特許文献１乃至４に開示されているように、走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)）が従来から用いられている。測長ＳＥＭのステージ（試料台）に載せた半導体ウェハ上の特定の位置のパターン寸法を自動的に測定するとき、測定対象のＳＥＭ画像を用いたパターンマッチングによる位置決めが適用されている。ステージ移動による位置決め精度が十分でないなど測定装置の要因に加え、ウェハ上のパターン形成そのものの位置ずれなど検査対象側の要因により測定位置が合わなくなるため、ＳＥＭ画像上での位置決めが必要になっているからである。

しかしながら、パターンマッチングによる位置決めにはしばしば問題が生じる。基本的に、パターンマッチングは一致しているパターン部位を探そうとするものである一方、寸法測定を行う対象物は寸法が変動することを前提にしており矛盾する概念を含んでいる。このためパターンマッチングが一致傾向を量る要素と対象物において変動する要素が重ならないようにすることが肝要である。パターンマッチングによる位置精度が不十分であれば正しい測定値は得られず、最悪の場合、全く異なるパターンを誤認識して測定を失敗する可能性が生じる。特にパターンマッチングの対象の大きさが変動する場合において顕著になる問題となってしまう。

そのため、特許文献５に示されるように、パターンマッチングの対象の大きさが変動する場合の解決方法として、大きさの異なる複数のテンプレート画像を準備し、パターンマッチングを行う方法が考えられている。

特開昭５９−１１２２１７ 特開平１１−２５７９３９ 特開２０００−２８３３６ 特開２００５−３４１６ 特開２００６−３１３９２

しかしながら、特許文献５の方法を用いれば、全く異なるパターンを誤認識する可能性は減るという利点はあるものの、用意するテンプレート画像の数（大きさのバリエーション）が少なければ、広範囲の変動には対応できず、たとえマッチングに成功していても位置決め精度は低く、逆にテンプレート画像の数を増やせばパターンマッチングの処理速度が低下するという問題がある。また、従来は大きさが変動する対象を想定したテンプレートの登録を簡便に行う方法が無い。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、測定位置を特定するためのパターンマッチングにおいて、大きさが変動することを想定したテンプレートの登録を簡便に行う方法を提供し、また、測定に十分な位置精度が得られ、なおかつ処理が高速なパターンマッチングを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明では、測定位置を指定した際に測定位置そのものとは異なる位置決め用のテンプレートが生成される。そして、測定（測長）の際、この位置決めテンプレートの中に、測定対象のパターン画像に一致するものがなくてもそれと相似形のものがあれば、そのテンプレートを拡大することにより測定位置の情報を導出するようにしている。

即ち、本発明による画像処理システム（例えば、走査型電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ））は、ウェハ上のパターン画像における測定位置と位置決めテンプレートを登録するための画像処理システムであって、パターン画像を取得して画面上に表示する表示手段と、パターン画像における測定位置の情報を取得し、その測定位置の情報及びパターン画像に基づいて位置決めテンプレートを生成するテンプレート生成手段と、生成された位置決めテンプレートと前記測定位置の情報を登録する情報登録手段と、を備え、位置決めテンプレートは、対応するパターン画像及びそれに相似のパターン画像における測定位置の情報を取得するために用いられることを特徴とするものである。

より具体的に、テンプレート生成手段は、測定位置そのものとは異なる大きさ及び位置のテンプレートを自動的に算出する。さらに、本発明によるシステムは、指示入力に基づいて、前記生成された位置決めテンプレートを補正するテンプレート補正手段を備えている。そして、操作者からの指示に対応して生成された位置決めテンプレートの位置を変更するようにしてもよい。また、生成された位置決めテンプレートが、基準サイズの方形を所定の分割比で分割してパターン画像上に配置された複数の小テンプレートで構成される場合には、操作者からのリサイズの指示に対応して、位置決めテンプレートの分割比を変更するようにしてもよい。

さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。

本発明によれば、測定位置を特定するためのパターンマッチングにおいて、大きさが変動することを想定したテンプレートの登録を簡便に行うことができる。また、測定に十分な位置精度が得られ、なおかつ処理が高速なパターンマッチングを実現することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。

＜画像処理システムの構成＞
図１３は、本発明による画像処理システムとして、走査型電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope））を用いた場合の概略構成を示す図である。ただし、画像処理システムの適用例としては測長ＳＥＭに限定されず、画像情報に基づいて自動測定を行うことを目的とするものであれば、本発明を適用することにより、測定対象の位置決めの手順を簡便にし、測定位置精度を高めることができる。また、実際に画像取得を行う装置に接続されていなくても、画像を処理できる環境であれば本発明を利用できる。

図１３において、画像処理システムは、走査型電子顕微鏡本体１３０１と、制御部１３０２と、ホスト（プロセッサ）１３０７と、画面表示装置１３０９と、およびマウス（ポインティングデバイス）１３１０とを備えており、それぞれ図示されているように接続されている。
制御部１３０２は、画像処理部Ｂ１３０３と、撮像制御部１３０４と、ステージ制御部１３０５と、真空制御部１３０６と、を有している。

撮像制御部１３０４は、走査型電子顕微鏡本体１３０１からＳＥＭ画像を得るための制御を行うものである。ステージ制御部１３０５は、走査型電子顕微鏡本体１３０１内のステージ（試料台）の移動制御を行うものである。真空制御部１３０６は、走査型電子顕微鏡本体１３０１内の排気用真空ポンプの制御を行うものである。画像処理部Ｂ１３０３は、撮像制御部１３０４からＳＥＭ画像を入力し処理するためのものである。ホスト１３０７は、画像処理部Ａ１３０８を有している。図１３では画像処理部ＡとＢは別々に設けられているが、どちらか１つであっても良い。図１３の場合、操作者が確認するステップが多い画像処理については主として画像処理部Ａ１３０８が行い、連続的に高速に行う必要がある画像処理については主として画像処理部Ｂ１３０３が行うようにしている。制御部１３０２とホスト１３０７の間の画像情報の転送には時間コストがかかるためである。

後述する操作者が測定位置を指定し、位置決めテンプレートの登録をする処理（図１参照）は、例えば、ホスト１３０７の画像処理部Ａ１３０８において実行される。ＳＥＭ画像は、制御部から転送したものか、ホスト１３０７内の記憶装置に保存されたものである。画面は画面表示装置１３０９に出力され、操作者はマウス１３１０を用いて画面上で操作することができるようになっている。なお、ホスト１３０７内の記憶装置は、ＳＥＭ画像の他、図１や図８乃至１１のフローチャートに基づくプログラムも格納している。

また、後述する自動測定運用時に用いる測定位置決定の処理（図７）も同様に、ホスト１３０７の画像処理部Ａ１３０８にて実行される。ただし、ホストプロセッサの処理能力や制御部からの画像転送速度が低い場合、必要に応じて画像処理部Ｂ１３０３で実行するようにしてもよい。

＜第１の実施形態による位置決めテンプレートの登録処理について＞
図１は、本発明の第１の実施形態による測定位置と位置決めテンプレートの登録処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、特に断らない限り、図１においては、各処理ステップの動作主体は、上記画像処理部Ａ１３０８であるものとする。
まず操作者は測定位置を画面上で指定する（Ｓ１０１）。この測定位置は、最終的に指定範囲での最短長、最大長、平均長などの測定結果出力を期待する位置に相当するものである。次に、入力された測定位置情報に対して、「テンプレート枠パラメータ導出」が実行される（Ｓ１０２）。ここでは、例えば、測定位置の指定情報から位置決めテンプレートの適切な大きさや位置、分割比、有効位置が算出される。言い換えれば、図２において指定された測定位置２０１及び２０２を含むテンプレート（例えば、正方形のテンプレート）を取得するための計算が実行される。

「テンプレート枠表示」（Ｓ１０３）においては、ステップＳ１０２で算出されたテンプレートの大きさや位置、分割比に従い、位置決めテンプレートの枠と有効位置が画面上に表示される（例えば、図２乃至６参照）。その後、「ユーザ指示入力」（Ｓ１０４）において、操作者からの指示入力があるまで処理は停止される。そして、入力された指示の内容が判断され（Ｓ１０５）、その内容に従って各処理（Ｓ１０６〜Ｓ１０８等）に移行する。操作者からの指示内容として多くのものがあるが、ここでは主要なものだけを記している。

操作者が、指定した測定位置と表示された位置決めテンプレートが問題ないことを確認（目視で）したら、操作者は”ＯＫ”を指示する。この場合、「測定位置、テンプレート情報登録」（Ｓ１０６）の処理を行い、後の自動測定に必要な情報を保管し、登録の処理を終了する（Ｓ１０９）。なお、登録すべき位置決めテンプレート及び必要な情報は、例えば、画像処理システム（図１３）の記憶装置に保存される。

操作者の指定した測定位置に対して表示された位置決めテンプレートの大きさ（または縦横比）があっていない場合、操作者は”リサイズ”を指示する。このリサイズの指定は、具体的にはテンプレート枠、あるいは枠の角を、マウスなどを用いて画面上でドラッグ移動する操作によって行われる。この場合、「テンプレート枠パラメータ導出」（Ｓ１０７）の処理を行い、位置決めテンプレートの大きさや位置、分割比、有効テンプレートの位置が再計算され、変更されたテンプレート枠が再度表示される（Ｓ１０３）。

操作者は、メニューからもテンプレートの変更を指示できる（例えば、図５参照）。具体的には画面上のメニューから変更を指示する操作である。この場合も、「テンプレート枠パラメータ導出」（Ｓ１０８）の処理を行い（図５や６参照）、位置決めテンプレートの大きさや位置、分割比、有効テンプレートの位置が再計算され、変更されたテンプレートが再度表示される（Ｓ１０３）。

操作者が一旦指定した測定位置を変更し、別の測定位置を指示する場合もある（「測定位置変更」）。このときは基本位置を含め、位置決めテンプレートの大きさや位置、分割比、有効テンプレートの位置を計算するステップＳ１０２に処理が戻る。

＜テンプレート登録の例（１）＞
図２は測定位置と位置決めテンプレート（登録すべきもの）の表示結果の一例を示す画面である。
図２において、表示装置のウィンドウ内部に顕微鏡画像が表示され、その画像の上に操作者が指定した測定位置を示す２つの箱型測定カーソル２０１及び２０２と、図１の処理で得られたテンプレート枠２０３が表示されている。

この例では、測定対象パターン２００の中央部付近の横幅である、２つの箱型測定カーソルで示される部位間での距離を測定しようとしている。また、この測定位置を取り囲んで中心におく正方形を、適切な大きさと位置とし、分割を２ｘ２として位置決めのテンプレートのパラメータを算出し、表示した。この単純なテンプレートパラメータの算出方法は広く有効である。

ここで測定対象であるパターンは、４つの分割したテンプレートに適切に含まれて、大きさが変わっても特徴があまり変わらない４つの曲線部毎に分けられている。そこで、操作者は矢印カーソルをウィンドウ右下の”ＯＫ”確認ボタン２０４のところへ移動させて、例えばマウスでクリックして登録を終了する。

＜テンプレート登録の例（２）＞
図３は、縦に長い対象パターン３００の一部位を測定する場合のテンプレートの登録例を示す画面である。
図３において、操作者が指定した測定位置２０１及び２０２に対して、最初に正方形のテンプレート２０３が表示される。しかし、その正方形のテンプレートは対象パターンをうまく含んでおらず、測定位置を精度よく決定しにくい。そこで、操作者は”リサイズ”の操作を行うことになる。リサイズ処理は、テンプレート枠を、マウスなどを用いて画面上でドラッグ移動することにより実行される。例えば、図３で示されるように、縦長のパターン３００を取り囲むようにテンプレート枠の下線をドラッグ移動するのである（３０２参照）。このような操作により、テンプレート枠は箱型測定カーソルを挟んで上下対称に伸張する。すると「テンプレート枠パラメータ導出」（図１）の処理により分割比が再計算され、分割が２ｘ２から２ｘ３に変更されて表示される（３０１参照）。

なお、２ｘ３の分割の場合は、分割したテンプレートを６つ使用するより、図３のように４つの角のテンプレートだけを使用したほうが特徴をとらえることが多い。このような場合には、それら角の４つだけを有効なテンプレートとして強調表示するようにするとよい。

＜テンプレート登録の例（３）＞
図４は、画面上で大きな対象４００の一部位を測定する場合のテンプレートの登録例を示す画面である。
操作者が指定した測定位置４０１及び４０２に対して、最初に３ｘ３分割の正方形のテンプレート４０３が表示される。テンプレートが大きすぎると特徴のある成分（この例では曲線部）の比率が小さくなったり、パターンマッチングの処理時間が大きくなったりして都合が悪い。

そこで、分割後のテンプレートの大きさが、あらかじめ設定してある大きさを超えないように分割比を計算する。例えば、基本的な処理として測定位置を含む正方形を４分割する。１つの分割領域が所定の基準サイズよりも大きい場合には分割数を多くする。つまり、１つの領域のサイズが所定の基準サイズよりも小さくなるようにして分割比が計算される。

なお、図３の例と同様で４つの角のテンプレートだけを使用したほうが特徴をとらえることが多いとし、図４の例でもそれら４つだけを有効なテンプレートとして強調表示する。

＜テンプレート登録の例（４）＞
図５は、特殊な形状の対象５００の一部位を測定する場合のテンプレートの登録例を示す画面である。
図５では、対象パターン５００の特徴部位である曲線部が画面の縦横方向の正方形テンプレートの角ではなくそれらの中間部にある。

操作者が指定した測定位置５０１及び５０２に対して、最初に３ｘ３分割の正方形のテンプレートが表示される。ここでは、４つの角のテンプレートだけを使用したほうが特徴をとらえることが多いとし、それら４つだけを有効なテンプレートとして強調表示されている。

しかしながら、そのままではテンプレートとして相応しくないと判断した操作者は、メニューからもテンプレートの変更を指示する。具体的にはマウスの右ボタンをクリックし、表示された画面上のメニューから有効テンプレートの位置を選択変更するための指示操作５０４を行う。メニューにはあらかじめよく使われる有効テンプレートの位置指定をプリセットしておけばよい。そして、変更指示の後の有効テンプレート５０３が決定され、登録及び表示される。

＜テンプレート登録の例（５）＞
図６は、極めて特殊な形状の対象６００の一部位を測定する場合の登録例を示す画面である。
操作者が指定した測定位置６０１及び６０２に対して対象パターン６００の特徴部位が矩形テンプレートの単純な分割ではうまく捕らえられないような場合には、操作者はメニューからフリーフォーマット（”ＦＲＥＥ”６０４）を選択し、個々の位置決めテンプレートを指定する。この場合の操作ステップは多くなってしまうため、必要な場合にのみ使用する。
図６は、個々の位置決めテンプレートを指定の後のテンプレート６０３を示している。

＜測定位置決定の処理について＞
図７は、自動測定運用時に用いる測定位置決定の処理を説明するためのフローチャートである。この処理の主体も、特に断らない限り、画像処理部Ａ１３０８であるものとする。
先ず、測定対象を含む画像に対して、準備したテンプレートを用いて「相似構造パターンマッチング」（Ｓ７０１）が実行される。詳細については、図８を用いて後述する。

次に、マッチング結果から得られた相似関係の座標から中心座標が推定計算される（Ｓ７０２）。そして、マッチング結果から得られた相似関係の座標から拡大率（あるいは縮小率）が推定計算される（Ｓ７０３）。最後に、推定計算した中心座標と拡大率から大きさの変動を考慮した測定位置が導出される（Ｓ７０４）。

図８は、相似構造パターンマッチング（図７のステップＳ７０１）の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
先ず、準備した小テンプレートの数を変数Ｔに設定する（Ｓ８０１）。ここで、小テンプレートとは、分割後の有効なテンプレートのことを意味し、例えば図２や３の場合、Ｔ＝４となる。
次に、小テンプレートのうちの１つ（第１のテンプレート）で検索（対象画像でマッチング処理）が実行される（Ｓ８０２）。そして、検索成功した座標の１つ（複数の場合がある）が座標ベクトル変数列の１つであるＰ［１］に設定される（Ｓ８０３）。

続いて、パラメータ”Ｎ＝２”を与えて「方向探索処理」を実行する（Ｓ８０４）。その詳細は、図９を用いて後述する。

そして、検索成功した座標の全てについて処理したか判定される（Ｓ８０５）。
全てについて処理を終えた場合は、相似構造パターンマッチングを終了し（Ｓ８０７）、全てについて処理を終えていない場合は次の検索成功した座標の１つがＰ［１］に設定され（Ｓ８０６）、ステップＳ８０４乃至Ｓ８０６の処理が繰り返される。

図９は、方向探索処理（図９のステップＳ８０４）の処理を詳細を説明するためのフローチャートである。
まず、方向探索処理では、パラメータ数値として”Ｎ”がＴの値より大きいか否か判定される（Ｓ９０１）。
ステップＳ９０１でＮｏ（ＮがＴの値より大きくない）と判断された場合は以下のような処理となる。なお、ＮがＴより小さい場合とは、小テンプレートに関わる座標Ｐ［１］〜Ｐ［Ｔ］のうち、全ては設定されていないことを意味する。
ステップＳ９０２では、第１のテンプレートから第Ｎのテンプレートの方向について、第Ｎのテンプレートで検索する。最初はＮ＝２であるので、第２のテンプレート（例えば、４つのうちの２つ目の小テンプレート）について検索される。なお、方向の基点はＰ［１］の座標である。

次に、ステップＳ９０２の検索処理が成功したか判定される（Ｓ９０３）。検索に成功しなかった場合（１つも見つからなかった場合）は、方向探索処理は終了する（Ｓ９１０）。検索に成功した場合（１つ以上見つかった場合）は、検索成功した座標の一つがＰ［Ｎ］に設定される（Ｓ９０４）。

続いて、方向探索処理が実行される（Ｓ９０５）。自身の処理の再起呼出しであり、このときのパラメータ数値は”Ｎ＋１”で次のテンプレートについて処理をする。

ステップＳ９０６では、ステップＳ９０２で検索して得られた座標の全てについて処理したか判定される。全てについて処理を終えた場合は方向探索処理を終了し（Ｓ９１０）、全てについて処理を終えていない場合は次の検索成功した座標の１つがＰ［Ｎ］に設定される（Ｓ９０７）。そしてステップＳ９０５乃至Ｓ９０７の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ９０１でＹｅｓ（ＮがＴの値より大きい）と判断された場合は以下のような処理となる。なお、ＮがＴより大きい場合とは、小テンプレートに関わる座標Ｐ［１］〜Ｐ［Ｔ］が全て設定済みであり、方向成分ではマッチングが成功していることを意味する。

ステップＳ９０８では、次に設定した座標Ｐ［１］〜Ｐ［Ｔ］の配置が元の配置と相似関係あるか判定され、判定の結果、相似関係にない場合は方向探索処理は終了する（Ｓ９１０）。判定の結果、相似関係にある場合はＰ［１］〜Ｐ［Ｔ］の座標情報を記録してから方向探索処理が終了する（Ｓ９０９及び９１０）。記録したＰ［１］〜Ｐ［Ｔ］の座標情報は図７における中心座標推定（Ｓ７０２）と拡大率推定（Ｓ７０３）で使用される。

＜測定のための位置決め処理の例＞
図１０は、大きさの変動を起こした測定対象に対して、図２で登録した情報に基づいて、図７乃至９の処理を実行して、測定のための位置決めを行った結果を示す画面である。なお、図１０において、入力はパターン１０００で、出力は１００１及び１００２である。
図１０において、顕微鏡の拡大倍率は変えていないが、測定対象パターン１０００は大きくなっている。そして、分割したテンプレートを用いて相似構造マッチングを行うと、大きくなっている測定対象パターン１０００に対して、互いに離れた４つの特徴部位１００３でマッチングが成功する。これらの４箇所１００３からの中心座標を算出し、また、離れた距離から大きさの変動量を算出する（拡大率推定）ことにより、測定部位（測定カーソルを表示した位置１００１及び１００２）を精度よく求めることができる。

＜第２の実施形態による位置決めテンプレートの登録処理について＞
上述の第１の実施形態では、測定位置を操作者が指定すると、最初に自動で用意するテンプレートは測定位置を取り囲む正方形を基本とし、それを分割した４つの角にあるものを有効としている。

しかし、最初に自動で用意するテンプレート設定はできるだけ適切なものであることが望ましい。

そこで、処理時間が許されるならば、より確かなものを自動で最初に用意する。図１１は、第２の実施形態による測定位置と位置決めテンプレートの登録処理を説明するためのフローチャートである。第１の実施形態（図１）と共通の部分は一部省略している。

まず、操作者は測定位置を画面上で指定する（Ｓ１０１）。
次に「特徴部位認識」（Ｓ１１００）の処理において、テンプレートに相応しい部位を測定位置を含む周辺で検索する。特徴として適切な要素は曲線で閉じられた図形、多角形、直線の交差箇所、なるべく鋭角な曲がり角などである。一方で相応しくない要素は、一定値のベタな領域、単純な直線、ランダムな領域などである。なお、特定部位認識処理の詳細については、例えば、特開２００１−３４７５８号公報に示されているので説明を省略する。

続いて、「テンプレート枠パラメータ導出」（Ｓ１０２）で、入力された測定位置情報と特徴部位認識結果に基づいて、位置決めテンプレートの適切な大きさや位置、分割比、有効な位置が算出される。「テンプレート枠表示」（Ｓ１０３）においては、算出した大きさや位置、分割比に従い、位置決めテンプレートの枠と有効位置が画面上に表示される。

その後、「ユーザ指示入力」（Ｓ１０４）で操作者からの指示があるまで処理は停止される。操作者の指定した測定位置と表示された位置決めテンプレートに問題がないことを確認（目視）したら、操作者は”ＯＫ”を指示する。この場合、「測定位置、テンプレート情報登録」（Ｓ１０６）の処理を行い、後の自動測定に必要な情報を保管し、登録の処理を終了する。

一方、操作者の指定した測定位置に対して表示された位置決めテンプレートが適切でない場合、操作者はリサイズやメニュー選択でテンプレートの変更を指示する。測定位置を変更する場合もある。これらのときの処理の流れは第１の実施形態（図１）と同様である。

＜テンプレート登録の例（５）：第２の実施形態による具体例＞
図１２は、第２の実施形態における測定位置と位置決めテンプレートの登録（表示）結果の一例を示す画面である。
図１２は、顕微鏡画像上に操作者が指定した測定位置を示す２つの箱型測定カーソル（１２０１及び１２０２）とテンプレート枠１２０３を示している。
この例では、測定対象パターン１２００の中央部付近の高さである、２つの箱型測定カーソル１２０１及び１２０２で示される部位間での距離を測定しようとしている。

また、図１２で示されるように、測定対象パターンの多角形１２００を取り囲み、適切な大きさと位置の長方形と、分割を３ｘ３として位置決めのテンプレートのパラメータを算出し、特徴のある５箇所が有効位置１２０３として表示されている。
そして、表示されたテンプレートは適切である場合、操作者は矢印カーソルをウィンドウ右下の”ＯＫ”確認ボタンのところへ移動させて、例えばマウスでクリックして登録を終了する（１２０４参照）。

＜その他の実施形態（改良案）＞
測定位置と位置決めテンプレートの登録方法において、最初に自動で表示するテンプレートを過去に登録されたものの情報を基に（学習などして）確度を上げても良い。
また、メニューからのテンプレートの有効位置の変更において、あらかじめ設定したプリセットではなく任意の位置を指定できるようにしても良い。
さらに、相似構造パターンマッチングにおいて相似の位置関係に尤度を持たせ、測定対象の変形に対してロバストに対応できるようにしても良い。また、その尤度を操作者がパラメータ設定できるようにしても良い。

＜まとめ＞
本実施形態では、ウェハ上のパターン画像における測定位置と位置決めテンプレートを登録するための画像処理システム（例えば、走査型電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ））が提供される。本システムでは、まず、半導体ウェハ上のパターン画像がシステムの表示画面上に表示される。そのパターン画像の所定の箇所に操作者によって測定位置が指定されると、その情報及びパターン画像に基づいて位置決めテンプレート（測定位置そのものとは異なる大きさ及び位置のテンプレート）が自動的に生成され、そのテンプレートがパターン画像、測定位置の情報と共に表示され、指示に対応して登録される。測定（測長）の際、この位置決めテンプレートの中に、測定対象のパターン画像に一致するものがなくてもそれと相似形のものがあれば、そのテンプレートを拡大することにより測定位置の情報を導出するようにしている。よって、個々のパターン画像の異なる大きさに合わせてテンプレートを用意する必要がなく、テンプレートの登録を迅速かつ簡便に行うことができる。なお、テンプレートとしては、１つの大きなテンプレートであっても良いし、複数の分割された小テンプレートであっても良い。

また、本システムでは、指示入力に基づいて、一旦生成した位置決めテンプレートを補正することもできるようになっている。たておば、位置決めテンプレートが、基準サイズの方形を所定の分割比で分割してパターン画像上に配置された複数の小テンプレートで構成される場合には、操作者からのリサイズの指示に対応して生成された位置決めテンプレートの上記分割比を変更するようにする。また、操作者からの指示に対応して位置決めテンプレートの位置を変更することができるようになっている。これにより、たとえ最初に表示されたテンプレートが相応しくなくても僅かな操作によってテンプレートを修正でき、最適なテンプレートを登録することができる。

本実施形態では、ウェハ上のパターン画像と上記登録されたテンプレートとのパターンマッチングを行う画像処理システム（例えば、走査型電子顕微鏡装置（測長ＳＥＭ））が提供される。本システムでは、複数の位置決めテンプレートと、それぞれに対応した複数の測定位置の情報を格納する記憶手段に格納された複数の位置決めテンプレートのうち、測定対象のパターン画像とマッチングが取れるテンプレートと相似構造を有する位置決めテンプレートが抽出される。次に、抽出された相似構造の位置決めテンプレートの測定対象のパターン画像に対する拡大率が算出される。そして、そのテンプレートと共に記憶された、対応する測定位置の情報は算出された拡大率でその位置が調整されて出力される。なお、相似構造の位置決めテンプレート及び補正（位置調整）された測定位置の情報は、測定対象のパターン画像と共に画面上に表示される。このような処理によりパターンマッチングを行えば、パターン画像数分の多数の大きさのテンプレートを準備する必要が無く、高速にパターンマッチングを行うことができ、さらに相似の位置関係から測定位置を高い精度で求めることができる。

なお、本実施形態の機能は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピィ（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。

また、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードがネットワークを介して配信されることにより、システム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ-ＲＷ、ＣＤ-Ｒ等の記憶媒体に格納され、そのシステム又は装置のコンピュータ(又はＣＰＵやＭＰＵ)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成されるようにしてもよい。

第１の実施形態による、測定位置と位置決めテンプレートの登録処理を説明するためのフローチャートである。 測定位置と位置決めテンプレートの表示結果を示す画面である。 縦に長い対象の一部位を測定する場合の登録例を示す画面である。 画面上で大きな対象の一部位を測定する場合の登録例を示す画面である。 特殊な形状の対象の一部位を測定する場合の登録例を示す画面である。 極めて特殊な形状の対象の一部位を測定する場合の登録例を示す画面である。 測定位置決定の処理を説明するためのフローチャートである。 相似構造パターンマッチング（図７）の詳細を説明するためのフローチャートである。 方向探索処理（図８）の詳細を説明するためのフローチャートである。 測定のための位置決めを行った結果を示す画面である。 第２の実施形態による、測定位置と位置決めテンプレートの登録処理を説明するためのフローチャートである。 測定位置と位置決めテンプレートの表示結果の一例を示す画面である。 顕微鏡装置への適用例を示す構成図である。

符号の説明

１０１ 測定位置入力
１０２ テンプレート枠パラメータ導出
１０３ テンプレート枠表示
１０４ ユーザ指示入力
２００ 測定対象パターン
２０１、２０２ 箱型測定カーソル（測定位置）
２０３ テンプレート枠
２０４ 確認ボタン

Claims (13)

1. ウェハ上のパターン画像における測定位置と位置決めテンプレートを登録するための画像処理システムであって、
   前記パターン画像を取得して画面上に表示する表示部と、
   前記パターン画像から、パターンの異なる角部をそれぞれに含む複数のテンプレートを生成する画像処理部と、
   前記生成された複数のテンプレートと前記測定位置の情報を登録する記憶装置と、を備え、
   前記画像処理部は、前記複数のテンプレートによるマッチング位置の配置が、元の配置と所定の位置関係にあるか否かの判定を行い、所定の位置関係にあると判断されたマッチング位置のパターンについて、前記複数のテンプレートによるマッチング位置に応じて前記登録された測定位置を変化させ、測定を実行する
   ことを特徴とする画像処理システム。
2. 請求項１に記載の画像処理システムにおいて、
   前記画像処理部は、前記複数のテンプレートによるマッチング位置の中心座標と、前記元の配置に対する前記マッチング位置の変動量とを算出し、当該算出に基づいて、前記測定位置を調整することを特徴とする画像処理システム。
3. 請求項１に記載の画像処理システムにおいて、
   前記表示部は、前記生成された複数のテンプレートを前記画面上に前記パターン画像と共に表示することを特徴とする画像処理システム。
4. 請求項１に記載の画像処理システムにおいて、
   前記記憶装置は、操作者からの登録の指示に対応して前記生成された複数のテンプレートを登録することを特徴とする画像処理システム。
5. 請求項１に記載の画像処理システムにおいて、
   前記画像処理部は、１つ、或いは複数の分割されたテンプレートとして、前記複数のテンプレートを生成することを特徴とする画像処理システム。
6. 請求項３に記載の画像処理システムにおいて、
   さらに、指示入力に基づいて、前記生成された複数のテンプレートを補正するテンプレート補正部を備えることを特徴とする画像処理システム。
7. 請求項６に記載の画像処理システムにおいて、
   前記生成された複数のテンプレートは、基準サイズの方形を所定の分割比で分割して前記パターン画像上に配置された複数の小テンプレートで構成され、
   前記テンプレート補正部は、操作者からのリサイズの指示に対応して前記生成された複数のテンプレートの前記所定の分割比を変更することを特徴とする画像処理システム。
8. 請求項６に記載の画像処理システムにおいて、
   前記テンプレート補正部は、操作者からの指示に対応して前記生成された複数のテンプレートの位置を変更することを特徴とする画像処理システム。
9. ウェハ上のパターン画像とテンプレートとのパターンマッチングを行う画像処理システムであって、
   前記パターン画像から、パターンの異なる角部をそれぞれに含む複数の分割したテンプレートと、それぞれに対応した複数の測定位置の情報を格納する記憶装置と、
   前記記憶装置に格納された前記複数の分割したテンプレートのうち、測定対象のパターン画像とマッチングが取れる位置の配置が、元の配置と所定の位置関係にあるか否かの判定を行う画像処理部と、
   所定の位置関係にあると判断されたマッチング位置のパターンについて、前記複数の分割したテンプレートによるマッチング位置に応じて前記登録された測定位置を変化させ、前記複数の分割したテンプレートが合致した前記測定対象のパターン画像に対する拡大率を算出し、対応する測定位置の情報を前記拡大率で補正して出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする画像処理システム。
10. 請求項９に記載の画像処理システムにおいて、
    前記出力部は、前記複数の分割したテンプレートを前記測定対象のパターン画像と共に画面上に表示することを特徴とする画像処理システム。
11. 請求項９に記載の画像処理システムにおいて、
    前記出力部は、前記補正された測定位置の情報を前記測定対象のパターン画像と共に画面上に表示することを特徴とする画像処理システム。
12. ウェハ上のパターン画像における測定位置と位置決めテンプレートを登録する機能を有する走査型電子顕微鏡装置であって、
    前記パターン画像を取得して画面上に表示する表示部と、
    前記パターン画像から、パターンの異なる角部をそれぞれに含む複数のテンプレートを生成する画像処理部と、
    前記生成された複数のテンプレートと前記測定位置の情報を登録する記憶装置と、を備え、
    前記画像処理部は、前記複数のテンプレートによるマッチング位置の配置が、元の配置と所定の位置関係にあるか否かの判定を行い、所定の位置関係にあると判断されたマッチング位置の分割したパターンについて、前記複数のテンプレートによるマッチング位置に応じて前記登録された測定位置を変化させ、測定を実行する
    ことを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
13. 請求項１２に記載の走査型電子顕微鏡装置は、ウェハ上のパターン画像とテンプレートとのパターンマッチングを行う機能を有するものであって、
    さらに、
    前記複数のテンプレートは、前記パターン画像の異なる角部をそれぞれに含む複数の分割したテンプレートであり、
    前記所定の位置関係にあると判断されたマッチング位置のパターンについて、前記複数の分割したテンプレートによるマッチング位置に応じて前記登録された測定位置を変化させ、前記複数の分割したテンプレートが合致した前記測定対象のパターン画像に対する拡大率を算出し、対応する測定位置の情報を前記拡大率で補正して出力する出力部と、
    を備えることを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。

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