JP4969635B2 - パターンレイヤーデータ生成方法、及びパターンレイヤーデータ生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影した半導体デバイスの画像と、半導体デバイスのＣＡＤデータを利用して、ウェーハ上に形成されたパターンのレイヤーデータを生成するパターンレイヤーデータ生成方法、及びパターンレイヤーデータ生成装置に関するものである。

近年の半導体デバイスは微細化，多層化が進み、論理も煩雑化しているため、その製造が極めて困難な状況となっている。その結果として、製造プロセスに起因する不良が多発する傾向にあり、その不良位置を検査により正確に検出することが重要となっている。製造プロセスに起因する不良として、不適切な露光条件によるパターンの変形や、レイヤー間の位置ずれによる導通不良等があり、これらは、半導体デバイスのＣＡＤ（Computer Aided Design data）データとウェーハ上に形成されたパターンとの照合比較により不良箇所を検出している。ＣＡＤデータとは半導体の設計データであり、半導体デバイス上に形成するパターンのレイアウトを決定するためのデータである。ＣＡＤデータにはＧＤＳ，ＯＡＳＩＳ等、様々なデータフォーマットが存在するが、これらは共通してパターンの特徴点群を記述した、いわばベクトルデータ形式を採用している。これは半導体の高集積化により、パターンの情報が膨大になっているためであり、ＣＡＤデータを利用する半導体製造装置、もしくは半導体検査装置が、特徴点間の直線を描画することでパターンの形状を認識している。

また、近年の回路設計では、設計したデータが、半導体製造プロセスによってどの程度変形するのかをシミュレートし、その結果から配線密度等を制御することで故障の発生しにくい回路を設計する試みがされている、このシミュレータの精度を高める上で、実際にウェーハ上に形成したパターンと、シミュレータが出力したＣＡＤデータの変形パターンを比較し、その形状差をシミュレータにフィードバックしている。

また、ＣＡＤデータと半導体デバイスの画像を利用してパターンの検査を行うものとして、特開２０００−２９３６９０号公報〔特許文献１〕がある。これらは撮影画像に含まれたパターンに対応するレイヤーのＣＡＤデータを利用し、ＣＡＤデータと撮影画像から抽出したパターン間のパターンマッチング処理により、パターン内の計測位置を検出して、パターンの計測を行うものである。

しかしながら、これらは、撮影画像に複数レイヤーのパターンが含まれている場合、レイヤー毎に独立したパターンの検査を行うことができない。つまり、撮影画像に含まれるパターンのそれぞれがどのレイヤーに属しているかといったレイヤー情報を検出することなく、複数レイヤーのパターンを重ね合わせた単独のレイヤーとしてＣＡＤデータとのパターンマッチングを行っている。このため、撮影画像に複数レイヤーのパターンが含まれている場合、検査対象とするレイヤー以外のレイヤーに属するパターンの影響を受けてパターンマッチングが失敗してしまい、正確なパターンの計測ができないといった問題があった。

更に、特開２０００−２９９３６１号公報〔特許文献２〕には複数レイヤーのパターンを含む半導体デバイスの撮影画像と、予めずれを加えて重ね合わせた複数レイヤーのＣＡＤデータとの間でパターンマッチングを行い、ずれ量を計測する方法が示されているが、この発明も同様に、撮影画像から抽出したパターンについてレイヤー情報の検出を行わないため、ＣＡＤデータを重ね合わせる際のずれ量のバリエーションを多くすることで計測精度を高める必要があるが、処理時間が増大するため、検査効率を低下させてしまうといった問題点がある。

特開２０００−２９３６９０号公報 特開２０００−２９９３６１号公報

そこで、本発明の目的は、撮影した半導体デバイスの画像に複数のレイヤーのパターンが含まれている場合においても、対象となるレイヤーに属するパターンの測定や検査を可能にするパターンレイヤーデータ生成方法、及びパターンレイヤーデータ生成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、半導体デバイスを撮影した画像データから半導体デバイスのパターンデータを抽出するパターン抽出手段と、画像データに含まれているパターンに対応したレイヤー毎の複数のＣＡＤデータと、パターンデータとからレイヤー毎に分類したパターンデータを生成するパターンレイヤー生成手段を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、レイヤー毎のＣＡＤデータと、レイヤー毎に分離したパターンデータを利用して、レイヤー毎にＣＡＤデータとパターンデータの照合位置を検出する位置検出手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、ＣＡＤデータに含まれるパターンの範囲と、パターンデータに含まれるパターンの範囲が異なる場合に、ＣＡＤデータの領域に対するパターンデータの位置もしくは、パターンデータの領域に対するパターンデータの照合位置を検出する位置検出手段を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、レイヤー毎の照合位置からレイヤー間の位置ずれ量を検出するレイヤーずれ検出手段を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、検査対象レイヤーのＣＡＤデータと、前記パターンレイヤー生成手段にて生成した前記検査対象レイヤーに対応するパターンデータを利用した照合位置の検出手段と、照合位置とパターンの検査位置から、パターン形状の評価を行う手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、パターンレイヤー生成手段は、分類した各レイヤーのパターンデータにパターンデータの属するレイヤーの情報を付加することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、分類した各レイヤーのパターンデータにパターンデータの属するレイヤーの情報と、対応関係にあるＣＡＤデータの情報を付加することを特徴とするものである。

更に、上記目的を達成するために、本発明は半導体検査システムにおいて、電子ビームを半導体デバイスに照射し、半導体デバイスからの二次電子を検出することで作成した画像データと、画像データから半導体デバイスのパターンデータを抽出するパターン抽出手段と、画像データに含まれているパターンに対応したレイヤー毎の複数のＣＡＤデータと、パターンデータとからレイヤー毎に分類したパターンデータを生成するパターンレイヤー生成手段を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明は半導体検査システムにおいて、画像データをネットワーク経由、又はメモリ手段経由で受信し、半導体デバイスのパターン検査を行うことを特徴とするものである。

更に、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、半導体デバイスを撮影した画像データから半導体デバイスのパターンデータを抽出するパターン抽出手段と、画像データに含まれているパターンに対応したレイヤー毎のＣＡＤデータと、パターンデータとからレイヤー毎のＣＡＤデータとパターンとの対応位置付けを行う位置検出手段を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、半導体デバイスを撮影した画像データから半導体デバイスのパターンデータを抽出するパターン抽出手段と、画像データに含まれているパターンに対応したレイヤー毎の複数のＣＡＤデータと、パターンデータとから複数レイヤー間のずれ量を検出するパターンレイヤーずれ検出手段を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、画像データに含まれているパターンに対応した第１，第２のレイヤーのＣＡＤデータと、パターンデータを用いた第１，第２のレイヤーのＣＡＤデータに対応する第１，第２のパターンデータから、第１，第２のレイヤーのＣＡＤデータと第１，第２のパターンデータとのずれ量を求め、かつ、第１，第２のレイヤーの位置情報の差分を検出することを特徴とするものである。

更に、上記目的を達成するために、本発明はパターン表示装置において、半導体デバイスを撮影した画像データから、半導体デバイスのパターンデータを抽出するパターン抽出手段と、パターンデータから、レイヤー毎に分類したパターンデータを表示するパターンデータ表示手段を備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、パターンデータ表示手段は画像データに含まれているパターンに対応した複数レイヤーのＣＡＤデータと、パターンデータから、レイヤー毎に分類したパターンデータを表示することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査装置において、パターンデータ表示手段は、複数レイヤーのＣＡＤデータと、パターンデータとを重ねて表示することを特徴とするものである。

更に、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査方法において、半導体デバイスを撮影した画像データから半導体デバイスのパターンデータを抽出すること、画像データに含まれているパターンに対応したレイヤー毎の複数のＣＡＤデータと、パターンデータとからレイヤー毎に分類したパターンデータを生成することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査方法において、レイヤー毎のＣＡＤデータと、レイヤー毎に分離したパターンデータとを利用して、レイヤー毎にＣＡＤデータとパターンデータの照合位置を検出することを特徴とするものである。

更に、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査方法において、電子ビームを半導体デバイスに照射し、半導体デバイスからの二次電子を検出して画像データを作成すること、画像データから半導体デバイスのパターンデータを抽出すること、画像データに含まれているパターンに対応したレイヤー毎の複数のＣＡＤデータと、パターンデータとからレイヤー毎に分類したパターンデータを生成することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明はパターン検査方法において、画像データをネットワーク経由、又はメモリ手段経由で受信し、半導体デバイスのパターン検査を行うことを特徴とするものである。

以上説明したように、本発明のパターンレイヤーデータ生成方法、及びパターンレイヤーデータ生成装置によれば、例えば走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭとする）により撮影したＳＥＭ画像に複数レイヤーのパターンが含まれている場合に、このパターンに対応するレイヤー毎の複数のＣＡＤデータを利用して、対象となるレイヤーに属するパターンの測定や検査を可能にするパターンレイヤーデータ生成方法、及びパターンレイヤーデータ生成装置を提供することを実現している。

実施例１に記載の本発明の本パターン検査装置を示すブロック図である。 実施例２に記載の本発明の本パターン検査装置を示すブロック図である。 実施例３に記載の本発明の本パターン検査装置を示すブロック図である。 実施例４に記載の本発明の本パターン検査装置を示すブロック図である。 本パターン検査装置を適用した半導体検査装置の構成図である。 パターン検査の対象とするＳＥＭ画像とＣＡＤデータの関係を示す図である。 ＣＡＤデータとデータフォーマットを示す図である。 パターン抽出の手順を示したブロック図である。 パターン抽出で利用するフィルタオペレータを示した図である。 パターン抽出で利用する画像のヒストグラムを示した図である。 パターン抽出で利用する細線化の手順を示した図である。 パターン抽出で利用する直線近似手法の手順を示した図である。 パターンレイヤー生成の方法を示す図である。 ＣＡＤレイヤーデータ，ＣＡＤテーブルデータを示した図である。 パターンレイヤーデータの生成方法を示す図である。 パターンレイヤーデータの生成手順を示すフローチャートである。 本発明のパターン検査装置の信号出力インターフェースを利用して、パターン検査機能を実行するための各種パラメータ等を入力する画面と、検査対象とするＳＥＭ画像と、評価結果を示した図である。 実施例１に示した本発明のパターン検査手順を示すフローチャートである。 位置検出手順を示した図である。 実施例２に示した本発明のパターン検査手順を示すフローチャートである。 実施例３に示した本発明のパターン検査手順を示すフローチャートである。 実施例４に示した本発明のパターン検査手順を示すフローチャートである。 実施例３，４に示した本発明のパターン検査手順を示す図である。 パターンデータとパターンレイヤーデータを示す図である。

図６は本発明の一実施例の動作を説明するための実施例である。

図６（ａ）は、ウェーハ上のパターンを走査型電子顕微鏡で撮影した画像（以下、ＳＥＭ画像とする）である。このＳＥＭ画像には、図６（ｃ），図６（ｄ）に示すようなＣＡＤデータの２つのレイヤーに対応するパターンが含まれている。本発明では、このような複数レイヤーのＣＡＤデータに対応するパターンを含んだＳＥＭ画像から、図６（ｂ）に示すような複数レイヤーのパターンを含んだパターンを抽出し、図６（ｃ），図６（ｄ）のような複数レイヤーのＣＡＤデータを利用して、図６（ｂ）のようなパターンを図６（ｅ），図６（ｆ）に示すようなレイヤー毎のパターンに分離することで、評価対象レイヤーに属するパターンのみを利用したパターンの評価を可能とするものである。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。

本実施例では、複数レイヤーのパターンを含んだＳＥＭ画像から、オペレータ又は電子計算機が指定するレイヤーのパターンのみを抽出する本発明のパターン検査装置について説明する。

図１は、本実施例１の形態を示す構成図である。本パターン検査装置は、検査対象のウェーハをＳＥＭで撮影したＳＥＭ画像１０６と、前記ＳＥＭ画像１０６に含まれたパターン像に対応する、複数レイヤーのＣＡＤデータ１０５と、評価に利用する各種パラメータと、を入力可能とする信号入力インターフェース１０１と、前記複数のレイヤーのＣＡＤデータ１０５から、レイヤー構造をもつＣＡＤレイヤーデータ１１１を生成するＣＡＤレイヤーデータ生成手段１０７と、ＳＥＭ画像１０６からパターンデータ１１２を抽出するパターン抽出手段１０８と、ＣＡＤレイヤーデータ１１１と、パターンデータ１１２から、レイヤー構造をもつパターンレイヤーデータ１１３を生成するパターンレイヤー生成手段１０９と、パターンレイヤーデータ１１３から最終的な出力データ１１４を生成する出力データ生成部１１０と、で構成されたデータ演算部１０２と、データ演算部１０２からの出力データ１１４を出力する信号出力インターフェース１０３で構成されており、図５（ａ）に示すような半導体検査システム５１０の電子計算機５００や、図５（ｂ）に示すような半導体検査システム５１０とローカルエリアネットワーク５０６などのネットワーク回線や、ハードディスクやコンパクトディスク等の記憶装置を経由して、半導体検査システム５１０からのウェーハの撮影画像等のデータなどを授受可能な電子計算機５０５を利用することにより実現できる。

以下、一実施例として図５（ａ）の構成図を利用して半導体検査システム５１０の構成要素を説明する。

半導体検査システム５１０は、半導体デバイスの画像を撮影するＳＥＭ５０１と、ＳＥＭ５０１を制御する電子計算機５００で構成されている。電子計算機５００はパーソナルコンピュータや、ワークステーションに代表される情報処理装置であり、ＳＥＭ５０１の制御や、本発明のパターン検査を実施するデータ演算手段５０３と、データ演算手段５０３を制御するための情報を入力するデータ入力手段５０４と、ＳＥＭ５０１の撮影画像や、パターン検査等の情報を表示するデータ表示手段５０２で構成されている。

データ演算手段５０３は、ＣＡＤデータ１０５やＳＥＭ５０１で撮影した半導体デバイスの画像（ＳＥＭ画像）１０６やＳＥＭ５０１の制御プログラムや、本発明のパターン検査装置のデータ演算部１０２の各処理手段を定義したソフトウェアプログラム等を保存するメモリ、前記プログラムを実行するＣＰＵ、データ入力手段５０４からの評価パラメータ１０４やＣＡＤデータ１０５やＳＥＭ画像１０６をデータ演算手段５０３に入力するための信号入力インターフェース１０１，パターン検査結果やＣＡＤデータ１０５やＳＥＭ画像１０６をＣＲＴや液晶ディスプレイ等のデータ表示手段５０２に出力するための信号出力インターフェース１０３で構成されている。データ入力手段５０４はキーボードやマウスといった情報入力機器であり、データ表示手段５０２はＣＲＴや液晶ディスプレイ等の情報表示機器である。

なお、信号入力インターフェース１０１および信号出力インターフェース１０３はＵＳＢ，ＩＥＥＥ１３９４，セントロニクスやメモリカード，ＰＣＩ，Ethernet（登録商標）などのインターフェースが使用可能であり、メモリはＳＤＲＡＭ，ＳＲＡＭ，ＤＲＡＭ，ＲＯＭやメモリカード，ハードディスク等などのデータ記憶機器が使用可能である。

以下、図１を利用して本発明のパターン検査装置の各構成要素について詳細を説明する。

信号入力インターフェース１０１は、本発明のパターン検査を行うための各種データをデータ演算部１０２に入力するものである。本発明のパターン検査装置は、複数レイヤーのパターンを含んだＳＥＭ画像１０６から、検査対象レイヤーのパターンの出力データ１１４を抽出することを目的としており、検査の対象とする半導体デバイスのＳＥＭ画像１０６をデータ演算部１０２に入力する。更に、ＳＥＭ画像１０６に含まれる複数レイヤーのパターンに対応する複数レイヤーのＣＡＤデータ１０５を入力し、評価パラメータ１０４として、検査対象レイヤーの情報と、各レイヤーの上下関係を示す情報を入力する。なお、各レイヤーの上下関係を意味する情報が、ＣＡＤデータ１０５に記述されている場合や、ＣＡＤデータの識別名称から得られる場合、このパラメータの入力を必要としない。

データ演算部１０２は本発明のパターン検査を行うものである。以下、データ演算部１０２の構成要素を詳細に説明する。

ＣＡＤレイヤー生成手段１０７は、図７（ａ），（ｂ）に示すようなレイヤー毎に独立したＣＡＤデータ１０５から、レイヤー間の上下関係を示す評価パラメータ１０４を利用して図７（ｃ）に示すようなレイヤー構造をもつＣＡＤレイヤーデータ１１１を生成するものである（説明を分かりやすくするため、各レイヤーの色を変えて重ね合わせた図であり、この例は図７（ｂ）の上に図７（ａ）のＣＡＤデータを重ねたものである。）。

半導体業界で一般的に利用されているＣＡＤデータ１０５のデータフォーマットは、パターンをベクトル情報として表現したものである。図７（ａ）に示すようなパターンは、図７（ｄ）に示すようなパターンの閉図形を構成する各頂点の座標値として記述されている。同様に、図７（ｂ）は図７（ｅ）のように記述されている。

このため、図７（ｄ）と図７（ｅ）のＣＡＤデータ１０５からレイヤー構造をもつＣＡＤレイヤーデータ１１１は、図７（ｆ）に示すような形式で表現できる。データの先頭には、ＣＡＤレイヤーデータ１１１に含まれるＣＡＤデータ１０５のレイヤー番号と、レイヤーの上下関係、各レイヤーのベクトルデータがデータ内のどの位置から開始されるかを示すオフセット値を記述し、その後に各レイヤーのベクトルデータを記述したものである。

しかしながら、単純に各レイヤーのＣＡＤデータ１０５をＣＡＤレイヤーデータ１１１に埋め込むだけでは、図７（ｃ）に示すように下位レイヤーと上位レイヤーが重なり合う領域７０１が発生する。図７（ｇ）は、この２つのＣＡＤデータ１０５によって形成した半導体デバイスを撮影したＳＥＭ画像１０６を示した図であるが、上位レイヤーと下位レイヤーが重なり合う領域７０１について、図７（ｃ）に示したＣＡＤレイヤーデータ１１１とパターンの形状が異なってしまい、後述するパターンレイヤーデータ１１３の作成が正確に行えない場合がある。

ＣＡＤデータ１０５は、前述したように閉図形の集合を記述したベクトルデータである。つまり、四角形のパターンをベクトルデータで表現する場合、「Ｎo.１，４、（ｘ１，ｙ１）（ｘ２，ｙ２）（ｘ３，ｙ３）（ｘ４，ｙ４）」といった記述が用いられる。つまり、Ｎo.１の図形は４点の頂点をもち、それぞれの頂点座標は（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ４，ｙ４）であるというものである。この閉図形の領域とそれ以外の領域は、それぞれ半導体デバイスの形成時に削り取る部分（抜き部）７０３と残す部分（残し部）７０２に対応している。

このため、例えばＣＡＤデータ１０５の閉図形が残し部を示す場合、図７（ｈ）のように上位のレイヤーの閉図形と下位のレイヤーが重なる領域７０４で、下位のレイヤーの図形が隠れることになる。このような上位のレイヤーに隠れた下位のレイヤーの図形を構成するベクトルデータを削除したベクトルデータをＣＡＤレイヤーデータ１１１に新たに埋め込むことにより、図７（ｊ）に示すようなウェーハの撮影画像の見え方に一致するＣＡＤレイヤーデータ１１１を生成することもできる。新たに生成したＣＡＤレイヤーデータ１１１を図７（ｈ）に示す。

ＣＡＤデータ１０５の閉図形が抜き部に対応するのか、残し部に対応するのかの情報は、評価パラメータ１０４として信号入力インターフェース１０１より受け取ることによって、このようなＣＡＤレイヤーデータ１１６の生成が可能となる。

以上説明したＣＡＤレイヤーデータ１１１は本発明のパターン検査を実現するためのデータ形式の一例であり、後述のパターンレイヤー生成手段１０９において、ＳＥＭ画像１０６に含まれた複数レイヤーのパターンに対応する複数レイヤーのＣＡＤデータ１０５と、各レイヤーの番号が識別できるようなデータ形式であればよく、このデータ形式に限定したものではない。

パターン抽出手段１０８は、図８に示すような検査対象のＳＥＭ画像１０６から、パターンを抽出し、ＣＡＤデータ１０５のデータフォーマットと同様のベクトルデータで構成されたパターンデータ１１２を生成するものである。これらパターン抽出手段１０８の構成要素はいずれも一般的な画像処理手法であるため、これを限定するものではないが、例えば、図８に示すような手段によりパターンの抽出を行うことが可能である。図８は、ＳＥＭ像１０６からビットマップデータで構成されたパターン像を抽出し、そのパターン像をベクトルデータで構成されたパターンデータ１１２に変換する手順を示したものである。

平滑化フィルタ手段８１０は、ＳＥＭ画像１０６に含まれるノイズ成分を除去するものである。ＳＥＭ画像１０６は一般的に、図８に示すように、パターンの存在する画素位置８０５の輝度が高く（白く）、その他の画素位置８０６の輝度が低い（黒い）といった特徴を持つ。また、ＳＥＭの特性上、様々なノイズが画像に重畳するため、パターンの抽出にはノイズの除去が必要である。平滑化フィルタ手段８１０は、例えば、３画素×３画素の２次元の画像領域で輝度の平均値を求め、その平均値を、画像領域の中心位置の輝度値として出力するようなフィルタリング処理であり、高周波のノイズを除去する効果がある。平滑化フィルタ手段８１０により、平滑化画像８０１を生成する。なお、平滑化処理手法としては従来からの一般的な手法を用いることが可能である。

エッジ抽出手段８１１は、平滑化画像８０１に対し、背景領域とパターン領域の分離を行うフィルタリング処理である。エッジ抽出手段８１１は様々提案されており、これを限定するものではないが、一例として、図９に示すようなフィルタオペレータを用いたパターンの抽出方法を説明する。図９（ａ）は画像に対して垂直方向に伸びるパターンを検出するためのフィルタオペレータであり、図９（ｂ）は画像に対して水平方向に伸びるパターンを検出するためのフィルタオペレータである。画像を構成する３画素×３画素の領域に、このフィルタオペレータを当てはめ、フィルタオペレータの係数と、係数位置にある画素の輝度値の積和演算により、中心位置の画素の輝度値を求めるフィルタリング処理である。図９（ａ）のオペレータを利用して、平滑化画像８０１のフィルタリング処理を行った場合、画面に対して垂直方向にのびるパターンを強調した画像を生成することができ、図９（ｂ）のオペレータを利用してフィルタリング処理を行った場合、画面に対して水平方向に伸びるパターンの領域を強調した画像を生成することができる。このため、平滑化画像８０１に対し、２つのオペレータによるフィルタリング処理を行い、２つのフィルタリング結果を画素毎にそれぞれ比較してフィルタリング結果の大きい方の値（パターンが強調された値）を選択した画像を生成することで、垂直および水平方向に伸びるパターンを強調したエッジ画像８０２を得ることができる。なお、エッジ抽出手法としては従来からの一般的な手法を用いることが可能である。

次に、エッジ画像８０２を２値化画像８０３に変換する。エッジ画像８０２は積和演算処理により生成された多値画像であり、まだ小さなノイズ成分を含んでいるため、閾値を用いた二値化処理を行い、多値画像を二値画像に変換し、背景領域とパターンの領域を完全に分離する。二値化処理手段８１２についても様々提案されており、限定するものではないが、一例として固定閾値を用いた二値化処理手段８１２の方法を説明する。図１０は、横軸に画像の輝度範囲（例えば８ビット／画素であれば０〜２５５）、縦軸に画像内に存在する各輝度の総画素数（例えば１００×１００画素の画像であれば最大値は１００００）を示した画像のヒストグラムと呼ばれるグラフであり、画像の特徴を簡易的に把握する目的で一般的に利用されているものである。エッジ画像８０２は、パターン領域の画素の輝度値は高く、その他領域の画素の輝度値は低いので、閾値１００１を設け、閾値１００１よりも高い輝度値をもつ画素の輝度値をパターン領域「１」とし、低い輝度値をもつ画素の輝度値を背景領域「０」とすることで二値化を行うことができる。このような閾値１００１の決定は、二値化に用いる画像をいくつか評価して経験的に求めるのが一般的である。また、固定閾値を利用した二値化以外にも、ヒストグラムの分散を用いてパターン領域とその他の領域を良好に分離する閾値を自動的に求める二値化処理手法などもあり、これを限定するものではない。なお、これらの二値化処理手法としては従来からの一般的な手法を用いることが可能である。

２値化画像８０３のパターンは、閾値１００１の設定によって、数画素の幅を持っている場合がある。このままではパターン情報のベクトル化ができないので、１画素幅のパターンに変換する。このような変換手法は様々提案されており、限定するものではないが、一例として細線化を利用した変換方法を説明する。

細線化は、図１１に示すように、パターン１１０２と背景１１０３の境界を局所的に示すテンプレート画像１１０１を複数利用して、２値パターン画像のエッジ画像８０２から、そのテンプレート画像１１０１と一致する領域が検出された場合に、その中心位置１１０４の画素を背景部の輝度値に置き換えていくという操作を、パターンの幅が一本の中心線になるまで繰り返すという処理である。これにより、１画素幅の線で形成されたパターン画像８０４を生成することができる。なお、パターンの中心線を求める手法としては従来からの一般的な手法を用いることが可能である。

次に、１画素幅の線で形成されたパターン画像８０４をベクトル化手段８１４によりベクトルデータに変換し、ベクトル間の座標情報で構成されたパターンデータ１１２を生成する。ビットマップデータをベクトルデータに変換する手法は様々提案されており、これを限定するものではないが、一例として、直線近似を用いたベクトルデータへの変換手法を説明する。

図１２に示すようなパターンが中心線の検出手段８１３によって得られた場合、パターンの始点１２０１から連結したパターンを参照する。図１２（ａ）のように連結している画素が２画素の場合は、ベクトルデータの始点１２０１，終点１２０２が２つの画素の座標情報となる。また、図１２（ｂ）に示すように連結した画素が３画素以上の場合、始点１２０１と終点１２０２を結ぶ直線１２０３の式を求め、始点１２０１，終点１２０２間に存在する画素１２０４との距離１２０５を求める。始点１２０１，終点１２０２を結ぶ直線１２０３と、その間に存在する画素１２０４との距離１２０５が許容範囲内であれば、その画素１２０４は直線１２０３の上に存在するものと判定し、始点１２０１と終点１２０２の座標値を出力する。始点１２０１，終点１２０２間の直線１２０３と始点１２０１，終点１２０２間にある画素１２０４の距離１２０５が許容範囲を外れた場合は、直線１２０３の上にないパターンの画素と判定し、その画素１２０４を始点として新たに直線近似を行うという処理を行うことで、１画素幅の線で形成されたパターン画像８０４のビットマップデータをベクトルデータに変換することができる。パターンのベクトル化によって得られたベクトルデータの始点，終点の座標を全て記述したパターンデータ１１２を作成する。なお、ビットマップデータをベクトルデータに変換する手法については従来からの一般的な手法を用いることが可能である。

パターンレイヤー生成手段１０９は、ＣＡＤレイヤーデータ１１１と、パターンデータ１１２を利用し、パターンデータ１１２内の各パターンを、レイヤー毎のパターンに分離し、レイヤー毎のパターンを記述したパターンレイヤーデータ１１３を生成するものである。

ＣＡＤレイヤーデータ１１１およびパターンデータ１１２はＣＡＤデータおよびパターンの形状を構成する直線の始点終点の座標値を記述したデータ群である。

ＣＡＤレイヤーデータ１１１とパターンデータ１１２を構成する直線（以下、ＣＡＤレイヤーデータ１１１を構成する直線をＣＡＤ直線、パターンデータ１１２を構成する直線をパターン直線とする）を描画すると図１３（ａ）のようになる。パターンレイヤー生成手段１０９では、ＣＡＤ直線とパターン直線間の距離，方向性，長さといった類似性を用いて、図１３（ｂ）〜（ｇ）に示すように、パターンデータ１１２を構成する全てのパターン直線が、ＣＡＤレイヤーデータ１１１のどのＣＡＤ直線に対応するのかを検出し、そのＣＡＤ直線の属するレイヤー情報に従って、パターン直線を分類し、レイヤー構造をもつパターンレイヤーデータ１１３を生成するものである。

具体的には図１６に示すような手順で、パターンデータ１１２をパターンレイヤーデータ１１３に変換する。このフローチャートに基づくソフトウェアプログラムを図５に示した電子計算機５００のデータ演算手段５０３のメモリに格納しておき、本発明のパターン検査を行う際に、ＣＰＵが読み出して実行することにより、パターンレイヤーデータの生成を行うことが可能である。まずレイヤー毎に各ＣＡＤ直線の方向情報を算出し、各ＣＡＤ直線を方向別にグループ分けする１６０１。例えば、パターンデータ１１２の座標領域をパターンデータの中心位置を基準とした図１３（ａ）のように設定する場合、ＣＡＤ直線の方向範囲は−９０°〜９０°であるので、例えば、−９０＜Ａグループ＜−４５°、−４５°＜＝Ｂグループ＜０°、０＜＝Ｃグループ＜４５°、４５＜＝Ｄグループ＜＝９０°といったように各ＣＡＤ直線を方向別にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４グループに分ける。例えば、直線座標が始点（ｘ０，ｙ，０）、終点（ｘ１，ｙ１）だった場合、式１を用いることにより直線の方向情報を求めることができる。

Ｉｆ（Ｘ１＝＝ｘ０）：直線の方向＝９０°
Else：直線の方向＝（tan^-1（(ｙ１−ｙ０)／(ｘ１−ｘ０)）×３６０）／（２π） …式１
π：円周率
この方向情報を利用し、図１４に示すようなＣＡＤレイヤーデータ１４０１からレイヤー毎，方向毎に直線座標をグループ分けしたＣＡＤテーブルデータ１４０２を作成する。この例では４方向のグループ分けを行っているが、方向数は２方向でも１６方向でもよく、この方向数を限定するものではない。

次に、パターンデータ１１２を構成するパターン直線の方向を求め、この方向に一致するＣＡＤテーブルデータ１４０２内のグループから、パターン直線との距離が最も短いＣＡＤ直線を検出する１６０２。パターン直線の方向も式１を利用することで求めることができる。あるパターン直線の方向がＣＡＤ直線のＣグループ範囲内の場合、各レイヤーのＣグループ内のＣＡＤ直線とパターン直線間の距離を全て算出する１６０４。直線間の距離を求める最も簡易な手法を以下説明する。

図１５はグループＤのＣＡＤ直線と、グループＤに相当する方向を持ったパターン直線の関係を図示したものである。縦方向をｙ座標、横方向をｘ座標とし、各グループの方向はｘ軸を基準とした場合を示している。グループＤは、ｘ軸に対して４５°＜＝Ｄ＜＝９０°の方向をもつ直線なので、直線間の距離の算出にはｘ座標間の距離を用いる。グループ内の直線間の関係は、図１５（ａ）〜（ｄ）のような４種類の簡略化された状態で定義できる。

図１５（ａ）は、ＣＡＤ直線を構成する２点のｙ座標ｃｙ０〜ｃｙ１の間に、パターン直線を構成する２点のｙ座標ｐｙ０，ｐｙ１がいずれも含まれている場合である。この場合は、ＣＡＤ直線を構成する２点のｘ座標ｃｘ０，ｃｘ１と、パターン直線を構成する２点のｘ座標ｐｘ０，ｐｘ１について、それぞれｘ座標間の距離を求め、最も距離の短いｘ座標間の距離を直線間の距離として出力する。

図１５（ｂ）は、ＣＡＤ直線を構成する２点のｙ座標ｃｙ０〜ｃｙ１の間に、パターン直線を構成する２点の座標ｐｙ０，ｐｙ１のいずれかが含まれる場合である。この場合は、ｃｙ０〜ｃｙ１に含まれるＣＡＤ直線のｘ座標を用い、ＣＡＤ直線を構成する２点のｘ座標ｃｘ０，ｃｘ１との距離を求め、最も距離の短いｘ座標間の距離を直線間の距離として出力する。

図１５（ｃ）は、パターン直線を構成する２点のｙ座標ｐｙ０〜ｐｙ１の間に、ＣＡＤ直線を構成する２点のｙ座標ｃｙ０，ｃｙ１が含まれる場合である。この場合は、パターン直線を構成する２点のｘ座標ｐｘ０，ｐｘ１と、ＣＡＤ直線を構成する２点のｘ座標ｃｘ０，ｃｘ１について、ｘ座標間の距離を求め、最も距離の短いｘ座標間の距離を直線間の距離として出力する。

図１５（ｄ）は、ＣＡＤ直線を構成する２点のｙ座標ｃｙ０〜ｃｙ１の間に、パターン直線を構成する２点の座標ｐｙ０，ｐｙ１がいずれも含まれない場合である。この場合は、パターン直線に対応しないＣＡＤ線分として認識する。例えば、この直線間の距離を−１などの負の値として出力し、最終的な対応直線の検出に用いないようにする。しかしながら、ＣＡＤデータに対してパターンが膨張している場合など、パターンの変形が発生している場合、本来対応すべき直線がこのような状態になることもありうる。これを対策するために、例えば、ＣＡＤ直線を構成する２点のｙ座標ｃｙ０，ｃｙ１と、パターン直線を構成する２点のｙ座標ｐｙ０，ｐｙ１を比較し、ｙ座標間の距離が最も短いＣＡＤ直線とパターン直線の座標を検出する。検出したパターン直線の座標値を中心とする半径Ｒの領域について、ＣＡＤ直線を構成する座標が存在する場合、半径Ｒの中心位置のｘ座標と、半径Ｒ内のＣＡＤ直線のｘ座標間の距離を直線間の距離として出力するような構成とすることにより、ＣＡＤデータに比べてパターンの形状が大きく変形している場合においても検出可能となる。ただし、半径Ｒをあまり大きくすると本来対応しない直線間で距離を見積もってしまう可能性があるため、半径Ｒは小さな値とすることが望ましい。

以上は、Ｄグループ（４５＜＝Ｄ＜＝９０°）の直線間の距離を求めるための説明であったが、Ｃグループ（０＜＝Ｃグループ＜４５°）についても同様の手順でパターン直線とＣＡＤ直線間の距離を算出することができる。ただし、ＣグループのＣＡＤ直線の方向はｘ軸に近いため、Ｄグループとは逆に、ｘ座標間での直線関係の検出、ｙ座標間での距離の見積もりを行う。

Ａグループ（−９０＜Ａグループ＜−４５°）については直線の方向がｙ軸に近いため、Ｄグループと同様の手順で直線間の距離を検出できるし、Ｂグループ（−４５＜＝Ｂグループ＜０°）については、直線の傾きがｘ軸に近いため、Ｃグループと同様の手順で直線間の距離を算出することができる。

以上のようにして、一つのパターン直線に対し、同様の方向性をもつ各レイヤーのすべてのＣＡＤ直線において直線間の距離を算出する。次に、直線距離の算出を行った全てのＣＡＤ直線を対象に、パターン直線と最も距離の短いＣＡＤ直線を検出する１６０５。このＣＡＤ直線が、パターン直線に対応するＣＡＤ直線であり、このＣＡＤ直線の属するレイヤーが、このパターン直線が属するレイヤーである。このようなパターン直線のレイヤー検出をパターンデータ１１２内の全てのパターン直線で行い、レイヤー構造をもつパターンデータ１１２であるパターンレイヤーデータ１１３を生成する１６０６。

図２４にパターンレイヤー生成手段１０９によって生成したパターンデータ２４０１のパターンレイヤーデータ２４０２の例を示す。パターンレイヤーデータ１１３のデータフォーマットは図７（ｈ）に示したようなＣＡＤレイヤーデータと同様のものでよいが、後述するデータ生成部において、レイヤー毎のパターン直線のデータと、各レイヤーが対応するＣＡＤデータのレイヤー番号が識別できるような形式であればよく、このデータフォーマットに限定したものではない。また、パターンレイヤー生成手段１０９にて検出したパターン直線とＣＡＤ直線の対応関係を記述したパターンレイヤーデータ１１３を生成することも可能である。この場合は、例えばあるパターン直線が、図７（ｈ）のようなＣＡＤレイヤーデータのレイヤーＮo.２の閉図形Ｎo.１の１番目の直線（１，３）−（３，３）に対応すると検出した場合、パターン直線の座標値と、そのパターン直線に対応するＣＡＤ直線の情報としてレイヤーＮo.２／Ｎo.１／（１，３）−（３，３）と記述する。このような対応関係を示すパターンレイヤーデータ１１３を利用することで、ＣＡＤ直線とパターン直線の対応関係を利用したパターン評価も容易となる。

出力データ生成部１１０は、信号入力インターフェース１０１から入力される評価パラメータ１０４に基づき、パターンレイヤーデータ１１３の加工を行い、信号出力インターフェース１０３に出力する出力データ１１４を生成するものである。生成したデータは、図５に示した電子計算機５００のデータ演算手段５０３のメモリに保存される。また、信号出力インターフェース１０３経由で、またモニタや液晶ディスプレイ等のデータ表示手段５０２に出力すること、更には通信線等により出力データ１１４を外部機器へ電送することも可能である。

ここで、評価パラメータ１０４としては、出力データ１１４のデータ形式の指定や、検査対象レイヤーの指定などがある。データ形式の種類には、図７（ｈ）で示したようなパターン直線の座標値を記述したテキストファイルやベクトルデータをビットマップ化した画像ファイルなどがある。例えば、信号入力インターフェース１０１より、検査対象レイヤー：＝Ｎo.１、データ形式：テキストファイルといった指定を受けた場合、出力データ生成部１１０は、パターンレイヤーデータ１１３のＮo.１レイヤーのデータを切り出して出力する。また、検査対象レイヤー：＝Ｎo.１，Ｎo.２、データ形式：ビットマップファイルといった指定を受けた場合、パターンレイヤーデータ１１３より、レイヤー毎に、パターン直線を描画したビットマップファイルを生成し、出力する。

図１７は、図５で示した電子計算機５００のデータ表示手段５０２に、本発明のパターン検査に必要な各種パラメータの項目と、そのパラメータによるパターン検査結果を表示した例である。データ演算部１０２に入力するデータは、検査対象のＳＥＭ画像１０６を示す情報と、ＣＡＤデータ１０５を示す情報と、ＳＥＭ画像１０６に含まれた複数レイヤーのパターンに対応する、複数のＣＡＤデータのレイヤー情報と、評価に利用するＣＡＤデータ１０５の領域を示す座標情報と、出力ファイル形式等であり、オペレータがデータ表示手段５０２を参照しながらキーボードやマウスといった情報入力機器で構成されるデータ入力手段５０４を利用して信号入力インターフェース１０１経由で各種のデータを入力する。なお、ＣＡＤデータ１０５がレイヤー毎に分割されている場合は、レイヤー毎にＣＡＤデータ１０５を入力する形式となる。

図１７（ａ）の入力例は、cad.datというデータファイル名１７０４のＣＡＤデータに含まれるＮo.２とＮo.３のレイヤーデータと、sem.bmpというデータファイル名１７０３のＳＥＭ画像を利用し、Ｎo.２とＮo.３に対応するパターンデータをビットマップ形式として出力させるためのデータ入力例である。これらのデータを入力することでＮo.２とＮo.３のレイヤーに対応するパターンの抽出が可能となり、図１７（ｂ）に示すようなＮo.２のレイヤーとＮo.３のレイヤーのパターンを示すビットマップデータ１７１６を得ることができる。なお、Ｎo.２のレイヤーに属するパターン１７０１と、Ｎo.３のレイヤーに属するパターン１７０２を視覚的に区別できるように、ベクトルデータからビットマップデータを生成する際に、カラー情報を利用することもできる。例えばＮo.２のレイヤーのパターンについては、Ｒ＝２５５，Ｇ＝０，Ｂ＝０の信号値を持つ画素としてパターン直線を描画し、Ｎo.３のレイヤーのビットマップデータを描画する際に、Ｒ＝０，Ｇ＝２５５，Ｂ＝０の信号値を持つ画素としてパターン直線を描画する。パターンの存在しない画素についてはＲ＝０，Ｇ＝０，Ｂ＝０の信号値を持つ画素として描画することにより、レイヤー毎に色分けしたビットマップデータを生成することができる。

図１７（ｃ），（ｄ）は、Ｎo.２とＮo.３のレイヤーのＣＡＤデータを利用してＮo.２のレイヤーを検査対象レイヤーとする場合の入力例とその結果を示したものであり、Ｎo.２のレイヤーに属するパターン１７０２のみを視覚的に表示したものである。同様に、図１７（ｅ），（ｆ）は、Ｎo.２とＮo.３のレイヤーのＣＡＤデータを利用してＮo.３のレイヤーを検査対象レイヤーとした場合の入力例とその結果を示したものであり、Ｎo.３のレイヤーに属するパターン１７０１のみを視覚的に表示したものである。

このように、本発明の実施例によれば、半導体ウェーハを撮影したＳＥＭ画像に複数レイヤーのパターンが含まれている場合に、対象とするレイヤーに属するパターンデータを個々に表示し、また、複数のレイヤーのパターンデータを合わせて表示することを実現している。

図１８は本発明のパターン検査装置の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに基づくソフトウェアを図５に示した電子計算機５００のデータ演算手段５０３のメモリに格納しておき、本発明のパターン検査を行う際に、ＣＰＵが読み出して実行することにより、本発明のパターン検査を行うことが可能である。

本ソフトウェアプログラムの起動後、図１７に示したようなパターン検査を行うための各種パラメータを入力するための画面を信号出力インターフェースに表示する１８０１。入力されたパラメータを読み出して、メモリに保存する１８０２。指定された複数レイヤーのＣＡＤデータをメモリから読み出して、ＣＡＤレイヤーデータ１１１を生成する１８０３。同じく指定されたＳＥＭ画像をデータ保存部から読み出して、パターンを抽出し、パターンデータ１１２を生成する１８０４。パターンデータ１１２を構成する全てのパターン直線について、対応するＣＡＤレイヤーデータ１１１内のＣＡＤ直線を検出し、そのＣＡＤ直線の属するレイヤー情報をパターン直線に付加したパターンレイヤーデータ１１３を生成する１８０５。信号入力インターフェース１０１より指定されたパターンデータ１１２の出力形式に基づき、パターンデータ１１２の加工を行って１８０６、メモリもしくは信号出力インターフェース１０３に出力する。

以上説明したように、本発明のパターン検査装置は、複数レイヤーのパターンを含むＳＥＭ画像から、前記パターンに対応する複数レイヤーのＣＡＤデータを利用することにより、検査対象レイヤーのパターンのみを抽出可能とするものである。これにより、検査対象レイヤー以外のパターンの影響を受けることなく、検査対象レイヤーのパターン検査を行うことが可能となる。

以下、本発明の他の実施例を説明する。

図２は、実施例２の形態を示す構成図である。

本実施例では、実施例１で示したパターン検査装置に、位置検出手段２０２を追加することにより、図６（ｇ）に示すように、ＣＡＤデータの有する領域６０１とＳＥＭ画像のパターンが有する領域６０２が異なる場合に、ＣＡＤデータに対応するパターンの位置を自動的に検出することで、検査対象レイヤーのパターン抽出を正確に行うものである。尚、図６（ｇ）黒い丸はＳＥＭ画像の中心位置６０３を示し、黒い三角はＣＡＤデータの中心位置６０４を示している。

以下、本発明のパターン検査装置を説明する。

位置検出手段２０２とパターンレイヤー生成手段２０３以外は、実施例１に示した通りであるので、位置検出手段２０２とパターンレイヤー生成手段２０３のみを説明する。位置検出手段２０２は、ＣＡＤレイヤー生成手段１０７からのＣＡＤレイヤーデータ１１１と、パターン抽出部１０８からのパターンデータ１１２から、ＣＡＤレイヤーデータ１１１とパターンデータ１１２の照合位置２０４を自動で検出するものである。具体的には、ＣＡＤレイヤーデータ１１１とパターンデータ１１２間でパターンマッチング処理を行い、そのマッチング位置を照合位置２０４として出力するというものである。簡易な手法は、図１９に示すように、ＣＡＤレイヤーデータ１１１を構成するＣＡＤ直線をビットマップデータ化したＣＡＤデータ画像１９０２と、パターンデータ１１２を構成するパターン直線をビットマップデータ化したＳＥＭ画像１９０１を利用し、ＣＡＤデータ画像１９０２の中から、ＳＥＭ画像１９０１と照合する中心位置１９０３を、画像を構成する画素の濃度分布の類似性から検出するようなパターンマッチング法を適用することで実現できる。この図１９の例ではＣＡＤ画像１９０２の中から、ＳＥＭ画像１９０１のうち下位のレイヤーの配線位置を基準として中心位置１９０３を判定したことを示しており、上位のレイヤーの配線についてその位置がＣＡＤ画像１９０２とＳＥＭ画像１９０１との間で異なっている。なお、直線の始点と終点からビットマップデータを生成する方法として従来からの一般的な手法を用いることが可能である。

また、パターンマッチング法についても従来からの様々の一般的な手法を用いることが可能である。そして、一般化ハフ変換等のベクトル情報を利用した線図形のテンプレートマッチング手法は、照合させる像間の形状が多少変動していても、良好にマッチングを行うことが可能であり、また、ＣＡＤレイヤー生成手段１０７および、パターン抽出手段１０８で生成されたベクトルデータをベクトル情報として利用することが可能であることから、本発明のパターン検査においては有効な照合位置２０４の検出手段といえる。一般化ハフ変換についてはBallad,D.H:Generalizing the Hough Transform to Defect Arbitrary Shapes,Pattern Recognition，１３，２，pp.１１１−１２２（１９８１）に詳細が述べられている。このように位置検出手段２０２に適用可能なパターンマッチング手法は古くから多く提案されており、適用するパターンマッチング手法としては種々の手段が適用可能である。

パターンレイヤー生成手段２０３は基本的には実施例１で説明したパターンレイヤー生成手段１０９と同様の処理を行うが、ＣＡＤ直線とパターン直線の距離を求める際に、位置検出手段２０２により得られたＣＡＤデータにおけるＳＥＭ画像の位置情報もしくは、ＳＥＭ画像におけるＣＡＤデータの位置情報を利用する。図６（ｇ）に示すように、位置検出手段２０２により検出した照合位置２０４が、ＣＡＤレイヤーデータ１１１の中心位置からパターンデータ１１２の中心位置までの距離（ｌｘ，ｌｙ）を示す場合、式２を用いてＣＡＤレイヤーデータ１１１の全ての座標値（ｃａｄ＿ｘ(ｎ)，ｃａｄ＿ｙ(ｎ)）をパターンデータ１１２の座標上の値（ｃａｄ＿ｘ′(ｎ)，ｃａｄ＿ｙ′(ｎ)）に変換してから、ＣＡＤ直線とパターン直線間の距離を求めることで、照合位置２０４を考慮した直線間の距離計測が可能となる。

ｃａｄ＿ｘ′(ｎ)＝ｃａｄ＿ｘ(ｎ)−ｌｘ； …式２
ｃａｄ＿ｙ′(ｎ)＝ｃａｄ＿ｙ(ｎ)−ｌｙ；
図２０は実施例２の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに基づくソフトウェアを図５に示した電子計算機５００のデータ演算手段５０３のメモリに格納しておき、本発明のパターン検査を行う際に、ＣＰＵが読み出して実行することにより、本発明のパターン検査を行うことが可能である。

本ソフトウェアの実行後、図１７に示したようなパターン検査を行うための各種パラメータを入力するための画面を信号出力インターフェースに表示する２００１。入力されたパラメータを読み出して、メモリに保存する２００２。指定された複数レイヤーのＣＡＤデータをメモリから読み出して、ＣＡＤレイヤーデータ１１１を生成する２００３。同じく指定されたＳＥＭ画像をメモリから読み出して、パターンを抽出し、パターンデータ１１２を生成する２００４。ＣＡＤレイヤーデータ１１１とパターンデータ１１２のパターンマッチングを行い、ＣＡＤレイヤーデータ１１１に対するパターンデータ１１２の照合位置、もしくはパターンデータ１１２に対するＣＡＤレイヤーデータ１１１の照合位置２０４を検出する２００５。パターンデータ１１２を構成する全てのパターン直線について、照合位置２０４の情報を利用して座標変換を行いながら、対応するＣＡＤレイヤーデータ１１１内のＣＡＤ直線を検出し、そのＣＡＤ直線の属するレイヤー情報をパターン直線に付加したパターンレイヤーデータ１１３を生成する２００６。信号入力インターフェースより指定されたデータの出力形式に基づき、パターンレイヤーデータ１１３の加工を行って２００７、メモリもしくは信号出力インターフェース１０３に出力する。

なお、照合位置２０４が既知の場合は、信号入力インターフェース１０１から評価パラメータ１０４としてパターンレイヤー生成手段２０３に入力することにより、本発明のパターン検査結果と同様の結果を得ることができる。

以上より、本発明のパターン検査装置は、ＣＡＤデータの有する領域とＳＥＭ画像のパターンが有する領域が異なる場合に、ＣＡＤデータに対応するパターンの位置を自動的に検出することで、ＣＡＤ直線とパターン直線の対応付けを正確に行い、検査対象レイヤーのパターン抽出を行うものである。

以下、本発明の他の実施例を説明する。

図３は、実施例３の形態を示す構成図である。

本実施例では、実施例１，２で示したパターン検査装置に検査対象レイヤーのパターンとＣＡＤデータを利用してパターン上の検査位置を特定するための位置検出を行うレイヤー位置検出手段３０１と、位置検出結果より、パターン上の検査位置を特定し、パターンの計測検査を行うパターン計測手段３０３を追加することにより、検査対象のレイヤーのみのパターンを利用した計測位置の検出と、パターンの計測を可能とするパターン検査装置について説明する。

レイヤー位置検出手段３０１は、図２３（ａ）に示すようなパターンデータを示すＳＥＭ画像２３００の中から、検査対象とするパターンの位置を検出するものである。具体的には、ＣＡＤデータ２３０１内における測長を行う検査ポイント２３０２を予め決定しておき、実施例２で説明したようなパターンマッチング手法を利用してＣＡＤデータ２３０１におけるパターンデータを示すＳＥＭ画像２３００の照合位置２３０８を検出する。この照合位置２３０８はＣＡＤ座標上におけるＳＥＭ画像の中心位置を示すものである。ＣＡＤデータ２３０１の検査ポイント２３０２に対応するＳＥＭ画像のパターンの計測位置２３０３となる。なお、ＣＡＤデータにおける検査ポイントの位置情報は、評価パラメータ１０４としてデータ演算部３００に入力する。

しかしながら、従来の技術でも説明したように、半導体デバイスに形成されるパターンの形状は、ＣＡＤデータの形状に対して、膨張や収縮等の変形や、上位レイヤーと下位レイヤー間のずれなどが発生している場合が多く、例えば、上位レイヤーのパターンを検査するために位置検出を行っても、下位レイヤーのパターンの変形やレイヤー間の微小なずれが原因で、上位レイヤー中の計測位置が正確に検出できない場合がある。図２３（ｃ）は、下位レイヤーのパターンの影響を受けて位置検出が正確にできなかったため、パターンの計測位置２３０３の検出が失敗している例を示している。

このため、実施例１，２で説明したＣＡＤレイヤーデータ１１１とパターンレイヤーデータ１１３を利用することで、検査対象レイヤーのパターンと、検査対象レイヤーのＣＡＤデータ間で位置検出を行うことが可能となり、検査対象レイヤー以外のＣＡＤデータや、パターンの影響を受けずに、良好な位置検出が可能となる。

具体的には、パターンレイヤーデータ１１３の生成を行った後、図２３（ｄ）に示すような検査対象レイヤーのＣＡＤデータをＣＡＤレイヤーデータ１１１より抽出し、同じく図２３（ｅ）に示すような検査対象レイヤーのパターンをパターンレイヤーデータ１１３より抽出する。抽出したＣＡＤデータとパターンを利用して実施例２で述べたようなパターンマッチング処理を行い、図２３（ｈ）に示すようなＣＡＤデータにおけるパターンの照合位置２３０５を求める。この照合位置２３０５はＣＡＤ座標２３０１上におけるＳＥＭ画像の中心位置を示すものである。なお、検査対象レイヤーは、ＣＡＤデータ２３０１における検査ポイントのパターンが存在するレイヤーである。

パターン計測手段３０３は、検査対象レイヤーの検査ポイント２３０２から、パターン計測検査位置を検出し、パターン間の幅等の計測を行うものである。具体的には、図２３（ｈ）に示すような検査対象レイヤーのＣＡＤデータとパターンデータの照合位置２３０５からＣＡＤデータ上の検査ポイントに相当するパターンの測長を行うパターンの計測位置２３０４を検出し、パターンの輝度プロファイル２３０９等を利用して、測長を行う計測検査位置２３０４におけるプロファイルの頂点間の距離を求めることでパターン間の幅２３１０の計測，測長を行うものである。

図２１は実施例３の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに基づくソフトウェアプログラムを図５に示した電子計算機５００のデータ演算手段５０３のメモリに格納しておき、本発明のパターン検査を行う際に、ＣＰＵが読み出して実行することにより、本発明のパターン検査を行うことが可能である。

本ソフトウェアプログラムの起動後、図１７に示したようなパターン検査を行うための各種パラメータを入力するための画面を信号出力インターフェースに表示する２１０１。入力されたパラメータを読み出して、メモリに保存する２１０２。指定された複数レイヤーのＣＡＤデータをメモリから読み出して、ＣＡＤレイヤーデータ１１１を生成する２１０３。同じく指定されたＳＥＭ画像をメモリから読み出して、パターンを抽出し、パターンデータ１１２を生成する２１０４。ＣＡＤレイヤーデータ１１１とパターンデータ１１２のパターンマッチングを行い、ＣＡＤレイヤーデータ１１１に対するパターンデータ１１２の位置、もしくはパターンデータ１１２に対するＣＡＤレイヤーデータ１１１の位置を検出する２１０５。パターンデータ１１２を構成する全てのパターン直線について、対応するＣＡＤレイヤーデータ１１１内のＣＡＤ直線を検出し、そのＣＡＤ直線の属するレイヤー情報をパターン直線に付加したパターンレイヤーデータ１１３を生成する２１０６。信号入力インターフェースより入力された検査対象レイヤーの情報に基づき、そのレイヤーのパターンデータ１１２とＣＡＤデータのパターンマッチングを行い、ＣＡＤデータに対するパターンデータ１１２の位置、もしくはパターンデータ１１２に対するＣＡＤレイヤーデータ１１１の位置を検出し２１０７、設定したＣＡＤデータの検査ポイントに対応するパターンの計測位置の検出をおこなってパターンを計測し２１０８、その計測結果に基づく出力データを生成して２１０９、出力データを信号出力インターフェースに出力する２１０９。

また、以上の手順は検査対象レイヤーを一つとした例だが、検査対象レイヤーを複数設定することも可能である。この場合、評価パラメータ１０４として検査対象レイヤーを複数設定し、検査対象レイヤーの位置検出２１０７とパターンの計測２１０８を検査対象レイヤー分繰り返すことにより用意に実現できる。

以上より、本発明のパターン検査装置は、検査対象レイヤー以外のパターンによる影響を受けることなく、検査対象レイヤーのみのＣＡＤデータとパターンを利用した正確な計測検査位置の検出と、パターン計測を行うものであり、また、レイヤー毎に独立したパターン計測を行うものである。

以下、本発明の他の実施例を説明する。

図４は、実施例４の形態を示す構成図である。

本実施例では、実施例１，２で示したパターン検査装置に実施例３で示したレイヤー位置検出手段３０１と、レイヤー位置検出手段３０１による各レイヤー位置の差分を求め、その値をレイヤー間のずれ量として出力するレイヤーずれ検出手段４０１を追加することにより、レイヤー間のパターンずれによる導通不良などの欠陥を検出するものである。具体的には、検査対象レイヤーとその上位もしくは下位に存在するレイヤーそれぞれについてＣＡＤデータと、パターンデータ１１２の位置検出をレイヤー位置検出手段３０１にて行い、その位置の差分を求め、差分値を、レイヤー間ずれ量４０２として出力するものである。例えば、図２３（ｄ）に示すパターンと、そのパターンのレイヤーに対応した図２３（ｅ）に示すＣＡＤデータ間でパターンマッチングを行い、ＣＡＤデータにおける上位レイヤーの照合位置２３０５をレイヤー位置検出手段３０１にて検出する。同様に、図２３（ｆ）に示すパターンと、そのパターンのレイヤーに対応した図２３（ｇ）に示すＣＡＤデータ間でパターンマッチングを行い、ＣＡＤデータにおける下位レイヤーの照合位置２３０６をレイヤー位置検出手段３０１にて検出する。そして、図２３（ｊ）に示すように、この２つのレイヤー位置２３０５，２３０６の差分２３０７が上位レイヤーと下位レイヤー間のずれ量になる。

図２２は実施例４の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに基づくソフトウェアプログラムを図５に示した電子計算機５００のデータ演算手段５０３のメモリに格納しておき、本発明のパターン検査を行う際に、ＣＰＵが読み出して実行することにより、本発明のパターン検査を行うことが可能である。

本ソフトウェアプログラムの実行後、図１７に示したようなパターン検査を行うための各種パラメータを入力するための画面を信号出力インターフェースに表示する２２０１。入力されたパラメータを読み出して、メモリに格納する２２０２。指定された複数レイヤーのＣＡＤデータをメモリから読み出して、ＣＡＤレイヤーデータ１１１を生成する２２０３。同じく指定されたＳＥＭ画像をメモリから読み出して、パターンを抽出し、パターンデータ１１２を生成する２２０４。ＣＡＤレイヤーデータ１１１とパターンデータ１１２のパターンマッチングを行い、ＣＡＤレイヤーデータ１１１に対するパターンデータ１１２の照合位置２０４、もしくはパターンデータ１１２に対するＣＡＤレイヤーデータ１１１の照合位置２０４を検出する２２０５。パターンデータ１１２を構成する全てのパターン直線について、対応するＣＡＤレイヤーデータ１１１内のＣＡＤ直線を検出し、そのＣＡＤ直線の属するレイヤー情報をパターン直線に付加したパターンレイヤーデータ１１３を生成する２２０６。信号入力インターフェースより入力された検査対象レイヤーとその上位もしくは下位にあるレイヤーの情報に基づき、レイヤー毎にパターンデータ１１２とＣＡＤデータのパターンマッチングを行い、ＣＡＤデータに対するパターンデータ１１２の照合位置３０２、もしくはパターンデータ１１２に対するＣＡＤレイヤーデータ１１１の照合位置３０２を検出する２２０７。検査対象レイヤーの位置情報と、レイヤー間ズレ量を検出するレイヤーの位置情報の差分を取り２２０８、その差分値に基づく出力データを生成し２２０９、出力データを信号出力インターフェース１０３に出力する２２０９。

以上のような構成により、本発明のパターン検査装置は、レイヤー毎にパターンの位置検出を行い、各レイヤーの位置情報の差分から、レイヤー間のずれ量を検出することを可
能としたものである。このレイヤー間のずれがある許容値を超えた場合に、プロセスの見直しを実施するといった使い方が可能である。

尚、図２３の各図の実施例は、図５の実施例と同様に電子計算機５００のデータ表示手段５０２に表示することが可能である。

また、以上の実施例の説明では、主にＳＥＭシステムを用いた例を説明したが、本発明が適用されるのはＳＥＭシステムだけには限定されず、例えば光学的等の手段でウェーハ上のパターン画像を撮影するシステムに対しても適用することが可能である。

以上説明したように、本発明のパターン検査装置、及び半導体検査システムによれば、例えばＳＥＭシステムに用いることが可能である。これにより、例えばＳＥＭ画像に複数レイヤーのパターンが含まれている場合に、このパターンに対応するレイヤー毎の複数のＣＡＤデータを利用して、検査対象とするレイヤーに属するパターンの測定を実現出来る。

また、各レイヤーのパターンデータとＣＡＤデータを利用することにより、レイヤー毎に異なるパターン検査や、レイヤー間のパターンの位置ずれ状態の検出を実現出来る。

１０１…信号入力インターフェース、１０２，２０１，３００，４００…データ演算部、１０３…信号出力インターフェース、１０４…評価パラメータ、１０５，２３０１…ＣＡＤデータ、１０６，１９０１，２３００…ＳＥＭ画像、１０７…ＣＡＤレイヤーデータ生成手段、１０８…パターン抽出手段、１０９，２０３…パターンレイヤー生成手段、１１０…出力データ生成部、１１１，１４０１…ＣＡＤレイヤーデータ、１１２…パターンデータ、１１３…パターンレイヤーデータ、１１４…出力データ、２０２…位置検出手段、２０４，３０２，１９０３，２３０８…照合位置、３０１…レイヤーの位置検出手段、３０３…パターン計測手段、３０４…パターン計測結果、４０１…レイヤーずれ量検出手段、４０２…レイヤー間のずれ量、５００…電子計算機、５０１…ＳＥＭ、５０２…データ表示手段、５０３…データ演算手段、５０４…データ入力手段、５０６…ネットワーク、５１０…半導体検査システム、６０１…ＣＡＤデータの領域、６０２…ＳＥＭ画像の領域、６０３…ＳＥＭ画像の中心位置、６０４…ＣＡＤデータの中心位置、７０１…下位レイヤーと上位レイヤーが重なり合う領域、７０２…残し部、７０３…抜き部、８０１…平滑化画像、８０２…エッジ画像、８０３…２値化画像、８０４…パターン画像、８０５…パターンの存在する画素位置、８１０…平滑化フィルタ手段、８１１…エッジ抽出手段、８１２…２値化処理手段、８１３…中心線の検出手段、８１４…ベクトル化手段、１００１…閾値、１１０２…テンプレート画像、１１０２…パターン、１１０３…背景、１１０４…中心位置、１２０１…パターンの始点、１２０２…パターンの終点、１２０３…始点と終点を結ぶ直線、１２０４…始点と終点の間の存在するパターンの画素、１２０５…１２０４と１２０３の距離、１４０２…ＣＡＤテーブルデータ、１７０１…上位レイヤーのパターン、１７０２…下位レイヤーのパターン、１９０２…ＣＡＤデータ画像、２３０２…検査ポイント、２３０３，２３０４…パターンの計測位置、２３０５…上位レイヤーの照合位置、２３０６…下位レイヤーの照合位置、２３０７…差分、２３０９…パターンの輝度プロファイル、２３１０…パターン間の幅。

Claims (15)

1. 半導体デバイスを撮影した画像データから半導体デバイスのパターンデータを抽出するパターンデータ抽出手段と、
   前記半導体デバイスの設計データに基づいて得られる特定層の図形データと、前記抽出されたパターンデータとの対応を検出し、当該検出に基づいて、前記抽出されたパターンデータの中から前記特定層に属するパターンデータを抽出し、当該抽出されたパターンデータに、前記設計データのレイヤーデータを付加、或いは当該抽出されたパターンのレイヤーを識別するデータを生成するパターンレイヤーデータ生成手段を備えたことを特徴とするパターンレイヤーデータ生成装置。
2. 請求項１において、
   前記レイヤー情報が付加された前記特定層のパターンデータを用いて、当該特定層のパターンの測定を実行するパターン計測手段を備えたことを特徴とするパターンレイヤーデータ生成装置。
3. 請求項２において、
   前記パターン計測手段は、前記図形データ上に設定された測定位置データに基づいて、前記抽出されたパターンデータの測定を行うことを特徴とするパターンレイヤーデータ生成装置。
4. 請求項１において、
   前記パターンレイヤーデータ生成手段は、前記抽出されたパターンデータの各層に、前記設計データのレイヤーデータを付加することを特徴とするパターンレイヤーデータ生成装置。
5. 請求項４において、
   前記レイヤー情報が付加された前記各層のパターンデータの内、前記特定層のパターンデータを用いて、測定を実行するパターン計測手段を備えたことを特徴とするパターンレイヤーデータ生成装置。
6. 電子ビームを半導体デバイスに照射し、該半導体デバイスからの二次電子を検出することで画像データを作成する走査電子顕微鏡と、
   該画像データから半導体デバイスのパターンデータを抽出するパターンデータ抽出手段と、
   前記半導体デバイスの設計データに基づいて得られる特定層の図形データと、前記抽出されたパターンデータとの対応を検出し、当該検出に基づいて、前記抽出されたパターンデータの中から前記特定層に属するパターンデータを抽出し、当該抽出されたパターンデータに、前記設計データのレイヤーデータを付加、或いは当該抽出されたパターンのレイヤーを識別するデータを生成するパターンレイヤーデータ生成手段を備えたことを特徴とするパターンレイヤーデータ生成システム。
7. 請求項６において、
   前記レイヤー情報が付加された前記特定層のパターンデータを用いて、当該特定層のパターンの測定を実行するパターン計測手段を備えたことを特徴とするパターンレイヤーデータ生成システム。
8. 請求項７において、
   前記パターン計測手段は、前記図形データ上に設定された測定位置データに基づいて、前記抽出されたパターンデータの測定を行うことを特徴とするパターンレイヤーデータ生成システム。
9. 請求項６において、
   前記パターンレイヤーデータ生成手段は、前記抽出されたパターンデータの各層に、前記設計データのレイヤーデータを付加することを特徴とするパターンレイヤーデータ生成システム。
10. 請求項９において、
    前記レイヤー情報が付加された前記各層のパターンデータの内、前記特定層のパターンデータを用いて、測定を実行するパターン計測手段を備えたことを特徴とするパターンレイヤーデータ生成システム。
11. 電子ビームを試料上に走査することによって得られる電子に基づいて、画像を形成する走査電子顕微鏡に接続されるコンピュータに、前記画像からパターンデータを抽出させるコンピュータプログラムにおいて、
    当該プログラムは、前記コンピュータに、前記半導体デバイスの設計データに基づいて得られる特定層の図形データと、前記抽出されたパターンデータとの対応を検出させ、当該検出に基づいて、前記抽出されたパターンデータの中から前記特定層に属するパターンデータを抽出させ、当該抽出されたパターンデータに、前記設計データのレイヤーデータを付加、或いは当該抽出されたパターンのレイヤーを識別するデータを生成させることを特徴とするコンピュータプログラム。
12. 請求項１１において、
    前記プログラムは、前記コンピュータに、前記レイヤー情報が付加された前記特定層のパターンデータを用いて、当該特定層のパターンを測定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
13. 請求項１２において、
    前記プログラムは、前記コンピュータに、前記図形データ上に設定された測定位置データに基づいて、前記抽出されたパターンデータを測定させることを特徴とするコンピュータプログラム。
14. 請求項１１において、
    前記プログラムは、前記コンピュータに、前記抽出されたパターンデータの各層に、前記設計データのレイヤーデータを付加させることを特徴とするコンピュータプログラム。
15. 請求項１４において、
    前記プログラムは、前記コンピュータに、前記レイヤー情報が付加された前記各層のパターンデータの内、前記特定層のパターンデータを用いて、測定を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

Images