JP4981410B2 - 走査型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡を用いたパターンの複合検査方法、および走査型電子顕微鏡の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡を用いたパターンの複合検査方法、および走査型電子顕微鏡の制御装置に関する。

近年、半導体素子等の高集積化及び微細化に伴い、半導体素子等のラインパターンの線幅と、ホールパターンのホール径は、１００ｎｍ以下になり、それらの測長にはもっぱら走査型電子顕微鏡が用いられている。一方、ラインパターン等の欠陥検査は、ウェーハ全面を短時間で測る必要から、まずは欠陥の有無のみがわかればよく、正確な欠陥の大きさを計測することは要求されないので、欠陥検査には、必ずしも、走査型電子顕微鏡は用いられておらず、主に、光学顕微鏡が用いられている。なお、欠陥検査としては、光学顕微鏡に限らず、走査型電子顕微鏡にも適用可能な汎用的な方法として、比較検査法と検査を停止させる領域を設ける方法とが提案されている（例えば、特許文献１−３参照）。
特公平７−３７８９２号公報 特開平５−４６７３４号公報 特開２０００−１８３１２２号公報

今後、さらなる半導体素子等の高集積化及び微細化が進めば、欠陥検査にも走査型電子顕微鏡が用いられると考えられる。このとき、測長で欠陥検査も兼ねることはできないと考えられる。たとえば、ラインパターンの周辺などに、前工程での微細な異物が付着したり、ラインパターンが部分的に欠落した欠陥が生成したりしている場合、これらの異物・欠陥は、測長結果に反映されない場合があるからである。しかしながらこれらの異物・欠陥は、半導体素子等の性能に大きく影響する。したがって、走査型電子顕微鏡により、独自に欠陥検査をする必要が生じると考えられる。

しかし、単独で、例えばウェーハ全体の欠陥検査をすると膨大な時間がかかり、実質的に実施が困難であると予想される。一方、測長はすでに走査型電子顕微鏡で行っているので、一台の走査型電子顕微鏡で、測長と欠陥検査が行えれば便利である。

そこで、本発明の課題は、一台で、測長と欠陥検査が可能な走査型電子顕微鏡、およびその制御装置を提供し、さらに、一台の走査型電子顕微鏡で測長と欠陥検査が可能である走査型電子顕微鏡を用いたパターンの複合検査方法を提供することにある。

前記課題を解決した本発明は、参照パターンを写した参照画像を記憶する参照画像記憶部と、前記参照画像に基づいて、前記参照パターンとパターンマッチングする検査パターンが写った検査画像を撮影する検査画像撮影部と、前記検査画像を用いて前記検査パターンの測長を行う測長部と、前記参照画像と前記検査画像とを比較して、前記検査パターンの内または外の欠陥検査を行う欠陥検査部と、前記参照パターンまたは前記検査パターンのエッジを抽出し、前記参照パターンまたは前記検査パターンの側壁が写されたホワイトバンドを含むように前記エッジを膨張させ、前記膨張させた領域を前記欠陥検査部が前記欠陥検査を行わない非検査領域とし、前記非検査領域を前記参照画像または前記検査画像に設定する非検査領域設置装置とを有する走査型電子顕微鏡であることを特徴とする。

また、本発明は、走査型電子顕微鏡により参照パターンを写した参照画像を記憶し、前記参照画像に基づいて、前記参照パターンとパターンマッチングする検査パターンが写った検査画像を前記走査型電子顕微鏡により撮影し、前記検査画像を用いて前記検査パターンの測長を行い、前記参照画像と前記検査画像とを比較して、前記検査パターンの内または外の欠陥検査を行い、前記参照パターンまたは前記検査パターンのエッジを抽出し、前記参照パターンまたは前記検査パターンの側壁が写されたホワイトバンドを含むように前記エッジを膨張させ、前記膨張させた領域を前記欠陥検査部が前記欠陥検査を行わない非検査領域とし、前記非検査領域を前記参照画像または前記検査画像に設定する走査型電子顕微鏡を用いたパターンの複合検査方法であることを特徴とする。
また、本発明は、走査型電子顕微鏡によって撮影される撮影画像との比較に供される参照画像を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された参照画像と、前記撮影画像とを比較し、欠陥を検出する欠陥検査部を備えた走査型電子顕微鏡の制御装置において、前記欠陥検査部は、前記参照画像または前記撮影画像上のエッジを抽出し、前記参照画像または前記撮影画像上のホワイトバンドを含むように前記エッジを膨張させた領域を非検査領域として設定すると共に、該非検査領域が設定された前記参照画像と前記撮影画像の比較に基づいて、前記欠陥を検出する走査型電子顕微鏡の制御装置であることを特徴とする。

本発明によれば、一台で、測長と欠陥検査が可能な走査型電子顕微鏡、およびその制御装置を提供でき、さらに、一台の走査型電子顕微鏡で測長と欠陥検査が可能である走査型電子顕微鏡を用いたパターンの複合検査方法を提供できる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る走査型電子顕微鏡１は、本体（鏡筒）２と、制御部３とを有している。本体２は、半導体素子等が複数形成されているウェーハをそのまま観察することができる。制御部３は、レシピ作成支援部４と、レシピ実行支援部８とを有している。レシピ作成支援部４は、走査型電子顕微鏡１のユーザが複合検査レシピを作成するのを支援する。レシピ実行支援部８は、ユーザが走査型電子顕微鏡１を用いて複合検査レシピを実行するのを支援する。複合検査レシピとは、測長と欠陥検査の複数の検査を実行する複合検査を行うための手順のことである。複合検査では、ウェーハを丸ごと本体２に入れて、ウェーハ内の複数の半導体素子から特定の半導体素子を選んで、さらに、選んだ半導体素子の中から特定のパターンを選んで、そのパターンの幅等を測長し、そのパターンおよびそのパターンの周囲の欠陥検査を行う。この複合検査は、１台の走査型電子顕微鏡１を使って行われるので、ユーザは、この複合検査の一連の作業の流れを、複合検査レシピとして作成して、走査型電子顕微鏡１に記憶しておき、複合検査を実施する際には、複合検査レシピを走査型電子顕微鏡１から読み出して、走査型電子顕微鏡１を用いて複合検査レシピに沿った複合検査を実行することになる。そして、走査型電子顕微鏡１、特に、レシピ作成支援部４が、複雑な複合検査レシピの作成を支援することで、ユーザは、容易に複合検査レシピを作成できる。また、走査型電子顕微鏡１、特に、レシピ実行支援部８が、複雑な複合検査レシピの実行を支援することで、ユーザは、容易に複合検査レシピを実行できる。

レシピ作成支援部４は、アライメント設定支援部５と、アドレッシング設定支援部６と、メジャメント設定支援部７とを有している。複合検査では、検査を行う検査ウェーハを丸ごと本体２に入れて位置決めする。そこで、アライメント設定支援部５は、本体２にウェーハを位置決めするために、検査ウェーハと同一形状の参照用の参照ウェーハを用いて、本体上の２点に対応するウェーハ上の２点を記憶させるように支援する。具体的には、アライメント設定支援部５は、ユーザに参照ウェーハ上の２点の周辺の画像を表示し、ＧＵＩにより２点の指定を促す。そして、指定された２点の画像と位置座標を記憶する。

アドレッシング設定支援部６は、ユーザが参照ウェーハ内の複数の半導体素子から特定の半導体素子を選ぶのを支援する。具体的には、アドレッシング設定支援部６は、ユーザに参照ウェーハ内の半導体素子のマップを表示し、ＧＵＩにより検査する半導体素子の指定を促す。そして、指定された半導体素子の位置座標を記憶する。

メジャメント設定支援部７は、ユーザが半導体素子の中から特定のパターンを選ぶのを支援する。また、そのパターンの幅等を測長するための測長条件の設定の支援をする。さらに、そのパターンおよびそのパターンの周囲の欠陥検査を行うための欠陥検査条件の設定の支援をする。具体的には、メジャメント設定支援部７は、ユーザに半導体素子のＳＥＭ像を表示し、ＧＵＩにより特定のパターンを含んだ領域のＳＥＭ像の参照画像としての指定を促す。そして、指定された参照画像とそのパターンの位置座標を記憶する。メジャメント設定支援部７は、ユーザに参照画像を表示し、ＧＵＩにより特定のパターンの測長箇所等の測長条件の指定を促す。そして、指定された測長条件を参照画像に関係付けて記憶する。さらに、メジャメント設定支援部７は、ユーザに参照画像を表示し、ＧＵＩにより検査すべき検査領域や検査対象にすべき欠陥の大きさ等の欠陥検査条件の指定を促す。そして、指定された欠陥検査条件を参照画像に関係付けて記憶する。

レシピ実行支援部８は、アライメント実行支援部９と、アドレッシング実行支援部１０と、メジャメント実行支援部１１とを有している。レシピ実行支援部８では、実際に、検査ウェーハを検査することになる。

アライメント実行支援部９は、本体２に検査ウェーハを位置決めするために、アライメント設定支援部５に記憶された参照ウェーハ上の２点を読み出しユーザに表示し、パターンマッチングによる位置合わせを行い、参照ウェーハ上の２点に対応する検査ウェーハ上の２点をユーザに表示し、ユーザに位置合わせの合否の判定を促す。ユーザにより不合格の入力がなされると、合格の判定が得られるまで、繰り返しパターンマッチングを行う。合格判定の入力により、アライメントの実行を終了する。

アドレッシング実行支援部１０は、アドレッシング設定支援部６によって記憶された半導体素子の位置座標を読み出し、その半導体素子のＳＥＭ像が得られるように、本体２内で検査ウェーハを移動させる。

メジャメント実行支援部１１は、メジャメント設定支援部７によって記憶された参照画像とパターンの位置座標を読み出し、対応するパターンを含んだＳＥＭ像を検査画像としてユーザに表示する。メジャメント実行支援部１１は、メジャメント設定支援部７によって記憶された測長条件を読み出し、検査画像に写った検査パターンを測長し、測長結果を記憶する。測長結果をユーザに表示し、ユーザに測長の成立不成立の判定を促す。ユーザにより不成立の入力がなされると、成立の判定が得られるまで、測長を行う。成立判定の入力により、測長の実行を終了する。メジャメント実行支援部１１は、メジャメント設定支援部７によって記憶された参照画像と欠陥検査条件を読み出し、欠陥検査条件に基づいて、参照画像と検査画像を比較し差分を欠陥とする欠陥検査をし、欠陥検査結果を記憶する。欠陥検査結果をユーザに表示し、ユーザに欠陥検査の成立不成立の判定を促す。ユーザにより不成立の入力がなされると、成立の判定が得られるまで、欠陥検査を行う。成立判定の入力により、欠陥検査の実行を終了する。

図２に示すように、本発明の実施形態に係る走査型電子顕微鏡を用いたパターンの複合検査方法は、まず、ステップＳ１で、レシピ作成支援部４が、走査型電子顕微鏡１のユーザが前記複合検査レシピを作成するのを支援する。次に、ステップＳ２で、レシピ実行支援部８が、ユーザが走査型電子顕微鏡１を用いて前記複合検査レシピを実行するのを支援する。

図３に示すように、図２のステップＳ１の複合検査レシピの作成支援では、まず、ステップＳ１１で、アライメント設定支援部５が、上述のアライメントの設定支援を行う。次に、ステップＳ１２で、アドレッシング設定支援部６が、上述のアドレッシングの設定支援を行う。最後に、ステップＳ１３で、メジャメント設定支援部７が、上述のメジャメントの設定支援を行う。

図４に示すように、図２のステップＳ２の複合検査レシピの実行支援では、まず、ステップＳ２１で、アライメント実行支援部９が、上述のアライメントの実行支援を行う。次に、ステップＳ２２で、アドレッシング実行支援部１０が、上述のアドレッシングの実行支援を行う。最後に、ステップＳ２３で、メジャメント実行支援部１１が、上述のメジャメントの実行支援を行う。

図５に示すように、図１のメジャメント設定支援部７は、参照画像撮影支援部１４と、参照画像記憶部１５と、測長条件設定支援部１６、非検査領域生成支援部１７と、欠陥検査条件設定支援部１８と、判定値設定支援部１９とを有している。

図６に示すように、図３のステップＳ１３のメジャメントの設定支援では、まず、ステップＳ３１で、参照画像撮影支援部１４が、参照画像のユーザによる撮影を支援する。なお、参照画像はＳＥＭ像に限らず、半導体素子に設計データに基づいたデザイン画像やＣＧ画像であってもよく、この場合は、撮影する必要はなく設計データをダウンロードすればよい。また、参照画像としては、含まれる参照パターンの形状が正常で、欠陥の写っていないＳＥＭ像を用いる。

次に、ステップＳ３２で、参照画像記憶部１５が、参照画像を記憶する。ステップＳ３３で、参照画像記憶部１５が、参照画像に写った参照パターンの位置情報を、参照画像に関係付けて記憶する。

ステップＳ３４で、測長条件設定支援部１６が、測長条件の設定の支援をし、具体的には、ユーザに参照画像を表示し、ＧＵＩにより参照パターンの測長箇所等の測長条件の指定を促す。そして、指定された測長条件を参照画像に関係付けて記憶する。

ステップＳ３５で、非検査領域生成支援部１７が、欠陥の検査領域と非検査領域の生成の支援をする。具体的には、非検査領域生成支援部１７は、ユーザに参照画像を表示し、ＧＵＩにより検査すべき検査領域や検査を省略する非検査領域を参照画像上に生成するように促す。あるいは、非検査領域生成支援部１７は、ユーザによらず、参照画像上に検査領域と非検査領域を自動生成し、生成した検査領域と非検査領域を参照画像に関係付けて記憶する。なお、参照画像上において、検査領域でない領域は非検査領域であり、非検査領域でない領域は検査領域になっているので、検査領域と非検査領域のどちらか一方の領域が設定されると、他方もおのずと設定される。したがって、検査領域の生成は、実質的に、非検査領域の生成と同一の意味になる。検査領域の設定は、実質的に、非検査領域の設定と同一の意味になる。このステップＳ３５については、後で、詳述する。

ステップＳ３６で、欠陥検査条件設定支援部１８が、欠陥検査条件の設定の支援をする。具体的には、欠陥検査条件設定支援部１８は、ユーザに検査対象にすべき欠陥の大きさ等の欠陥検査条件のＧＵＩやキーボード操作部による指定を促す。そして、指定された欠陥検査条件を参照画像に関係付けて記憶する。

ステップＳ３７で、判定値設定支援部１９が、パターン形成度数の係数と判定値の設定の支援をする。判定値設定支援部１９は、ユーザにＧＵＩやキーボード操作部によりパターン形成度数の係数と判定値の指定を促す。そして、指定されたパターン形成度数の係数と判定値を参照画像に関係付けて記憶する。このステップＳ３７については、後で、詳述する。

図７に示すように、図１のメジャメント実行支援部１１は、参照画像読み出し部２１と、検査画像撮影部２２と、検査画像記憶部２３と、測長部２４と、測長結果記憶部２５と、非検査領域設置部２６と、欠陥検査部２７と、欠陥検査結果記憶部２８と、判定部２９とを有している。

図８に示すように、図４のステップＳ２３のメジャメントの実行支援では、まず、ステップＳ４１で、参照画像読み出し部２１が、参照画像記憶部１５によって記憶された参照画像と参照パターンの位置座標を読み出す。

ステップＳ４２で、検査画像撮影部２２が、参照画像にパターンマッチング（位置合わせ）するＳＥＭ像を検査画像としてユーザに表示する。あるいは、参照画像に写る参照パターンにパターンマッチングする検査パターンを含むＳＥＭ像を検査画像としてユーザに表示する。ユーザに検査画像の適性不適正の判定を促す。ユーザにより不適正の入力がなされると、適正の判定が得られるまで、パターンマッチングを行う。適正判定の入力により、検査画像は確定し、検査画像を撮影する。

ステップＳ４３で、検査画像記憶部２３が、撮影した検査画像を記憶する。

ステップＳ４４で、測長部２４が、測長条件設定支援部１６によって記憶された測長条件を読み出し、測長条件にある測長箇所等に沿って検査画像に写った検査パターンを測長する。測長結果記憶部２５は、測長結果を検査画像に関係付けて記憶する。測長部２４は、測長結果をユーザに表示し、ユーザに測長の成立不成立の判定を促す。ユーザにより不成立の入力がなされると、成立の判定が得られるまで、測長を行う。成立判定の入力により、ステップＳ４４を終了する。

ステップＳ４５で、非検査領域設置部２６が、非検査領域と検査領域の設置またはその設置の支援をする。このステップＳ４５については、後で、詳述する。

ステップＳ４６で、欠陥検査部２７が、検査画像に対して、検査領域内の欠陥検査を行う。欠陥検査部２７は、欠陥検査条件設定支援部１８によって記憶された欠陥検査条件を読み出し、欠陥検査条件に基づいて、参照画像と検査画像を比較し差分を欠陥とする欠陥検査をする。欠陥検査結果記憶部２８は、欠陥検査結果を検査画像に関係付けて記憶する。欠陥検査としては、欠陥の有無と、欠陥のサイズを計測する。欠陥検査部２７は、欠陥検査結果をユーザに表示し、ユーザに欠陥検査の成立不成立の判定を促す。ユーザにより不成立の入力がなされると、成立の判定が得られるまで、欠陥検査を行う。成立判定の入力により、このステップＳ４６を終了する。

ステップＳ４７で、判定部２９が、測長結果と欠陥検査結果とに基づいて、検査パターンの形成状況の判定を行う。判定値設定支援部１９で記憶したパターン形成度数の係数と判定値を読み出し、パターン形成度数を算出し、パターン形成度数と判定値との大小関係を判定する。判定結果は、検査画像に関係付けて記憶する。このステップＳ４７については、後で、詳述する。

図９に示すように、図５の非検査領域生成支援部１７は、読み出し部３１と、表示部３２と、定型形状配置部３３と、ＧＵＩ３４と、キーボード操作部３５と、属性設定支援部３６と、定型形状記憶部３７と、デザイン画像生成部３８と、エッジ抽出部（２値化処理部）３９と、許容値設定支援部４０と、膨張（縮小）幅設定部４１と、膨張（縮小）部４２と、検査領域記憶部４３と、エッジ記憶部４４とを有している。

図１０に示すように、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援では、まず、ステップＳ５１で、読み出し部３１が、参照画像記憶部１５によって記憶された参照画像を読み出す。

ステップＳ５２で、表示部３２が、図１１に示すように、表示画像５１に参照画像５２を表示する。ユーザは、参照画像５２から複数のホールパターン７１が四角形に配置されていることがわかる。ユーザは、ホールパターン７１の配置されている領域に検査領域を設置し、ホールパターン７１の配置されていない領域に非検査領域を配置したいと考えているとする。

ステップＳ５３で、定型形状配置部３３が、ＧＵＩにより、参照画像５２内に定型形状を複数個配置する支援をする。表示画像５１にはツールバー５３が表示されており、ツールバー５３には、円形の定型形状指定領域５４と、四角形の定型形状指定領域５５と、三角形の定型形状指定領域５６と、定型形状に検査領域の属性を付加できる属性指定領域５７と、定型形状に非検査領域の属性を付加できる属性指定領域５８とを有している。ユーザが、円形の定型形状指定領域５４をＧＵＩにより指定すると、ユーザがさらに、参照画像５２上で、円形の中心をＧＵＩにより指定し、ついで円形の外周をＧＵＩにより指定することにより、定型形状配置部３３は、参照画像５２上の任意の位置に任意の大きさの円形を配置する。四角形の定型形状指定領域５５については、ユーザが、ＧＵＩにより、四角形の定型形状指定領域５５を指定し、参照画像５２上で四角形の４角を指定することにより、定型形状配置部３３は、参照画像５２上の任意の位置に任意の形状の四角形を配置する。三角形の定型形状指定領域５６については、ユーザが、ＧＵＩにより、三角形の定型形状指定領域５６を指定し、参照画像５２上で三角形の３角を指定することにより、定型形状配置部３３は、参照画像５２上の任意の位置に任意の形状の三角形を配置する。なお、ユーザによるデータ入力がＧＵＩにより行われているが、これに限らず、図９のキーボード操作部３５を用いて、数値入力により位置座標等のデータを入力してもよい。

ステップＳ５４で、属性設定支援部３６が、ＧＵＩにより、参照画像５２上に配置された定型形状に、検査領域か非検査領域かの属性を設定する支援をする。定型形状が参照画像５２上に配置された直後に、ユーザが、ＧＵＩにより、検査領域に関係する属性指定領域５７を指定すると、定型形状配置部３３は、直前に配置された定型形状に検査領域としての属性を付加し、検査領域の属性を付加された定型形状は検査領域として機能する。一方、ユーザが、ＧＵＩにより、非検査領域に関係する属性指定領域５８を指定すると、定型形状配置部３３は、直前に配置された定型形状に非検査領域としての属性を付加し、非検査領域の属性を付加された定型形状は非検査領域として機能する。

具体的に、図１１においては、参照画像５２上のホールパターン７１の群の内側に属性が非検査領域の四角形の定型形状７５が配置され非検査領域として機能している。参照画像５２上のホールパターン７１の群の外側に属性が検査領域の四角形の定型形状７４が配置され検査領域として機能している。参照画像５２上の定型形状７４の外側に属性が非検査領域の四角形の定型形状７３が配置され非検査領域として機能している。定型形状７３、７４、７５が重なっている場合は、重なっている領域のみ、最上層の定型形状の属性が優先的に適用される。

ステップＳ５５で、定型形状記憶部３７が、参照画像５２上に配置された定型形状の画像データまたは位置座標と属性を定型形状毎に記憶する。さらに、ステップＳ５６で、定型形状記憶部３７が、複数の定型形状を参照画像に関係付けて記憶する。以上で、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援が終了するので、ステップＳ３６に進むことになる。

図１２に示すように、図７の非検査領域設置部２６は、読み出し部４５と、領域設定部４６と、エッジ抽出部（２値化処理部）４７と、膨張（縮小）幅設定支援部４８と、膨張（縮小）部４９とを有している。

図１３に示すように、図８のメジャメントの実行支援では、まず、ステップＳ６１で、読み出し部４５が、検査画像を読み出す。ステップＳ６２で、読み出し部４５が、読み出された検査画像に基づいて、例えば、図１１の参照画像５２を読み出す。ステップＳ６３で、読み出し部４５が、読み出した参照画像５２に基づいて、検査領域と非検査領域として機能する定型形状７３、７４、７５を読み出す。ステップＳ６４で、領域設定部４６が、検査画像に読み出された検査領域と非検査領域を設定する。ステップＳ６５で、領域設定部４６が、参照画像５２に読み出された検査領域と非検査領域を設定する。なお、ステップＳ６４とステップＳ６５とは、必ずしも両方実行する必要はなく、どちらか一方を実行すればよい。以上で、図８のステップＳ４５の検査領域の設定が終了するので、ステップＳ４６に進むことになる。そして、最終的に走査型電子顕微鏡１を用いたパターンの複合検査方法を終了することができる。測長と欠陥検査を１台の走査型電子顕微鏡で行うことができている。

この走査型電子顕微鏡１を用いたパターンの複合検査方法の理解を容易にするために、以下に、そのポイントを記載する。

まず、図５の参照画像記憶部１５が、参照パターンを写した参照画像を記憶する。次に、図７の検査画像撮影部２２が、記憶された参照画像に基づいて、参照パターンとパターンマッチングする検査パターンが写った検査画像を撮影する。そして、測長部２４が、撮影した検査画像を用いて検査パターンの測長を行う。最後に、欠陥検査部２７が、記憶された参照画像と撮影された検査画像とを比較して、検査パターンの内または外の欠陥検査を行う。なお、測長と欠陥検査の順番が入れ替わってもよい。このことから、従来の測長にも参照画像と検査画像とは使われていたが、欠陥検査でも、従来の測長に使った参照画像と検査画像とを再度使用している。このことにより、一台の走査型電子顕微鏡で、測長と欠陥検査の両方を行うことを可能にしている。なお、欠陥検査に関しては、ウェーハ全体を漏れなく検査するのではなく、測長可能な検査画像に写る範囲に限定されることになり、おのずと欠陥検査に要する時間も短縮することになる。

また、この走査型電子顕微鏡１を用いたパターンの複合検査方法では、非検査領域設置装置が、欠陥検査部２７が欠陥検査を行わない非検査領域を、参照画像または検査画像に設置している。非検査領域設置装置は、図５の非検査領域生成支援部１７と、図７の非検査領域設置部２６とが合わさったものである。

ここで、走査型電子顕微鏡による欠陥検査においての、非検査領域の設置の重要性について説明する。

今後の測長においては、１００ｎｍからそれ以下の線幅で形成されるラインパターンを検査画面内に配置し、測長を行うことになると考えられる。検査画面の倍率は、100,000倍〜500,000倍程度の高倍率になることが予想される。このような高倍率で、参照画像と検査画像の差分により欠陥を検出すると、本来検出すべき欠陥あるいは異物以外に、参照パターンと検査パターン間での半導体素子の製造プロセスの変動によるパターンの形状の変動も検出してしまう。プロセス変動によるパターンの形状変動は、半導体素子の性能には特に影響しない範囲の形状変動であればマージンとして許容されるべきである。

プロセス変動によるパターンの形状変動は、検査パターンの製造プロセスの変動の影響により、参照パターンに対して正常範囲内で変形した検査パターンの変形分を抽出した領域として現れる。このため、欠陥検査で検出されることになる。

具体的には、図３１（ａ）と（ｂ）に示すように、半導体素子の製造プロセスで基板７８にラインパターン７６を形成するとする。パターン７６の側壁（エッジ）９２は急峻に形成されている。側壁９２からの２次電子は検出されにくいので、図３１（ａ）に示すＳＥＭ像である参照画像５２では、側壁９２に相当する領域は白くなり、いわゆるホワイトバンド７７になっている。

例えば、図３１（ｃ）と（ｄ）に示すように、このパターン７６にプロセス変動によるパターンの形状変動があると、側壁９２はなだらかになり、ホワイトバンド７７は太くなる。このようにパターン７６の形状変動があっても、半導体素子の性能には特に影響しない場合があり、この場合、このような形状変動を、欠陥検査において欠陥として検出する必要はない。

図３２（ａ）に示すように、半導体素子の製造プロセスで基板９１にホールパターン８９を形成するとする。ホールパターン８９でも、ＳＥＭ像である検査画像８８では、側壁に相当する領域は白いホワイトバンド９０になっている。例えば、図３２（ｂ）に示すように、このホールパターン８９にプロセス変動によるパターンの形状変動があると、ホールパターン８９の直径が小さくなり、ホワイトバンド９０の内径と外径が小さくなる。このようにホールパターン８９の形状変動があっても、半導体素子の性能には特に影響しない場合があり、この場合、このような形状変動を、欠陥検査において欠陥として検出する必要はない。

このプロセス変動に起因するパターン形状変動は、時として本来検出すべき欠陥よりも大きく現れる場合がある。欠陥検査の際には、検出すべき最小欠陥サイズを設定して検査を行っている。これは、ライン幅等の製造ルールに対して欠陥サイズが一定のサイズ以下になると、一般的に、半導体素子の性能に影響を与えなくなるからである。パターンの形状変動は、時として、最小欠陥サイズより大きくなり、欠陥と区別されることなく欠陥検出されてしまう。

以下では、最小欠陥サイズを、欠陥サイズとパターンの変動と対して相対的に大きさを変えて検討した。

（１）まずは、最小欠陥サイズが、実際の欠陥サイズとプロセス変動よりも小さいか等しい場合について検討した。

図３３（ａ）は検査画像８４であり、基板８７にラインパターン８５が形成されている。ラインパターン８５の周囲にはホワイトバンド８６が生じている。基板８７上には欠陥（異物）９３が存在している。

図３３（ｂ）は参照画像５２であり、基板７８にラインパターン７６が形成されている。ラインパターン７６の周囲にはホワイトバンド７７が生じている。基板７８上には欠陥は存在していない。パターン変動として、ホワイトバンド７７から、ホワイトバンド８６へ、ホワイトバンドの幅が狭くなっている。

図３３（ｃ）は、検査画像８４と参照画像５２を比較して、検査画像８４と参照画像５２の差分からなる差分画像９５である。この差分画像９５では、最小欠陥サイズより大きい差分が表示されるとすると、実際の欠陥サイズとプロセス変動は最小欠陥サイズより大きいので、欠陥９３とパターン変動としての差分のホワイトバンド９４が、差分画像９５に表示される。すなわち、欠陥検査においては、実際の欠陥９３とともに、差分のホワイトバンド９４も検出してしまう。欠陥検査結果として必要な情報が欠陥の有無であれば誤検出ではないが、欠陥９３の最大のサイズを欠陥検査結果とする場合には誤検出となってしまう。

（２）次に、最小欠陥サイズが、プロセス変動よりも小さいか等しく、実際の欠陥サイズよりも大きい場合について検討した。

図３４（ａ）は検査画像８４であり、基板８７にラインパターン８５が形成されている。ラインパターン８５の周囲にはホワイトバンド８６が生じている。基板８７上には欠陥（異物）９３が存在している。欠陥９３は欠陥検査で検出したい欠陥である。しかし、欠陥９３のサイズが最小欠陥サイズより小さいので検出されない。

図３４（ｂ）は参照画像５２であり、基板７８にラインパターン７６が形成されている。ラインパターン７６の周囲にはホワイトバンド７７が生じている。パターン変動として、ホワイトバンド７７から、ホワイトバンド８６へ、ホワイトバンドの幅が狭くなっている。

図３４（ｃ）は、検査画像８４と参照画像５２の差分からなる差分画像９５である。この差分画像９５では、差分のホワイトバンド９４は最小欠陥サイズより大きいので、差分画像９５に表示される。すなわち、欠陥検査においては、実際の欠陥９３は検出されず、差分のホワイトバンド９４のみが検出されるため、誤検出となってしまう。

（３）次に、最小欠陥サイズが、プロセス変動よりも大きいか等しく、実際の欠陥サイズよりも小さい場合について検討した。

図３５（ａ）は検査画像８４であり、基板８７にラインパターン８５が形成されている。ラインパターン８５の周囲にはホワイトバンド８６が生じている。基板８７上には欠陥（異物）９３が存在している。

図３５（ｂ）は参照画像５２であり、基板７８にラインパターン７６が形成されている。ラインパターン７６の周囲にはホワイトバンド７７が生じている。パターン変動として、ホワイトバンド７７から、ホワイトバンド８６へ、ホワイトバンドの幅がわずかに狭くなっている。

図３５（ｃ）は、検査画像８４と参照画像５２とを比較し、検査画像８４と参照画像５２の差分をとった差分画像９５である。この差分画像９５では、ホワイトバンド７７からホワイトバンド８６への差分のホワイトバンドの幅は、最小欠陥サイズより小さいので、差分のホワイトバンドは、差分画像９５に表示されない。一方、欠陥９３の欠陥サイズは最小欠陥サイズより大きいので、欠陥９３は差分画像９５に表示される。すなわち、欠陥検査においては、実際の欠陥９３が検出され、差分のホワイトバンドは検出されない。この欠陥検査の結果は、望ましいものである。この結果は、最小欠陥サイズが、パターン変動よりも大きく、実際の欠陥サイズよりも小さいことにより得られている。しかし、今後、より小さい欠陥を検出するために最小欠陥サイズを小さくするという技術動向にあっては、最小欠陥サイズをパターン変動より大きいままの大小関係で維持することは困難であると考えられる。

以上から、パターン変動である差分のホワイトバンドを検出しないことが望まれる。そこで、走査型電子顕微鏡１を用いたパターンの複合検査方法では、非検査領域設置装置が、欠陥検査部２７が欠陥検査を行わない非検査領域を、参照画像または検査画像に設置している。そして、ホワイトバンドに非検査領域を設定すればよいと考えられる。

具体的に、図１４（ａ）は検査画像８４であり、基板８７にラインパターン８５が形成され、ラインパターン８５の周囲にはホワイトバンド８６が生じているとする。基板８７上には欠陥（異物）９３が存在している。そして、ホワイトバンド８６に非検査領域を設定する。

図１４（ｂ）は参照画像５２であり、基板７８にラインパターン７６が形成されている。ラインパターン７６の周囲にはホワイトバンド７７が生じているとする。そして、ホワイトバンド７７にも非検査領域を設定する。

図１４（ｃ）は、検査画像８４と参照画像５２の差分からなる差分画像９５である。この差分画像９５では、ホワイトバンド８６と７７の存在する領域は非検査領域であるので、差分は行われず、一貫して欠陥無しの表示になる。すなわち、欠陥検査においては、ホワイトバンド７７とホワイトバンド８６の差分のホワイトバンドは検出されず、欠陥９３のみを検出することができる。なお、ホワイトバンド８６と７７とにおいて、一方の領域が他方の領域を包含している場合は、その一方のみで非検査領域を設定すればよい。

次に、ホワイトバンド８６と７７に、どのように非検査領域を設定するかについて説明する。非検査領域および検査領域の設定については、既に、図１１において説明している。表示部の表示画像５１に、参照画像５２または検査画像８４を表示し、ＧＵＩにより表示された参照画像５２または検査画像８４の上に、非検査領域の属性を用いうる定型形状の配置をユーザに促すことで、ユーザはホワイトバンド８６と７７の上に非検査領域の属性を有する定型形状、すなわち、非検査領域を設定することができる。

ただ、ユーザがホワイトバンド８６、７７それぞれに対してもれなく非検査領域を設定するのは困難である。そこで、以下では、ユーザによらず自動的に、ホワイトバンド８６、７７に非検査領域を設定できる方法について説明する。
（自動設置その１）

図１５は、欠陥の（非）検査領域の生成の支援方法のフローチャートである。このフローチャートは、図９の非検査領域生成支援部１７によって実行される。この図１５のフローチャートは、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援として、図１０のフローチャートに替えて実行したり、合わせて実行したりすることができる。

図１５に示すように、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援では、まず、ステップＳ７１で、図９の読み出し部３１が、参照画像記憶部１５によって記憶された参照画像に対応する設計データを読み出す。

ステップＳ７２で、デザイン画像生成部３８が、読み出した設計データに基づいて、参照画像に関係付けたデザイン画像を生成する。

図１６（ａ）にデザイン画像６１の例を示す。デザイン画像６１にはラインパターン６２が記載されているが、ラインパターン６２は、両端のエッジ部６３と６４を記載することで表されている。エッジ部６３と６４は、太さの一定な線で描画されている。なお、デザイン画像は、参照画像のＳＥＭ像とは大きく異なる場合がある。この場合は、たとえばデザイン画像のエッジ部分に関してsin関数などの関数近似方法等を適用して、そのエッジ部分の情報を修正してもよい。

ステップＳ７３で、エッジ抽出部３９が、エッジ部６３と６４である線を抽出する。

ステップＳ７４で、許容値設定支援部４０が、ラインパターン６２の側壁の傾きの許容幅などのプロセス変動許容値の設定支援をする。具体的には、許容値設定支援部４０は、ラインパターン６２の側壁の傾きなどをユーザに表示し、ユーザにその許容値の入力を促す。ユーザのＧＵＩによる入力により、側壁の傾きとその許容幅がプロセス変動許容値として設定記憶され、ステップＳ７５に進む。

ステップＳ７５で、膨張幅設定部４１が、プロセス変動許容値に基づいて、直線部用と角部用のエッジ幅を算出する。

ステップＳ７６で、膨張部４２が、図１６（ｂ）に示すように、エッジ部６３と６４の直線部を直線部用のエッジ幅に膨張させる。また、膨張部４２は、図１６（ｃ）に示すように、エッジ部６３と６４の角部６５と６６を角部用のエッジ幅に膨張させる。膨張したエッジ部６３と６４が非検査領域になる。このように形成された非検査領域は、ホワイトバンドの位置に一致すると考えられる。

ステップＳ７７で、検査領域記憶部４３が、形成された非検査領域の参照画像上の画像データ、例えば、位置座標を記憶する。さらに、ステップＳ７８で、検査領域記憶部４３が、非検査領域を対応する参照画像に関係付けて記憶する。

以上により、ホワイトバンドに対して非検査領域を生成することができる。そして、図１３のフローチャートを実行することで、検査画像および参照画像に非検査領域を設定することができる。なお、図１３のフローチャートの実行においては、定型形状を、非検査領域に読み替えて運用する。

（自動設置その２）
図１７も、欠陥の（非）検査領域の生成の支援方法のフローチャートである。このフローチャートも、図９の非検査領域生成支援部１７によって実行される。この図１７のフローチャートは、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援として、図１０のフローチャートに替えて実行したり、合わせて実行したりすることができる。

図１７に示すように、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援では、まず、ステップＳ８１で、図９の読み出し部３１が、参照画像記憶部１５によって記憶された参照画像（プロファイル情報）を読み出す。

図１８（ａ）に参照画像５２の例を示す。参照画像５２には、基板７８と、基板７８に形成されたラインパターン７６と、ラインパターン７６の周囲に配置されるホワイトバンド７７とが表されている。

ステップＳ８２で、エッジ抽出部（２値化処理部）３９が、エッジ部に相当するホワイトバンド７７の抽出処理を行う。具体的には、ホワイトバンド７７の明度と、基板７８とパターン７６の明度との間に閾値を設けて、２値化処理を行い、図１８（ｂ）に示すようにホワイトバンドのみを抽出する。

次のステップＳ７４は、図１５のフローチャートのステップＳ７４と同様に実行する。

ステップＳ８３では、膨張縮小幅設定部４１が、プロセス変動許容値に基づいて、膨張幅と縮小幅を算出する。膨張幅から縮小幅を引いたものがホワイトバンドの最大変動幅程度になるように設定される。

ステップＳ８４で、膨張収縮部４２が、エッジ部に相当するホワイトバンド７７を、いったん膨張させてから、縮小させる。まず、膨張収縮部４２が、エッジ部に相当するホワイトバンド７７を、膨張幅だけ膨張させる。この膨張によりホワイトバンド７７はスムーズになる。次に、膨張収縮部４２が、膨張させたホワイトバンド７７を縮小幅だけ縮小させる。膨張幅の方が、縮小幅よりも大きいので、図１８（ｃ）に示すように、結果的には膨張したホワイトバンド７７が非検査領域になる。なお、縮小しているのは、膨張幅を大きくできるからで、膨張幅を大きくすることで、よりスムーズなホワイトバンド７７を得ることができる。このように形成された非検査領域は、ホワイトバンド７７に確実に重ねることができる。

次のステップＳ７７とＳ７８は、図１５のフローチャートのステップＳ７７とＳ７８と同様に実行すればよい。

以上により、ホワイトバンドに対して非検査領域を生成することができる。なお、図１０のフローチャートを続けて実施してもよい。図１８（ｄ）に示すように、ユーザが非検査領域７９と８０をＧＵＩにより加えてもよい。

（自動設置その３）
自動設置その２では、参照画像のみを用いて、非検査領域を生成したが、自動生成その３では、参照画像と検査画像の両方を用いて、非検査領域を生成する。

図１９も、欠陥の（非）検査領域の生成の支援方法のフローチャートである。このフローチャートも、図９の非検査領域生成支援部１７によって実行される。この図１９のフローチャートは、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援として、図１０のフローチャートに替えて実行したり、合わせて実行したりすることができる。

図１８に示すように、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援では、まず、ステップＳ８１、Ｓ８２、Ｓ７４とＳ８３は、図１７のフローチャートのステップＳ８１、Ｓ８２、Ｓ７４とＳ８３と同様に実行すればよい。

次に、ステップＳ８５で、図９のエッジ記憶部４４が、参照画像の参照エッジ部毎にエッジ部に関係付けて参照画像上の位置と膨張幅と縮小幅を記憶する。さらに、ステップＳ８６で、エッジ記憶部４４が、参照エッジ部を参照画像に関係付けて記憶する。

図２０は、欠陥の（非）検査領域の設置方法のフローチャートである。このフローチャートは、図１２の非検査領域設置部２６によって実行される。この図２０のフローチャートは、図８のステップＳ４５の検査領域の設置またはその支援として、図１３のフローチャートに替えて実行したり、併せて実行したりすることができる。

図２０に示すように、図８のステップＳ４５の欠陥の検査領域の生成の支援では、まず、ステップＳ６１で、読み出し部４５が、検査画像を読み出す。

ステップＳ８７で、エッジ抽出部（２値化処理部）４７が、図１９のステップＳ８２と同様に、検査画像の検査エッジ部を、２値化処理により、抽出処理する。

ステップＳ６２で、読み出し部４５が、参照画像を読み出す。

ステップＳ８８で、読み出し部４５が、読み出した参照画像に基づいて、参照エッジ部を読み出す。

ステップＳ８９で、読み出し部４５が、読み出した参照エッジ部に基づいて、膨張幅と縮小幅を読み出す。

ステップＳ９０で、膨張縮小幅設定支援部４８が、読み出した膨張幅と縮小幅のユーザによる変更を支援する。膨張縮小幅設定支援部４８は、読み出した膨張幅と縮小幅をユーザに表示し、ユーザにＧＵＩによる変更した膨張幅と縮小幅の入力を促す。

ステップＳ８４で、膨張縮小部４９が、図１７のステップＳ８４と同様に、検査画像の検査エッジ部に対して、膨張と収縮を実行する。このことにより、検査画像に対応した非検査領域が生成されたことになり、非検査領域が検査画像に設置されたことになる。

ステップＳ６４で、領域設定部４６が、非検査領域に基づいて、必要があれば、残りの領域に検査領域を設定してもよい。

（自動設置その４）
自動設置その４では、検査画像のみを用いて、非検査領域を生成する。

図２１は、欠陥の（非）検査領域の設置方法のフローチャートである。このフローチャートも、図１２の非検査領域設置部２６によって実行される。この図２１のフローチャートは、図８のステップＳ４５の検査領域の設置またはその支援として、図１３のフローチャートに替えて実行したり、合わせて実行したりすることができる。

図２１に示すように、図８のステップＳ４５の検査領域の設置またはその支援では、まず、ステップＳ６１で、読み出し部４５が、検査画像を読み出す。

ステップＳ８７で、エッジ抽出部（２値化処理部）４７が、図１９のステップＳ８２と同様に、検査画像の検査エッジ部を、２値化処理により、抽出処理する。

ステップＳ９１で、膨張縮小幅設定支援部４８が、図１７のステップＳ７４とＳ８３と同様に実行し、膨張幅と縮小幅を設定する。以下、ステップＳ８４とステップＳ６４とは、図２０のステップＳ８４とステップＳ６４と同様に実施することができる。

（自動設置その５）
自動設置その４以前では、設計データ、参照画像、検査画像を用いて、エッジ部（ホワイトバンド）を抽出していたが、自動設置その５では、参照画像の測長結果を用いて、エッジ部を抽出する。

図２２は、欠陥の（非）検査領域の生成の支援方法のフローチャートである。このフローチャートも、図９の非検査領域生成支援部１７によって実行される。この図２２のフローチャートは、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援として、図１０のフローチャートに替えて実行したり、合わせて実行したりすることができる。

図２２に示すように、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援では、まず、ステップＳ５１で、図９の読み出し部３１が、参照画像記憶部１５によって記憶された参照画像を読み出す。

図２３（ａ）に参照画像５２の例を示す。参照画像５２には、基板７８と、基板７８に形成されたラインパターン７６と、ラインパターン７６の周囲に配置されるホワイトバンド７７とが表されている。

ステップ９２で、図７の測長部２４が、参照画像５２のラインパターン７６の測長を行う。通常の測長では、両端のエッジ部の位置情報８１と８２を求め、それらの位置情報８１と８２の差から、ラインパターン７６の幅８３を求めている。したがって、測長の過程で、エッジ部の位置情報８１と８２とが生成されている。

ステップＳ９３で、図９のエッジ抽出部３９が、参照画像５２の測長結果からエッジ部の位置情報８１と８２を抽出する。

ステップＳ９４で、膨張幅設定部４１が、図１５のＳ７４とＳ７５と同様に、膨張幅の設定支援を行う。なお、エッジ幅は膨張幅に置き換えて適用する。

ステップＳ９５で、膨張部４２が、エッジ部を膨張させる。具体的には、図２３（ｂ）に示すように、エッチ部の位置情報８１と８２を中心にホワイトバンド７７の両側に膨張幅だけの幅を有する領域を設ける。このいわゆる膨張したホワイトバンド７７が、非検査領域になる。以下のステップＳ７７とＳ７８は、図１５のステップＳ７７とＳ７８と同様に実施できる。

（自動設置その６）
自動設置その５では、参照画像の測長結果を用いた膨張幅で、参照画像の参照エッジ部を膨張させていたが、自動設置その６では、参照画像の測長結果を用いた膨張幅で、検査画像の検査エッジ部を膨張させている。

図２４は、欠陥の（非）検査領域の生成の支援方法のフローチャートである。このフローチャートも、図９の非検査領域生成支援部１７によって実行される。この図２４のフローチャートは、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援として、図１０のフローチャートに替えて実行したり、併せて実行したりすることができる。

図２４に示すように、図６のステップＳ３５の欠陥の検査領域の生成の支援では、まず、ステップＳ５１、Ｓ９２、Ｓ９３とＳ９４は、図２２のフローチャートのステップＳ５１、Ｓ９２、Ｓ９３とＳ９４と同様に実行すればよい。

次に、ステップＳ９６で、図９のエッジ記憶部４４が、参照画像の参照エッジ部毎にエッジ部に関係付けて参照画像上の位置と膨張幅を記憶する。さらに、ステップＳ９７で、エッジ記憶部４４が、参照エッジ部を参照画像に関係付けて記憶する。

図２５は、欠陥の（非）検査領域の設置方法のフローチャートである。このフローチャートは、図１２の非検査領域設置部２６によって実行される。この図２５のフローチャートは、図８のステップＳ４５の検査領域の設置またはその支援として、図１３のフローチャートに替えて実行したり、合わせて実行したりすることができる。

図２５に示すように、図８のステップＳ４５の欠陥の検査領域の生成の支援では、まず、ステップＳ６１で、読み出し部４５が、検査画像を読み出す。

ステップＳ９８で、読み出し部４５が、読み出した検査画像に基づいて、測長結果（検査エッジ部の位置情報）を読み出す。

ステップＳ９９で、エッジ抽出部４７が、測長結果から検査エッジ部の位置情報を抽出することで、いわゆる、検査エッジ部を抽出する。

ステップＳ６２で、読み出し部４５が、検査画像に対応する参照画像を読み出す。ステップＳ８８で、読み出し部４５が、参照画像に関係付けられた参照エッジ部を読み出す。ステップＳ１００で、読み出し部４５が、参照エッジ部に関係付けられた膨張幅を読み出す。ステップＳ１０１で、膨張幅設定支援部４８が、図２０のステップＳ９０と同様に、膨張幅の変更を支援してもよい。

ステップＳ９５で、膨張部４９が、図２２のステップＳ９５と同様に、検査エッジ部（ホワイトバンド）を膨張させる。膨張したホワイトバンドが、非検査領域になる。

ステップＳ６４で、領域設定部４６が、設定された非検査領域の残りとして検査領域を設定する。

（自動設置その７）
自動設置その７では、検査画像の測長結果を用いて、検査エッジ部を抽出する。

図２６は、欠陥の（非）検査領域の設置方法のフローチャートである。このフローチャートも、図１２の非検査領域設置部２６によって実行される。この図２６のフローチャートは、図８のステップＳ４５の検査領域の設置またはその支援として、図１３のフローチャートに替えて実行したり、合わせて実行したりすることができる。

図２６に示すように、図８のステップＳ４５の検査領域の設置またはその支援では、まず、ステップＳ６１で、読み出し部４５が、検査画像を読み出す。

ステップＳ９８で、読み出し部４５が、測長結果（検査エッジ部の位置情報）を読み出す。ステップＳ９９で、エッジ抽出部４７が、検査エッジ部の位置情報を抽出する。ステップＳ１０２で、膨張幅設定支援部４８が、膨張幅の設定に支援をする。ステップＳ９５で、膨張部４９が、膨張幅だけ検査エッジ部を膨張させる。このことにより、非検査領域が形成される。ステップＳ６４で、領域設定部４６が、非検査領域の残りの領域を検査領域に設定する。

（パターン形成度数）
次に、図６のステップＳ３７と、図８のステップＳ４７とで説明したパターン形成度数について説明する。パターン形成度数は、ラインパターンについては、式（１）で表され、ホールパターンについては、式（２）で表されている。パターン形成度数によれば、検査画像毎に測長結果と欠陥検査結果からパターンの形成状況を判定できる。

パターン形成度数(ライン)＝α1*m1/D1+α2*m2/D2+α3*m3/D3+β1*k1+β2*k2 （１）

ここで、ｍ１は、図２９（ａ）の測長領域Ｍ１での測長結果であり、ｍ２は、測長領域Ｍ２での測長結果であり、ｍ３は、測長領域Ｍ３での測長結果である。Ｄ１〜Ｄ３は、それぞれ測長領域Ｍ１〜Ｍ３での設計データの線幅である。ｋ１は、図２９（ｂ）の欠陥の検査領域Ｋ１での欠陥検査結果であり、例えば、欠陥有無を１と０とで表している。ｋ２は、欠陥の検査領域Ｋ２での欠陥検査結果であり、例えば、欠陥有無を１と０とで表している。α１〜α３は、測長結果のパターン形成状況への寄与率である。β１〜β２は、欠陥・異物のパターン形成状況への寄与率である。

パターン形成度数(ホール)＝α1*mx/DH+α2*my/DH+β1*k1*(ks1/(DH*DH*π)) （２）

ここで、ｍｘは、図３０（ａ）のホールパターン８９のｘ軸方向の測長結果であり、ｍｙは、ｙ軸方向の測長結果である。ＤＨは、ホールパターン８９のホール径の設計データである。ｋ１は、図３０（ｂ）の欠陥の検査領域Ｋ１での欠陥検査結果であり、例えば、欠陥有無を１と０とで表している。α１とα２は、測長結果のパターン形成状況への寄与率である。β１は、欠陥・異物のパターン形成状況への寄与率である。

図２７は、パターン形成度数の係数と判定値の設定の支援方法のフローチャートである。このフローチャートは、図５の判定値設定支援部１９によって実行される。この図２７のフローチャートは、図６のステップＳ３７のパターン形成度数の係数と判定値の設定の支援として実行される。

図２７に示すように、まず、ステップＳ１１０で、判定値設定支援部１９が、ユーザにＧＵＩやキーボード操作部によりパターン形成度数の寄与率α１〜α３、β１〜β２の設定を促す。

ステップＳ１１１で、判定値設定支援部１９が、設定された寄与率α１〜α３、β１〜β２を参照画像に関係付けて記憶する。

ステップＳ１１２で、判定値設定支援部１９が、ユーザにＧＵＩやキーボード操作部によりパターン形成度数の判定値の設定を促す。

ステップＳ１１３で、判定値設定支援部１９が、設定された判定値を参照画像に関係付けて記憶する。

図２８は、パターンの形成状況の判定方法のフローチャートである。このフローチャートは、図７の判定部２９によって実行される。この図２８のフローチャートは、図８のステップＳ４７のパターンの形成状況の判定として実行される。

図２８に示すように、まず、ステップＳ１１４で、判定部２９が、測長結果ｍ１〜ｍ３、ｍｘ、ｍｙを読み出す。ステップＳ１１５で、判定部２９が、欠陥検査結果ｋ１、ｋ２、ｋ１を読み出す。ステップＳ１１６で、判定部２９が、設計データＤ１〜Ｄ３、ＤＨを読み出す。ステップＳ１１７で、判定部２９が、参照画像に基づいて、寄与率α１〜α３、β１〜β２を読み出す。ステップＳ１１８で、判定部２９が、判定部２９が、パターン形成度数を算出する。必要に応じて、ステップＳ１１９で、算出したパターン形成度数を正規化する。ここで算出するパターン形成度数に関して、最大1000などの値に正規化することで統計的な処理も容易になる。ステップＳ１２０で、判定部２９が、パターン形成度数の判定値を読み出し、パターン形成度数と判定値とを比較する。ステップＳ１２１で、判定部２９が、比較した結果に基づいて、判定結果を出力する。この判定結果は、検査画像毎に、測長結果と欠陥検査結果から、ユーザに表示されるので、ユーザは、検査画像毎のパターンの形成状況について、判定結果のみで判定評価をすることができる。

以上、実施形態によれば、正常なパターンの画像（参照画像）と、検査対象とするパターン(検査画像)の画像を比較し、その差異を欠陥あるいは異常として検出する工程において、特に検出すべき欠陥のサイズに対してプロセスの持つ変動分の影響が大きくなるような工程に対し、そのパターンの特性を考慮した上で画像内で検査・非検査領域を設定可能にすることで、半導体形成プロセスに起因する本来許容されるべきプロセス変動を除外し、本来検出すべき欠陥あるいは異常部分のみをパターン欠陥・異常として検出することが可能となる。同様に、欠陥が存在しないにも関わらずプロセス変動を欠陥とする誤検出を回避することができる。また、従来の測長による結果と、欠陥検査結果とを組み合わせて、パターンの形状評価が可能となる。

本発明の実施形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。 本発明の実施形態に係るパターンの複合検査方法のフローチャートである。 複合検査レシピの作成の支援方法のフローチャートである。 複合検査レシピの実行の支援方法のフローチャートである。 メジャメント設定支援部の構成図である。 メジャメントの設定の支援方法のフローチャートである。 メジャメント実行支援部の構成図である。 メジャメントの実行の支援方法のフローチャートである。 検査領域生成支援部の構成図である。 欠陥の検査領域の生成の支援方法（その１）のフローチャートである。 表示部の画面表示である。 検査領域設置部の構成図である。 欠陥の検査領域の設置方法（その１）のフローチャートである。 （ａ）は大きな欠陥を伴いホワイトバンドの狭いラインパターンの検査画像であり、（ｂ）はホワイトバンドの広いラインパターンの参照画像であり、（ｃ）は欠陥のみを検出した差分画像である。 欠陥の検査領域の生成の支援方法（その２）のフローチャートである。 （ａ）は設計データから生成された参照画像に対応するデザイン画像であり、（ｂ）はエッジ部を膨張させたデザイン画像であり、（ｃ）はエッジ部の角をさらに膨張させたデザイン画像である。 欠陥の検査領域の生成の支援方法（その３）のフローチャートである。 （ａ）は参照画像であり、（ｂ）はエッジ抽出処理をした参照画像であり、（ｃ）は縮小・膨張処理をした参照画像であり、（ｄ）は定型形状からなる検査領域と非検査領域をさらに設置した参照画像である。 欠陥の検査領域の生成の支援方法（その４）のフローチャートである。 欠陥の検査領域の設置方法（その２）のフローチャートである。 欠陥の検査領域の設置方法（その３）のフローチャートである。 欠陥の検査領域の生成の支援方法（その５）のフローチャートである。 （ａ）は参照画像であり、（ｂ）はエッジの膨張処理をした参照画像である。 欠陥の検査領域の生成の支援方法（その６）のフローチャートである。 欠陥の検査領域の設置方法（その４）のフローチャートである。 欠陥の検査領域の設置方法（その５）のフローチャートである。 パターン形成度数の係数と判定値の設定の支援方法のフローチャートである。 パターンの形成状況の判定方法のフローチャートである。 （ａ）は測長時のラインパターンの検査画像であり、（ｂ）は欠陥検査時のラインパターンの検査画像である。 （ａ）は測長時のホールパターンの検査画像であり、（ｂ）は欠陥検査時のホールパターンの検査画像である。 （ａ）は側壁が急峻なラインパターンの参照（検査）画像（ＳＥＭ像）であり、（ｂ）は側壁が急峻なラインパターンの断面図であり、（ｃ）は側壁がなだらかなラインパターンの参照（検査）画像（ＳＥＭ像）であり、（ｄ）は側壁がなだらかなラインパターンの断面図である。 （ａ）は開口径の大きいホールパターンの参照（検査）画像（ＳＥＭ像）であり、（ｂ）は開口径の小さいホールパターンの参照（検査）画像（ＳＥＭ像）である。 （ａ）は大きな欠陥を伴いホワイトバンドの狭いラインパターンの検査画像であり、（ｂ）はホワイトバンドの広いラインパターンの参照画像であり、（ｃ）は欠陥とホワイトバンドを検出した差分画像である。 （ａ）は小さな欠陥を伴いホワイトバンドの狭いラインパターンの検査画像であり、（ｂ）はホワイトバンドの広いラインパターンの参照画像であり、（ｃ）はホワイトバンドのみを検出した差分画像である。 （ａ）は大きな欠陥を伴いホワイトバンドの狭いラインパターンの検査画像であり、（ｂ）はホワイトバンドの狭いラインパターンの参照画像であり、（ｃ）は欠陥のみを検出した差分画像である。

符号の説明

１ 走査型電子顕微鏡
２ 本体（鏡筒）
３ 制御部
４ レシピ作成支援部
５ アライメント設定支援部
６ アドレッシング設定支援部
７ メジャメント設定支援部
８ レシピ実行支援部
９ アライメント実行支援部
１０ アドレッシング実行支援部
１１ メジャメント実行支援部
１４ 参照画像撮影支援部
１５ 参照画像記憶部
１６ 測長条件設定支援部
１７ （非）調査領域生成支援部
１８ 欠陥検査条件設定支援部
１９ 判定値設定支援部
２１ 参照画像読み出し部
２２ 検査画像撮影部
２３ 検査画像記憶部
２４ 測長部
２５ 測長結果記憶部
２６ （非）検査領域設置部
２７ 欠陥検査部
２８ 欠陥検査結果記憶部
２９ 判定部
３１ 読み出し部
３２ 表示部
３３ 定型形状配置部
３４ ＧＵＩ
３５ キーボード操作部
３６ 属性設定支援部
３７ 定型形状記憶部
３８ デザイン画像生成部
３９ エッジ抽出部（２値化処理部）
４０ 許容値設定支援部
４１ 膨張（縮小）幅設定部
４２ 膨張（縮小）部
４３ 検査領域記憶部
４４ エッジ記憶部
４５ 読み出し部
４６ 領域設定部
４７ エッジ抽出部（２値化処理部）
４８ 膨張（縮小）幅設定支援部
４９ 膨張（縮小）部
５１ 表示画像
５２ 参照画像
５３ ツールバー
５４乃至５６ 定型形状指定領域
５７、５８ 属性指定領域
６１ デザイン画像
６２ ラインパターン
６３、６４ エッジ
６５、６６ エッジの角部
７１ ホールパターン
７３ 非検査領域
７４ 検査領域
７５ 非検査領域
７６ ラインパターン
７７ ホワイトバンド
７８ 基板
７９、８０ 非検査領域
８１、８２ エッジ位置座標
８３ 測長結果
８４ 検査画像
８５ ラインパターン
８６ ホワイトバンド
８７ 基板
８８ 検査画像
８９ ホールパターン
９０ ホワイトバンド
９１ 基板
９２ 側壁
９３ 欠陥
９４ 差分ホワイトバンド
９５ 差分画像

Claims (9)

1. 参照パターンを写した参照画像を記憶する参照画像記憶部と、
   前記参照画像に基づいて、前記参照パターンとパターンマッチングする検査パターンが写った検査画像を撮影する検査画像撮影部と、
   前記検査画像を用いて前記検査パターンの測長を行う測長部と、
   前記参照画像と前記検査画像とを比較して、前記検査パターンの内または外の欠陥検査を行う欠陥検査部と、
   前記参照パターンまたは前記検査パターンのエッジを抽出し、前記参照パターンまたは前記検査パターンの側壁が写されたホワイトバンドを含むように前記エッジを膨張させ、前記膨張させた領域を前記欠陥検査部が前記欠陥検査を行わない非検査領域とし、前記非検査領域を前記参照画像または前記検査画像に設定する非検査領域設置装置とを有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
2. 前記非検査領域設置装置は、
   前記参照画像または前記検査画像を表示する表示部と、
   前記表示部に表示された前記参照画像または前記検査画像の上に、定型形状の配置を促すＧＵＩとを有することを特徴とする請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
3. 前記非検査領域設置装置は、前記参照画像、前記検査画像、前記参照パターンの設計データ、または、前記測長の測長結果に基づいて、前記エッジを抽出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査型電子顕微鏡。
4. 前記非検査領域設置装置は、前記検査パターンの製造プロセスのプロセス変動許容値に基づいて、前記エッジを膨張させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡。
5. 前記測長部による測長の測長結果と、前記欠陥検査部による欠陥検査の欠陥検査結果との両方から、前記検査パターンの形成状態を判定する判定部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡。
6. 参照パターンを走査型電子顕微鏡により写した参照画像を記憶し、
   前記参照画像に基づいて、前記参照パターンとパターンマッチングする検査パターンが写った検査画像を前記走査型電子顕微鏡により撮影し、
   前記検査画像を用いて前記検査パターンの測長を行い、
   前記参照画像と前記検査画像とを比較して、前記検査パターンの内または外の欠陥検査を行い、
   前記参照パターンまたは前記検査パターンのエッジを抽出し、前記参照パターンまたは前記検査パターンの側壁が写されたホワイトバンドを含むように前記エッジを膨張させ、前記膨張させた領域を前記欠陥検査部が前記欠陥検査を行わない非検査領域とし、前記非検査領域を前記参照画像または前記検査画像に設定することを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いたパターンの複合検査方法。
7. 走査型電子顕微鏡によって撮影される撮影画像との比較に供される参照画像を記憶する記憶部と、
   該記憶部に記憶された参照画像と、前記撮影画像とを比較し、欠陥を検出する欠陥検査部を備えた走査型電子顕微鏡の制御装置において、
   前記欠陥検査部は、前記参照画像または前記撮影画像上のエッジを抽出し、前記参照画像または前記撮影画像上のホワイトバンドを含むように前記エッジを膨張させた領域を非検査領域として設定すると共に、該非検査領域が設定された前記参照画像と前記撮影画像の比較に基づいて、前記欠陥を検出することを特徴とする走査型電子顕微鏡の制御装置。
8. 請求項７に記載の走査型電子顕微鏡の制御装置において、
   前記参照画像は、前記撮影画像とのパターンマッチングに供されることを特徴とする走査型電子顕微鏡の制御装置。
9. 請求項８に記載の走査型電子顕微鏡の制御装置において、
   前記パターンマッチングによって特定されたパターンの測長を行うことを特徴とする走査型電子顕微鏡の制御装置。