JP5030906B2 - 走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査荷電粒子顕微鏡を用いて広視野・高分解能な画像を取得するため、撮像領域を複数の局所撮像領域に分割して撮像し、前記局所撮像領域の撮像画像を画像処理により繋ぎ合せることによって荷電粒子照射によるコンタミネーション、画像の撮像ずれや歪みに対してロバストなパノラマ画像を生成する方法およびその装置に関するものである。

半導体ウェーハに配線パターンを形成するに際しては、半導体ウェーハ上にレジストと呼ばれる塗布材を塗布し、レジストの上に配線パターンの露光用マスク（レチクル）を重ねてその上から可視光線、紫外線あるいは電子ビームを照射し、レジストを感光（露光）して現像することによって半導体ウェーハ上にレジストによる配線パターンを形成し、このレジストの配線パターンをマスクとして半導体ウェーハをエッチング加工することにより配線パターンを形成する方法が採用されている。

マスクやウェーハ上のパターン形状の検査には、走査荷電粒子顕微鏡の一つである測長走査電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）が広く用いられている。パターン形状の評価のため、ＳＥＭ撮像を行う座標を評価ポイントと呼び、以降、ＥＰ（Evaluation Point）と略記する。ＥＰを少ない撮像ずれ量で、かつ高画質で撮像するため、アドレッシングポイント（以降、ＡＰと呼ぶ）あるいはオートフォーカスポイント（以降、ＡＦと呼ぶ）あるいはオートスティグマポイント（以降、ＡＳＴと呼ぶ）あるいはオートブライトネス・コントラストポイント（以降、ＡＢＣＣと呼ぶ）の一部又は全ての調整ポイントを必要に応じて設定し、それぞれの調整ポイントにおいて、アドレッシング、オートフォーカス調整、オートスティグマ調整、オートブライトネス・コントラスト調整を行った後、ＥＰを撮像する。前記アドレッシングにおける撮像ずれ量は、事前に登録テンプレートとして登録された座標既知のＡＰにおけるＳＥＭ画像と、実際の撮像シーケンスにおいて観察されたＳＥＭ画像とをマッチングし、前記マッチングのずれ量を撮像位置のずれ量として補正している。前記評価ポイント（ＥＰ）、調整ポイント（ＡＰ、ＡＦ、ＡＳＴ、ＡＢＣＣ）をまとめて撮像ポイントと呼ぶ。ＥＰのサイズ・座標、撮像条件、ならびに各調整ポイントの撮像条件、調整方法、ならびに各撮像ポイントの撮像順（あるいは調整順）、ならびに前記登録テンプレートは撮像レシピとして管理され、ＳＥＭは前記撮像レシピに基づき、ＥＰの撮像を行う。

従来、レシピの生成はＳＥＭオペレータがマニュアルで行っており、労力と時間を要する作業であった。また、各調整ポイントの決定や登録テンプレートをレシピに登録するためには、実際にウェーハを低倍で撮像する必要があることから、レシピの生成がＳＥＭ装置の稼働率低下の一因となっていた。更に、パターンの微細化・複雑化に伴い、評価を要するＥＰの点数は爆発的に増加し、前記レシピのマニュアルによる生成は、労力、生成時間の観点から非現実的になりつつある。

そこで撮像レシピに関して、例えばＧＤＳII形式で記述された半導体の回路パターンの設計データを基にＡＰを決定し、さらに設計データからＡＰにおけるデータを切り出して前記登録テンプレートとして撮像レシピに登録する半導体検査システムが開示されている（特許文献１：特開２００２−３２８０１５号公報）。そこでは、ＡＰの決定ならびに登録テンプレートの登録の目的のみで実ウェーハを撮像する必要がなく、ＳＥＭの稼働率向上が実現する。また、実際の撮像シーケンスにおいてＡＰにおけるＳＥＭ画像（実撮像テンプレート）を取得した際、前記実撮像テンプレートと設計データの登録テンプレートとのマッチングを行い、前記設計データの登録テンプレートの位置に対応するＳＥＭ画像を登録テンプレートとして撮像レシピに再登録し、以降、前記再登録したSEM画像の登録テンプレートをアドレッシング処理に使用する機能を有する。さらに設計データから特徴のあるパターン部分を自動的に検出し、ＡＰとして登録する機能を有する。

ＥＰとしては、ユーザからの指定点や、ＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツール等から出力されるホットスポットと呼ばれるデバイス不良が発生しやすい危険箇所等が挙げられ、これらＥＰにおけるパターン寸法値を基にマスクパターンの形状補正や半導体製造プロセス条件の変更等のフィードバックを行い、高い歩留まりを実現する。近年の半導体デバイスの高速化・高集積化のニーズに対応して、配線パターンの微細化・高密度化が進んでおり、光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）に代表される超解像度露光技術が導入されている。これに伴うマスクパターンの複雑化によりウェーハ上に転写されるパターン形状のシミュレーション予測や、実際に転写されたパターン形状の検査がより重要となっている。

特開２００２−３２８０１５号公報

ウェーハ上に転写されるパターン形状のシミュレーション予測のためには、マスク上のパターン形状を入力する必要があるが、光近接効果を加味したシミュレーションを行うためにはある程度広範囲のパターン形状を入力する必要がある。前記パターン形状として設計データを入力する方法が考えられるが、設計データと実際にマスク上に生成されたパターン形状とは乖離があるため、この乖離がシミュレーション誤差となってしまう。そこで、マスク上に生成されたパターンをＳＥＭ撮像し、形状を抽出することが考えられるが、前記広範囲をカバーするように低倍率で撮像を行うと画像分解能が低下してしまう。逆に高倍率で撮像を行うと分解能は改善するが視野は狭くなってしまう。そこで、広範囲な撮像範囲（高倍率でＳＥＭ撮像を行う広い範囲を評価ポイント：ＥＰ（Evaluation Point））を、複数の局所撮像領域に分割して高倍率（高分解能）でＳＥＭ撮像し、該分割された高倍率（高分解能）での複数の局所撮像領域の撮像画像を画像処理によって繋ぎ合せることによって広視野・高分解能なパノラマ画像を生成することが考えられる。前記分割された高倍率（高分解能）での局所撮像領域についてＥＰを分割した撮像領域ということで、以降、ＳＥＰ（Segmental Evaluation Point）と呼ぶ。一般にパノラマ画像合成はよく知られた処理であるが、例えばＣＣＤカメラ等で撮像された画像のパノラマ合成に対し、ＳＥＭを用いた半導体パターンに対するパノラマ画像合成処理には特有の課題がある。

一つは、電子線照射による試料上へ汚染物質の付着（コンタミネーション）の課題である。すなわち、同じ場所を２回ＳＥＭ撮像した場合、２枚目のＳＥＭ画像においてはコンタミネーションの影響がより強く現れることから、１枚目のＳＥＭ画像に対して画像が黒ずんだり、パターンの線幅が変化するといった現象が起こることがある。そのため、最終的に得られるパノラマ画像においては、場所によりコンタミネーションの度合いが異なり、画像上のパターン形状精度が低下するといった課題がある。

また、微細な半導体パターンを観察する際には、広視野（広範囲）の撮像領域（ＥＰ）に亘って数万から数十万倍の高倍率（高解像度）で撮像する必要がある。そのためＳＥＰ間の撮像ずれや、微小な画像歪みもパノラマ合成処理において問題となる。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、微細な半導体パターンに対する広視野なＥＰにおいて、分割された高分解能なＳＥＰ群を基に、コンタミネーション、画像の撮像ずれや歪みに対してロバストなパノラマ画像合成を実現できるようにした走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法およびその装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、走査荷電粒子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた広範囲な画像（広視野の画像）について、分割された高分解能なＳＥＰ群を基に、コンタミネーション、画像の撮像ずれや歪みに対してロバストなパノラマ画像合成を実現できるようにした。
（１）即ち、ＳＥＰを少ない撮像ずれ量で、かつ高画質で撮像するためには、調整ポイントを設定する必要があるが、パノラマ画像においては複数のＳＥＰ同士が隣接しているため、別のＳＥＰとの撮像範囲の重複を許さなければあるＳＥＰ用の調整ポイントが配置できない場合が生じる。しかしながら、前記別のＳＥＰに重複するあるＳＥＰ用の調整ポイントを撮像後に、前記別のＳＥＰを撮像すると、該別のＳＥＰの画像内に重複する調整ポイントの撮像によるコンタミネーションが発生し、観測したパターン形状の計測精度に影響を与えてしまう。一方、調整ポイントでの各種調整はコンタミネーションの影響を比較的受けにくい。

そこで、本発明は、あるＳＥＰ用の調整ポイントが、別のＳＥＰと重複領域をもつ場合、前記あるＳＥＰ用の調整ポイントの撮像を、前記別のＳＥＰの撮像後であって、前記あるＳＥＰの撮像前に行うように調整ポイントの配置や撮像ポイント（各ＳＥＰ及び各調整ポイント）の撮像順を最適化することを特徴とする。

即ち、本発明は、ＳＥＭを用いて撮像する試料上における広範囲（広視野）の撮像領域（評価ポイント：ＥＰ(Evaluation Point)）を決定する領域決定ステップと、前記広範囲（広視野）の撮像領域（ＥＰ）を複数の高倍率の局所撮像領域（ＳＥＰ(Segmentation Evaluation Point)）に分割して決定する局所領域決定ステップと、前記複数のＳＥＰの各々を撮像するための調整ポイント（アドレッシング点（ＡＰ）あるいはオートフォーカス点（ＡＦ）あるいはオートスティグマ点（ＡＳＴ）あるいはオートブライトネス・コントラスト点（ＡＢＣＣ）あるいは倍率調整点の一部または全て）を決定する調整ポイント決定ステップと、前記各ＳＥＰ及び前記各調整ポイントの撮像順を決定する撮像順決定ステップとを有し、前記各ＳＥＰ及び前記各調整ポイントの座標（配置）並びに前記各ＳＥＰ及び前記各調整ポイントの撮像順を撮像レシピとして作成する撮像レシピ作成過程と、該撮像レシピ作成過程で作成された撮像レシピに基づき前記ＳＥＭを用いて前記試料上における前記複数のＳＥＰの各々を順に撮像する撮像過程と、前記撮像過程において順に撮像したＳＥＰ画像群を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成するモザイク処理過程とを有し、前記画像レシピ作成過程において、任意のＳＥＰに対して撮像範囲が重複するように調整ポイントの配置が決定された場合には、前記撮像順決定ステップにおいて、さらに、該重複する調整ポイントに対応する局所撮像領域以外の各局所撮像領域については、該各局所撮像領域用の調整ポイントでの調整直後に前記各局所撮像領域での撮像を行う条件を満たしつつ、前記重複する調整ポイントに対応する局所撮像領域については、前記任意の局所撮像領域を撮像した後において前記重複する調整ポイントでの調整直後に撮像を行うように前記撮像シーケンスを前記撮像レシピとして作成することを特徴とする。
（２）また、本発明は、（１）で述べた（ａ）複数のＳＥＰへの分割（ＳＥＰの数、サイズ、座標の決定）、（ｂ）各ＳＥＰに対応する各調整ポイントの配置の決定、（ｃ）撮像ポイント（各ＳＥＰ及び各調整ポイント）の撮像順の決定の一部又は全てを、前記試料上に形成された回路パターンの設計データを基に行うことを特徴とする。

前記項目（ａ）〜（ｃ）を決定するには、少なくともＥＰ（評価ポイント）の撮像範囲内にどのようなパターンが存在するか分からなければならない。また、イメージシフトによる視野移動可能な範囲内でＥＰの周辺に調整ポイントを配置することも考えられる。その場合はＥＰとその周辺のパターン情報が分かる必要がある。例えば低倍率でＥＰとその周辺のパターンを一旦撮像し、パターン配列を取得することも考えられるが、低分解能であること、撮像時間を要すること、多少のコンタミネーションが発生することが問題である。そこで、本発明は、設計データを用いることで、オフライン（撮像装置不要）でパターン情報を取得することを特徴とする。また、前述のように、ＳＥＰや撮像シーケンス（撮像ポイントの座標や撮像順。広く、前記撮像ポイントのサイズ、撮像条件や調整方法も含む）の決定には考慮すべき評価項目が多く存在し、人手での最適化には多くの時間を要する。そのため、前記設計データをソフトウェアにより解析することにより前記ＳＥＰや撮像シーケンスを自動で決定することが可能となる。
（３）また、本発明は、ＳＥＰを決定する際には、隣り合うＳＥＰ間には重複領域があり、前記重複領域内には隣り合うＳＥＰ間の位置合せ量あるいは画像の歪み補正量を決定する手掛かりとなるパターンのエッジが含まれるように複数のＳＥＰを決定することを特徴する。また、本発明は、前記パターンのエッジが前記重複領域内に含まれるかを評価する際、ＳＥＰ撮像時の予想撮像ずれ量を入力し、前記予想撮像ずれ量分の撮像ずれが発生しても前記重複領域外にならないパターンのエッジのみを評価することを特徴とする。

すなわち、ＳＥＰを撮像する際に発生する撮像ずれを補正し、シームレスなパノラマ画像を得るために、ＳＥＰ間の重複領域に含まれるパターンを用いてＳＥＰ画像の繋ぎ合せ処理（モザイク処理）を行う。そのため、前記重複領域内に前記繋ぎ合せ処理に適したパターンが存在するかによってＳＥＰを設定するが、ＳＥＰ撮像時の撮像ずれによって、重複領域に含まれるはずだったパターンが重複領域外となってしまい、繋ぎ合せ処理に失敗する危険性がある。そのためＳＥＰ決定時には、予め予想撮像ずれ量を入力し、前記予想撮像ずれ量が発生しても重複領域外とならないパターンのみを評価することによって撮像ずれにロバストなパノラマ合成処理を実現することが可能となる。
（４）また、本発明は、ＳＥＰ決定ステップにおいて、ＳＥＰの決定は、ＳＥＰ間の重複領域内に含まれるパターンのエッジ、各調整ポイントの配置、撮像ポイント（各ＳＥＰ及び各調整ポイント）の撮像順を基に決定することを特徴とする。

通常は、撮像すべき領域であるＳＥＰを決定した後、前記ＳＥＰを良好に撮像するための調整ポイントを設定するが、パノラマ画像においては複数のＳＥＰが密集するため、与えられたＳＥＰでコンタミネーションが発生しないように調整ポイントを設定することが困難な場合がある。そのため、まずＳＥＰを決めるのではなく、重複領域内に繋ぎ合わせ処理に有利なパターンのエッジが含まれ、かつコンタミネーションが発生しないような調整ポイントの配置や撮像順の組み合わせが存在しうるかを加味しながら、ＥＰを埋め尽くすように複数のＳＥＰを決定することを特徴とする。
（５）また、本発明は、複数の局所撮像領域（ＳＥＰ）の撮像位置を、同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上の座標に分配することを特徴とする。

ＳＥＰ間の重複領域は少なくとも二回撮像することになるため、特に二回目の撮像時にはコンタミネーションの影響が大きくなる。また、前述のようにパノラマ画像においては複数のＳＥＰが密集するため、ＳＥＰ上にコンタミネーションが発生しないように調整ポイントを設定することが困難な場合がある。そこで、本発明は、回路パターンがセルあるいはチップ間で繰り返されることを利用し、ＳＥＰの撮像位置を複数のセルあるいはチップに分配して撮像することによって、コンタミネーションの影響を緩和し、かつＳＥＰや調整ポイントの設定において多くの選択肢を与えることができる。
（６）また、本発明は、局所撮像領域（ＳＥＰ）の撮像およびパノラマ画像の生成を、同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上で行うことによって、複数のパノラマ画像を生成することを特徴とする。

また、本発明は、得られたパノラマ画像群から輪郭線群を算出し、前記輪郭線群から平均的な輪郭線を算出することを特徴とする。前記平均的な輪郭線は、エッジラフネス等に起因する形状バリエーションを平均化し、よりばらつきの少ない輪郭線情報を得ることができる。
（７）また、本発明は、（６）で述べた複数のパノラマ画像の各々を生成するＳＥＰの配置（繋ぎ合せ位置）は、前記パノラマ画像毎に異なることを特徴とする。

また、得られたパノラマ画像群から輪郭線群を算出し、前記輪郭線群から平均的な輪郭線を算出することを特徴とする。ＳＥＰ間の繋ぎ合せ位置（重複領域）における輪郭線の精度はコンタミネーションの度合いや繋ぎ合せ精度等の問題から他の部位の輪郭に対して検出精度が低下する危険性が高い。前記平均的な輪郭線はＳＥＰ間の繋ぎ合せ位置（重複領域）が異なるパノラマ画像群の平均であることから、繋ぎ合せ部分において発生する輪郭線の形状誤差を平均化し、よりばらつきの少ない輪郭線情報を得ることができる。（６）（７）において生成する平均的な輪郭線は、対応する複数の輪郭線の座標の平均値を用いてもよいし、信頼性の低い輪郭線（例えば重複領域から算出された輪郭線）を除外した上で平均をとる等のバリエーションがありうる。

本発明によれば、コンタミネーション、画像の撮像ずれや歪みに対してロバストなパノラマ画像合成を実現することができる。また、本発明によれば、得られたパノラマ画像は広視野・高分解能であるため、ＳＥＰ間の繋ぎ合せ領域におけるパターン形状誤差も抑制することができる。

本発明は、微細な半導体パターンを観察する走査荷電粒子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた広域な撮像範囲（ＥＰ）の画像（広視野の画像）を、コンタミネーション、画像の撮像ずれや歪みに対してロバストなパノラマ画像合成技術を用いて高分解能（数万乃至数十万倍の高倍率）で取得できるようにしたＳＥＭを用いたパノラマ画像合成装置およびその方法を提供することにある。以下、本発明に係る実施の形態を、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）に適用した場合について説明する。
１．ＳＥＭ
１．１ ＳＥＭ構成要素
図１に試料の二次電子像（Secondary Electron：ＳＥ像）あるいは反射電子像（Backscattered Electron：ＢＳＥ像）を取得するＳＥＭの構成概要のブロック図を示す。また、ＳＥ像とＢＳＥ像を総称してＳＥＭ画像と呼ぶ。また、ここで取得される画像は測定対象を垂直方向から電子ビームを照射して得られたトップダウン画像、あるいは任意の傾斜角方向から電子ビームを照射して得られたチルト画像の一部または全てを含む。

電子光学系１０２は内部に電子銃１０３を備え、電子線１０４を発生する。電子銃１０３から発射された電子線１０４はコンデンサレンズ１０５で細く絞られた後、ステージ１２１上におかれた試料である半導体ウェーハ１０１上の任意の位置において電子線が焦点を結んで照射されるように、偏向器１０６および対物レンズ１０８により電子線の照射位置と絞りとが制御される。電子線１０４が照射された半導体ウェーハ１０１からは、２次電子と反射電子が放出され、ＥｘＢ偏向器１０７によって照射電子線の軌道と分離された２次電子は２次電子検出器１０９により検出される。一方、反射電子は反射電子検出器１１０および１１１により検出される。反射電子検出器１１０と１１１とは互いに異なる方向に設置されている。２次電子検出器１０９および反射電子検出器１１０および１１１で検出された２次電子および反射電子はＡ／Ｄ変換機１１２、１１３、１１４でデジタル信号に変換され、処理・制御部１１５に入力されて、画像メモリ１１７に格納され、ＣＰＵ１１６で目的に応じた画像処理が行われる。

図２に半導体ウェーハ上に電子線を走査して照射した際、半導体ウェーハ上から放出される電子の信号量を画像化する方法を示す。電子線は、例えば図２（ａ）に示すようにｘ、ｙ方向に２０１〜２０３又は２０４〜２０６のように走査して照射される。電子線の偏向方向を変更することによって走査方向を変化させることが可能である。ｘ方向に走査された電子線２０１〜２０３が照射された半導体ウェーハ上の場所をそれぞれＧ１〜Ｇ３で示す。同様にｙ方向に走査された電子線２０４〜２０６が照射された半導体ウェーハ上の場所をそれぞれＧ４〜Ｇ６で示す。前記Ｇ１〜Ｇ６において放出された電子の信号量は、それぞれ図２（ｂ）内に示した画像２０９における画素Ｈ１〜Ｈ６の明度値になる（Ｇ、Ｈにおける添字１〜６は互いに対応する）。２０８は画像上のｘ、ｙ方向を示す座標系である。このように視野内を電子線で走査することにより、画像フレーム２０９を得ることができる。また実際には同じ要領で前記視野内を電子線で何回か走査し、得られる画像フレームを加算平均することにより、高Ｓ／Ｎな画像を得ることができる。加算フレーム数は任意に設定可能である。

図１中の処理・制御部１１５はＣＰＵ１１６と画像メモリ１１７を備えたコンピュータシステムであり、撮像レシピを基に撮像ポイントを撮像するため、ステージコントローラ１１９や偏向制御部１２０に対して制御信号を送る、あるいは半導体ウェーハ１０１上の任意の撮像ポイントにおける撮像画像に対し各種画像処理を行う等の処理・制御を行う。ここで撮像ポイントとは調整ポイント（アドレッシングポイント（以降、ＡＰと呼ぶ）、オートフォーカスポイント（以降、ＡＦと呼ぶ）、オートスティグマポイント（以降、ＡＳＴと呼ぶ）、オートブライトネス・コントラストポイント（以降、ＡＢＣＣと呼ぶ）若しくは倍率調整点の一部又は全てを含む）並びに広範囲な撮像範囲（高倍率でＳＥＭ撮像を行う広い範囲を評価ポイント：ＥＰ（Evaluation Point））を、分割して高倍率（高分解能）でＳＥＭ撮像する複数の局所撮像領域（以降、ＳＥＰと呼ぶ）を含む。また、処理・制御部１１５は処理端末１１８（ディスプレイ、キーボード、マウス等の入出力手段を備える）と接続されており、ユーザに対して画像等を表示する、あるいはユーザからの入力を受け付けるＧＵＩ（Graphic User Interface）を備える。１２１はＸＹステージであり、半導体ウェーハ１０１を移動させ、前記半導体ウェーハの任意の位置の画像撮像を可能にしている。ＸＹステージ１２１により撮像位置を変更することをステージシフト、例えば偏向器１０６により電子線を偏向することにより観察位置を変更することをイメージシフトと呼ぶ。一般にステージシフトは可動範囲が広いが撮像位置の位置決め精度が低く、逆にイメージシフトは可動範囲が狭いが撮像位置の位置決め精度が高いという性質がある。

図１では反射電子像の検出器１１０、１１１を２つ備えた実施例を示したが、前記反射電子像の検出器をなくすことも、数を減らすことも、数を増やすことも可能である。また、図１に示す装置を用いて測定対象を任意の傾斜角方向から観察したチルト画像を得る方法としては（１）電子光学系１０２より照射する電子線１０４を偏向し、電子線１０４の照射角度を傾斜させて傾斜画像を撮像する方式（例えば特開２０００−３４８６５８号公報）、（２）半導体ウェーハを移動させるステージ１２１自体を傾斜させる方式（図１においてはチルト角１２２でステージが傾斜している）、（３）電子光学系自体を機械的に傾斜させる方式等がある。

撮像レシピ作成装置１２３においては、後述する方法により広域（広視野）の撮像領域（ＥＰ）に対して分割されて高倍率（高分解能）でＳＥＭ撮像される複数の局所撮像領域（ＳＥＰ）の決定および該ＳＥＰを高倍率（高分解能）でＳＥＭ撮像するための撮像レシピを作成し、該作成された撮像レシピに基づきＳＥＭ装置を制御することにより画像撮像を行う。前記撮像レシピには、ＳＥＰのサイズ・座標、撮像条件、ならびにＳＥＰを撮像するための撮像シーケンス（撮像ポイントの座標や撮像順。広く、前記撮像ポイントのサイズ、撮像条件や調整方法も含む）、ならびにＡＰ等の調整ポイントに関する登録テンプレートの情報が書き込まれている。また、画像処理装置１２４においては、撮像された複数のＳＥＰ画像を用いたパノラマ画像合成処理や前記パノラマ画像からの回路パターンの輪郭線抽出処理等を行う。形状計測・評価ツールサーバ１２５では、前記パノラマ画像や輪郭線を用いた形状計測や形状評価等を行う。１２３、１２４、１２５は処理端末１２６（ディスプレイ、キーボード、マウス等の入出力手段を備える）と接続されており、ユーザに対して処理結果等を表示する、あるいはユーザからの入力を受け付けるＧＵＩ（Graphic User Interface）を備える。また、１２７は半導体回路パターンの設計レイアウト情報（以降、設計データ）等のデータベースを格納したストレージであり、前記データベースには撮像したＳＥＰ画像、生成したパノラマ画像、輪郭線、形状計測・評価結果、撮像レシピ等の情報を保存・共有することが可能である。１１５、１２３、１２４、１２５で行われる処理は、任意の組合せで複数台の装置に分割、あるいは統合して処理させることが可能である。

なお、本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３は、領域決定ステップを実行する領域決定手段、局所領域決定ステップを実行する局所領域決定手段、調整ポイント決定ステップを実行する調整ポイント決定手段及び撮像順決定ステップを実行する撮像順決定手段を有して構成される。
１．２ システム構成
本発明に係るシステム構成の実施例について図３を用いて説明する。

図３（ａ）において、１１０１はマスクパターン設計装置、１１０２はマスク描画装置、１１０３はマスクパターンのウェーハ上への露光・現像装置、１１０４はウェーハのエッチング装置、１１０５および１１０７は図１及び図２で説明したＳＥＭ装置、１１０６および１１０８はそれぞれ前記ＳＥＭ装置を制御するＳＥＭ制御装置、１１０９はＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツールサーバ、１１１０はデータベースサーバ、１１１１は１２７と同様にデータベースを保存するストレージ、１１１２は１２３と同様に撮像レシピ作成装置、１１１３は１２４と同様に画像処理装置、１１１４は１２５と同様に生成したパターン形状の計測・評価ツールサーバであり、これらはネットワーク１１１５を介して情報の送受信が可能である。データベースサーバ１１１０にはストレージ１１１１が取り付けられており、（ａ）ＥＰのサイズ・座標、（ｂ）設計データ（マスク設計データ（ＯＰＣなし／あり）、ウェーハ転写パターン設計データ）、（ｃ）撮像レシピ生成ルール、（ｄ）生成された撮像レシピ（ＳＥＰ、撮像シーケンス含む）、（ｅ）撮像・生成した画像（ＳＥＰ画像、パノラマ画像）、（ｆ）画像から抽出した輪郭線、（ｇ）シミュレーションパターン、（ｈ）計測・評価結果の一部または全てを、品種、製造工程、日時、データ取得装置等とリンクさせて保存し、また参照することが可能である。また、同図においては実施例として二台のＳＥＭ装置１１０５、１１０７がネットワークに接続されているが、本発明においては、任意の複数台のＳＥＭ装置において撮像レシピをデータベースサーバ１１１１により共有することが可能であり、一回の撮像レシピ作成によって前記複数台のＳＥＭ装置を稼動させることができる。また複数台のＳＥＭ装置でデータベースを共有することにより、過去の前記撮像あるいは計測の成否や失敗原因の蓄積も早く、これを参照することにより良好な撮像レシピ生成の一助とすることができる。

図３（ｂ）は一実施例として図３（ａ）における１１０６、１１０８、１１０９、１１１０、１１１２〜１１１４を一つの装置１１１６に統合したものである。本実施例のように任意の機能を任意の複数台の装置に分割、あるいは統合して処理させることが可能である。
１．３ ＳＥＭ撮像シーケンス
ＳＥＭを用いたＳＥＰの撮像に関して、図４（ａ）に示す調整ポイント（ＡＰ、ＡＦ、ＡＳＴ、ＡＢＣＣ若しくは倍率調整点の一部又は全てを含む）の撮像を含む代表的な撮像シーケンス（撮像ポイントの座標や撮像順）の実施例について説明する。

まず、図４（ａ）のステップＳ４１において、試料である半導体ウェーハをＳＥＭ装置のステージ１２１上に取り付ける。ステップＳ４２において、ウェーハ上のグローバルアライメントマークを観察することにより、ウェーハの原点ずれやウェーハの回転を補正する。

ステップＳ４３において、処理・制御部１１５の処理及び制御に基づいて、ステージ１２１を移動して、撮像位置をＡＰに移動して撮像し、アドレッシングのパラメータを求め、前記求められたパラメータに基づいてアドレッシングを行う。ここでアドレッシングについて説明を加えておく。ＳＥＰを観察する場合、ステージシフトにより直接ＳＥＰを観察しようとすると、ステージの位置決め精度により、大きく撮像位置がずれてしまう危険性がある。そこで、一旦位置決め用として予め撮像ポイントの座標値とテンプレート（撮像ポイントのパターン。データ形式はＳＥＭ画像でも設計データでもよい）とが与えられたＡＰをステージシフトにより観察する。前記テンプレートは撮像レシピに登録されるので、以降、登録テンプレートと呼ぶ。ＡＰはＳＥＰの周辺領域（イメージシフトにより移動可能な範囲）から選択する。また、ＡＰはＳＥＰに対して一般に低倍視野であるため、多少の撮像位置のずれに対しても、登録テンプレート内のパターンが全て視野外となる危険性は低い。そこで、ＡＰの登録テンプレートと、実際に撮像されたＡＰのＳＥＭ像とをマッチングすることにより、ＡＰにおける撮像ポイントの撮像ずれ量を推定することができる。ＡＰ、ＳＥＰの座標値はデータベース１２７に登録されており既知なので、ＡＰ−ＳＥＰ間の相対変位ベクトルを求めることができ、かつＡＰにおける撮像ポイントの撮像ずれ量も前述のマッチングにより推定できるため、前記相対変位量から前記撮像ずれ量を差し引くことにより、実際に移動すべきＡＰ撮像位置からＳＥＰまでの相対変位ベクトルが分かる。前記相対変位ベクトル分だけ、位置決め精度の高いイメージシフトによって移動することにより、高い座標精度でＳＥＰを撮像することが可能となる。

次にステップＳ４４において、処理・制御部１１５の処理及び制御に基づいて、イメージシフトにより撮像位置をＡＦに移動して撮像し、オートフォーカス調整のパラメータを求め、該求められたパラメータに基づいてオートフォーカス調整を行う。図４（ａ）のフロー図では、ＳＥＰを鮮明に撮像するためのオートフォーカス処理がステップＳ４４において行われているが、同様にＡＰを鮮明に撮像するためのＡＦを、ステップＳ４３の前に設定して前記ＡＦを用いたオートフォーカス処理をＡＰ撮像前に行う等のバリエーションがありうる（後述するＡＳＴ、ＡＢＣＣに関しても同様）。

次にステップＳ４５において、処理・制御部１１５の処理及び制御に基づいて、イメージシフトにより撮像位置をＡＳＴに移動して撮像し、オートスティグマ調整（非点収差補正）のパラメータを求め、該求められたパラメータに基づいてオートスティグマ調整を行う。

次にステップＳ４６において、処理・制御部１１５の処理及び制御に基づいて、イメージシフトにより撮像位置をＡＢＣＣに移動して撮像し、ブライトネス・コントラスト調整のパラメータを求め、該求められたパラメータに基づいてオートブライトネス・コントラスト調整を行う（ＳＥＰ撮像時に適切な明度値及びコントラストをもつ鮮明な画像を取得するため、例えば二次電子検出器１０９におけるフォトマル（光電子増倍管）の電圧値等のパラメータを調整することよって、例えば画像信号の最も高い部分と最も低い部分とがフルコントラストあるいはそれに近いコントラストになるように調整する）。

最後にステップＳ４７において、イメージシフトにより撮像ポイントをＳＥＰに移動して撮像を行う。

図４（ｂ）には、ＳＥＰ３０９からのイメージシフト可能領域３０８上におけるＡＰ３１０、ＡＦ３１１、ＡＳＴ３１２、ＡＢＣＣ３１３の配置の一実施例を図示する。なお、前述したステップＳ４３、Ｓ４４、Ｓ４５、Ｓ４６は場合によって一部あるいは全てが省略される、あるいはステップＳ４３、Ｓ４４、Ｓ４５、Ｓ４６の順番が任意に入れ替わる、あるいはＡＰ、ＡＦ、ＡＳＴ、ＡＢＣＣの座標で重複するものがある（例えばオートフォーカス、オートスティグマを同一箇所で行う）等のバリエーションがありうる。
２．パノラマ画像合成処理フロー
本発明に係るコンタミネーション、画像の撮像ずれや歪みに対してロバストなパノラマ画像合成処理フローについて図５を用いて説明する。
２．１ データ入力ステップ
まず、ＥＰのサイズ・座標と半導体回路パターンの設計データを入力する（それぞれステップＳ５１、Ｓ５２）。ＥＰは取得したい広域な画像の撮像範囲であり、ＥＰの座標は、例えばＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツール１１０９で実行される露光シミュレーション等の結果を基に検出されたデバイス不良が発生しやすいホットスポット（危険ポイント）の座標が入力されたり、あるいはユーザが自身の判断により（必要に応じてデータベース１２７（１１１１）に格納された前記ＥＤＡツール１１０９の情報も参考にしながら）入力される場合もある。また、処理端末１２６などから必要に応じてユーザ要求仕様を入力することができる（ステップＳ５３）。前記ユーザ要求仕様として、ＥＰに対して分割される高分解能を有するＳＥＰのサイズや撮像倍率、ＳＥＰの個数、ＳＥＰ撮像位置のセルあるいはチップへの分配有無あるいは分配の組み合わせ、調整ポイントであるＡＰ／ＡＦ／ＡＳＴ／ＡＢＣＣ／倍率調整点の設定有無等を指定することができる。また、必要に応じて処理パラメータを入力することができる（ステップＳ５４）。前記処理パラメータとして、ステージ／イメージシフト予想誤差、アドレッシング後の予想撮像ずれ量、重複領域幅、パノラマ画像合成処理に必要な重複領域内エッジ量等を指定することができる。ここで、前述のステップＳ５３、Ｓ５４で指定可能な情報として述べた情報は必ずしも全て指定する必要はない。
２．２ ＳＥＰ／撮像シーケンス推定＆撮像レシピ生成ステップ
撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、端末装置１２６、１１８等を用いて、ステップＳ５５、Ｓ５６において、ステップＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４で入力された情報を元に、必要に応じてステップＳ５３、Ｓ５４で指定されなかった情報を決定しながら、ＳＥＰ（数、サイズ、座標、ＳＥＰ撮像位置のセルあるいはチップへの分配）や撮像シーケンス（調整テンプレート（ＡＰ／ＡＦ／ＡＳＴ／ＡＢＣＣ等）、撮像ポイント（調整ポイント及びＳＥＰ）の撮像順）を決定する。ステップＳ５５において、例えば図６（ｄ）に示すように、ＳＥＰを決定する際には、隣り合うＳＥＰ間には重複領域があり、前記重複領域内には隣り合うＳＥＰ間の位置合せ量あるいは画像の歪み補正量を決定する手掛かりとなるパターンのエッジが含まれるように複数のＳＥＰ（５０３−１）〜（５０３−９）を決定する。

このように、前記エッジが前記重複領域内に含まれるか否かの評価は、ＳＥＰ撮像時の予想撮像ずれ量を入力し、前記予想撮像ずれ量分の撮像ずれが発生しても前記重複領域外にならないエッジのみを評価することによって行う。すなわち、ＳＥＰ撮像時の撮像ずれによって、重複領域に含まれるはずだったパターンが重複領域外となってしまい、繋ぎ合せ処理に失敗する危険性がある。そのため、撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、ステップＳ５５において、ＳＥＰ決定時には、ＳＥＭの処理・制御部１１５から取得されて格納されたデータベース１２７（１１１１）から予め予想撮像ずれ量を入力し、前記予想撮像ずれ量が発生しても重複領域外とならないパターンのみを評価することによって、画像処理装置１２４，１１１３（１１１６）において撮像ずれにロバストなパノラマ合成処理を実現する。撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、前記予想撮像ずれ量については、例えばステップＳ５４においてデータベース１２７（１１１１）から入力されたステージ／イメージシフト予想誤差、アドレッシング後の予想撮像ずれ量を元に推定することができる。アドレッシング後の予想撮像ずれ量については、ＳＥＭ撮像時において撮像したＡＰ画像を基に推定することも可能である。

また、撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、前記ステップＳ５５、Ｓ５６を独立に行うのではなく、ＳＥＰ間の重複領域内に含まれるパターンのエッジ、調整ポイントの配置、撮像ポイントの撮像順を基にインタラクティブに行うことにある。すなわち、通常は、撮像すべき領域であるＳＥＰを決定した後、前記ＳＥＰを良好に撮像するための調整ポイントを設定することが考えられるが、本発明に係るパノラマ画像においては複数のＳＥＰが密集するため、与えられたＳＥＰでコンタミネーションが発生しないように調整ポイントを設定することが困難な場合が生じる。そのため、本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、まずＳＥＰを決めるのではなく、前記ステップＳ５５、Ｓ５６に示すように、重複領域内に繋ぎ合わせ処理に有利なパターンのエッジが含まれ、かつコンタミネーションが発生しないような調整ポイントの配置や撮像順の組み合わせが存在しうるかを加味しながら、ＥＰを埋め尽くすように複数のＳＥＰを決定することを特徴とする。

また、本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、複数のＳＥＰの撮像位置を、試料上における同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上の座標に分配できることを特徴とする。すなわち、ＳＥＰ間の重複領域は少なくとも二回撮像することになるため、特に二回目の撮像時にはコンタミネーションの影響が大きくなる。また、本発明のようにパノラマ画像においては複数のＳＥＰが密集するため、ＳＥＰ上にコンタミネーションが発生しないように調整ポイントを設定することが困難な場合が生じる。そこで、本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、観察対象の回路パターンがセルあるいはチップ間で繰り返されることを利用し、ＳＥＰの撮像位置を複数のセルあるいはチップに分配して撮像することによって、コンタミネーションの影響を緩和し、かつＳＥＰや調整ポイントの設定において多くの選択肢を与えることができる。

また、本発明に係る画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）において局所撮像領域の撮像およびパノラマ画像の生成を同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上で行い、複数のパノラマ画像を生成できることを特徴とする。更に、本発明に係る前記複数のパノラマ画像を構成するＳＥＰの配置（繋ぎ合せ位置）は、前記パノラマ画像毎に異なるように設定できることを特徴とする（複数のパノラマ画像を生成すること、および前記複数のパノラマ画像毎にＳＥＰの配置を変える利点は後述の輪郭線平均化（ステップＳ６１）の説明で述べる）。

また、本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）が行う前記ステップＳ５５、Ｓ５６におけるＳＥＰへの分割や撮像シーケンス（調整ポイントの配置並びにＳＥＰの撮像順）の決定の一部又は全てを、データベース１２７、１１１１に格納された回路パターンの設計データを基に行うことを特徴とする。本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）がＳＥＰや撮像シーケンスを決定するには、少なくともＥＰ撮像範囲内にどのようなパターンが存在するか分からなければならない。また、視野移動可能な範囲内でＥＰの周辺に調整ポイントを配置することも考えられる。その場合はＥＰとその周辺のパターン情報が分かる必要がある。例えば低倍率でＥＰとその周辺のパターンを一旦撮像し、パターン配列を取得することも考えられるが、低分解能であること、撮像時間を要すること、多少のコンタミネーションが発生することが問題である。そこで、本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、ステップＳ５２で入力された設計データを用いることで、オフライン（撮像装置不要）でパターン情報を取得することが可能となる。また、前述のように、ＳＥＰや撮像シーケンスの決定には考慮すべき評価項目が多く存在し、人手での最適化には多くの時間を要する。そのため、本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、前記入力された設計データをソフトウェアにより解析することによりＳＥＰや撮像シーケンスを自動で決定することを特徴とする。

本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、ステップＳ５５、Ｓ５６で決定したＳＥＰのサイズ・座標、撮像条件、ならびにＥＰを撮像するための各種調整ポイントのサイズ・座標、撮像条件、調整方法、ならびに撮像順、ならびに前記登録テンプレートを撮像レシピとして保存する（ステップＳ５７）。
２．３ 撮像＆パノラマ画像合成／輪郭線抽出／輪郭線平均化ステップ
ＳＥＭを用いてステップＳ５７において作成した撮像レシピに基づき順次、複数のＳＥＰの撮像を行う（ステップＳ５８）。

本発明に係る画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）は、ステップＳ５９において、前記複数のＳＥＰにおいてそれぞれ撮像したＳＥＰ画像群を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成する。前記繋ぎ合せには、ＳＥＰ画像間のｘｙ方向位置合せ、歪み補正、明度補正の一部又は全てを含む。ステップＳ６０では、前記生成したパノラマ画像から画像処理によりパターンの輪郭線を抽出する。また、ステップＳ５９において複数のパノラマ画像を生成した場合は、前記複数のパノラマ画像から輪郭線群を算出し、前記輪郭線群から平均的な輪郭線を算出する（ステップＳ６１）。前記平均的な輪郭線は、エッジラフネス等に起因する形状バリエーションを平均化し、よりばらつきの少ない輪郭線情報を得ることができる。

また、本発明に係る画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）は、前記複数のパノラマ画像を構成するＳＥＰの配置（繋ぎ合せ位置）を、前記パノラマ画像毎に異なるように設定する。また、本発明に係る画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）は、得られたパノラマ画像群から輪郭線群を算出し、前記輪郭線群から平均的な輪郭線を算出する。ＳＥＰ間の繋ぎ合せ位置（重複領域）における輪郭線の精度はコンタミネーションの度合いや繋ぎ合せ精度等の問題から他の部位の輪郭に対して検出精度が低下する危険性が高い。そこで、前記平均的な輪郭線はＳＥＰ間の繋ぎ合せ位置（重複領域）が異なるパノラマ画像群の平均であることから、繋ぎ合せ部分において発生する輪郭線の形状誤差を平均化し、よりばらつきの少ない輪郭線情報を得ることができる。前記平均的な輪郭線の生成方法としては、対応する複数の輪郭線の座標の平均値を用いてもよいし、信頼性の低い輪郭線（例えば重複領域から算出された輪郭線）を除外した上で平均をとる等のバリエーションがありうる。このように複数のパノラマ画像を生成するため、同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいはチップでのＳＥＰ画像の撮像を行ったり、前記複数のパノラマ画像間で重複領域を変える等の撮像レシピ生成はステップＳ５５、Ｓ５６、Ｓ５７で行うことができる。
２．４ 表示／画像・数値データ出力＆設計・製造条件の変更
画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）は、ステップＳ５９、Ｓ６０、Ｓ６１において生成したパノラマ画像や輪郭線の情報を、処理端末１２６等のＧＵＩ上に表示したり、画像あるいは数値データとして出力することができる。また、形状計測・評価ツールサーバ１２５、１１１４（１１１６）等は、比較用のパターンと前記輪郭線との形状差を算出し、表示・出力することもできる。前記比較用のパターンとしては、パターン形状の設計データ、比較用に撮像した過去の撮像画像、ＥＤＡツール１１０９等によってマスクパターンから実パターン形状を推定したシミュレーション結果等を用いることができる。

また、形状計測・評価ツールサーバ１２５、１１１４（１１１６）等は、画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）から得られる前記パノラマ画像あるいは輪郭線情報を基に、設計・製造条件の変更を行うことができる。例えば、マスクのパノラマ画像であれば、マスク上に生成されたパターン形状を得ることができ、前記パターン形状を入力としてウェーハ上に転写されるパターン形状の高精度なシミュレーション予測を実現する（ステップＳ６４）。また、形状計測・評価ツールサーバ１２５、１１１４（１１１６）等は、前記マスク上に生成されたパターン形状とマスクの設計データ等との比較により、製造誤差の算出や、製造条件へのフィードバックを実現する（ステップＳ６５）。また、形状計測・評価ツールサーバ１２５、１１１４（１１１６）等は、画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）からウェーハのパノラマ画像が得られるのであれば、ウェーハ上に生成されたパターン形状を得ることができ、生成パターンの設計データ等との比較により、製造誤差の算出や、露光条件等の製造パラメータへのフィードバック（ステップＳ６６）、更に製造パラメータの変更で修正しきれない形状誤差に対してはマスクパターンの変更（ステップＳ６７）等を実施し、高い歩留まりを実現することができる。前記マスクパターンの変更は、ＯＰＣパターンのみ変更する場合（ＯＰＣキャリブレーション）や回路パターンのレイアウト自体を変更する場合がある。
３． 詳細
以下、図５に示す処理フローで詳細説明を要する箇所を抜き出し、補足説明する。
３．１ ＳＥＰ／撮像シーケンス生成
ＯＰＣ付きのマスクを観測した際のパノラマ画像の一実施例について図６を用いて説明する。図６（ａ）はＯＰＣなしのマスクパターンの一部を表示した一実施例であり、図６（ｂ）は同図（ａ）にＯＰＣを施したパターンの一実施例を示す図である。通称、ハンマーヘッド（Hammerhead）、セリフ（Serif）、ＳＲＡＦ（Sub Resolution Assist Feature）と呼ばれる補正パターンやアシストパターンが追加される。さらにモデルベースＯＰＣと呼ばれる詳細なシミュレーションに基づく形状補正が行われることもあり、パターン形状は複雑化する。このようなＯＰＣパターンが適切にマスク上に生成されているか、あるいは前記マスクによって設計通りのパターンがウェーハ上に転写されるかを検証する必要がある。また不具合があった場合にはＯＰＣパターンを更に補正する必要がある。点線５０１はユーザが指定したＥＰ範囲の一実施例を示す。前記ＥＰが広域であった場合、一回の撮像で分解能の高い画像取得が困難であることから、撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、ステップＳ５５において、前記広域のＥＰに対して高分解能を有する複数のＳＥＰに分割してＳＥＭ撮像するようにＳＥＰを決定する。図６（ｃ）は前記広域のＥＰに対して複数のＳＥＰを格子状に配置した一実施例を示す。本実施例ではＥＰを埋め尽くすように９個のＳＥＰ５０２−１、ＳＥＰ５０２−２、・・・、ＳＥＰ５０２−９（以降ＳＥＰ５０２−１〜５０２−９と表記）が格子状に設定されている。同図においてＳＥＰ間の重複領域にはハッチングが施されている。しかしながら、単純にＥＰを格子状に分割してＳＥＰを設定しても、パノラマ画像合成においてＳＥＰ間を高精度に繋ぎ合わせることが困難な場合が生じる。例えばＳＥＰ５０２−４は重複領域にｙ方向に変化するパターン（ｘ方向にのびるパターンエッジ）を含まないため、前記ＳＥＰ５０２−４撮像時に微小なｙ方向の撮像ずれが発生しても、検知することができない。そこで各ＳＥＰの重複領域にｘ、ｙ両方向に変化するパターンを含むようにＳＥＰの位置を修正した一実施例が図６（ｄ）である。同様にＥＰを埋め尽くすように９個のＳＥＰ５０３−１〜５０３−９を配置したが、いずれのＳＥＰも重複領域にｘ、ｙ両方向に変化するパターンを含んでいる。図６（ｄ）の実施例は同図（ｃ）に対し位置のみ変更したが、ＳＥＰのサイズを変更したり（視野または倍率の変更。ＳＥＰ毎にこれらのパラメータを変えることも可能）、ＳＥＰの数を変更することも可能である（同図は３×３のＳＥＰであるが、４×４のように設定することも可能）。また、このような格子状に近い配置に限定する必要もない。

次に、撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）が、ステップＳ５６において行う図６（ｄ）に示したＳＥＰ５０３−１〜５０３−９を撮像するための撮像シーケンス（撮像ポイントの配置（座標）及び撮像順）の決定について図７及び図８を用いて説明する。図７は説明を簡素化するためにＥＰ６０１のパノラマ画像を得るために設定された９個のＳＥＰ６０２−１〜６０２−９を撮像するための調整ポイントとして、ＳＥＰ６０２−１〜６０２−９に対応して設定された例えば９個のＡＦ６０３−１〜６０３−９（長い点線枠で表示）と、最初のＳＥＰ６０２−１及び最後に近いＳＥＰ６０２−４に対応して設定された例えば２個のＡＰ６０４−１及び６０４−２（短い点線枠で表示）とを設定した一実施例である。前記ＡＦ、ＡＰはそれぞれオートフォーカス調整およびアドレッシングに有効なパターンを探索して選択されたものである。ＡＦについてはオートフォーカス調整であるため、ほぼ各ＳＥＰに対応して設けられ、ＡＰについてはステージシフトによる位置ずれを補正するため、限られたＳＥＰに対応して設けられる。

図８（ａ）は二つのＳＥＰ６０２−８、６０２−９に重複するＡＦ６０３−５（ＳＥＰ６０２−５撮像用の調整ポイント）の撮像を、前記ＳＥＰ６０２−８、６０２−９の撮像前に行うため、前記ＳＥＰ６０２−８、６０２−９にコンタミネーションが多く発生してしまう撮像シーケンスの比較例を示す図である。即ち、図８（ａ）に示す撮像シーケンスの比較例では、まず、ウェーハに対する電子ビームの垂直入射位置が図７に十字マークで示した座標６０５−１にくるようにステージシフトによって移動した後、イメージシフトによりＡＰ６０４−１に視野を移動し、前記ＡＰ６０４−１においてアドレッシングを行い、撮像ずれを検出する（以降のイメージシフトは前記撮像ずれ分差し引いた変位でシフトする）。次にＡＦ６０３−１にイメージシフトによって視野を移動し、オートフォーカス調整を行う。次にＳＥＰ６０２−１にイメージシフトによって視野を移動し、ＳＥＰ６０２−１を撮像する。以下同様にＡＦ６０３−ｓでオートフォーカス調整、ＳＥＰ６０２−ｓで撮像をｓ＝２〜６で順に繰り返す。次にウェーハに対する電子ビームの垂直入射位置が図７に十字マークで示した座標６０５−２にくるようにステージシフトによって移動した後、イメージシフトによりＡＰ６０４−２に視野を移動し、前記ＡＰ６０４−２においてアドレッシングを行い、撮像ずれを検出する（以降のイメージシフトは前記撮像ずれ分差し引いた変位でシフトする）。次にＡＦ６０３−７にイメージシフトによって視野を移動し、オートフォーカス調整を行う。次にＳＥＰ６０２−７にイメージシフトによって視野を移動し、ＳＥＰ６０２−７を撮像する。以下同様にＡＦ６０３−ｓでオートフォーカス調整、ＳＥＰ６０２−ｓで撮像をｓ＝８、９順に繰り返す。途中でステージシフトにより座標６０５−２に電子ビームの垂直入射位置を移動するのは、ある一点の電子ビーム垂直入射位置からのイメージシフトにより全ての撮像ポイント（ＳＥＰ６０２−１〜６０２−９、ＡＦ６０３−１〜６０３−９、ＡＰ６０３−１、６０３−２）に視野移動することが困難だからである。

しかしながら、図８（ａ）に示す撮像シーケンスの比較例では、二つのＳＥＰ６０２−８、６０２−９に重複する６０３−５（ＳＥＰ６０２−５撮像用の調整ポイント）の撮像を、前記ＳＥＰ６０２−８、６０２−９の撮像前に行うため、前記ＳＥＰ６０２−８、６０２−９にコンタミネーションが多く発生してしまうという問題が生じる。これは、パノラマ画像においては複数のＳＥＰ同士が隣接しているため、別のＳＥＰ６０２−８、６０２−９との重複を許さなければあるＳＥＰ６０２−５撮像用の調整ポイント６０３−５が配置できない場合があるという事情による。即ち、あるＳＥＰ６０２−５撮像用の調整ポイント６０３−５は、あるＳＥＰ６０２−５撮像用の調整パターンを含み、且つあるＳＥＰ６０２−５に近づける必要があり、別のＳＥＰ６０２−８、６０２−９との重複して配置せざる得なくなる。実際には、ＥＰ６０１のパノラマ画像を得るために設定されるＳＥＰの数も多くなり、自ずと調整ポイントの数も増加し、調整ポイントをＳＥＰに重複して配置せざるを得なくなる。

図８（ｂ）は、本発明に係る撮像シーケンスを最適化した一実施例を示す図である。通常、別のＳＥＰ６０２−８、６０２−９に重複する調整ポイント６０３−５の撮像後に前記ＳＥＰ６０２−８、６０２−９を撮像すると、ＳＥＰ６０２−８、６０２−９の画像内にコンタミネーションが発生し、観測したパターン形状の計測精度に影響を与えてしまうが、それに対し調整ポイント６０３−５での各種調整はコンタミネーションの影響を比較的受けにくい傾向がある。そこで図８（ｂ）に示す本発明に係る撮像シーケンスは、ＳＥＰ６０３−４の撮像後に行われていた別のＳＥＰ６０２−８、６０２−９に重複するＡＦ６０３−５でのオートフォーカス調整および該ＡＦ６０３−５に対応するＳＥＰ６０２−５での撮像を行わず、先にＡＦ６０３−６でのオートフォーカス調整およびＳＥＰ６０２−６での撮像を行う。そして、別のＳＥＰ６０２−８、６０２−９に重複するＡＦ６０３−５でのオートフォーカス調整および該ＡＦ６０３−５に対応するＳＥＰ６０２−５での撮像は、ＳＥＰ６０２−５以外の全てのＳＥＰの撮像が終わった後に行う。このように、本発明は、任意のＳＥＰ６０２−８、６０２−９に撮像範囲が重複するように調整ポイント（ＡＦ６０３−５）の配置が決定された場合には、該調整ポイント（ＡＦ６０３−５）に対応するＳＥＰ６０２−５以外の各ＳＥＰ６０２−１〜６０２−４、６０２−６〜６０２−９については、該各ＳＥＰ用の調整ポイントＡＰ６０４−１、ＡＦ６０３−１〜ＡＦ６０３−６、ＡＰ６０４−２、ＡＦ６０３−７〜ＡＦ６０３−９での調整直後に前記各ＳＥＰ６０２−１〜６０２−４、６０２−６〜６０２−９での撮像を行う条件を満たしつつ、前記重複する調整ポイント（ＡＦ６０３−５）に対応するＳＥＰ６０２−５については、前記任意のＳＥＰ６０２−８、６０２−９を撮像した後において前記重複する調整ポイント（ＡＦ６０３−５）での調整直後に撮像を行うように撮像シーケンスを最適化することを特徴とする。なお、重複する調整ポイント（ＡＦ６０３−５）と該重複する調整ポイント（ＡＦ６０３−５）に対応するＳＥＰ６０２−５とは撮像範囲が重複しないので、ＳＥＰ６０２−５の画像内にコンタミネーションが発生するのを防止して観測したパターン形状の計測精度に影響を及ぼすことを防止することができる。

即ち、本発明は、広視野の撮像する領域（ＥＰ）に対して複数に分割される局所撮像領域の画像群（ＳＥＰ群）を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成する撮像レシピ生成において、前記局所撮像領域群（ＳＥＰ群）の内任意のＳＥＰに対して撮像範囲が重複するように調整ポイントの配置が決定された場合には、該重複する調整ポイントに対応するＳＥＰ以外の各ＳＥＰについては、該各ＳＥＰ用の調整ポイントでの調整直後に前記各ＳＥＰでの撮像を行う条件を満たしつつ、前記重複する調整ポイントに対応するＳＥＰについては、前記任意のＳＥＰを撮像した後において前記重複する調整ポイントでの調整直後に撮像を行うように調整ポイントの配置および各ＳＥＰを含めた撮像ポイントの撮像順からなる撮像シーケンスを最適化して決定することを特徴とする。即ち、本発明は、広視野の撮像する領域（ＥＰ）に対して複数に分割される局所撮像領域の画像群（ＳＥＰ群）を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成する撮像レシピ生成において、任意の局所撮像領域（任意のＳＥＰ）に対して撮像範囲が重複するように調整ポイントの配置が決定された場合には、前記任意の局所撮像領域（任意のＳＥＰ）を撮像した後において、前記重複する調整ポイントの撮像を行うように前記調整ポイントの配置並びに撮像ポイント（前記調整ポイント及び前記局所撮像領域）の撮像順からなる撮像シーケンスを最適化して決定することを特徴とする。

ちなみに図７及び図８（ｂ）に示す実施例においては、アドレッシング（ＡＰ）に関しては２回のステージシフト後にそれぞれ行い、オートフォーカス調整（ＡＦ）に関しては各ＳＥＰの撮像前に必ず行う撮像シーケンスを示したが、ステージシフト回数や調整ポイントの削除、追加、調整を行うタイミング等は自由に変更することができる。例えば、オートフォーカス調整（ＡＦ）は最初のＳＥＰ撮像前に一回だけ行うという撮像シーケンスにしてもよいし、ＡＳＴ、ＡＢＣＣ等の調整ポイントを加えて調整を行ってもよい。またアドレッシング調整（ＡＰ６０４−１、６０４−２）もより高倍のＡＰを設定して、ステージシフト後だけでなくイメージシフト後にもアドレッシングを行ってもよい。

本実施例は撮像シーケンスの中で、撮像順の最適化について述べたが、電子ビーム垂直入射位置、調整ポイントのサイズ・座標・撮像条件、さらにＳＥＰのサイズ・座標・撮像条件の変更も含めて最適化を行うことが可能である。ここで、前記撮像条件について補足する。撮像条件にはプローブ電流、加速電圧、電子ビームの走査方向等が挙げられるが、その内、電子ビームの走査方向について図９（ａ）（ｂ）を用いて説明する。対象のパターンエッジを鮮明に画像化するためには前記パターンエッジに直交する方向に電子ビームを走査することが望ましい。すなわち、図９（ａ）に示すようにＳＥＰ６０６内にｙ方向にのびるパターン６０７が存在する場合、電子ビームの走査はｘ方向に連続的な走査が望ましい。そこで、同図中に電子ビームの走査を６０８に模式的に示すように、ｘ方向に連続的な電子ビーム走査をｙ方向に離散的にずらしながら複数回行うことにより画像を取得することが考えられる（図ではｙ方向のずらしは模式的に５回としている）。これをｘ方向の電子ビーム走査と呼ぶ。同様に図９（ｂ）はｙ方向の電子ビーム走査例である。このような電子ビームの走査方向を含む撮像条件も撮像シーケンスにおける最適化項目の一つである。前述のようにパターンにより走査方向を変化させたり、あるいは走査方向をＳＥＰ撮像毎に何度も変更しないように、なるべく走査方向が同じＳＥＰを連続的に撮像するように撮像順を変更する等の最適化が考えられる。
３．２ ＳＥＰ間の重複領域
本発明に係る画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）が実行する隣り合うＳＥＰ間の重複領域における評価値の算出方法について図１０を用いて説明する。前記評価値が高い重複領域においては、ＳＥＰ間の繋ぎ合せ処理（ｘｙ方向位置合せ、歪み補正、明度補正部又は全て）を良好に行うことができ、シームレスなパノラマ画像を生成することができる。そのため、前記評価値は本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３，１１１２（１１１６）がＳＥＰや撮像シーケンスを決定する際の判断基準の一つとなる。

ＳＥＰ間のｘｙ方向位置合せを行うためには、ｘｙ方向に撮像ずれが発生したとき、前記撮像すれが検知できるように、図１０（ａ）に示すように、ＳＥＰ７０１、７０２間の重複領域７０３（ハッチングを施した領域）内にｘｙ方向にのびるパターンエッジが含まれていることが望ましい（主にｘ方向にのびるエッジはパターン７０４、ｙ方向ののびるエッジはパターン７０５に含まれている）。このようにｘｙ方向にのびるエッジが十分含まれる重複領域に高い評価値を与える評価方法が考えられる。

しかしながら一つの重複領域内にｘｙ両方向に変化するパターンが含まれるようにＳＥＰを設定することが困難な場合もある。そこで、図１０（ｂ）に示すように、ＳＥＰ７０６の位置合せに関してｘ方向の位置合せはＳＥＰ７０８の重複領域（ｙ方向にのびるパターン７１２を含む）で、ｙ方向の位置合せはＳＥＰ７０７の重複領域（ｘ方向にのびるパターン７１０を含む）で行うことによってｘｙ両方向に対し位置合せを行うことができる。このように複数の重複領域を用いて位置合せ可能な重複領域にも高い評価値を与えるような評価方法が考えられる。

ＳＥＰ画像において画像の歪み補正を行う場合には、ＳＥＰ間の重複領域に位置合せ可能なパターンが満遍なく分布していることが望ましい。図１０（ｃ）には、隣り合う二つのＳＥＰの撮像画像７１３、７１４を示す。本実施例では両画像に大きな歪みが発生している。図１０（ｄ）は撮像画像７１３、７１４を繋ぎ合わせた結果である。重複領域はハッチングを施した領域７２１であり、図１０（ｃ）における２つのパターン７１５、７１８は繋がれて図１０（ｄ）においてはパターン７２２となっている。２つのパターン７１６、７１９とパターン７２３、および２つのパターン７１７、７２０とパターン７２４の関係も同様である。図１０（ｄ）に示すように両画像７１３、７１４が適切に歪み補正され、繋ぎ合わせることができたのは、重複領域７２１内に満遍なく位置合せ可能なパターンが分布していたためである（例えば図１０（ｂ）内の重複領域７０９のみを用いてＳＥＰ７０６、７０７の歪み補正を行うことは難しいかもしれない）。このようにパターンの分布も重複領域の評価値に反映することが考えられる。

また、本発明は、重複領域内に含まれるパターンを評価する際には撮像ずれを考慮することを特徴とする。すなわち、図１１（ａ）に示すように、ｘ方向の撮像ずれ８０２ａ、ｙ方向の撮像ずれ８０２ｂが発生した場合、指定したＳＥＰ撮像位置８０１に対し、実際の撮像位置は点線枠で示す８０３となる。そのため図１１（ａ）においてハッチングを施した領域内に他のＳＥＰとの重複領域が存在し、かつ前記ハッチングを施した領域内の重複領域に含まれるパターンを頼りに繋ぎ合せ処理を行うことを想定していた場合、同繋ぎ合せ処理は失敗することになる（撮像ずれにより、繋ぎ合せ処理に用いることを想定していたパターンが重複領域外となってしまうため）。そこで、本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、図１１（ｂ）に示すようにＳＥＰ８０１の周辺から幅８０４の禁止領域８０５（点線枠で表示）を設定し、ＳＥＰ周辺から点線枠の間のパターンを評価しないことによって幅８０４の撮像ずれに対してもロバストなＳＥＰを選択することが可能となる。図１１（ｂ）にはもう一つのＳＥＰ８０６を表示しているが、前記ＳＥＰ８０６に対しても禁止領域８０７を設けることにより、ＳＥＰ８０１、８０６間の繋ぎ合わせ処理の手掛かりとして評価するパターンは同図内のハッチングを施した領域内に含まれるパターンのみとする。幅８０４の値としては、予想される撮像ずれ量を用いることができる。またＳＥＭ画像の周辺近傍は不安定になることがあり、計測には用いられないことがある。そのため、前記周辺近傍を幅８０４の値として用いてもよい。更に前記予想撮像ずれ量と前記周辺近傍の大きい方を幅８０４の値として用いてもよい。
３．３ ＳＥＰのセル／チップへの分配
本発明に係る撮像レシピ作成装置１２３、１１１２（１１１６）は、ＳＥＰ間の重複領域におけるコンタミネーションの発生を低減するため、分割された複数のＳＥＰの決定（Ｓ５５）において該複数のＳＥＰの撮像位置を、試料上における同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上の座標に分配することを特徴とする。図１２（ａ）はＥＰ９０１のパノラマ画像を得るために設定された９個のＳＥＰ９０２−１〜９０２−９を示している。しかしながら、前記ＳＥＰ９０２−１〜９０２−９間の重複領域は少なくとも二回以上撮像されることからコンタミネーションが多く発生する。そこで図１２（ｂ）に示すようにＳＥＰ９０２−１〜９０２−９の撮像位置をそれぞれチップ９０４−１〜９０４−９上に分配する。ウェーハ９０３上に並ぶ各チップには同じ設計のパターンが繰り返し作成されているので、撮像過程において各チップにおいてそれぞれのＳＥＰに対応する位置で撮像することができ、重複領域におけるコンタミネーションの発生を低減できる。

また、パターンのできばえは面内で異なる場合があることを考慮すると、前記分配はなるべく局所的な範囲で行うことが望ましい。そこで、本発明によれば、チップに変わってチップ内で繰り返されるセルに対して複数のＳＥＰの撮像位置を分配してもよい。また分配するＳＥＰの組合せにはバリエーションがありうる。即ち、本発明によれば、図１２（ｂ）に示したように各ＳＥＰを全て異なるセルあるいはチップに分配してもよいし、例えば図１３（ａ）（ｂ）に示すように、市松状にＳＥＰを組み合わせて撮像位置を分配してもよい。同図では、撮像過程において、ＳＥＰ９０２−１、９０２−３、９０２−５、９０２−７、９０２−９を一つの組合せ（セット１）として、あるセルあるいはチップで撮像し、残るＳＥＰ９０２−２、９０２−４、９０２−６、９０２−８をもう一つの組合せ（セット２）として前記あるセルあるいはチップとは異なるセルあるいはチップで撮像する。このように撮像することにより、セット１に含まれるＳＥＰ間の重複領域、またセット２に含まれるＳＥＰ間の重複領域においてはコンタミネーションが多く発生するが、残りの重複領域におけるコンタミネーションの発生は抑えることができる。このようなＳＥＰのセットの組合せは任意に設定可能である。
３．４ 複数のパノラマ画像生成
本発明に係る画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）は、モザイク処理過程においてパノラマ画像の生成を試料上における同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上で行い、複数のパノラマ画像を生成することを特徴とする。その結果、例えば図１４に示すように３つのチップ１００２−１〜１００２−３においてそれぞれ画像撮像してパノラマ画像を生成し、前記パノラマ画像から対応する３つの輪郭線１００３−１〜１００３−３を取得することができる（前記輪郭線は説明のためパノラマ撮像領域内に含まれる１パターンを抜き出したもの）。各輪郭線はエッジラフネス等に起因して形状に多少のばらつきがある。そこで前記３つの輪郭線１００３−１〜１００３−３を平均化し、よりばらつきの少ない輪郭線１００４を得ることを特徴とする。

また、ＳＥＰ間の重複領域における輪郭線の精度はコンタミネーションの度合いや繋ぎ合せ精度等の問題から他の部位の輪郭線に対して検出精度が低下する危険性が高い。そこで、本発明に係る画像処理装置１２４、１１１３（１１１６）は、前述の複数のパノラマ画像生成において、前記複数のパノラマ画像毎に構成するＳＥＰの繋ぎ合せ位置を変えることを特徴とする。重複領域の異なるＳＥＰ分割実施例を図１５（ａ）（ｂ）に示す。同一のＥＰ１００５を図１５（ａ）ではＳＥＰ１００６−１〜１００６−９のように、図１５（ｂ）ではＳＥＰ１００７−１〜１００７−９のように分割している。図１５（ａ）の重複領域と図１５（ｂ）の重複領域とは一部重複するものの、その面積は少なく、平均化により繋ぎ合せ誤差等を低減することができる。図１５（ｃ）には図１５（ａ）と図１５（ｂ）とを対応する座標で重ね合わせた様子を示す。図１５（ｃ）内の黒で塗りつぶした領域が図１５（ａ）の重複領域と図１５（ｂ）の重複領域との重複領域である。

また、図１５（ｄ）に示すように、図１２及び図１３を用いて説明したＳＥＰの分配と図１４及び図１５を用いて説明した複数のパノラマ画像生成を組み合わせることができる。すなわち、図１５（ｄ）は一つのパノラマ画像を構成する９つのＳＥＰをチップ１０１０−１〜１０１０−９に分配して撮像し、同様の撮像をチップ１０１１−１〜１０１１−９においても行うことにより（１０１０−ａ、１０１１−ｂにおいて添え字のａ、ｂが等しいチップにおいてはチップ座標での相対位置が同じＳＥＰを撮像）、同じ設計のパターンをもつ２つのパノラマ画像を生成する実施例である。
５． ＧＵＩ
本発明における入力・出力情報の設定あるいは表示を行う処理端末１２６，１１８等のＧＵＩの実施例を図１６に示す。図１６中のウィンドウ１２０１内に一画面で描画された各種情報は任意の組合せでウィンドウに分割してディスプレイ等に表示することができる。また、図１６中の＊＊はシステムに入力された、あるいは出力された任意の数値（あるいは文字列）や数値の範囲であることを示す。

ボックス１２０４においてＥＰのサイズ・座標や撮像条件を表示している。ウィンドウ１２０５においてＳＥＰの数、サイズ、撮像条件、撮像位置のチップＩＤを表示している。ウィンドウ１２０６において撮像シーケンスを表示している。具体的には、撮像ポイントのサイズ・座標、撮像条件、チップＩＤ、撮像順等である。ウィンドウ１２０７においてＳＥＰおよび撮像シーケンスの決定条件を表示している。具体的には、ステージ／イメージシフト予想誤差、アドレッシング後の予想撮像ずれ量、重複領域幅、重複領域内エッジ量等である。ウィンドウ１２０８内のチェックボックスにおいて、調整テンプレートの設定有無、撮像順の最適化有無、ＳＥＰ撮像位置のセル／チップへの分配有無等を表示している。必要に応じて前述の１２０４〜１２０８の設定項目の一部又は全てを設定し、ＳＥＰ決定ボタン１２０９、撮像シーケンス決定ボタン１２１０を押すことにより、前記設定項目に基づきそれぞれＳＥＰ、撮像シーケンスを決定することができる。前述の１２０４〜１２０８の設定項目は必ずしも全て指定する必要はなく、システムは指定された項目を満たすようにＳＥＰや撮像シーケンスを決定し、また指定しなかった項目については必要に応じてシステム内部で推定・設定することができる。そのため、ボックス・ウィンドウ・チェックボックス１２０４〜１２０８は、パラメータの入力手段にも、システム内部で設定したパラメータの表示手段にもなる。決定したＳＥＰや撮像シーケンスは可視化されてウィンドウ１２０２に表示することができる。ウィンドウ１２０２内の図は図６（ａ）と同じであるため説明は省略する。

また、ウィンドウ１２０３に生成したパノラマ画像等の対象パターンの表示や、前記対象パターンと比較パターンとのオーバレイ表示が可能である。前記対象パターンとして、撮像画像（ＳＥＰ画像／パノラマ画像）、画像より抽出した輪郭線、複数のパノラマ画像を用いて算出した平均化輪郭線等をウィンドウ１２１１により選択し、表示することができる。また、前記比較パターンとして、マスク設計データ（ＯＰＣなし／ＯＰＣあり）、ウェーハ転写パターン設計データ、シミュレーションパターン等をウィンドウ１２１２により選択し、対象パターンに対しオーバレイ表示することができる。また、画像出力ボタン１２１３、輪郭線画像出力ボタン１２１４、輪郭線座標出力ボタン１２１５を押すことにより、それぞれのデータを出力することができる。

図１７に図１６中のウィンドウ１２０３に表示される情報を拡大表示する。図１７（ａ）は、マスク上のＥＰ１３０１を観察した場合のパノラマ画像（撮像画像）あるいは輪郭線１３０２（実線で表示）とマスクの設計データ１３０３（点線で表示）とのオーバレイ表示である。図１７（ｂ）は、ウェーハ上のＥＰ１３０４を観察した場合のパノラマ画像（撮像画像）あるいは輪郭線１３０５（実線で表示）とウェーハ上に転写されるパターンの設計データ１３０６（点線で表示）とのオーバレイ表示である。

以上の実施例では、パノラマ画像を生成した後、前記パノラマ画像から回路パターンの輪郭線を抽出することによって広域な輪郭線情報を取得する方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のＳＥＰの撮像画像から輪郭線群を抽出し、その後に前記輪郭線群を繋ぎ合せることによって広域な輪郭線情報を取得してもよい。

また、以上説明した実施例は、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いたシステムについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）又は走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）等の走査荷電粒子顕微鏡に応用することが可能である。

以上説明した本発明に係る実施の形態によれば、マスクを観測して得られたパノラマ画像からマスク上に生成されたパターン形状を得ることができ、前記パターン形状を入力としてウェーハ上に転写されるパターン形状の高精度なシミュレーション予測を実現する。また、本発明に係る実施の形態によれば、前記マスク上に生成されたパターン形状とマスクの設計データ等との比較により、製造誤差の算出や、製造条件へのフィードバックを実現する。

また、本発明に係る実施の形態によれば、ウェーハを観測して得られたパノラマ画像からウェーハ上に生成されたパターン形状を得ることができ、生成パターンの設計データ等との比較により、製造誤差の算出や、露光条件等の製造パラメータへのフィードバック、更に製造パラメータの変更で修正しきれない形状誤差に対してはマスクパターンの変更等を実施し、高い歩留まりを実現することができる。

半導体デバイスの微細化・高密度化に伴う設計マージンの減少等により、光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）に代表される超解像度露光技術が導入されている。これに伴うマスクパターンの複雑化によりウェーハ上に転写されるパターン形状のシミュレーション予測や、実際に転写されたパターン形状の検査がより重要となっている。本発明は、走査荷電粒子顕微鏡を用いて広視野・高分解能な画像を取得するための方法を提供する。前記広視野・高分解能な画像や前記画像を用いたパターン形状の検査により半導体デバイスパターンの設計や製造プロセスへのフィードバックが可能となる。

本発明に係るパノラマ画像合成に用いられるＳＥＭ装置の一実施の形態を示す構成図である。 （ａ）（ｂ）は、本発明に係るＳＥＭ装置において半導体ウェーハ上から放出される電子の信号量を画像化する方法を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、夫々本発明に係るパノラマ画像合成に用いられる装置システムの一実施の形態を示す構成図である。 （ａ）は本発明に係るＳＥＭ装置の撮像シーケンスの一実施例を示す図であり、（ｂ）は本発明に係るＳＥＰからのイメージシフト可能領域上に配置される調整ポイントの一実施例を示す図である。 本発明に係るパノラマ画像合成における処理全体のフローの一実施の形態を示す図である。 本発明に係る評価ポイント（ＥＰ）を局所撮像領域（ＳＥＰ）に分割する方法の説明図で、（ａ）はＯＰＣなしのマスクパターンの一部を表示した一実施例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）にＯＰＣを施したパターンの一実施例を示す図であり、（ｃ）は広域のＥＰに対して複数のＳＥＰを格子状に配置した一実施例を示す図であり、（ｄ）は隣り合うＳＥＰ間には重複領域があり、該重複領域内にはパターンのエッジが含まれるように複数のＳＥＰが決定される場合を示す図である。 本発明に係るパノラマ画像合成においてＥＰのパノラマ画像を得るために設定された複数のＳＥＰに対応して複数の調整ポイントを配置した場合を簡素化して示す図である。 図７に示すように複数のＳＥＰと複数の調整ポイントとを配置したパノラマ画像合成において、（ａ）は本発明に係る撮像シーケンスの比較例を示す図であり、（ｂ）は本発明に係る撮像シーケンスを最適化した一実施例を示す図である。 本発明に係る撮像シーケンスの最適化項目の一つであるＳＥＰにおいてパターンエッジを鮮明に画像化する撮像条件の説明図である。 本発明に係る隣り合うＳＥＰ間の重複領域における繋ぎ合せ処理の評価方法の説明図である。 本発明に係る隣り合うＳＥＰ間の重複領域における撮像ずれを考慮した繋ぎ合せ処理の評価方法の説明図である。 （ａ）はＥＰのパノラマ画像を得るために設定された複数のＳＥＰを示す図であり、（ｂ）は本発明に係る複数のＳＥＰの撮像位置を異なるセルあるいはチップに分配する方法の一実施例を示す図である。 （ａ）（ｂ）は本発明に係る複数のＳＥＰの撮像位置を市松状に分配する方法の一実施例を示す図である。 本発明に係る複数のパノラマ画像を生成する方法の一実施例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は重複領域の異なるＳＥＰ分割実施例を示す図であり、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）とを対応する座標で重ね合わせた様子を示す図であり、（ｄ）は図１２及び図１３を用いて説明したＳＥＰの分配と図１４及び図１５を用いて説明した複数のパノラマ画像生成とを組み合わせた実施例を示す図である。 本発明に係るパノラマ画像合成において、処理端末等に表示されるＧＵＩ画面の一実施例を示す図である。 図１６中のウィンドウに表示される情報を拡大表示して示す図である。

符号の説明

１０１…半導体ウェーハ、１０２…電子光学系、１０３…電子銃、１０４…電子線（一次電子）、１０５…コンデンサレンズ、１０６…偏向器、１０７…ＥｘＢ偏向器、１０８…対物レンズ、１０９…二次電子検出器、１１０、１１１…反射電子検出器、１１２〜１１４…Ａ／Ｄ変換器、１１５…処理・制御部、１１６…ＣＰＵ、１１７…画像メモリ、１１８、１２６…処理端末、１１９…ステージコントローラ、１２０…偏向制御部、１２１…ステージ、１２２…ステージチルト角、１２３…撮像レシピ作成装置、１２４…画像処理装置、１２５…形状計測・評価ツールサーバ、１２７…データベース（ストレージ）、
２０１〜２０６…収束電子線の入射方向、２０７…試料表面、２０８…画像座標系、２０９…画像、３０８…ＳＥＰからのイメージシフト可動範囲、３０９…ＳＥＰ、３１０…ＡＰ、３１１…ＡＦ、３１２…ＡＳＴ、３１３…ＡＢＣＣ、５０１…ＥＰ、５０２−１〜５０２−９、５０３−１〜５０３−９…ＳＥＰ、６０１、６０６、６０９…ＥＰ、６０２−１〜６０２−９…ＳＥＰ、６０３−１〜６０３−９…ＡＦ、６０４−１、６０４−２…ＡＰ、６０５−１、６０５−２…電子ビーム垂直入射位置、６０７、６１０…回路パターン、６０８、６１１…電子ビーム走査、７０１、７０２、７０６〜７０８、７１３、７１４…ＥＰ、７０４、７０５、７１０、７１２、７１５〜７２０、７２２〜７２４…回路パターン、８０１、８０６…ＥＰ、８０２ａ、８０２ｂ…撮像ずれ、８０３…実際のＥＰ撮像位置、８０４…禁止領域幅、８０５、８０７…禁止領域、９０１…ＥＰ、９０２−１〜９０２−９…ＳＥＰ、９０３…ウェーハ、９０４−１〜９０４−９…チップ、１００１、１００９…ウェーハ、１００２−１〜１００２−３、１０１０−１〜１０１０−３、１０１１−１〜１０１１−３…チップ、１００３−１〜１００３−３…輪郭線、１００４…平均輪郭線、１００５…ＥＰ、１００６−１〜１００６−９、１００７−１〜１００７−９…ＳＥＰ、１１０１…マスクパターン設計装置、１１０２…マスク描画装置、１１０３…露光・現像装置、１１０４…エッチング装置、１１０５、１００７…ＳＥＭ装置、１１０６、１１０８…ＳＥＭ制御装置、１１０９…ＥＤＡツールサーバ、１１１０…データベースサーバ、１１１１…データベース、１１１２…撮像レシピ作成装置、１１１３…画像処理装置、１１１４…形状計測・評価ツールサーバ、１１１５…ネットワーク、１１１５…ＥＤＡツール、データベース管理、撮像レシピ作成、画像処理、形状計測・評価ツール、ＳＥＭ制御用統合サーバ＆演算装置、１２０１…ＧＵＩ画面、１２０２…ＳＥＰ・撮像シーケンス表示画面、１２０３…対象パターン・比較パターン表示画面、１２０４…ＥＰサイズ・座標・撮像条件情報表示ボックス、１２０５…ＳＥＰ情報表示ウィンドウ、１２０６…撮像シーケンス表示ウィンドウ、１２０７、１２０８…ＳＥＰ／撮像シーケンス決定条件設定ウィンドウ、１２０９…ＳＥＰ決定ボタン、１２１０…撮像シーケンス決定ボタン、１２１１…対象パターン表示設定ウィンドウ、１２１２…比較パターン表示設定ウィンドウ、１２１３…画像出力ボタン、１２１４…輪郭線画像出力ボタン、１２１５…輪郭線座標出力ボタン、
１３０１、１３０４…ＥＰ、１３０２…マスク上の撮像画像、１３０５…ウェーハ上の撮像画像、１３０３…マスク上の設計データ、１３０６…ウェーハ上の設計データ。

Claims (14)

1. 走査荷電粒子顕微鏡を用いて試料上における広視野の撮像領域を決定する領域決定ステップと、該領域決定ステップで決定された試料上における広視野の撮像領域を複数の局所撮像領域に分割して決定する局所領域決定ステップと、該局所領域決定ステップで分割して決定された複数の局所撮像領域の各々を撮像するための該各局所撮像領域に対応する調整ポイントの配置を決定する調整ポイント決定ステップと、前記局所領域決定ステップで分割して決定された前記各局所撮像領域及び前記調整ポイント決定ステップで配置が決定された前記各調整ポイントの撮像順を決定する撮像順決定ステップとを有し、前記各局所撮像領域の座標及び前記各調整ポイントの座標並びに前記各局所撮像領域及び前記各調整ポイントの撮像順からなる撮像シーケンスを撮像レシピとして作成する撮像レシピ作成過程と、
   該撮像レシピ作成過程で作成された撮像レシピに基づき前記走査荷電粒子顕微鏡を用いて前記試料上における前記複数の局所撮像領域の各々を順に撮像する撮像過程と、
   該撮像過程において順に撮像した局所撮像領域画像群を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成するモザイク処理過程とを有し、
   前記撮像レシピ作成過程において、さらに、任意の局所撮像領域に対して撮像範囲が重複するように調整ポイントの配置が決定された場合には、前記撮像順決定ステップにおいて、該重複する調整ポイントに対応する局所撮像領域以外の各局所撮像領域については、該各局所撮像領域用の調整ポイントでの調整直後に前記各局所撮像領域での撮像を行う条件を満たしつつ、前記重複する調整ポイントに対応する局所撮像領域については、前記任意の局所撮像領域を撮像した後において前記重複する調整ポイントでの調整直後に撮像を行うように前記撮像シーケンスを前記撮像レシピとして作成することを特徴とする走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
2. 前記撮像レシピ作成過程において、前記局所領域決定ステップにおいて決定する前記局所撮像領域への分割、前記調整ポイント決定ステップにおいて決定する調整ポイントの配置、及び前記撮像順決定ステップにおいて決定する前記各調整ポイント及び前記各局所撮像領域の撮像順の決定の一部又は全てを前記試料上に形成された回路パターンの設計データを基に行うことを特徴とする請求項１に記載の走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
3. 前記撮像レシピ作成過程の前記局所領域決定ステップにおいて、隣り合う局所撮像領域間には重複領域があり、該重複領域内には隣り合う局所撮像領域間の位置合せ量若しくは画像の歪み補正量を決定する手掛かりとなるパターンのエッジが含まれるように前記複数の局所撮像領域を決定することを特徴とする請求項１に記載の走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
4. 前記撮像レシピ作成過程の前記局所領域決定ステップにおいて、前記パターンのエッジが前記重複領域内に含まれるかを評価する際、前記局所撮像領域撮像時の予想撮像ずれ量を入力し、該入力された前記予想撮像ずれ量分の撮像ずれが発生しても前記重複領域外にならないパターンのエッジのみを評価することを特徴とする請求項３に記載の走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
5. 前記撮像レシピ作成過程の前記局所領域決定ステップにおいて、局所撮像領域間の重複領域内に含まれるパターンのエッジ、前記各調整ポイントの配置並びに前記各調整ポイント及び前記各局所撮像領域の撮像順を基に前記各局所撮像領域を決定することを特徴とする請求項１に記載の走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
6. 走査荷電粒子顕微鏡を用いて試料上における広視野の撮像領域を決定する領域決定ステップと、該領域決定ステップで決定された試料上における広視野の撮像領域を複数の局所撮像領域に分割して決定する局所領域決定ステップと、該局所領域決定ステップで分割して決定された複数の局所撮像領域の各々を撮像するための該各局所撮像領域に対応する調整ポイントの配置を決定する調整ポイント決定ステップと、前記局所領域決定ステップで分割して決定された前記各局所撮像領域及び前記調整ポイント決定ステップで配置が決定された前記各調整ポイントの撮像順を決定する撮像順決定ステップとを有し、前記各局所撮像領域の座標及び前記各調整ポイントの座標並びに前記各局所撮像領域及び前記各調整ポイントの撮像順からなる撮像シーケンスを撮像レシピとして作成する撮像レシピ作成過程と、
   該撮像レシピ作成過程で作成された撮像レシピに基づき前記走査荷電粒子顕微鏡を用いて前記試料上における前記複数の局所撮像領域の各々を順に撮像する撮像過程と、
   該撮像過程において順に撮像した局所撮像領域画像群を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成するモザイク処理過程とを有し、
   前記撮像レシピ作成過程の前記局所領域決定ステップにおいて、前記分割された複数の局所撮像領域を、さらに、前記試料上における同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上の座標に分配して決定することを特徴とする走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
7. 走査荷電粒子顕微鏡を用いて試料上における広視野の撮像領域を決定する領域決定ステップと、該領域決定ステップで決定された試料上における広視野の撮像領域を複数の局所撮像領域に分割して決定する局所領域決定ステップと、該局所領域決定ステップで分割して決定された複数の局所撮像領域の各々を撮像するための該各局所撮像領域に対応する調整ポイントの配置を決定する調整ポイント決定ステップと、前記局所領域決定ステップで分割して決定された前記各局所撮像領域及び前記調整ポイント決定ステップで配置が決定された前記各調整ポイントの撮像順を決定する撮像順決定ステップとを有し、前記各局所撮像領域の座標及び前記各調整ポイントの座標並びに前記各局所撮像領域及び前記各調整ポイントの撮像順からなる撮像シーケンスを撮像レシピとして作成する撮像レシピ作成過程と、
   該撮像レシピ作成過程で作成された撮像レシピに基づき前記走査荷電粒子顕微鏡を用いて前記試料上における前記複数の局所撮像領域の各々を順に撮像する撮像過程と、
   該撮像過程において順に撮像した局所撮像領域画像群を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成するモザイク処理過程とを有し、
   前記撮像過程及び前記モザイク処理過程において、前記複数の局所撮像領域の各々の撮像及び前記パノラマ画像の生成を、前記試料上における同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上で行うことによって、複数のパノラマ画像を生成することを特徴とする走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
8. 前記複数のパノラマ画像の各々を生成するための前記局所撮像領域の配置は、前記撮像を行う複数のセルあるいは複数のチップ毎に異なることを特徴とする請求項７に記載の走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
9. 前記撮像レシピ作成過程の前記調整ポイント決定ステップにおいて、配置を決定する調整ポイントには、アドレッシング点あるいはオートフォーカス点あるいはオートスティグマ点あるいはオートブライトネス・コントラスト点あるいは倍率調整点の一部または全てを含むことを特徴とする請求項１に記載の走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成方法。
10. 走査荷電粒子顕微鏡を用いて試料上における広視野の撮像領域を決定する領域決定手段と、該領域決定手段で決定された試料上における広視野の撮像領域を複数の局所撮像領域に分割して決定する局所領域決定手段と、該局所領域決定手段で分割して決定された複数の局所撮像領域の各々を撮像するための該各局所撮像領域に対応する調整ポイントの配置を決定する調整ポイント決定手段と、前記局所領域決定手段で分割して決定された前記各局所撮像領域及び前記調整ポイント決定手段で配置が決定された前記各調整ポイントの撮像順を決定する撮像順決定手段とを有し、前記各局所撮像領域の座標及び前記各調整ポイントの座標並びに前記各局所撮像領域及び前記各調整ポイントの撮像順からなる撮像シーケンスを撮像レシピとして作成する撮像レシピ作成装置と、
    該撮像レシピ作成装置で作成された撮像レシピに基づき前記走査荷電粒子顕微鏡を用いて前記試料上における前記複数の局所撮像領域の各々を順に撮像する撮像装置と、
    該撮像装置により順に撮像した局所撮像領域画像群を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成する画像処理装置とを備え、
    前記撮像レシピ作成装置において、さらに、任意の局所撮像領域に対して撮像範囲が重複するように調整ポイントの配置が決定された場合には、該重複する調整ポイントに対応する局所撮像領域以外の各局所撮像領域については、該各局所撮像領域用の調整ポイントでの調整直後に前記各局所撮像領域での撮像を行う条件を満たしつつ、前記重複する調整ポイントに対応する局所撮像領域については、前記任意の局所撮像領域を撮像した後において前記重複する調整ポイントでの調整直後に撮像を行うように前記撮像シーケンスを前記撮像レシピとして作成することを特徴とする走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成装置。
11. 前記撮像レシピ作成装置において、前記局所領域決定手段により決定する前記局所撮像領域への分割、前記調整ポイント決定手段により決定する調整ポイントの配置、及び前記撮像順決定手段により決定する前記各調整ポイント及び前記各局所撮像領域の撮像順の決定の一部又は全てを前記試料上に形成された回路パターンの設計データを基に行うことを特徴とする請求項１０に記載の走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成装置。
12. 前記撮像レシピ作成装置の前記局所領域決定手段において、隣り合う局所撮像領域間には重複領域があり、該重複領域内には隣り合う局所撮像領域間の位置合せ量若しくは画像の歪み補正量を決定する手掛かりとなるパターンのエッジが含まれるように前記複数の局所撮像領域を決定することを特徴とする請求項１０に記載の走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成装置。
13. 走査荷電粒子顕微鏡を用いて試料上における広視野の撮像領域を決定する領域決定手段と、該領域決定手段で決定された試料上における広視野の撮像領域を複数の局所撮像領域に分割して決定する局所領域決定手段と、該局所領域決定手段で分割して決定された複数の局所撮像領域の各々を撮像するための該各局所撮像領域に対応する調整ポイントの配置を決定する調整ポイント決定手段と、前記局所領域決定手段で分割して決定された前記各局所撮像領域及び前記調整ポイント決定手段で配置が決定された前記各調整ポイントの撮像順を決定する撮像順決定手段とを有し、前記各局所撮像領域の座標及び前記各調整ポイントの座標並びに前記各局所撮像領域及び前記各調整ポイントの撮像順からなる撮像シーケンスを撮像レシピとして作成する撮像レシピ作成装置と、
    該撮像レシピ作成装置で作成された撮像レシピに基づき前記走査荷電粒子顕微鏡を用いて前記試料上における前記複数の局所撮像領域の各々を順に撮像する撮像装置と、
    該撮像装置により順に撮像した局所撮像領域画像群を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成する画像処理装置とを備え、
    前記撮像レシピ作成装置の前記局所領域決定手段において、前記分割された複数の局所撮像領域を、さらに、前記試料上における同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上の座標に分配して決定することを特徴とする走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成装置。
14. 走査荷電粒子顕微鏡を用いて試料上における広視野の撮像領域を決定する領域決定手段と、該領域決定手段で決定された試料上における広視野の撮像領域を複数の局所撮像領域に分割して決定する局所領域決定手段と、該局所領域決定手段で分割して決定された複数の局所撮像領域の各々を撮像するための該各局所撮像領域に対応する調整ポイントの配置を決定する調整ポイント決定手段と、前記局所領域決定手段で分割して決定された前記各局所撮像領域及び前記調整ポイント決定手段で配置が決定された前記各調整ポイントの撮像順を決定する撮像順決定手段とを有し、前記各局所撮像領域の座標及び前記各調整ポイントの座標並びに前記各局所撮像領域及び前記各調整ポイントの撮像順からなる撮像シーケンスを撮像レシピとして作成する撮像レシピ作成装置と、
    該撮像レシピ作成装置で作成された撮像レシピに基づき前記走査荷電粒子顕微鏡を用いて前記試料上における前記複数の局所撮像領域の各々を順に撮像する撮像装置と、
    該撮像装置により順に撮像した局所撮像領域画像群を画像処理により繋ぎ合わせてパノラマ画像を生成する画像処理装置とを備え、
    前記撮像装置及び前記画像処理装置において、前記複数の局所撮像領域の各々の撮像及び前記パノラマ画像の生成を、前記試料上における同一のパターン構造をもつ複数のセルあるいは複数のチップ上で行うことによって、複数のパノラマ画像を生成することを特徴とする走査荷電粒子顕微鏡を用いたパノラマ画像合成装置。

Images