JP5401005B2 - テンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、走査電子顕微鏡において、画像中の所望のパターンを抽出するテンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡に関する。

近年、半導体プロセスはますます微細化が進み、所望の形状に加工されているかどうかを顕微鏡を用いて検査している。顕微鏡は、加工されたパターンを撮像してディスプレイに画像を表示し、画像処理技術を用いて検査を行う。顕微鏡には光を照射するものと、電子線を照射するものとがあるが、両者で異なるのは分解能であって、画像処理については同様なものを用いることができる。分解能の高い光学式顕微鏡では、試料からの反射光をＣＣＤセンサ等で検知し、ディジタル信号処理を行って画像化しており、さらに分解能の高い電子顕微鏡においては、試料で発生する電子を検知する検出器には様々な種類があるが、画像化にはディジタル信号処理を行うからである。

半導体プロセスの途中で加工された回路パターンを検査する場合、半導体チップ上のすべてのパターンを検査するのは効率的でないので、そのプロセスで不具合が発生しそうな、あるいは過去に発生した箇所に特定して検査することが行われている。このとき、その検査すべき特定箇所を分解能の高い顕微鏡で見つけ出すのは、至難の業であるため、テンプレートマッチングとよばれる手法が用いられている（特許文献１参照）。

テンプレートマッチングは、半導体プロセスの各段階における回路の設計パターンの図形情報をテンプレートという基準データとして定義し、顕微鏡で撮像された試料の複数の画像のパターンの図形から、テンプレートの図形と一致しているものを抽出するもので、コンピュータにより演算される。具体的には、顕微鏡画像内のパターンの凹凸を表す複数の階調値と一定領域内のテンプレート図形とを比較し、一致度が高い場合にマッチングがとれたとするものである。

設計パターンは半導体プロセスにおける各段階の回路パターンであるが、試料の材料によっては、顕微鏡で撮像した画像に、ひとつ前のプロセスのパターンである下地パターンが現れてしまう場合がある。このとき、この画像と一致するテンプレートがなかった場合はテンプレートによるマッチングがとれず、下地パターンを含んだ図形に近似のテンプレートが選択された場合は、誤判断してしまうことになる。

特開２００２−３２８０１５号公報

本発明は、設計パターンをテンプレートとし、画像からテンプレートと一致するパターンを抽出するときに、画像に下地パターンが現れていても誤判断のないテンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施態様は、所望の領域内の設計データからエッジを抽出し、エッジをテンプレートとして記憶手段へ登録し、画像のパターンからエッジを抽出し、該エッジと設計データのエッジとを比較して、一致度を判断するものである。

また、設計データのエッジで分割される領域のうちの一方を「１」、他方を「０」とし、画像のパターンのエッジと設計パターンのエッジとの比較により一致と判断された場合に、画像のパターンのエッジで囲まれた内部を「凸」、外部を「凹」と判断するものである。

本発明の実施例によれば、設計パターンをテンプレートとし、画像からテンプレートと一致するパターンを抽出するときに、画像に下地パターンが現れていても誤判断のないテンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施例で説明する走査電子顕微鏡の概略構成図である。陰極１０１と第１陽極１０２に印加された電圧Ｖ１により引出された一次電子線１０４は、第２陽極
１０３に印加される電圧Ｖａｃｃにより加速されて後段のレンズ系に進行する。この一次電子線１０４は、レンズ制御電源１１４で制御された集束レンズ１０５と対物レンズ106により試料１０７に微小スポットとして集束され、二段の偏向コイル１０８によって試料１０７上を二次元的に走査される。偏向コイル１０８の走査信号は、観察倍率に応じて偏向制御装置１０９によって制御される。試料１０７上を走査した一次電子線１０４により試料から発生した二次電子１１０は、二次電子検出器１１１で検出される。二次電子検出器１１１で検出された二次電子の情報は、増幅器１１２で増幅され、コンピュータ１１３のディスプレイに表示される。

半導体デバイスの製造プロセスでは、シリコン・ウェーハを加工して半導体デバイスが製造されるので、上記試料１０７としては、ウェーハが用いられる。コンピュータ１１３のディスプレイの画面には、製造途中の回路パターンが表示され、オペレータは、回路パターンの製造不良や付着異物を観察できる。また、走査電子顕微鏡によっては、二次電子の情報を用いて、回路パターンの幅の測定を自動的に行う機能を備えたものがある。このような画像情報を用いた処理や、画像から所望のパターンを見つけ出すテンプレートマッチングは、コンピュータ１１３内の演算部で行われる。また、回路パターンの設計情報から作成されるテンプレートは、コンピュータ１１３内の記憶部へ登録される。

図２は、テンプレートマッチングに使用される画像の一例を示す画面図であり、図２
（ａ）は設計パターンから生成されたデザインデータの形状を示し、図２（ｂ）は図２
（ａ）に対応する箇所の実際の顕微鏡の画像を示すものである。図２（ｂ）には、図２
（ａ）の設計パターンから生成されたデザインデータ２００に対応するパターン２０１の他に、下地のパターン２０２が現れており、図２（ａ）のデザインデータ２００をテンプレートとした場合、図２（ｂ）の下地のパターン２０２は図２（ａ）に含まれないため、コンピュータは異なる図形であると認識し、この箇所ではテンプレートマッチングができない。これは、従来のテンプレートマッチングが、顕微鏡画像内のパターンの凹凸を表す複数の階調値と一定領域内のテンプレート図形とを比較しており、比較領域内に複数の形状のパターンが存在するために、一致していないとコンピュータが判断するためである。

図３は、本発明におけるテンプレートの一例を示す画面図である。例えば、デザインデータが「１０」という図形の場合に、その図形のエッジの部分と、エッジの内外の部分との２つの情報でテンプレートを定義する。すなわち、図３（ａ）に示すように、エッジの部分の定義は、エッジを示す線３００の部分を「１」とし、その他の背景の領域３０１を「０」とするバイナリ化で表現する。さらに、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に線３００で示したエッジで囲まれた領域３０２が、設計上「凸」であれば「凸」，「＋」、あるいは「１」と定義し、これ以外の領域３０３を「凹」，「−」、あるいは「０」と定義する。このように、ひとつのパターンについて、２つの定義を組合せ、このデータをテンプレートとする。

そして、テンプレートマッチングのときには、はじめに、顕微鏡画像のパターンとデータの図３（ａ）に示す線３００とが一致するかどうかのエッジの部分を用いた判定を行う。このとき、顕微鏡画像中の図３（ａ）に示す線３００以外の線があっても無視する。

一致した場合には、顕微鏡画像のパターンの図３（ｂ）に示す領域３０２に対応する領域が「凸」であると判定し、「凸」の領域と「凹」の領域とを線３００によって区分する。このとき、これらの領域内に、線３００以外の線、すなわち画像内のエッジがあっても無視する。このように、顕微鏡画像内に所望のパターン以外の図形が含まれていたとしても、その領域はテンプレートとしたデータでは「０」であって判定対象にはしないので、画像内に下地パターンが含まれていても、テンプレートマッチングが可能となる。

一致度の判定は、画像からパターンのエッジに相当する部分のみを抽出し、これとテンプレートのエッジとを画像比較処理で行い、両エッジの距離が予め決められた値以内に納まった場合に、一致したと判断して行われる。

設計パターンを用いてテンプレートを登録するときは、顕微鏡画像の視野全面で行うのではなく、デザインデータが含まれる所望の領域を画面上で指定して定義することができる。図３（ｂ）に示すデザインデータをテンプレートとして登録する場合、デザインデータを含む四角形の領域３０４をマウスポインタ等で指定し、図示しない登録ボタンを押せば、領域３０４内のデザインデータがテンプレートとして登録される。このとき、図３
（ａ）に示すように、領域３０４内のデザインデータのエッジを示す線３００がバイナリコードの「１」として、線３００以外の領域が「０」としてコンピュータにより自動的に定義される。次に、図３（ｂ）に示すデザインデータのエッジの内部の領域３０２が「凸」の場合は、図示しない指示ボタンで「凸」を入力することにより、「凸」，「＋」、あるいは「１」と定義され、同時に、領域３０２以外の領域が「凹」，「−」、あるいは
「０」と定義される。エッジの内部が、「凸」なのか「凹」なのかの判断は、例えば、領域３０２の内部にマウスポインタ等をあわせ、クリックで「凸」なのか「凹」なのかを質問するメニューが画面上に開き、いずれかをクリックすることで、オペレータが指定することができる。あるいは、線３００が閉じているような図形の場合は、予め「凸」であると定義するようにし、「凹」の場合に限ってオペレータの指示により「凹」であると再定義されるようにしてもよい。

図４は、テンプレートとして登録された設計データの一例を示す画面図、図５は、テンプレートマッチングの対象となる画像の一例を示す画面図である。図４（ａ）は、パターンとして円４０１を矩形領域４０２内でテンプレートとして登録したもの、図４（ｂ）は、パターンとして楕円４０３を矩形領域４０４内でテンプレートとして登録したものである。

図５は、テンプレートマッチングの対象となるパターンの画像であって、円形状の凸部５０１の表層情報の他に、帯状部５０２で示される下地情報が現れている。従来のテンプレートマッチングの判定では、両者のエッジのみでなく、テンプレートとして登録したときの矩形の領域４０２や４０４内に現れているすべての情報を比較対象とするため、凸部５０１とその周囲の帯状部５０２の両方が凸であると判断して、テンプレートとして図４（ａ）の円４０１でなく、図４（ｂ）の楕円４０３が選択されてしまうことになる。すなわち、図４（ａ）の円４０１をテンプレートとしてパターンを見つけ出す場合には、図５に示される画像は抽出されない。一方、図４（ｂ）の楕円４０３をテンプレートとしてパターンを見つけ出す場合には、図５に示される画像が、楕円でなく円であるにもかかわらず抽出されてしまう。

これに対して、本発明では、はじめに矩形の領域４０２や４０４内のテンプレートである円４０１や楕円４０３のエッジの部分と、画像内のエッジの部分だけを比較し、一致度が高いものを選択するので、円４０１や楕円４０３以外の形状のエッジがあっても無視される。したがって、図４（ａ）の円４０１をテンプレートとした場合に、図５の円形状の凸部５０１を抽出することができ、次に、エッジ部の内外が凸か凹かを判断する場合に、円形状の凸部５０１の外側に帯状部５０２があっても一致度の判断上無視される。このようにして、本発明によれば、試料の画像に下地パターンが現れてもマッチングがとれ、所望のパターンを正確に抽出することができる。

走査電子顕微鏡の概略構成図。 テンプレートマッチングに使用される画像の一例を示す画面図。 テンプレートの一例を示す画面図。 テンプレートとして登録された設計データの一例を示す画面図。 テンプレートマッチングの対象となる画像の一例を示す画面図。

符号の説明

１０７…試料、１１３…コンピュータ、２００…デザインデータ、２０１…パターン、２０２…下地のパターン、３００…線、４０１…円、４０２，４０４…矩形領域、４０３…楕円、５０１…凸部、５０２…帯状部。

Claims (4)

1. 所望の領域内の設計データのパターンのエッジに沿った部分を一致度判定部とし、当該一致度判定部以外の部分を非判定部とするテンプレートを記憶し、試料に対する電子線照射により発生する二次電子の情報を用いて画像データを形成し、前記一致度判定部について選択的に前記設計データのエッジと、画像パターンのエッジとの距離を判定し、当該距離が予め定められた値以内に納まった場合に、前記テンプレートと前記画像データがマッチングしたと判断することを特徴とするテンプレートマッチング方法。
2. 請求項１の記載において、前記設計データのエッジで分割される領域のうちの一方を「１」、他方を「０」とし、前記画像パターンのエッジと前記設計データのエッジとの比較により一致と判断された場合に、前記画像のパターンのエッジで囲まれた内部を「凸」、外部を「凹」と判断することを特徴とするテンプレートマッチング方法。
3. 試料へ電子線を照射して発生する二次電子の情報を用いて試料を画像化する走査電子顕微鏡において、
   前記設計データのパターンのエッジに沿った部分を一致度判定部とし、当該一致度判定部以外の部分を非判定部とするテンプレートを登録する記憶部と、
   当該一致度判定部について選択的に前記設計データのエッジと画像パターンのエッジとの距離を判定し、当該距離が予め決められた値以内に納まった場合に、前記テンプレートと前記画像データがマッチングしたと判断する演算部とを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
4. 請求項３の記載において、前記記憶部は、前記設計データのエッジで分割される領域のうちの一方を「１」、他方を「０」として記憶し、前記演算部は、前記画像のパターンのエッジと前記設計データのエッジとの比較により一致と判断された場合に、前記画像のパターンのエッジで囲まれた内部を「凸」、外部を「凹」と判断することを特徴とする走査電子顕微鏡。

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