JP7001494B2 - ウェハ観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハ観察装置に関する。

半導体デバイスの歩留まりを向上させるために、半導体ウェハに対して検査あるいは観察を行うウェハ観察装置が使用されている。ウェハ観察装置としては、例えば、パターン寸法を測長するパターン測長装置や、欠陥部位を撮像し画像を出力する欠陥観察装置がある。

ウェハ観察装置は、ウェハをステージ上に搬送した後、チップ座標系の基準となる位置であるチップ基準点周辺のアライメント用画像を取得する。そして、チップ基準点に対して相対的な位置関係が既知のユニークパターンであるアライメントマークを自動認識することによりチップ基準点を決定している。

複数のチップのチップ基準点を決定することにより、ステージに対するウェハの回転角度およびオフセットを算出して補正を行う（以降、ウェハアライメントと呼ぶ）。一般的に、アライメントマークを認識するためには、テンプレートマッチング法を用いる。

テンプレートマッチング法では、アライメントマーク部のテンプレート画像をあらかじめテンプレートとしてレシピに登録しておき、ウェハ観察時にはウェハのチップ基準点周辺の被マッチング画像を取得する。そして、取得した画像に対して、テンプレート画像をずらしながら重ね合わせ、画像どうしの類似度を算出して最も類似する箇所を特定することによりウェハのチップ基準点を決定する。

特許文献１には、テンプレートマッチング法として、テンプレート作成用画像の各画像の位置合わせを行い、画像平均化処理により平均的な画像を作成する方法が記載されている。

特開２０１５－７５８７号公報

ところで、アライメントマークの外観はウェハの製造工程や品種によって異なる。特許文献１では、アライメントマークの外観がウェハの製造工程や品種によって異なるという観点は考慮されていない。このため、特許文献１では、ユーザが製造工程や品種ごとにテンプレート画像をレシピに登録する必要がありユーザの負荷となる。

本発明の目的は、ウェハ観察装置において、アライメントマークの外観がウェハの製造工程や品種によって異なる場合でもユーザへの負荷を抑制することにある。

本発明の一態様のウェハ観察装置は、半導体ウェハのアライメントに用いるアライメントマークを含むアライメント用画像に対して、前記アライメントマークを含むテンプレート画像をスキャンして得られる前記アライメント用画像と前記テンプレート画像との間の類似度を参照して汎用テンプレート画像を生成する汎用テンプレート生成部と、前記汎用テンプレート画像と前記アライメント用画像とのマッチングを行うマッチング実行部と、前記マッチング実行部で行われた前記マッチングの結果に基づいて、前記マッチングの成否を判定するマッチング成否判定部と、を有し、前記汎用テンプレート生成部は、前記アライメントマークを含む入力画像の中から、前記テンプレート画像との前記類似度が第１の類似度を有する第１の領域と、前記テンプレート画像との前記類似度が前記第１の類似度とは異なる第２の類似度を有する第２の領域を切り出すことにより前記汎用テンプレート画像を生成することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ウェハ観察装置において、アライメントマークの外観がウェハの製造工程や品種によって異なる場合でもユーザへの負荷を抑制することができる。

ウェハ観察装置の構成図である。 実施例１、実施例２に係るウェハ観察装置の制御部、記憶部および演算部の構成図である。 ウェハ観察方法の処理フローを示す図である。 ウェハアライメント方法の処理フローを示す図である。 ウェハ上のチップとチップ基準点周辺の領域を示す図である。 チップ基準点周辺のアライメント用画像を示す図である。 テンプレートマッチングの模式図である。 テンプレートマッチングの処理フローを示す図である。 テンプレートマッチングにおいて算出されるマッチングスコアマップの極大点の付随情報を示す図である。 チップ基準点情報の入力画面を示す図である。 実施例１に係る観察対象の工程および品種のレシピを作成する方法の処理フローを示す図である。 汎用テンプレート画像生成に用いる画像をユーザが選択する画面を示す図である。 汎用テンプレート画像を生成する方法の処理フローを示す図である。 撮像画像の付随情報を示す図である。 入力画像の共通テンプレート領域を算出する方法を示す図である。 共通テンプレート領域の算出結果を示す図である。 汎用テンプレート画像と入力画像とのテンプレートマッチング結果を示す図である。 マッチングスコアマップの極大点における画像と入力画像との関係を示す図である。 汎用テンプレート画像とマッチングスコアが高くなる箇所の画像を示す図である。 入力画像のアライメントマークのレイアウトがＬ字の場合に生成される汎用テンプレート画像を示す図である。 汎用テンプレート画像の付随情報を示す図である。 実施例２に係る観察対象の工程および品種のレシピを作成する方法の処理フローを示す図である。 チップ基準点情報やＲＯＩの入力画面を示す図である。 チップ基準点情報やＲＯＩの入力後の撮像画像の付随情報を示す図である。 実施例３に係るウェハ観察装置の制御部、記憶部および演算部の構成図である。 実施例３に係る観察対象の工程および品種のレシピを作成する方法の処理フローを示す図である。 クラスタごとに汎用テンプレート画像を生成した結果を表示した画面を示す図である。 入力画像のアライメントマークのレイアウトが十字の場合に生成される汎用テンプレート画像を示す図である。 実施例３に係るテンプレートマッチングの処理フローを示す図である。

以下、図面を用いて実施例について説明する。

実施例１は、観察対象の工程および品種のレシピを作成する方法、ウェハアライメントを行う方法およびウェハを観察する方法に関するものである。特に、過去に取得した１枚以上のアライメント用の画像の中から、ユーザが選択した１枚以上の画像を用いて、複数の工程および品種のウェハアライメントにテンプレート画像として用いることが可能な汎用的なテンプレート画像を生成する方法に関するものである。実施例１により、テンプレート画像を複数の工程および品種間で共通化することが可能となり、ユーザのレシピ作成工数を削減することが可能となる。

図１を参照して、ウェハ観察装置の構成を説明する。
図１に示すように、ウェハ観察装置は、画像の撮像を行う走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）１０１と、全体の制御を行う制御部１０２、磁気ディスクや半導体メモリなどに情報を記憶する記憶部１０３、プログラムに従い演算を行う演算部１０４、装置に接続された外部の記憶媒体との情報の入出力を行う外部記憶媒体入出力部１０５、ユーザとの情報の入出力を制御するユーザインターフェース部１０６、ネットワークを介して他の装置などと通信を行うネットワークインターフェース部１０７とを有する。また、ユーザインターフェース部１０６には、キーボードやマウス、ディスプレイなどから構成される入出力端末１１３が接続されている。

ＳＥＭ１０１は、試料ウェハ１０８を搭載する可動ステージ１０９、試料ウェハ１０８に電子ビームを照射するため電子源１１０、試料ウェハ１０８から発生した２次電子や反射電子などを検出する検出器１１１を有する。その他、電子ビームを試料上に収束させる電子レンズ（図示せず）や、電子ビームを試料ウェハ上で走査するための偏向器（図示せず）や、検出器１１１からの信号をデジタル変換してデジタル画像を生成する画像化部１１２等を有する。なお、これらはバス１１４を介して接続され、相互に情報をやり取りすることが可能である。

図２を参照して、制御部１０２、記憶部１０３および演算部１０４の構成について説明する。
制御部１０２は、ウェハの搬送を制御するウェハ搬送制御部２０１、ステージの制御を行うステージ制御部２０２、電子ビームの照射位置を制御するビームシフト制御部２０３、電子ビームの走査を制御するビームスキャン制御部２０４、画像取得部２０５を有する。

記憶部１０３は、ウェハアライメントに用いる画像および付随情報（品種や工程、チップ基準点情報など）を記憶するアライメント用画像記憶部２０６、撮像条件（例えば、加速電圧やプローブ電流、加算フレーム数、撮像視野サイズなど）や画像処理パラメータなどを記憶するレシピ記憶部２０７、汎用テンプレート画像および付随情報を記憶する汎用テンプレート画像記憶部２０８、チップ基準点情報を記憶するチップ基準点情報記憶部２０９、ウェハ観察に用いる画像を記憶する観察用画像記憶部２１０を有する。

演算部１０４は、アライメント用画像記憶部２０６に記憶された１枚以上の画像を入力として汎用テンプレート画像を出力する汎用テンプレート生成部２１１、汎用テンプレート画像とウェハのアライメント用画像とのテンプレートマッチングを行うマッチング実行部２１２、マッチングスコアに基づいてマッチングの成否を判定するマッチング成否判定部２１３を有する。

なお、２１１乃至２１３は各演算を行うように設計されたハードウェアとして構成されても良いほか、ソフトウェアとして実装され汎用的な演算装置（例えばＣＰＵやＧＰＵなど）を用いて実行されるように構成しても良い。

画像取得部２０５を用いて指定された座標の画像を取得するための方法を説明する。
まず、計測対象となるウェハ１０８は、ウェハ搬送制御部２０１の制御によりロボットアームを用いてステージ１０９の上に設置される。次に、撮像視野がビーム照射範囲内に含まれるようにステージ制御部２０２によりステージ１０９が移動される。

この時、ステージの移動誤差を吸収するため、ステージ位置の計測が行われ、ビームシフト制御部２０３により移動誤差を打ち消す様にビーム照射位置の調整が行われる。電子ビームは電子源１１０から照射され、ビームスキャン制御部２０４により撮像視野内において走査される。ビームの照射によりウェハから生じる２次電子や反射電子は検出器１１１により検出され、画像化部１１２を通してデジタル画像化される。

撮像画像は品種や工程などの付随情報とともにアライメント用画像記憶部２０６もしくは観察用画像記憶部２１０に記憶される。ウェハの画像は、ウェハアライメントを行う際にはアライメント用画像記憶部２０６に、ウェハの観察を行う際には観察用画像記憶部２１０に記憶される。

図３を参照して、ウェハの観察方法について説明する。
まず、観察対象の工程および品種のレシピがレシピ記憶部２０７に存在するかどうかを確認する（Ｓ３０１）。観察対象の工程および品種のレシピがレシピ記憶部２０７に存在する場合は、そのレシピを用いてウェハアライメントを行い（Ｓ３０３）、ウェハを観察する（Ｓ３０４）。観察対象の工程および品種のレシピがレシピ記憶部２０７に存在しない場合は、観察対象の工程および品種のレシピを作成し（Ｓ３０２）、作成したレシピを用いてウェハアライメントを行い（Ｓ３０３）、ウェハを観察する（Ｓ３０４）。ウェハの観察（Ｓ３０４）では、パターンの寸法計測や欠陥部位の検査を行う。

ここで、パターンの寸法計測方法は、例えば、特開２０１３－２００３１９号公報に開示されている。欠陥部位の検査方法は、例えば、特開２００１－３２５５９５号公報に開示されている。

以降、レシピの作成方法と、作成済みのレシピを用いてウェハアライメントを行う方法について説明するが、説明の都合上、作成済みのレシピを用いてウェハアライメントを行う方法を説明した後に、レシピの作成方法について説明する。

図４を参照して、ウェハアライメント方法について説明する。
まず、ウェハをステージ上にロードし（Ｓ４０１）、レシピ記憶部２０７に格納されたレシピを読み込む（Ｓ４０２）。レシピには画像撮像条件（加速電圧やプローブ電流など）やアライメントに用いるテンプレート画像などの情報が格納されている。次に、レシピに格納された撮像条件で、画像取得部２０５を用いて観察対象の工程および品種のウェハ１０８上のチップ５０１の基準点周辺の領域５０２の画像を取得する（Ｓ４０３）。

図５は、ウェハ１０８上のチップ５０１を示したものである。
図５に示すように、チップ５０１がウェハ１０８上に複数配置されている。図６は、Ｓ４０３にて取得したアライメント用画像の例を示した図で、図６の例では、画像６０１中にチップ５０１の基準点からの相対的な位置関係が既知なユニークパターン６０２（以降、アライメントマークと呼ぶ）が見られる。次に、Ｓ４０３にて取得したアライメント用画像を被マッチング画像、レシピに格納されたテンプレート画像をテンプレート画像としてマッチング実行部２１２にてテンプレートマッチングを行い（Ｓ４０４）、マッチング成否判定部２１３にてテンプレートマッチングの成否を判定する（Ｓ４０５）。

図７および図８を参照して、マッチング実行部２１２でのテンプレートマッチング方法について説明する。
テンプレートマッチングでは、被マッチング画像７０１に対してテンプレート画像７０２をラスタースキャン７０３でずらしながら重ね合わせ、画像どうしの類似度（マッチングスコア）を算出し、マッチングスコアマップを作成する（Ｓ８０１）。

マッチングスコアマップは、被マッチング画像の各画素におけるマッチングスコアを示したもので、算出式は数１に示すとおりである。数１中のＳはマッチングスコアマップ、ｘはマッチングスコアマップのｘ座標、ｙはマッチングスコアマップのｙ座標、ｆは画像どうしのマッチングスコアを算出する関数、Ｔはテンプレート画像、Ｉ（ｘ０，ｙ０，ｗ，ｈ）は被マッチング画像の一部を切り出した画像で、ｘ０は切り出す領域の左上端のｘ座標、ｙ０は切り出す領域の左上端のｙ座標、ｗは切り出す領域の幅、ｈは切り出す領域の高さであり、ｔｗはテンプレート画像の幅、ｔｈはテンプレート画像の高さである。ここでは、画像の座標系７０４は図７に示すとおり、画像の左上端を原点とする。

マッチングスコアとしては例えば正規化相互相関値を用いれば良い。正規化相互相関値の算出式は、数２に示すとおりである。数２中のＵ、Ｖは画像、Ｕ’は画像Ｕの輝度値の平均、Ｖ’は画像Ｖの輝度値の平均、ｘは画像のｘ座標、ｙは画像のｙ座標である。

図８の説明に戻る。マッチングスコアマップの作成後、マッチングスコアマップにおいて極大点となる箇所，すなわち周囲よりもマッチングスコアの高くなる箇所を算出し（Ｓ８０２）、そのうちマッチングスコアが最大の箇所をテンプレート画像と最も類似した箇所（スコア最大点）として検出する（Ｓ８０３）。

図９は、マッチングスコアマップにおける極大点の付随情報を示した図である。
図９に示すように、極大点ごとにマッチングスコア９０１、極大点の座標９０２、検出したチップ基準座標９０３、マッチングスコアの順位９０４が付随しており、検出したチップ基準点座標９０３は、極大点の座標に対して、テンプレート画像中のチップ基準点の座標を加えた座標となる。

図９の例では、テンプレート画像中のチップ基準点の座標を（５０、５０）として検出したチップ基準座標９０３を算出している。なお、テンプレートマッチングの際には、輝度コントラストに対するロバスト性向上のために、撮像画像そのものではなく、撮像画像に対してエッジ抽出処理などの前処理を適用し、得られた処理結果の画像を用いても良い。

マッチング成否判定部２１３にてテンプレートマッチングの成否を判定する方法について説明する。
図９に示したとおり、マッチングスコアマップから複数の極大点を抽出することで、被マッチング画像１枚に対して、順位が一位の第一のマッチングスコアだけでなく、順位が二位の第二のマッチングスコアが算出できる。マッチング成否判定部２１３では、第一のマッチングスコアがしきい値以上である場合または、第一のマッチングスコアと第二のマッチングスコアの比がしきい値以上である場合、もしくはその両方の条件を満たす場合にテンプレートマッチングに成功したと判定する。

図４の説明に戻る。マッチング成否判定部２１３にてマッチング成功と判定された場合には、アライメントマークとチップ基準点との相対的な位置関係に基づいてウェハのチップ基準点を算出し、チップ基準点情報記憶部２０９に格納する（Ｓ４０７）。マッチング成否判定部２１３にてマッチング失敗と判定された場合には、ユーザがチップ基準点の座標を入力し（Ｓ４０６）、入力されたチップ基準点情報をチップ基準点情報記憶部２０９に格納する（Ｓ４０７）。

図１０は、ユーザがチップ基準点の座標を入力する際の入出力端末１１３の画面１００１の例を示した図である。
画面１００１は、アライメント用画像表示部１００２、テンプレート画像表示部１００５、マッチング結果表示部１００７、チップ基準点情報入力部１００８、ＯＫボタン１００９から構成される。アライメント用画像表示部１００２には、Ｓ４０３にて取得したアライメント用画像が、画像を縮小してアイコン化した画像（サムネイル画像１００３）として表示される。

また、テンプレート画像表示部１００５には、レシピに格納されたテンプレート画像のサムネイル画像１００６が、マッチング結果表示部１００７には、アライメント用画像に対するテンプレートマッチングの結果（マッチングスコアや検出したチップ基準点の座標情報など）が表示される。なお、アライメント用画像のサムネイル画像１００３上にテンプレートマッチングにより検出したチップ基準点のカーソル１００４を表示しても良い。ユーザがチップ基準点座標入力部１００８にチップ基準点座標を入力し、ＯＫボタン１００９をクリックすることで、処理Ｓ４０６を終了する。

上記のＳ４０３乃至Ｓ４０７の処理を複数のチップの基準点が決定するまで繰り返す。複数のチップの基準点決定後、ステージに対するウェハの回転とオフセットを算出し、補正する（Ｓ４０８）。
以上、ウェハアライメント方法について説明した。 以降において、図１１を参照して、観察対象の工程および品種のレシピを作成する方法について説明する。
まず、観察対象の工程および品種のウェハをステージ上にロードし（Ｓ１１０１）、画像撮像条件（加速電圧やプローブ電流など）をユーザが設定する（Ｓ１１０２）。次に、設定した撮像条件で、画像取得部２０５を用いて観察対象の工程および品種のウェハのアライメント用画像を取得する（Ｓ１１０３）。その後、アライメント用画像記憶部２０６に記憶された１枚以上の画像の中から、Ｓ１１０３にて取得したアライメント用画像のアライメントマークとレイアウトが類似する画像を１枚以上ユーザが選択する（Ｓ１１０４）。

図１２は、ユーザが画像を指定する際の入出力端末１１３の画面１２０１の例を示した図である。
図１２に示すように、画面１２０１は、ウェハの画像表示部１２０２と、記憶部内の画像表示部１２０４、ユーザの選択画像表示部１２０６、ＧＥＮＥＲＡＴＥボタン１２０８から構成される。ウェハの画像表示部１２０２には、Ｓ１１０２にて取得した画像のサムネイル画像１２０３が表示される。また、記憶部内の画像表示部１２０４にはアライメント用画像記憶部２０６内に記憶された画像のサムネイル画像１２０５が、ユーザの選択画像表示部１２０６にはユーザが選択中の画像のサムネイル画像１２０７が表示される。

ユーザがＧＥＮＥＲＡＴＥボタン１２０８を押すと、ユーザの選択した画像を入力として汎用テンプレート画像生成部２１１にて汎用テンプレート画像を生成し（Ｓ１１０５）、生成された汎用テンプレート画像をレシピ記憶部２０７および汎用テンプレート画像記憶部２０８に記憶する（Ｓ１１０６）。

なお、ユーザが観察対象の工程および品種のアライメントマークのレイアウトを事前に知っている場合などは、Ｓ１１０３にてウェハの画像を取得せずに画像の選択を行っても良いまた、汎用テンプレート画像生成部２１１の入力画像は、撮像画像に対してエッジ抽出処理などの前処理を適用し、得られた処理結果の画像でも良い。

図１３を参照して、汎用テンプレート画像生成部２１１にて汎用テンプレート画像を生成する方法について説明する。
汎用テンプレート画像生成部２１１では、まず入力画像全てをチップ基準点どうしが一致するように重ね合わせ（Ｓ１３０１）、共通テンプレート領域を算出する（Ｓ１３０２）。ここでは、ユーザが、画像ＩＤが「Ｉ１」の画像と、画像ＩＤが「Ｉ２」の画像を選択した例で説明する。

図１４は、画像ＩＤ１４０１が「Ｉ１」の画像と、画像ＩＤが「Ｉ２」の画像の付随情報の例である。
図１４に示すように、画像ごとに画像ＩＤ１４０１、製造品種１４０２、製造工程１４０３、画像の幅１４０４、画像の高さ１４０５、テンプレート画像とする領域（ＲＯＩ）の左上端の座標情報１４０６および右下端の座標情報１４０７、チップ基準点情報１４０８が付随している。

図１５を参照して、画像の重ね合わせ処理と共通領域算出処理について説明する。
画像１５０１と領域１５０３はそれぞれ画像ＩＤが「Ｉ１」の画像とその画像中のテンプレート画像とする領域、画像１５０２と領域１５０４はそれぞれ画像ＩＤが「Ｉ２」の画像とその画像中のテンプレート画像とする領域であり、各画像内にアライメントマーク１５０５が含まれている。Ｓ１３０１では、画像１５０１と画像１５０２をチップ基準点どうしが一致するように重ね合わせ（Ｓ１３０１）、入力画像のテンプレート領域が重なる共通テンプレート領域を算出する（Ｓ１３０２）。領域１５０８は画像ＩＤが「Ｉ１」の画像の共通テンプレート領域、領域１５０９は画像ＩＤが「Ｉ２」の画像の共通テンプレート領域である。

図１６は、共通テンプレート領域の算出結果である。
図１６に示すように、画像ごとに画像ＩＤ１６０１、製造品種１６０２、製造工程１６０３、画像の幅１６０４、画像の高さ１６０５、共通テンプレート領域の左上端の座標情報１６０６および右下端の座標情報１６０７、チップ基準点情報１６０８が付随している。

共通テンプレート領域算出（Ｓ１３０２）後、入力画像の共通テンプレート領域の画像の平均画像を算出し汎用テンプレート画像の初期値とし（Ｓ１３０３）、入力画像ごとに、入力画像を被マッチング画像、汎用テンプレート画像をテンプレート画像としてマッチング実行部２１２にてテンプレートマッチングを行う（Ｓ１３０４）。

図１７は、入力画像と汎用テンプレート画像とのテンプレートマッチング結果を示す図である。
図１７の例では、テンプレートマッチング時に作成されるマッチングスコアマップの極大点ごとに、極大点に対応する画像の画像ＩＤ１７０１、マッチングスコア１７０２、極大点の座標１７０３、検出したチップ基準点座標１７０４、被マッチング画像ＩＤ１７０５が付随している。検出チップ基準点座標１７０４が被マッチング画像のチップ基準点座標１６０８と一致する場合の極大点および該極大点周辺をアライメントマーク部位、検出チップ基準点座標１７０４が被マッチング画像のチップ基準点座標１６０８と異なる場合の極大点と該極大点周辺をアライメントマーク部位以外の部位とする。

極大点に対応する画像とは、入力画像から、極大点の座標を左上端として汎用テンプレートと同じ大きさに切り出した画像であり、画像ＩＤ１７０１が「ｐｊ」の画像は検出チップ基準点座標１７０４が被マッチング画像のチップ基準点座標１６０８と一致している画像（アライメントマーク部位における画像）、画像ＩＤ１７０１が「ｎｊｉ」の画像は検出チップ基準点座標１７０４が被マッチング画像のチップ基準点座標１６０８と異なる画像（アライメントマーク部位以外の部位における画像）である。

図１８は、マッチングスコアマップの極大点に対応する画像と入力画像との関係を示した図である。
図１８に示すように、画像１８０１は、画像ＩＤ１６０１が「Ｉ１」の画像１５０１から座標（２００，２００）を左上端として幅２００、高さ２００の領域を切り出した画像である。画像１８０２は、画像ＩＤ１６０１が「Ｉ１」の画像１５０１から座標（２４０，１６０）を左上端として幅２００、高さ２００の領域を切り出した画像で、画像１８０３は、画像ＩＤ１６０１が「Ｉ１」の画像１５０１から座標（１６０，２４０）を左上端として幅２００、高さ２００の領域を切り出した画像である。画像１８０１は、画像１８０２、画像１８０３はそれぞれ図１７の画像ＩＤ１７０１が「ｐ１」の画像、「ｎ１１」の画像、「ｎ１２」の画像である（画像ＩＤ１７０１が「ｎ１３」の画像は図示せず）。

入力画像ごとのテンプレートマッチング（Ｓ１３０４）の後、数３に示すように最適化を行うことで、汎用テンプレート画像を生成する（Ｓ１３０５）。数３中のｒは汎用テンプレート画像、ｒ’は最適化を行う際に変化させるパラメータ、ｐｊは入力画像Ｉｊ中のアライメントマーク部位における画像、Ｍは入力画像の数、ｎｊｉは入力画像Ｉｊ中のアライメントマーク部位以外の部位における画像、Ｎｊは入力画像Ｉｊ中のアライメントマーク部位以外の部位における画像の数、ｆは引数の画像どうしのマッチングスコアを算出する関数であり、前述したとおり、例えば数式２に示す正規化相互相関値を用いれば良い。

図１９は、入力画像に対するマッチングスコアマップの極大点に対応する画像の例を示す。画像１９０１、画像１９０２、画像１９０３、画像１９０４、画像１９０５、画像１９０６はそれぞれ、図１７において画像ＩＤ１７０１が「ｐ１」、「ｐ２」、「ｎ１１」、「ｎ１２」、「ｎ２１」、「ｎ１３」の画像である。なお、画像１９０１乃至１９０６はエッジ抽出処理を適用した結果の画像である。Ｓ１１０５にて生成した汎用テンプレート画像は、入力画像のアライメントマークと異なるマークを含むという特徴がある。図２０を用いて汎用テンプレート画像の特徴について説明する。

図２０は、入力画像２００１のアライメントマーク２００２のレイアウトがＬ字の場合に生成される汎用テンプレート画像２００３の例である。
図２０に示すように、入力画像および汎用テンプレート画像を輝度値の平均が０になるように正規化した画像で考えた際に、汎用テンプレート画像２００３は入力画像２００１中の第一のＬ字のパターンと輝度値の正負が同一の第二のＬ字のパターン２００４と、第二のＬ字のパターン２００４の左上および左下および右上および右下の位置に第一のＬ字のパターンの輝度値の正負が反転した第三のＬ字のパターン２００５を含むという特徴がある。

汎用テンプレート画像２００３は、第二のＬ字のパターン２００４と第三のＬ字のパターン２００５から構成されるマークを含んでおり、該マークは入力画像２００１のアライメントマーク２００２と異なるものである。

図２１は汎用テンプレート画像の付随情報の例である。
図２１に示すように、汎用テンプレート画像ごとに、汎用テンプレート画像ＩＤ２１０１、画像の幅２１０２、画像の高さ２１０３、汎用テンプレート画像におけるチップ基準点の座標２１０４、汎用テンプレート画像の生成に用いた入力画像ＩＤ２１０５が付随している。

以上説明したように、実施例１では、ユーザの選択した１枚以上の画像を用いて、複数の工程および品種のウェハアライメントにテンプレート画像として用いることが可能な汎用的なテンプレート画像を生成することができる。実施例１により、テンプレート画像を複数の工程および品種間で共通化することが可能となり、ユーザのレシピ作成工数を削減することができる。

次に、実施例２のウェハ観察装置について説明する。
実施例１とは異なる方法で、観察対象の工程および品種のレシピを作成する装置について説明する。実施例２に係る装置構成は実施例１で示した図１および図２と同様である。異なるのは、観察対象の工程および品種のレシピを作成する方法である。以降においては実施例１と異なる部分についてのみ説明する。

実施例１では、ユーザの選択した画像を用いて汎用テンプレート画像を生成する方法について説明した。実施例２では、汎用テンプレート画像を生成するために用いる画像をユーザが選択せずに、汎用テンプレート画像を生成する方法について説明する。実施例２により、実施例１同様、テンプレート画像を複数の工程および品種間で共通化することが可能となり、ユーザのレシピ作成工数を削減することが可能となる。

図２２を参照して、レシピを作成する方法について説明する。
まず、観察対象の工程および品種のウェハをステージ上にロードし（Ｓ２２０１）、画像撮像条件（加速電圧やプローブ電流など）をユーザが設定する（Ｓ２２０２）。次に、設定した撮像条件で、画像取得部２０５を用いて観察対象の工程および品種のウェハのアライメント用画像を取得し（Ｓ２２０３）、汎用テンプレート画像記憶部２０８に汎用テンプレート画像が存在するかどうかを確認する（Ｓ２２０４）。

汎用テンプレート画像記憶部２０８に汎用テンプレート画像が存在しないと判定された場合、Ｓ２２０３にて取得したアライメント用画像を入出力部１１３に表示し、ユーザがチップ基準点情報とテンプレート画像の領域（ＲＯＩ）を入力し（Ｓ２２０５）、Ｓ２２０３にて取得した画像をユーザの入力したチップ基準点情報やＲＯＩなどの付随情報とともにアライメント用画像記憶部２０６に記憶する。

図２３は、チップ基準点情報やＲＯＩを入力する際の入出力端末１１３の画面２３０１の例を示した図である。
図２３に示すように、画面２３０１は、アライメント用画像表示部２３０２と、チップ基準点情報入力部２３０４、ＲＯＩの左上端の座標情報入力部２３０５、ＲＯＩの右下端の座標情報入力部２３０６、ＯＫボタン２３０７から構成される。アライメント用画像表示部２３０２には、ウェハのアライメント用画像のサムネイル画像２３０３が表示される。ユーザは、チップ基準点の座標やＲＯＩの情報を入力後、ＯＫボタン２３０７をクリックする。

図２４は、チップ基準点の座標とＲＯＩ入力後の画像ＩＤ２４０１が「Ｉ３」の画像の付随情報の例である。
図２４に示すように、画像ごとに画像ＩＤ２４０１、製造品種２４０２、製造工程２４０３、画像の幅２４０４、画像の高さ２４０５、ＲＯＩの左上端の座標情報２４０６および右下端の座標情報２４０７、チップ基準点情報２４０８が付随している。

図２２に戻り説明を続ける。ユーザによる座標情報およびＲＯＩの入力後、撮像画像を汎用テンプレート生成部２１１に入力し、汎用テンプレート生成部２１１にて汎用テンプレート画像を生成し（Ｓ２２０５）、生成された汎用テンプレート画像をレシピ記憶部２０７および汎用テンプレート画像記憶部２０８に記憶する（Ｓ２２１１）。

Ｓ２２０４にて汎用テンプレート画像記憶部２０８に汎用テンプレート画像が存在すると判定された場合、Ｓ２２０３にて取得したアライメント用画像を被マッチング画像、汎用テンプレート画像記憶部２０８に格納された第一の汎用テンプレート画像をテンプレート画像としてマッチング実行部２１２にてテンプレートマッチングを行い（Ｓ２２０７）、マッチング成否判定部２１３にてテンプレートマッチングの成否を判定する（Ｓ２２０８）。

マッチング成否判定部２１３でマッチングが成功と判定された場合には、テンプレートマッチングの結果を用いてチップ基準点とテンプレート画像の領域を決定する。マッチング成否判定部２１３でマッチングが失敗と判定された場合には、ユーザがチップ基準点情報とテンプレート画像の領域を入力する（Ｓ２２０９）。

その後、マッチング成否に関わらず、Ｓ２２０３にて取得した画像と、第一の汎用テンプレート画像の生成に用いた画像を入力として汎用テンプレート生成部２１１にて第二の汎用テンプレート画像を生成し（Ｓ２２１０）、生成された第二の汎用テンプレート画像をレシピ記憶部２０７および汎用テンプレート画像記憶部２０８に記憶する（Ｓ２２１１）。

なお、マッチング成否判定部２１３でマッチングが成功と判定された場合、汎用テンプレート画像生成処理（Ｓ２２１０）を行わずに第一の汎用テンプレート画像をレシピ記憶部２０７および汎用テンプレート画像記憶部２０８に記憶しても良い。テンプレートマッチングの際の被マッチング画像や汎用テンプレート画像生成部２１１の入力画像は、撮像画像に対してエッジ抽出処理などの前処理を適用し、得られた処理結果の画像を用いても良い。

以上説明したとおり、実施例２により、汎用テンプレート画像生成に用いる画像をユーザが指定せずに、汎用テンプレート画像を生成することが可能となる。また、実施例１と同様に、テンプレート画像を複数の工程および品種間で共通化することが可能となり、ユーザのレシピ作成工数を削減することができる。

次に、実施例３のウェハ観察装置について説明する。
実施例１および実施例２とは異なる方法で、観察対象の工程および品種のレシピを作成しウェハアライメントを行う装置について説明する。実施例３に係る装置構成は演算部を除いて実施例１で示した図１および図２と同様である。異なるのは、演算部の装置構成およびレシピの作成方法およびウェハアライメント時のテンプレートマッチング方法である。以降においては実施例１および実施例２と異なる部分についてのみ説明する。

半導体ウェハのアライメントマークのレイアウトは製造工程や品種によって異なる場合がある。例えば、図６で示したようなＬ字のレイアウトの他にも十字のレイアウトなどが存在する。汎用テンプレート生成部２１１に、異なるレイアウトの画像が入力されると、複数の工程や品種のテンプレート画像として適用可能な汎用テンプレート画像を生成するのは困難になる。

実施例３は、事前に画像をクラスタリングすることにより、アライメントマークのレイアウトの類似した画像から汎用テンプレート画像を生成する方法に関するものである。これにより、アライメント用画像記憶部２０６に異なるレイアウトのアライメントマークの画像が格納されていても、複数の工程や品種に適用可能な汎用テンプレート画像の生成が可能となる。

図２５を参照して、具体的な装置構成について説明する。
制御部１０２、記憶部１０３については図２と同様であるため、説明は省略する。演算部１０４は、アライメント用画像記憶部２０６に記憶された１枚以上のアライメント用画像を入力として汎用テンプレート画像を出力する汎用テンプレート生成部２１１、汎用テンプレート画像とウェハのアライメント用画像とのテンプレートマッチングを行うマッチング実行部２１２、マッチングスコアに基づいてマッチングの成否を判定するマッチング成否判定部２１３、複数のアライメント用画像をクラスタリングするクラスタリング実行部２５０１、観察対象の工程および品種に適合した汎用テンプレート画像が汎用テンプレート画像記憶部２０８に存在するかどうかを判定する適合テンプレート有無判定部２５０２を有する。

なお、２１１乃至２１３、２５０１、２５０２は各演算を行うように設計されたハードウェアとして構成されても良いほか、ソフトウェアとして実装され汎用的な演算装置（例えばＣＰＵやＧＰＵなど）を用いて実行されるように構成しても良い。

図２６を参照して、観察対象の工程および品種のレシピを作成する方法について説明する。
まず、クラスタリング実行部２５０１にて、アライメント用画像記憶部２０６に記憶された複数のアライメント用画像を画像どうしのマッチングスコアに基づいてクラスタリングし（Ｓ２６０１）、アライメントマークのレイアウトの類似する画像を含むクラスタを得る。

次に、クラスタごとに、クラスタに含まれる１枚以上の画像を汎用テンプレート生成部２１１に入力し、汎用テンプレート画像を生成し、汎用テンプレート画像記憶部２０８に記憶する（Ｓ２６０２）。

図２７はクラスタごとに汎用テンプレート画像を生成した結果を入出力部１１３に表示した画面の例である。
図２７に示すように、画面２７０１は、クラスタ内画像表示部２７０２、汎用テンプレート画像表示部２７０３から構成されており、クラスタ内画像表示部２７０２には、クラスタごとの画像のサムネイル画像２７０４が表示され、汎用テンプレート画像表示部２７０３には、クラスタごとの汎用テンプレート画像２７０５が表示される。

図２７の例においては、クラスタ１にアライメントマークのレイアウトがＬ字のパターンの画像が、クラスタ２にレイアウトが十字のパターンの画像が含まれている。アライメントマークのレイアウトがＬ字の場合に生成される汎用テンプレート画像の特徴は実施例１の図２０にて説明した。ここでは、入力画像のアライメントマークのレイアウトが十字の場合に生成される汎用テンプレート画像の特徴について図２８を用いて説明する。

図２８は、入力画像２８０１のアライメントマーク２８０２のレイアウトが十字の場合に、汎用テンプレート生成部にて生成される汎用テンプレート画像２８０３の例である。

入力画像および汎用テンプレート画像を輝度値の平均が０になるように正規化した画像で考えた際に、汎用テンプレート画像２８０３は入力画像中の第一の十字のパターンと輝度値の正負が同一の第二の十字のパターン２８０４と、第二の十字のパターン２８０４の左上および左下および右上および右下の位置に第一の十字のパターンの輝度値の正負が反転した第三の十字のパターン２８０５を含むという特徴がある。

汎用テンプレート画像２８０３は、第二の十字のパターン２８０４と第三の十字のパターン２８０５から構成されるマークを含んでおり、該マークは入力画像２８０１のアライメントマーク２８０２と異なるものである。

図２６の説明に戻る。クラスタごとの汎用テンプレート画像生成および記憶後、観察対象の工程および品種のウェハをステージ上にロードし（Ｓ２６０３）、画像撮像条件（加速電圧やプローブ電流など）をユーザが設定する（Ｓ２６０４）。次に、設定した撮像条件で、画像取得部２０５を用いて観察対象の工程および品種のウェハのアライメント用画像を取得し（Ｓ２６０５）、汎用テンプレート画像記憶部２０８に格納された１枚以上の第一の汎用テンプレート画像それぞれに関して、第一の汎用テンプレート画像をテンプレート画像、Ｓ２６０５にて取得した画像を被マッチング画像としてマッチング実行部２１２にてテンプレートマッチングを行い（Ｓ２６０６）、マッチング成否判定部２１３にてマッチングの成否を判定する（Ｓ２６０７）。

マッチング成功と判定された場合は、Ｓ２６０５にて取得した画像と、第一の汎用テンプレート画像の生成に用いた画像を入力として、汎用テンプレート生成部２１１にて第二の汎用テンプレート画像を生成し（Ｓ２６０８）、生成された第二の汎用テンプレート画像をレシピ記憶部２０７および汎用テンプレート画像記憶部２０８に記憶する（Ｓ２６０９）。

その後、適合テンプレート有無判定部２５０２にて、汎用テンプレート画像記憶部２０８に、観察対象の工程および品種に適合した第一の汎用テンプレート画像が存在するかどうかを判定する（Ｓ２６１０）。適合テンプレート有無判定部２５０２では、Ｓ２６０７にて少なくとも１枚の第一の汎用テンプレート画像とのマッチングに成功していると判定された場合に、観察対象の工程および品種に適合した第一の汎用テンプレート画像が存在していると判定する。汎用テンプレート画像記憶部２０８に格納された全ての汎用テンプレート画像とマッチングに失敗していると判定された場合には、観察対象の工程および品種に適合した汎用テンプレート画像が存在しないと判定する。

適合テンプレート有無判定部２５０２にて、観察対象の工程および品種に適合したテンプレート画像が存在しないと判定された場合には、ユーザがチップ基準点情報とテンプレート画像の領域を入力し（Ｓ２６１１）、Ｓ２６０５にて取得したアライメント用画像を汎用テンプレート生成部２１１に入力し、汎用テンプレート生成部２１１にて汎用テンプレート画像を生成し（Ｓ２６１２）、生成された汎用テンプレート画像をレシピ記憶部２０７および汎用テンプレート画像記憶部２０８に記憶する（Ｓ２６１３）。なお、マッチング成否判定部２１３にてマッチング成功と判定された場合、汎用テンプレート画像生成処理（Ｓ２６０８）を行わずに、第一の汎用テンプレート画像をレシピ記憶部２０７および汎用テンプレート画像記憶部２０８に記憶しても良い。

また、クラスタリング処理Ｓ２６０１およびクラスタごとの汎用テンプレート画像生成処理Ｓ２６０２は、レシピを作成する前に実施していても良い。テンプレートマッチングの際の被マッチング画像や汎用テンプレート画像生成部の入力画像は、撮像画像に対してエッジ抽出処理などの前処理を適用し、得られた処理結果の画像を用いても良い。

マッチング成否判定部２１３にてマッチング成功と判定された第一の汎用テンプレート画像が存在しない場合、もしくは第一のテンプレート画像が一枚の場合、ウェハアライメント方法は実施例１で説明した方法と同様である。マッチング成否判定部２１３にてマッチング成功と判定された第一の汎用テンプレート画像が複数の場合のウェハアライメント方法について説明する。

実施例１のウェハアライメント方法と異なるのは図４のＳ４０４およびＳ４０５の処理である。Ｓ４０４の処理について図２９を用いて説明する。

レシピに格納されている汎用テンプレート画像ごとに、Ｓ８０１乃至Ｓ８０３の処理を行う。具体的には、Ｓ４０３にて取得したアライメント用画像を被マッチング画像としてマッチングスコアマップを作成し（Ｓ８０１）、マッチングスコアマップにおいて極大点となる箇所を算出し（Ｓ８０２）、そのうちマッチングスコアが最大の箇所をテンプレート画像と最も類似した箇所（スコア最大点）として検出する（Ｓ８０３）。

その後、テンプレート画像ごとに検出したスコア最大点におけるマッチングスコアどうしを比較し、マッチングスコアが最大のテンプレート画像を算出しそのテンプレート画像とのマッチング結果を出力する（Ｓ２９０１）。マッチング成否判定処理Ｓ４０５では、Ｓ４０４の出力結果に基づいてマッチングの成否を判定する。

実施例１で説明したとおり、マッチングスコアマップから複数の極大点を抽出することで、被マッチング画像１枚に対して、順位が一位の第一のマッチングスコアだけでなく、順位が二位の第二のマッチングスコアが算出できる。マッチング成否判定処理Ｓ４０５では、第一のマッチングスコアがしきい値以上である場合または、第一のマッチングスコアと第二のマッチングスコアの比がしきい値以上である場合、もしくはその両方の条件を満たす場合にテンプレートマッチングに成功したと判定する。

以上説明したように、実施例３では、アライメント用画像記憶部にアライメントマークのレイアウトが異なる画像が記憶されている場合でも、クラスタリングによりアライメントマークのレイアウトごとのクラスタを取得する。これにより、アライメントマークのレイアウトの類似した画像から、汎用テンプレート画像を生成することが可能となる。また、実施例１と同様に、テンプレート画像を複数の工程および品種間で共通化することが可能となり、ユーザのレシピ作成工数を削減することができる。

上記実施例のウェハ観察装置は、１枚以上の画像を入力として、入力画像のアライメントマーク部位においてマッチングスコアが高く、アライメントマーク部位以外の部位においてマッチングスコアが低くなるように汎用テンプレート画像を生成する汎用テンプレート生成部を有する。つまり、汎用テンプレート生成部は、アライメントマークを含む入力画像の中から、テンプレート画像との類似度（マッチングスコア）が第１の類似度を有する第１の領域と、テンプレート画像との類似度が第１の類似度とは異なる第２の類似度を有する第２の領域を切り出すことにより汎用テンプレート画像を生成する。

この際、汎用テンプレート生成部は、汎用テンプレート画像として、異なる品種又は異なる製造工程に共通に用いられる汎用テンプレート画像を生成する。

例えば、第１の類似度を有する前記第１の領域に含まれるアライメントマークを第１の品種又は第１の製造工程で用い、第２の類似度を有する第２の領域に含まれるアライメントマークを第１の品種又は第１の製造工程とは異なる第２の品種又は第２の製造工程で用いる。

例えば、汎用テンプレート生成部は、第２の領域として、第１の類似度よりも低い第２の類似度を有する領域を抽出する。また、汎用テンプレート生成部は、入力画像に含まれるアライメントマークの複数の組み合わせを汎用テンプレート画像として生成する。

上記実施例によれば、複数工程および品種のウェハのアライメントにテンプレート画像として用いることが可能な汎用的なテンプレート画像を生成することができる。また、レシピにテンプレート画像を自動で登録できるようになる。このため、ユーザのレシピ作成工数を削減することができる。また、テンプレート画像を複数の工程および品種間で共通化することが可能となり、ユーザのレシピ作成工数を削減することができる。

１０１ 走査型電子顕微鏡
１０２ 制御部
１０３ 記憶部
１０４ 演算部
１０５ 外部記憶媒体入出力部
１０６ ユーザインターフェース部
１０７ ネットワークインターフェース部
１０８ 試料ウェハ
１０９ 可動ステージ
１１０ 電子源
１１１ 検出器
１１２ 画像化部
１１３ 入出力端末
２０１ ウェハ搬送制御部
２０２ ステージ制御部
２０３ ビームシフト制御部
２０４ ビームスキャン制御部
２０５ 画像取得部
２０６ アライメント用画像記憶部
２０７ レシピ記憶部
２０８ 汎用テンプレート画像記憶部
２０９ チップ基準点情報記憶部
２１０ 観察用画像記憶部
２１１ 汎用テンプレート生成部
２１２ マッチング実行部
２１３ マッチング成否判定部
６０２ アライメントマーク

Claims (7)

1. 半導体ウェハのアライメントに用いるアライメントマークを含むアライメント用画像に対して、前記アライメントマークを含むテンプレート画像をスキャンして得られる前記アライメント用画像と前記テンプレート画像との間の類似度を参照して汎用テンプレート画像を生成する汎用テンプレート生成部と、
   前記汎用テンプレート画像と前記アライメント用画像とのマッチングを行うマッチング実行部と、
   前記マッチング実行部で行われた前記マッチングの結果に基づいて、前記マッチングの成否を判定するマッチング成否判定部と、を有し、
   前記汎用テンプレート生成部は、
   前記アライメントマークを含む入力画像の中から、前記テンプレート画像との前記類似度が第１の類似度を有する第１の領域と、前記テンプレート画像との前記類似度が前記第１の類似度とは異なる第２の類似度を有する第２の領域を切り出すことにより前記汎用テンプレート画像を生成し、
   複数の前記アライメント用画像ごとに複数の前記汎用テンプレート画像をクラスタリングするクラスタリング実行部と、
   クラスタリングされた複数の前記汎用テンプレート画像の中に、品種又は製造工程に適した汎用テンプレート画像が存在するか否かを判定する適合テンプレート有無判定部と、を更に有し、
   前記汎用テンプレート生成部は、
   前記クラスタリングされたクラスタごとに、前記クラスタ内に含まれる画像を前記入力画像として用いて前記汎用テンプレート画像を生成することを特徴とするウェハ観察装置。
2. 前記汎用テンプレート生成部は、
   前記第２の領域として、前記第１の類似度よりも低い前記第２の類似度を有する領域を抽出することを特徴とする請求項１に記載のウェハ観察装置。
3. 前記汎用テンプレート生成部は、
   前記入力画像に含まれる前記アライメントマークの複数の組み合わせを前記汎用テンプレート画像として生成することを特徴とする請求項１に記載のウェハ観察装置。
4. ユーザが前記入力画像を選択するための入力画像選択用画面を表示する入出力端末を更に有し、
   前記汎用テンプレート生成部は、
   複数の前記アライメント用画像の中から、前記入出力端末により選択された少なくとも一つの画像を前記入力画像として、前記汎用テンプレート画像を生成することを特徴とする請求項１に記載のウェハ観察装置。
5. 前記汎用テンプレート生成部は、
   前記入力画像中の前記アライメントマークのレイアウトが第一のＬ字の場合、
   前記汎用テンプレート画像として、前記第一のＬ字のパターンと輝度値の正負が同一の第二のＬ字のパターンと、前記第二のＬ字のパターンの左上、左下、右上及び右下の位置に前記第一のＬ字のパターンの輝度値の正負が反転した第三のＬ字のパターンを含む汎用テンプレート画像を生成することを特徴とする請求項１に記載のウェハ観察装置。
6. 前記汎用テンプレート生成部は、
   前記入力画像中の前記アライメントマークのレイアウトが第一の十字の場合、
   前記汎用テンプレート画像として、前記第一の十字のパターンと輝度値の正負が同一の第二の十字のパターンと、前記第二の十字のパターンの左上、左下、右上及び右下の位置に前記第一の十字のパターンの輝度値の正負が反転した第三の十字のパターンを含む汎用テンプレート画像を生成することを特徴とする請求項１に記載のウェハ観察装置。
7. 前記アライメント用画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部で取得した前記アライメント用画像を格納するアライメント用画像記憶部と、
   前記汎用テンプレート画像を格納する汎用テンプレート画像記憶部と、を更に有し、
   前記汎用テンプレート生成部は、
   前記記憶部に格納された前記アライメント用画像を用いて前記汎用テンプレート画像を生成し前記汎用テンプレート画像記憶部に格納することを特徴とする請求項１に記載のウェハ観察装置。

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