WO2011007516A1 - 走査型電子顕微鏡装置及びそれを用いたパターン寸法の計測方法 - Google Patents

走査型電子顕微鏡装置及びそれを用いたパターン寸法の計測方法 Download PDF

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WO2011007516A1
WO2011007516A1 PCT/JP2010/004338 JP2010004338W WO2011007516A1 WO 2011007516 A1 WO2011007516 A1 WO 2011007516A1 JP 2010004338 W JP2010004338 W JP 2010004338W WO 2011007516 A1 WO2011007516 A1 WO 2011007516A1
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imaging
sep
image
pattern
seps
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PCT/JP2010/004338
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上瀧剛
宮本敦
松岡良一
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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Publication date
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/222—Image processing arrangements associated with the tube
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    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
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    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention divides an imaging region into a plurality of local regions, and combines the captured images of the local regions by image processing.
  • BACKGROUND OF THE INVENTION 1 Field of the Invention
  • the present invention relates to an apparatus and method for measuring a pattern size by generating a panoramic image, and particularly to a scanning electron microscope capable of determining the imaging position and imaging magnification of the local area with high joint accuracy, and using the same
  • the present invention relates to a method for measuring a measured pattern dimension.
  • a coating material called a resist is applied on the semiconductor wafer, and an exposure mask (reticle) for the wiring pattern is superimposed on the resist, and then visible light, ultraviolet light, or electron beam is applied from there.
  • a resist wiring pattern is formed on a semiconductor wafer by exposing and developing the resist, and the semiconductor wafer is etched using the resist wiring pattern as a mask. Is adopted.
  • a critical dimension scanning electron microscope (CD-SEM), which is one of scanning electron microscopes, is widely used.
  • EP evaluationvaluPoint
  • AP addressing point
  • AF autofocus point
  • AST auto stigma point
  • ABCC contrast point
  • the imaging deviation amount in the addressing is performed by matching an SEM image in an AP whose coordinates are known registered in advance as a registration template with an SEM image observed in an actual imaging sequence, and calculating the deviation amount of the matching in the imaging position. The amount is corrected.
  • the evaluation points (EP) and adjustment points (AP, AF, AST, ABCC) are collectively referred to as imaging points.
  • EP size / coordinates, imaging conditions, imaging conditions of each adjustment point, adjustment method, imaging order (or adjustment order) of each imaging point, and the registered template are managed as imaging recipes, and SEM is stored in the imaging recipe. Based on this, the EP is imaged.
  • the recipe generation has been performed manually by the SEM operator, and has been labor intensive and time consuming.
  • the generation of the recipe is a cause of a decrease in the operating rate of the SEM apparatus. It was.
  • the pattern becomes finer and more complex, the number of EPs that need to be evaluated increases explosively, and the manual creation of the recipe is becoming unrealistic from the viewpoint of labor and production time.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-328015.
  • an SEM image (actual imaging template) in the AP is acquired in an actual imaging sequence
  • the actual imaging template is matched with a registration template of design information, and an SEM image corresponding to the position of the registration template of the design information is obtained.
  • the registered template of the re-registered SEM image is used for addressing processing. Further, it has a function of automatically detecting a characteristic pattern portion from design information and registering it as an AP.
  • the position of the addressing pattern is obtained by comparing an image obtained by imaging the addressing pattern at a magnification of about several tens of thousands with an addressing template image stored in advance.
  • the center coordinate of the length measurement area is acquired based on the above, and the enlarged image of the length measurement position is acquired at a magnification of several hundred thousand times based on the center coordinate information.
  • Patent Document 3 as a method for automatically generating an imaging recipe for imaging a sample using an SEM, EP coordinates, size, shape, imaging conditions, CAD data around the EP, and the like are input. It describes that an imaging recipe including the number, coordinates, size, shape, imaging sequence, imaging conditions, and the like of imaging points for observing the image is created without a wafer.
  • EPs include designated points from the user and dangerous spots that are likely to cause device failures called hot spots output from EDA (Electronic Design Automation) tools.
  • Masks based on pattern dimension values in these EPs. Feedback such as pattern shape correction and change of semiconductor manufacturing process conditions is performed to achieve high yield.
  • OPC optical proximity correction
  • Technology has been introduced. Due to the complication of the mask pattern, simulation prediction of the pattern shape transferred onto the wafer and inspection of the actually transferred pattern shape are more important.
  • a wide imaging range is divided into a plurality of local areas, and the captured images of the local areas are connected by image processing to obtain a wide-range, high-resolution panoramic image (adjacent images). It is conceivable to generate an image that is combined and combined.
  • the local area is an area obtained by dividing the EP, and is hereinafter referred to as SEP (Segmental Evaluation Point).
  • Patent Documents 1 to 3 describe obtaining a high-magnification image over a relatively wide range.
  • panoramic image composition processing for the above has the following specific problems.
  • Image joining is performed on the basis of patterns included in an overlapping area between SEPs, but semiconductor patterns do not exist densely, and basically only the edges of the patterns are clues for joining. is there. For this reason, there may be a case where all the overlapping regions between the SEPs do not contain enough patterns that are clues for joining.
  • An SEP having an overlapping region that does not include a sufficient pattern (or does not include a pattern at all) has a risk that the joining accuracy is low (or the joining is impossible). For example, when an EP with a visual field of 10 ⁇ m is divided by an SEP with a visual field of 1.5 ⁇ m, the number of SEPs is about 50. In this way, all SEPs must be successfully connected in a limited pattern with respect to a large number of SEPs.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a plurality of high-magnification SEMs.
  • a scanning electron microscope (SEM) apparatus having the following characteristics and a semiconductor mask pattern or a circuit pattern obtained by transferring the mask pattern onto a wafer using a wide area are provided.
  • a method of acquiring an image and measuring a desired pattern dimension was used.
  • a scanning electron microscope means and an imaging recipe for imaging a sample having a pattern formed on the surface by the scanning electron microscope means are created, and the sample is taken by the scanning electron microscope means based on the created imaging recipe.
  • Processing means for processing a sample image obtained by imaging, dimension information extracting means for extracting dimension information of a pattern formed on the sample from the sample image processed by the processing means, image processing means, and dimension information extraction In a scanning electron microscope apparatus provided with control means for controlling information to be processed and input / output means for inputting / outputting processed information, microscope means, processing means, dimensional information extraction means, and input / output means, Based on the imaging recipe created by the processing means, the scanning electron microscope means obtains a plurality of images by sequentially imaging a plurality of adjacent areas on the sample, respectively.
  • the stage creates a panoramic image by joining the multiple images acquired by the scanning electron microscope means using the edge information of the pattern existing in the overlapping area between the images, and the dimension information extracting means is an image process
  • the pattern dimension information is extracted from
  • the scanning electron microscope means the imaging recipe creation means for creating an imaging recipe for imaging a sample having a pattern formed on the surface by the scanning electron microscope means
  • the imaging recipe creation means Image processing means for processing a sample image obtained by imaging a sample with a scanning electron microscope means based on an imaging recipe, and dimension information of a pattern formed on the sample from the sample image processed by the image processing means
  • Dimension information extracting means for extracting, information to be processed by the image processing means and dimensional information extracting means with a display screen, input / output means for inputting / outputting the processed information, microscope means, imaging recipe creating means, and image processing means
  • the imaging recipe creating means takes an image with the scanning electron microscope means
  • the adjacent areas of the high-magnification image acquisition area designated using the information of the high-magnification image acquisition area designated on the screen of the input / output means on which the low-magnification image of the sample obtained is displayed are mutual
  • the image processing means has a function of imaging each area at a high magnification, and the image processing means obtains a high-magnification image of each area obtained by imaging with a scanning electron microscope means, and edge information of a pattern existing in an overlapping area between the images So as to create a high-magnification panoramic image connected by using the dimensional information, and the dimension information extracting unit has a function of extracting a pattern dimension from the high-magnification panoramic image created by the image processing unit.
  • a sample having a pattern formed on the surface is imaged at a low magnification using a scanning electron microscope, and the sample obtained by imaging is reduced.
  • a high-magnification image acquisition area specified using information on a high-magnification image acquisition area specified on the screen on which a low-magnification image is displayed is displayed on the screen.
  • a high-magnification panoramas are obtained by acquiring high-magnification images of the areas and connecting the respective high-magnification images of the divided areas obtained by imaging using the edge information of the patterns existing in the overlapping areas between the images. Create an image, and to extract the size information of the pattern from the high-magnification panoramic images created.
  • the present invention has the following characteristics in creating a high-magnification panoramic image.
  • the input wide imaging area (EP) is divided into local imaging areas (SEP) that can be imaged at an appropriate SEM imaging magnification.
  • SEP needs to be determined to fill the EP.
  • an appropriate imaging magnification refers to a magnification at which an image resolution that satisfies the pattern shape accuracy required by the user can be obtained.
  • the SEP determined above can be imaged with an SEM, and these SEP image groups can be joined by image processing to generate a wide-area panoramic image.
  • the present invention provides an index value indicating whether or not the two adjacent SEPs (which share the overlapping area) can be connected or how easy they can be connected based on the pattern included in the overlapping area between the two SEPs (hereinafter referred to as the index value). (Referred to as “adjacent link information”) and an index value (hereinafter referred to as “arbitrary link information”) indicating whether or not any two SEPs can be joined or not based on the neighboring link information. It is characterized by doing. The SEP arrangement is determined using the arbitrary link information as an evaluation value.
  • Adjacent link information and arbitrary link information are automatically calculated in a computer by using the inputted circuit pattern or mask pattern design information as input, and are based on the automatically calculated adjacent link information or arbitrary link information.
  • the SEP is automatically determined.
  • the imaging magnification (field of view) of the SEP can be determined at the same time.
  • the SEP imaging magnification can be set to an arbitrary value (in this case, the imaging magnification is fixed), or the setting range of the imaging magnification can be specified (for example, Pmin to Pmax. In this case, the imaging magnification is Pmin to Pmax). Determined within the range of
  • SEP determination of the item (1) there may be no SEP arrangement that satisfies all user requirements in principle. For example, it is difficult to connect all SEPs in order to make the SEP designated imaging magnification, and conversely, in order to enable all SEPs to be joined, the imaging magnification of SEP is inevitably smaller than the designated value. It must be done. Therefore, in the present invention, even in such a case, in order to determine a SEP arrangement that satisfies the user's request as much as possible as a semi-optimal solution, SEP arrangement candidates with different SEP imaging positions or imaging magnifications (hereinafter referred to as SEP candidates). The calculation is performed a plurality of times.
  • these candidates are displayed on the GUI, and adjacent link information or arbitrary link information is displayed as a judgment criterion.
  • SEP the SEP arrangement and information for selecting a SEP candidate are displayed together for the user, so that the user can easily determine whether each SEP candidate satisfies the user's required items. SEP candidates can be selected.
  • the arbitrary link information includes a result obtained by dividing the entire SEP into a set of SEPs that can be connected to each other and a result obtained by dividing the SEP into a set of SEPs having the same ease of connection. .
  • the information can be used as an evaluation value in the automatic determination of SEP and displayed on the GUI.
  • the arbitrary link information or the adjacent link information includes a positional deviation amount assumed when the SEPs are actually connected, or includes a value calculated based on the positional deviation amount. .
  • the positional deviation amount is calculated based on the positional deviation amount when the pseudo SEM images of the SEPs estimated using the design information are actually connected.
  • the pattern designated by the user is “prohibited area (overlapping area)”, and the SEP arrangement is determined so that the prohibited area is not included in the overlapping area between SEPs or in the vicinity thereof.
  • the pattern designated by the user includes a pattern to be particularly verified for shape optimization, such as a complicated OPC pattern. By avoiding such a pattern from overlapping regions (joints between SEPs) or in the vicinity thereof, it is possible to avoid the influence of shape errors in panoramic images due to joining errors between SEPs and image distortion that may occur around the image. be able to.
  • the prohibited area can be specified by the user as described above, and an index value obtained by evaluating the complexity of the pattern shape based on the design information, or a device defect output from an EDA tool or the like. It is also possible to specify automatically based on a dangerous place that easily occurs.
  • the prohibited area is used as an index value when determining SEP arrangement or imaging magnification, similarly to the adjacent link information or arbitrary link information. This realizes determination of SEP arrangement or imaging magnification in which the prohibited area is not included in the overlapping area as much as possible. Further, the prohibited area is displayed on the GUI together with the SEP arrangement in the same manner as the adjacent link information or the arbitrary link information. Thus, the user can easily determine whether or not a pattern of interest (for example, an OPC pattern) is included in the prohibited area.
  • a pattern of interest for example, an OPC pattern
  • the correlation value is considered for each overlapping region based on the information on whether or not the SEPs can be easily connected to each other in the adjacent link information or arbitrary link information. It is characterized in that the degree to do is set as a weight.
  • ⁇ Joining is performed so that the correlation value of overlapping regions set with a large weight as a trend is as high as possible.
  • a correlation value in an overlapping region that is difficult to join for example, an overlapping region that does not include a pattern that is a clue for joining, is calculated only by image noise. For this reason, SEP splicing that increases the correlation value calculated by such image noise has a risk of causing a large misalignment.
  • the weight of the overlapping area that does not include such a pattern is set to be small, and SEP stitching deviation can be reduced.
  • a wide range and high resolution pattern outline extraction method is characterized by the following two methods.
  • a wide-range panoramic image is obtained by connecting SEP images obtained by SEM imaging of a plurality of SEPs by image processing, and a wide-range pattern outline is extracted from the panoramic image.
  • SEM images of a plurality of SEPs are obtained to obtain a SEP image group, a pattern contour line is extracted for each image of the SEP image group to obtain a pattern contour line group, and the pattern contour line group is joined to form a wide range of pattern contours Get a line.
  • the present invention even when the pattern is rough, it is possible to determine the SEP arrangement in which all the SEPs are connected and the SEP imaging magnification, and even when the SEP arrangement in which all the SEPs are connected cannot be determined, A SEP satisfying as much as possible can be easily determined, and a panoramic image with a wide range and a high resolution (or a pattern outline with a wide range and a high resolution) can be obtained by connecting the captured images of the obtained SEP. It has become possible to obtain pattern information from a high-magnification image with a wide field of view created by connecting a plurality of high-magnification SEM image imaging regions that could not be obtained from only a single high-magnification SEM image.
  • shape information over a relatively wide area of a pattern generated on a mask necessary for performing a simulation taking into account the optical proximity effect is obtained from a panoramic image obtained by observing the mask. It is possible to realize a highly accurate simulation prediction of the pattern shape transferred onto the wafer by using the pattern shape as an input. In addition, by comparing the pattern shape generated on the mask with the mask design information and the like, it is possible to calculate the manufacturing error and to feed back to the manufacturing conditions.
  • the pattern shape generated on the wafer can be obtained from the panoramic image obtained by observing the wafer.
  • the mask transfer error is calculated and the exposure conditions are manufactured. Feedback to parameters can be realized.
  • a mask pattern can be changed for a shape error that cannot be corrected by changing manufacturing parameters, and a high yield can be realized.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the entire flow of Mase's series of processes for measuring pattern dimensions by synthesizing a high-magnification panoramic image from a high-magnification SEM image obtained by inputting EP area information and design data and imaging a sample. is there.
  • FIG. 19A is a block diagram showing a schematic configuration of a system when a scanning electron microscope apparatus according to the present invention is applied to a semiconductor device manufacturing line.
  • the EDA tool server, the data server, the SEM control device (A), the SEM control device (B), the imaging recipe creation device, the image processing device, the shape measurement / evaluation tool server, etc. are combined into one device.
  • 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a system. It is a flowchart which shows the flow of design and manufacture of a semiconductor device.
  • the present invention generates a wide-range image, that is, a panoramic image, having a high stitching accuracy from a plurality of SEM images of relatively high magnification obtained by imaging adjacent regions on a sample using a scanning electron microscope.
  • the present invention relates to an apparatus and method for obtaining pattern dimension and shape information on a sample using the generated composite image.
  • a scanning electron microscope Scanning / Electron / Microscope: SEM
  • FIG. 1 shows a block diagram of a schematic configuration of an SEM that acquires a secondary electron image (Secondary Electron: SE image) or a reflected electron image (Backscattered Electron: BSE image) of a sample. Further, the SE image and the BSE image are collectively referred to as an SEM image.
  • the image acquired here includes a part or all of the top-down image obtained by irradiating the measurement object with the electron beam from the vertical direction.
  • the electron optical system 102 includes an electron gun 103 therein and generates an electron beam 104.
  • the electron beam emitted from the electron gun 103 is narrowed down by the condenser lens 105, the electron beam is focused and irradiated at an arbitrary position on the semiconductor wafer 101 which is a sample placed on the stage 121. Further, the irradiation position and aperture of the electron beam are controlled by the deflector 106 and the objective lens 108. Secondary electrons and reflected electrons are emitted from the semiconductor wafer 101 irradiated with the electron beam, and the secondary electrons separated from the orbit of the irradiated electron beam by the ExB deflector 107 are detected by the secondary electron detector 109. . On the other hand, the reflected electrons are detected by the reflected electron detectors 110 and 111.
  • the backscattered electron detectors 110 and 111 are installed in different directions.
  • the secondary electrons and backscattered electrons detected by the secondary electron detector 109 and the backscattered electron detectors 110 and 111 are converted into digital signals by the A / D converters 112, 113, and 114 and input to the processing / control unit 115.
  • the image is stored in the image memory 117 and the CPU 116 performs image processing according to the purpose.
  • FIG. 2A shows a method of imaging the signal amount of electrons emitted from the semiconductor wafer when the semiconductor wafer is scanned and irradiated with an electron beam.
  • the electron beam is irradiated by scanning in the x and y directions as 201 to 203 or 204 to 206. It is possible to change the scanning direction by changing the deflection direction of the electron beam.
  • the locations on the semiconductor wafer irradiated with the electron beams 201 to 203 scanned in the x direction are denoted by G1 to G3, respectively.
  • locations on the semiconductor wafer irradiated with electron beams 204 to 206 scanned in the y direction are denoted by G4 to G6, respectively.
  • the signal amounts of electrons emitted in G1 to G6 are the brightness values of the pixels H1 to H6 in the image 209 shown in FIG. 2B, respectively (subscripts 1 to 6 in G and H correspond to each other).
  • a coordinate system 208 indicates the x and y directions on the image.
  • the image frame 209 can be obtained by scanning the inside of the visual field with the electron beam.
  • a high S / N image can be obtained by scanning the inside of the visual field several times with an electron beam in the same manner and averaging the obtained image frames.
  • the number of addition frames can be set arbitrarily.
  • a processing / control unit 115 in FIG. 1 is a computer system including a CPU 116 and an image memory 117, and sends control signals to the stage controller 119 and the deflection control unit 120 in order to capture an imaging point based on an imaging recipe.
  • processing and control such as performing various image processing on a captured image at an arbitrary imaging point on the semiconductor wafer 101 is performed.
  • the imaging point is an addressing point (hereinafter referred to as AP), an autofocus point (hereinafter referred to as AF), an auto stigma point (hereinafter referred to as AST), an auto brightness / contrast point (hereinafter referred to as ABCC).
  • AP addressing point
  • AF autofocus point
  • AST auto stigma point
  • ABCC auto brightness / contrast point
  • the processing / control unit 115 is connected to a processing terminal 118 (including input / output means such as a display, a keyboard, a mouse, etc.), and displays a GUI or the like on the GUI (accepts input from the user).
  • Graphic User Interface denotes an XY stage, which moves the semiconductor wafer 101 and enables imaging of an arbitrary position of the semiconductor wafer. Changing the imaging position with the XY stage 121 is called stage shift, for example, changing the observation position by deflecting an electron beam with the deflector 106 is called image shift.
  • the stage shift has a wide movable range but the positioning accuracy of the imaging position is low.
  • the image shift has a property that the movable range is narrow but the imaging position positioning accuracy is high.
  • FIG. 1 shows an embodiment provided with two reflected electron image detectors, it is possible to eliminate the reflected electron image detector, to reduce the number, or to increase the number.
  • an SEP is determined and an imaging recipe for imaging the SEP is generated by a method described later, and an image is captured by controlling the SEM device based on the recipe.
  • the imaging recipe includes SEP size / coordinates, imaging conditions, and an imaging sequence for imaging SEPs (imaging point coordinates and imaging order, widely including the imaging point size, imaging conditions, and adjustment method),
  • registration template information such as AP, AF, AST, ABCC is written.
  • the image processing device 123 performs panoramic image synthesis processing using a plurality of captured SEP images, circuit pattern outline extraction processing from the panoramic image, and the like.
  • the shape measurement / evaluation tool server 124 performs shape measurement and shape evaluation using the panoramic image and the contour line.
  • the imaging recipe creation device 122, the image processing device 123, and the shape measurement / evaluation tool server 124 are connected to a processing terminal 125 (including input / output means such as a display, a keyboard, and a mouse), and process results and the like are sent to the user.
  • a GUI GraphicGraphUser Interface
  • a storage 126 stores a database such as semiconductor circuit pattern design layout information (hereinafter referred to as design information).
  • the database includes a captured SEP image, a generated panoramic image, a contour line, a shape measurement / evaluation result, It is possible to save and share information such as imaging recipes.
  • the processes performed in 115, 122, 123, and 124 can be divided into a plurality of devices or combined and processed in any combination.
  • panorama image composition processing which is a wide area image performed by the image processing device 123, divides the input wide area imaging region (EP) into local imaging regions (SEP) that can be imaged at a relatively high imaging magnification of the SEM.
  • the SEP is imaged at a relatively high magnification of the SEM, and these high-magnification SEP images are joined together by image processing to generate a single wide-range and high-magnification (high-resolution) SEM image (panoramic image). It is processing.
  • the present invention relates to determination of SEPs that enable all SEPs to be joined and joining of SEP images. Examples relating to SEP determination related to the present invention will be described below.
  • the input wide-area imaging area is divided into local imaging areas (SEP) that can be imaged at an appropriate SEM imaging magnification.
  • the SEP needs to be determined to fill the EP.
  • an appropriate imaging magnification refers to a magnification at which an image resolution that satisfies the pattern shape accuracy required by the user can be obtained.
  • the SEP determined above can be imaged with an SEM, and these SEP image groups can be joined by image processing to generate a wide-area panoramic image.
  • Adjacent Link Information Whether or not two adjacent SEPs can be connected can be determined by whether or not the overlapping region between the two SEPs includes a pattern that can be connected or easily connected. Based on the pattern included in the overlapping area between two SEPs, an index value indicating whether or not the two adjacent SEPs (which share the overlapping area) can be connected or is easily connected is referred to as “adjacent link information”. Call it. Specifically, the adjacent link information can be calculated based on the design information of the input circuit pattern or mask pattern.
  • Reference numeral 301 in FIG. 3A denotes an input design pattern, which shows the result of dividing the input EP (302) into four SEPs (303-1 to 303-4). If a pattern that changes in the x direction is sufficiently included in the overlapping area between the SEPs, the shift in the x direction can be detected, so that alignment in the x direction is possible (for example, SEPs 303-2 and 303-4). Similarly, if the pattern that changes in the y direction is sufficiently included in the overlapping area, alignment in the y direction is possible (for example, SEPs 303-1 and 303-2). Therefore, if a pattern that changes in the x and y directions is sufficiently included in the overlapping region, two adjacent SEPs can be connected (for example, SEPs 303-3 and 303-4).
  • FIG. 3B shows the result of evaluating whether or not the SEPs adjacent to each other can be connected to the SEP arrangement of FIG. 3A.
  • SEPs that can be aligned only in the x direction are connected by black lines
  • x is indicated by a circled symbol (304-2, 304-3)
  • SEPs that can be aligned only in the y direction are black.
  • Connected with a line y is represented by a circled symbol (304-1)
  • SEPs that can be aligned in both xy directions are connected by a black line
  • xy is represented by a circled symbol (304-4)
  • overlapping Nothing is written between SEPs that do not include a pattern in the area.
  • the line segment length of the patterns in the x and y directions included in the overlapping area can be used as the index value, and the index value can be calculated based on the line segment length.
  • FIG. 3C shows the result of calculating the ease of joining based on the line length of the pattern between overlapping regions (305-1 to 305-4).
  • the ease of joining in the x direction is represented as x: numerical value
  • the ease of joining in the y direction is represented as y: numerical value. The higher the numerical value, the easier the joining is.
  • FIG. 4A shows an SEP arrangement including a pattern that becomes a clue to joining in an overlapping area between all SEPs.
  • all SEPs can be connected.
  • semiconductor patterns do not exist densely, it may be difficult to arrange SEPs that include patterns that serve as clues for connection in all overlapping regions.
  • attention is paid to the fact that all SEPs may be connected depending on the combination even if the pattern is included only in a part of overlapping regions.
  • the SEP arrangement in FIG. 4B does not include a pattern in all overlapping regions, but the SEP connections are 408-1, 408-2, 408-3, 408-6, 408-5, 408-4, If the processing is performed in the order of 408-7, 408-8, and 408-9, all SEPs can be connected.
  • FIG. 4C since there is no pattern in all the overlapping areas, there are naturally cases where all SEPs cannot be joined.
  • the SEPs 409-1, 409-2, and 409-3 can be connected to each other, but the other SEPs (409-4 to 409-9) can be connected. Can not.
  • the SEPs 409-4 to 409-9) can be connected to each other, but the other SEPs (409-4 to 409-9) can be connected. Can not.
  • any two SEPs may be connected.
  • the present invention calculates an index value (hereinafter referred to as “arbitrary link information”) indicating whether or not any two SEPs can be connected or not based on the adjacent link information. It is characterized by that. Specifically, FIGS. 5A to 5E show examples of calculating arbitrary link information using adjacent link information.
  • FIG. 5A shows the result of dividing the input EP (501) and design information (502) into nine SEPs (503-1 to 503-9).
  • FIG. 5B shows adjacent link information for the SEP arrangement of FIG. 5A.
  • the black circles in the figure correspond to the center positions of the SEPs in FIG. 5A. If the adjacent SEPs can be aligned in the x direction, they are connected by a solid line and indicated by a circled symbol x (504-1). , 504-2). Similarly, if the position can be aligned in the y direction, y is indicated by a circled symbol (504-3, 504-4). If the position can be aligned in the xy direction, xy is surrounded by a circle. This is indicated by a symbol (504-5 to 504-10).
  • FIGS. 5C and 5D are information obtained by extracting adjacent link information existing between SEP 503-1 and SEP 503-9 from FIG. 5B in the x and y directions, respectively.
  • the SEPs 503-1 and 503-9 can be aligned in the x direction via the links 505-1 to 505-6.
  • the SEPs via the links 506-1 to 506-5 are information obtained by extracting adjacent link information existing between SEP 503-1 and SEP 503-9 from FIG. 5B in the x and y directions, respectively.
  • the SEPs 503-1 and 503-9 can be aligned in the x direction via the links 505-1 to 505-6.
  • the SEPs via the links 506-1 to 506-5 are examples of the links 506-1 to 506-5.
  • the present invention is characterized in that SEP arrangement is determined using the arbitrary link information as an evaluation value.
  • SEP arrangement is determined using the arbitrary link information as an evaluation value.
  • FIG. 6A to 6D are examples in which it is difficult to include a pattern in an overlapping area between all SEPs.
  • SEP arrangements in which all SEPs are connected can be determined.
  • the input EP (601) and design information (602) are divided into SEPs 603-1 to 603-9, and the adjacent link information is divided into 604-1 to 604-1 as shown in FIG. 6B. This is indicated by reference numeral 604-8.
  • SEP sets that can be connected in both xy directions are surrounded by a thick black frame (605 and 606).
  • FIG. 6B all SEPs are separated into two connectable SEP sets, and all SEPs cannot be connected.
  • FIG. 6C and 6D show the results of updating the imaging position of each SEP so as to connect the separated connectable sets as much as possible.
  • 67-1 in FIG. 6C are updated SEP arrangements
  • 608-1 to 608-8 in FIG. 6D are adjacent link information.
  • Adjacent link information and arbitrary link information are automatically calculated in a computer by using the inputted circuit pattern or mask pattern design information as input, and are based on the automatically calculated adjacent link information or arbitrary link information.
  • the SEP is automatically determined. By using the design information, it is not necessary to perform SEM imaging of the mask or wafer only for determining the SEP (off-line determination of the SEP).
  • the SEP imaging magnification (field of view) can be determined simultaneously.
  • the SEP imaging magnification can be set to an arbitrary value (in this case, the imaging magnification is fixed), or the setting range of the imaging magnification can be specified (for example, Pmin to Pmax. In this case, the imaging magnification is Pmin to Pmax). Determined within the range of As a method of determining the SEP imaging magnification, for example, the maximum imaging magnification is automatically set as the SEP imaging magnification among the SEP imaging magnifications that can be arranged in the SEP connected to all SEPs within the settable range of the input SEP imaging magnification. It can also be set.
  • FIGS. 7A to 7E The input EP (701) and design information (702) are shown in FIG. 7A.
  • 703 and 704 in the figure are SEPs having an imaging magnification corresponding to the lower limit Pmin and the upper limit Pmax of the settable range of the SEP imaging magnification.
  • FIG. 7B shows the result of dividing the EP into nine SEPs (705-1 to 705-9) by setting the SEP imaging magnification to the upper limit Pmax of the settable range.
  • 706-1 to 706-6 are adjacent link information of the same SEP arrangement (705-1 to 705-9), and 707 to 709 are results of dividing all SEPs into SEP sets that can be joined. All SEPs could not be joined at the SEP imaging magnification Pmax.
  • FIG. 7D shows the result of dividing the EP into four SEPs (710-1 to 710-4) by setting the SEP imaging magnification to the lower limit Pmin of the settable range.
  • reference numerals 711-1 to 711-4 denote adjacent link information
  • reference numeral 712 denotes a SEP set that can be connected.
  • the imaging magnification is determined by comparing the two types of imaging magnifications PminP and Pmax. In practice, however, the possibility of joining or the ease of joining is evaluated at any imaging magnification between Pmin and Pmax. Any imaging magnification can be set.
  • FIG. 8 shows an example in which all SEPs are divided into easy-to-join SEP sets.
  • reference numerals 801-1 to 801-9 denote SEP arrangements
  • 802-1 to 802-10 denote adjacent link information (easy connection between adjacent SEPs).
  • Reference numerals 803 to 807 denote divided easy-to-join sets.
  • the easy-to-join SEP set is a set of SEPs having the same ease of joining as a set.
  • the easy-to-join SEP sets 804 and 807 have an index value of ease of joining of 0.2 or less (smaller is difficult to join), and the easy-to-join SEP set 803 has an index value of ease of joining of more than 0.2 and 0.5 or less.
  • the easy-to-join SEP sets 805 and 806 are sets in which the index value of easy-to-connect is greater than 0.5 and less than or equal to 0.8.
  • the information of the SEP set that can be easily joined in the arbitrary link information can be used as an evaluation value in the automatic determination of the SEP.
  • the information of the SEP set that can be easily connected can be displayed on the GUI. An example of GUI display will be described later.
  • the arbitrary link information or the adjacent link information includes a positional deviation amount assumed when the SEPs are actually connected, or includes a value calculated based on the positional deviation amount.
  • the positional deviation amount is calculated based on the positional deviation amount when the pseudo SEM images of the SEPs estimated using the design information are actually connected.
  • the pseudo SEM image refers to an image generated by simulating an actually obtained SEM image and adding pattern deformation, SEM imaging deviation, or image noise that may actually occur to the design information. It is.
  • FIG. 9A shows the result of dividing the input design information (901) and EP (902) by four SEPs (903-1 to 903-4).
  • pseudo SEM images in each SEP are created (904-1 to 904-4 in FIG. 9B), and the result of joining these image groups is shown in 905 in FIG. 9C. Since the positions of the pseudo SEM images 904-1 to 904-4 are clear from the cut-out positions of the design information, the positional deviation amount of each SEP in the connected image 905 can be obtained.
  • FIG. 9D shows the estimated positional deviation amount.
  • 906-1 to 906-4 in the figure indicate relative positional deviation amounts estimated for the x and y directions between SEPs. Also, it is possible to calculate the absolute positional deviation amount of each SEP with respect to a certain reference, not the relative positional deviation amount between the SEPs.
  • 907-1 to 907-4 in the figure represent the absolute positional deviation amount of each SEP as a vector, and 908-1 to 908-4 indicate the magnitude of the vector.
  • the pattern designated by the user is “prohibition area” (overlapping area), and the SEP arrangement is determined so that the prohibition area is not included in or near the overlap area between SEPs. .
  • the pattern designated by the user includes a pattern to be particularly verified for shape optimization, such as a complicated OPC pattern. By avoiding such a pattern from overlapping regions (joints between SEPs) or in the vicinity thereof, it is possible to avoid the influence of shape errors in panoramic images due to joining errors between SEPs and image distortion that may occur around the image. be able to.
  • the prohibited area can be specified by the user as described above, and an index value obtained by evaluating the complexity of the pattern shape based on the design information, or a device defect output from an EDA tool or the like.
  • FIG. 10A shows the input design information (1001) and EP (1002) and an area (1003) in which the user designates a prohibited area as a rectangular area (hatched with hatching).
  • FIG. 10B shows the result of determining the SEP arrangement (1004-1 to 1004-9) so that the prohibited area specified in FIG. 10A is not included in the vicinity of the overlapping area between SEPs.
  • FIG. 10D shows the result of determining the SEP arrangement (1008-1 to 1008-5) so that the prohibited area specified in FIG. 10C is not included in the vicinity of the overlapping area between SEPs.
  • the designation of these prohibited areas may be performed by the user, or an index value (e.g., x, x of the pattern per unit area) for evaluating the complexity of the pattern shape or the like from the design information (1005) in the EP (1006). The frequency of change in the y direction, etc.) is calculated, and the prohibited area can be automatically set based on the index value.
  • the prohibited area is used as an index value when determining SEP arrangement or imaging magnification, similarly to the adjacent link information or arbitrary link information. This realizes determination of SEP arrangement or imaging magnification in which the prohibited area is not included in the overlapping area as much as possible. Further, the prohibited area is displayed on the GUI together with the SEP arrangement in the same manner as the adjacent link information or the arbitrary link information. Thus, the user can easily determine whether or not a pattern of interest (for example, an OPC pattern) is included in the prohibited area. An example of GUI display will be described later.
  • a correlation value in an overlapping region that is difficult to join is calculated only by image noise. For this reason, SEP splicing that increases the correlation value calculated by such image noise has a risk of causing a large misalignment.
  • FIG. 11A shows the result of dividing the inputted design information (1101) and EP (1102) by five SEPs (1103-1 to 1103-5).
  • FIG. 11B shows the result of calculating adjacent link information (whether or not two adjacent SEPs can be joined) for the SEP arrangement of FIG. 11A (1104-1 to 1104-6).
  • FIG. 11C shows the result of setting weights (1105-1 to 1105-7) for considering the correlation value for each overlapping region based on the adjacent link information calculated in FIG. 11B.
  • the weight between SEPs that can be connected in both xy directions is set to 1, the weight between SEPs that can be connected only to either x or y is set to 0.5, and the weight between SEPs that do not include a pattern in the overlapping region is set to 0.5. 0. That is, each SEP gives priority to alignment with SEPs connected in both xy directions, and the alignment with SEPs that do not include a pattern in the overlapping region lowers the priority.
  • FIG. 11D shows the calculation results (1106-1 to 1106-6) of the ease of joining two adjacent SEPs to the SEP arrangement of FIG. 11A.
  • FIG. 11E shows the result of setting the weights (1107-1 to 1107-6) of the overlap area based on the ease of joining between the SEPs of FIG. 11D.
  • a wide-range, high-resolution panoramic SEM image can be acquired by connecting SEM image groups obtained by imaging SEPs determined as described above.
  • FIGS. 12A to 12E there are the following two methods for extracting pattern outlines with a wide range and high resolution.
  • a wide-range panoramic image obtained by connecting SEP image groups obtained by SEM imaging of a plurality of SEPs by image processing is obtained (1201), and a wide-range pattern outline is obtained from the panoramic image shown in FIG. 12B. Is extracted (1202). SEM images of a plurality of SEPs are obtained to obtain the SEP image group shown in FIG.
  • EP is an imaging range of a panoramic image to be acquired
  • the coordinates of the EP are hot spots (dangerous) that are likely to cause a device failure detected based on the result of, for example, an exposure simulation executed by an EDA (Electronic Design Automation) tool.
  • EDA Electronic Design Automation
  • the coordinates of the point are input, or the user inputs them based on his / her own judgment (with reference to the information on the EDA tool as necessary).
  • an area including a pattern designated by the user can be input as a prohibited area (step 1303).
  • the user may directly input the coordinates and the range, or may specify and give the area while looking at the design information on the GUI. Further, processing parameters can be input as necessary (step 1304).
  • the processing parameters include stage / image shift prediction error, minimum pattern line length in overlapping area necessary for joining, and corner cut length of design pattern (the actual pattern has design information such as rounded corners and shape divergence. Therefore, it is possible to specify parameters for cutting design pattern data within a certain range from the corner. Further, if necessary, the SEP imaging magnification or a settable range of the SEP imaging magnification can be input. Further, if necessary, it is possible to input a settable range of the overlapping area width between SEPs or the overlapping area width between SEPs.
  • the prohibited area calculation step (1307) in addition to the prohibited area input in step 1303, a pattern designated by the user is automatically extracted as a prohibited area. The prohibited area can be automatically specified based on an index value obtained by evaluating the complexity of the pattern shape based on the design information, a dangerous point that is likely to cause a device failure output from an EDA tool, or the like. .
  • the SEP arrangement or SEP imaging magnification is determined based on the division index value that evaluates whether or not the SEPs can be connected and is easily connected in the prohibited area or the division index value calculation step (step 1308). Determined in step 1309).
  • the SEP imaging magnification can be input in step 1305.
  • field-of-view shift due to image shift or stage shift occurs in SEP imaging, even if it is evaluated that a pattern that is a clue for joining is included in the overlapping region when SEP is determined, the field-of-view is actually There is a risk that the pattern that should be included due to the deviation is outside the overlapping region.
  • the expected maximum visual field shift amount for each of the image shift and the stage shift is input (step 1304), and the SEP is within a range that can be connected even if the maximum visual field shift occurs.
  • the SEP determination step is characterized in that the SEP arrangement, the SEP imaging magnification, and the field movement method of each SEP are determined in consideration of the difference in visual field shift due to the difference in the field movement method.
  • Step 1309 the SEP arrangement determined in Step 1309, the SEP imaging magnification, and the visual field movement method to the SEP are stored as an imaging recipe (Step 1310).
  • imaging of a plurality of SEPs is performed sequentially based on the imaging recipe created in step 1310 using the SEM (step 1311).
  • step 1312 SEP image groups captured in the plurality of SEPs are connected by image processing to generate a panoramic image.
  • a wide range of pattern outlines can be extracted from the panoramic image.
  • the wide range of pattern contour lines is obtained by SEM imaging a plurality of SEPs to obtain a SEP image group, and pattern contour lines are extracted for each image of the SEP image group to obtain a pattern contour line group. It can also be obtained by joining groups.
  • the synthesized panoramic SEM image is processed, and for example, a pattern dimension such as a gap Lg between patterns, a pattern width dimension Lw, and a pattern length Ll as shown in FIG. Measure shape information.
  • step 1311-1 of FIG. 13B a semiconductor wafer or mask as a sample (hereinafter, these are collectively referred to as a sample) is mounted on the stage 121 of the SEM apparatus.
  • step 1311-2 the global alignment mark on the wafer is observed with an optical microscope or the like (not shown in the SEM system of FIG. 1), thereby correcting the deviation of the wafer origin and the rotation of the wafer.
  • step 1311-3 the stage controller 119 is controlled by the processing / control unit 115 to move the stage 117, and the position of the sample is adjusted so that the imaging position by the SEM becomes an addressing point (hereinafter referred to as AP).
  • An image is taken, an addressing parameter is obtained, and addressing is performed based on the obtained parameter.
  • AP will be described.
  • the AP registration template is selected from the vicinity of the SEP (a range that can be moved by beam shift at the maximum).
  • the AP since the AP generally has a low magnification field of view with respect to the SEP, it is unlikely that the pattern to be imaged will be out of the complete SEM field of view even if there is a slight shift in the imaging position. Therefore, by matching the AP registration template registered in advance with the SEM image (actual imaging template) of the AP actually captured, it is possible to estimate the positional deviation amount of the imaging point at the AP.
  • the relative displacement amount between AP and SEP can be obtained, and the displacement amount of the imaging point at the AP can also be estimated by the above-described matching. By subtracting the amount, the relative displacement amount from the AP imaging position to be actually moved to SEP can be found. By moving by the beam shift with high positioning accuracy by the relative displacement amount (while the stage 121 is stopped), the SEP can be imaged with high coordinate accuracy.
  • the registered AP is (1) a pattern that exists at a distance that can be moved by beam shift from the SEP (and in the AP imaging range (FieldAPof view: FOV) in order to suppress the occurrence of contamination in the SEP).
  • the imaging magnification of AP is lower than the imaging magnification of SEP in consideration of the positioning accuracy of the stage, and (3) pattern shape or brightness pattern. It is desirable to satisfy the conditions such that the AP registration template and the actual imaging template are easily matched. As to which place to select as an AP, this condition can be evaluated inside the system, so that a favorable AP can be selected and an imaging sequence can be determined.
  • the AP registration template to be registered in advance may be a CAD image, SEM image, or a variation of re-registering an SEM image of an AP obtained at the time of actual imaging as a SEM image template. It is done.
  • the electron beam normal incidence coordinates are set to the center coordinates of a plurality of SEPs. Therefore, the AP selection range is a beam shift movable range centering on the SEPs at the maximum, but the electron beam normal incidence coordinates are a plurality of SEPs. If it is different from the center coordinate, the beam shift movable range from the electron beam normal incidence coordinate becomes the selection range. Also, depending on the allowable electron beam incident angle required for the imaging point, the search range from the electron beam normal incidence coordinate may be smaller than the beam shift movable range. The same applies to the other templates. In the following description, in the case of SEP imaging, the electron beam normal incidence coordinates and the SEP center coordinates are described as being the same unless otherwise specified, but the present invention is not limited to this as described above.
  • step 1311-4 based on the control and processing of the processing / control unit 115, the imaging position is moved to an autofocus point (hereinafter referred to as AF) by beam shift, and imaging is performed. Then, auto focus adjustment is performed based on the obtained parameters.
  • AF autofocus point
  • AF will be described.
  • Autofocus is performed to obtain a clear image during imaging, but if the sample is irradiated with an electron beam for a long time, contaminants adhere to the sample (contamination). Therefore, in order to suppress the adhesion of contamination in the SEP, a measure is taken in which the coordinates around the SEP are once observed as AF, the autofocus parameters are obtained, and then the EP is observed based on the parameters.
  • the registered AF is (1) a pattern that exists at a distance that can be moved by beam shift from AP and SEP, and the FOV at the time of AF imaging does not include the FOV at the time of EP imaging.
  • (2) AF The imaging magnification of the SEP is about the same as the imaging magnification of the SEP (however, this is the case of AF for SEP.
  • the AF is imaged at an imaging magnification that is about the same as the imaging magnification of the AP.
  • step 1311-5 based on the control and processing of the processing / control unit 115, the imaging position is moved to an auto stigma point (hereinafter referred to as AST) by beam shift, and imaging is performed. Then, auto stigma adjustment is performed based on the obtained parameters.
  • AST auto stigma point
  • AST will be described. Astigmatism correction is performed in order to acquire an image without distortion at the time of imaging. Like AF, if a sample is irradiated with an electron beam for a long time, contaminants adhere to the sample. Therefore, in order to suppress the adhesion of contamination in the SEP, a measure is taken in which the coordinates near the SEP are once observed as AST, and astigmatism correction parameters are obtained and then the SEP is observed based on the parameters.
  • the registered AST is (1) a pattern that exists at a distance that can be moved by beam shift from AP and SEP, and the FOV at the time of AST imaging does not include the FOV at the time of EP imaging.
  • (2) AST The imaging magnification of the above is equivalent to the imaging magnification of SEP, and (3) has a pattern shape that facilitates astigmatism correction (is easy to detect image blur caused by astigmatism), etc. It is desirable.
  • the above-described conditions can be evaluated inside the system, and a good AST can be automatically selected.
  • step 1311-6 based on the control and processing of the processing / control unit 115, the imaging position is moved to an auto-brightness & contrast point (hereinafter referred to as ABCC) by beam shift, and the brightness / contrast adjustment is performed. Parameters are obtained, and auto brightness / contrast adjustment is performed based on the obtained parameters.
  • ABCC auto-brightness & contrast point
  • a description of ABCC will be added.
  • the image signal The highest part and the lowest part are set so as to have a full contrast or a contrast close to it.
  • the registered ABCC is a pattern that exists at a distance that can be moved by beam shift from AP and SEP, and the FOV at the time of ABCC imaging does not include the FOV at the time of SEP imaging, (2) ABCC (3) Since the brightness and contrast of the image captured at the length measurement point using the parameters adjusted in ABCC are good, ABCC is the same as that at the length measurement point. It is desirable that a condition such as a pattern similar to the pattern is satisfied. According to the present invention, regarding the ABCC selection, as in the AP, the above-described conditions can be evaluated inside the system, and a good ABCC can be automatically selected.
  • step 1311-7 the imaging point is moved to SEP by beam shift, and SEPs are sequentially imaged by the number of images determined in step 1309.
  • step 1312 SEM images of SEPs obtained by imaging a plurality of images are synthesized.
  • a captured SEM image may be matched with a registered template corresponding to the SEP position registered in advance in an imaging recipe to detect a shift in measurement position.
  • information such as the coordinates of the imaging points (SEP, AP, AF, AST, ABCC), the imaging sequence, and imaging conditions are written.
  • FIG. 3C shows an example of template positions of SEP1321, AP1322, AF1323, AST1324, and ABCC1325 on the low-magnification image 1320 with a dotted frame.
  • pattern dimension measurement, pattern shape evaluation, and the like can be performed using a high-magnification SEM image of a relatively wide area that cannot be acquired by one imaging.
  • SEP candidates SEP placement candidates
  • these candidates are displayed on the GUI, and adjacent link information or arbitrary link information is displayed as a judgment criterion (step 1402), and SEP candidate groups SEP is selected from (step 1403).
  • SEP When SEP is selected, the SEP arrangement and information for selecting a SEP candidate are displayed together for the user, so that the user can easily determine whether each SEP candidate satisfies the user's required items. SEP candidates can be selected.
  • the user's request items include, for example, SEP arrangement, SEP imaging magnification, ease of joining of SEPs, overlapping amount between the prohibited region and the overlapping region between SEPs, overlapping region width between SEPs, and the number of SEPs (the smaller the number, Imaging time is short).
  • FIG. 15A to FIG. 15F show calculation examples of SEP candidates.
  • 15A to 15F show three SEP candidates for the input design information (1501) and EP (1502).
  • 153-1 and 1503-9 in FIGS. 15A and 15B, 1506-1 and 1506-4 in FIGS. 15C and 15D, and 1509-1 and 1509-5 in FIGS. 15E and 15F are respective SEP arrangements.
  • 1504-1 to 1504-7 in FIG. 15B, 1507-1 to 1507-4 in FIG. 15D, and 1510-1 to 1510-6 in FIG. 15F indicate adjacent link information for each SEP arrangement.
  • FIG. 15B all SEPs are divided into two connectable SEP sets 1501-1 and 1501-2, and all SEPs can be connected in FIGS.
  • 15D and 15F (1508 and 1511). That is, the SEP arrangement of FIG. 15A has a high SEP imaging magnification, but not all SEPs are connected. On the other hand, in FIGS. 15C to 15F, the imaging magnification of SEP is lower than that in FIG. 15A, but all SEPs can be connected. 15E and 15F have a larger overlap area width between SEPs and a larger number of SEPs than in the cases of FIGS. 15C and 15D, but the area of the forbidden area (1512) included in the overlap area is small.
  • the user can make the SEP arrangement satisfying the user request items as much as possible by visualizing the information related to the user request items as in this example. Can be easily determined as a suboptimal solution.
  • the result of dividing the entire SEP into a set of SEPs that can be connected to each other or the result of dividing the SEP into a set of SEPs having the same degree of ease of connection may be displayed. it can. Also, it is possible to display a positional deviation amount (estimated positional deviation amount) assumed when SEPs are actually connected, or a value calculated based on the positional deviation amount.
  • the estimated positional deviation amount is calculated based on the positional deviation amount when the pseudo SEM images of the respective SEPs estimated using the design information are actually connected.
  • the calculation of the estimated misregistration amount requires a lot of processing time because image generation and splicing are necessary. Therefore, the estimated positional deviation amount can be calculated and displayed only for all the calculated SEP candidates or only the designated SEP candidates.
  • GUI FIG. 16 shows an embodiment of a GUI for setting or displaying input / output information in the present invention.
  • Various information drawn on one screen in a window 1701 in FIG. 16 can be divided into windows in an arbitrary combination and displayed on a display or the like.
  • ** in the figure indicates an arbitrary numerical value (or character string) input to or output from the system or a numerical range.
  • Box 1702 displays a list of EPs to be subjected to panoramic image synthesis processing.
  • a panoramic image composition process can be performed by selecting an EP from this list, or a panorama image composition process can be performed on all EPs in a batch process.
  • the EP to be processed can be checked (1703), and only that EP can be processed.
  • the third EP is selected from the EP list.
  • Reference numeral 1704 displays the ID of the selected EP.
  • a box 1705 displays the imaging range of the selected EP. The imaging range may be given by upper left and lower right coordinates of the rectangular area, or may be given by the center coordinates and field of view of the EP.
  • the SEP imaging magnification range can be set, and in box 1707, the range of the overlapping area width between SEPs can be set.
  • the lower limit and the upper limit of the range can be specified, and the SEP imaging magnification and the overlap width between SEPs can be specified by setting the lower limit and the upper limit with the same value.
  • Box 1708 displays the EP and the surrounding pattern.
  • the EP range is indicated by a dotted frame (1709), and the design information of the circuit or mask pattern around the EP is displayed as a netted hatched figure (1710). Further, a prohibited area set manually or automatically based on design information is displayed as an area (1711) hatched with diagonal lines.
  • processing parameters for SEP determination image / stage shift prediction error, minimum value of pattern segment length necessary for connection between SEPs, corner cut length, etc.
  • SEP candidates are calculated for the selected EP.
  • SEP candidates are calculated for all EPs checked in the EP list.
  • SEP candidates are calculated for each target EP, and the user can later select SEP candidates for each EP.
  • the number of SEP candidates to be calculated can also be specified in a box 1718.
  • Boxes 1719 to 1721 show three SEP candidates calculated for the selected EP.
  • Reference numerals 1723 to 1724 denote detailed information of each SEP candidate.
  • SEP candidate 1 has nine SEPs with an imaging magnification of 100K, and the maximum number of SEPs that can be connected to each other is nine.
  • Boxes 1725 to 1727 display the SEP arrangement of each SEP candidate.
  • a black frame (1728) indicates SEP
  • a black circle (1729) indicates the center coordinates.
  • design information, EPs, and prohibited areas can be displayed in an overlapping manner as in the box 1708.
  • the pattern in the prohibited area included in the overlapping area can be highlighted with a bold line (1730).
  • Boxes 1729 to 1731 display link information for the SEP arrangements shown in boxes 1725 to 1727, respectively.
  • Neighboring link information can be displayed as a black line connecting a symbol between x, y or xy circled with SEP and can be aligned in the x direction (1732), can be aligned in the y direction (1733) or This indicates that alignment in the xy direction is possible (1734). Further, the entire SEP can be divided into SEP sets that can be connected to each other (connectable SEP sets), and the SEP center position of each divided SEP set can be displayed surrounded by a thick black frame.
  • SEP candidate 1 is divided into three connectable SEP sets 1735 and 1736, indicating that all SEPs cannot be connected.
  • SEP candidate 2 and SEP candidate 3 indicate that all SEPs are surrounded by a thick black frame and that all SEPs can be joined together.
  • the user selects SEPs by pressing buttons 1739 to 1741 using information indicating the SEP arrangement of each SEP candidate and the connection relationship between the SEPs as a criterion.
  • the scroll bar 1742 can be moved to view other SEP candidates.
  • display priority can be given to each SEP candidate, and the SEP candidates can be displayed in order from the highest display priority.
  • the display priority it is possible to set the priority by evaluating how much the user's requirement items such as the SEP imaging magnification, the ease of joining, and the overlapping amount of the prohibited area and the overlapping area are satisfied.
  • the estimated misregistration amount can be obtained by connecting the determined SEP arrangement (1801) and the pseudo SEM image generated from the design information (1802), and the misregistration amount at that time can be displayed between each SEP or SEP ( 1803). It is possible to display the relative displacement amount estimated for each x and y direction between SEPs, and display the absolute displacement amount of each SEP with respect to a certain reference, not the relative displacement amount between SEPs. You can also In addition, the direction and size of misalignment can be displayed with arrows.
  • SEP candidates As a display method of SEP candidates, as shown in FIG. 18, user request items (for example, SEP imaging magnification, ease of joining, overlap amount between prohibited region and overlap region, overlap region width between SEPs, etc.). It is also possible to change the position at which the SEP candidate is displayed along the axis.
  • the overlapping area width and the SEP imaging magnification are taken on the X axis (1901) and the Y axis (1902), respectively, and six SEP candidates (1903-1 to 1903-6) are displayed.
  • the user selects one of the displayed SEP candidates by pressing buttons 1904-1 to 1904-6.
  • the results of assigning values for two items, the overlap area width and SEP imaging magnification are displayed two-dimensionally, but variations such as three-dimensional display of the results of assigning values for any three items are possible. It is.
  • FIG. 19A 1601 is a mask pattern design apparatus
  • 1602 is a mask drawing apparatus
  • 1603 is an exposure / development apparatus for a mask pattern on a wafer
  • 1604 is a wafer etching apparatus
  • 1605 and 1607 are SEM apparatuses
  • 1606 and 1608 are the above-mentioned respectively.
  • SEM control device for controlling the SEM device
  • 1609 is an EDA (Electronic Design Automation) tool server
  • 1160 is a database server
  • 1611 is a storage for storing the database
  • 1612 is an imaging recipe creation device
  • 1613 is an image processing device
  • 1614 is generated
  • pattern shape measurement / evaluation tool servers which can send and receive information via the network 1615.
  • a storage 1611 is attached to the database server 1160.
  • a part or all of the measurement / evaluation results can be stored linked to the product type, manufacturing process, date / time, data acquisition device, and the like.
  • the imaging recipe can be shared by the database server 1611 in any of a plurality of SEM devices.
  • the plurality of SEM apparatuses can be operated by one imaging recipe creation.
  • sharing a database among a plurality of SEM apparatuses the success or failure of past imaging or measurement and the accumulation of failure causes can be quickly made. By referring to this, it is possible to help generate a favorable imaging recipe.
  • FIG. 19B shows, as an example, the SEM control device (A) 1606 in FIG. 19A, the SEM control device (B) 1608, the EDA tool server 1609, the database server 1160, the imaging recipe creation device 1612, the image processing device 1613, and the shape measurement / evaluation tool server. 1614 is integrated into one device 1616. As in this example, it is possible to divide or integrate arbitrary functions into arbitrary plural devices.
  • FIG. 20 shows a semiconductor device design / manufacturing flow.
  • a semiconductor circuit design is performed (step 2001), and then a mask pattern layout is designed (step 2002).
  • OPC optical proximity effect correction
  • a mask is manufactured based on the layout (step 2003), and the mask pattern is transferred (exposed) onto the wafer to manufacture a wafer (step 2005).
  • the mask manufacturing error can be calculated by comparing the mask pattern shape extracted from the panoramic image with the mask design information, and the defect of the pattern on the mask can be detected.
  • step 2006 it is possible to predict the pattern shape transferred onto the wafer with high accuracy by using the wide range and high resolution mask pattern shape as an input (step 2006), and to correct the pattern on the mask based on the prediction result (step 2006).
  • step 2007), or correction of the mask layout design (step 2008) can be performed.
  • Modification of the layout design includes correction of the OPC pattern shape, and efficient OPC verification / correction can be realized.
  • the deviation between the transfer pattern shape on the wafer and the design shape of the wafer pattern can be reduced, and a high yield can be realized. Can do.
  • a panoramic image of a wafer can be generated, and a wide range and high resolution wafer pattern shape can be obtained from the panoramic image of the wafer. By comparing the wafer pattern shape with the design shape of the wafer pattern, calculation of a mask transfer error and feedback to manufacturing parameters such as exposure conditions are realized.
  • a method for acquiring wide-area contour information by generating a panoramic image and then extracting a circuit pattern contour from the panoramic image has been described.
  • the present invention is not limited to this. Instead, a wide range of contour information may be acquired by extracting a contour group from a plurality of SEP captured images and then connecting the contour group.
  • SEM scanning Electron Microscope
  • this invention is not limited to this, A scanning ion microscope (Scanning Ion Microscope: SIM) Or a scanning charged particle microscope such as a scanning transmission electron microscope (STEM).
  • Electron gun 104 Electron beam (primary electrons) 105 ... Condenser lens 106 ... Deflector 107 ... ExB deflector 108 ... Objective lens 109 ... Secondary electron detector 110, 111 ... Backscattered electron detector 112-114 ... A / D converter 115 ... Processing / control unit 116 ... CPU 117 ... Image memory 118, 126 ... Processing terminal 119 ... Stage controller 120 ... Deflection control unit 121 ... Stage 122 ... Imaging recipe creation device 123 ... Image processing device 124 ... Shape measurement / evaluation tool server 126 ... Database (storage) 302 ...
  • EP 303-1 to 303-4 ... SEP 401 to 403 ... EP 407-1 to 407-9, 408-1 to 408-9, 409-1 to 409-9 ... SEP 501 ... EP 503-1 to 503-9 ... SEP 601 ... EP 603-1 to 603-9 ... SEP 701 ... EP 03,704,705-1 to 705-9 ... SEP 902 ... EP 903-1 to 903-4 ... SEP 904-1 to 904-4 ... Estimated SEM Image 1002 ... EP 1003 ... Prohibited area 1004-1 to 1004-4 ... SEP 1006 ... EP 1008-1 to 1008-5 ... SEP, 1102 ... EP 1103-1 to 1103-5 ... SEP 1201 ...
  • Panorama SEM image 1203-1 to 1203-4 SEM image of each SEP 1501 ... EP 1503-1 to 1503-9 ... SEP 1506-1 to 1506-4 ... SEP 1509-1 to 1509-4 ... SEP 1601 ... Mask pattern design device 1602 ... Mask drawing device 1603 ... Exposure / development device 1604 ... Etching device 1605, 1007 ... SEM device 1606, 1608 ... SEM control device 1609 ... EDA tool server 1160 ... Database server 1611 ... Database 1612 ... Imaging recipe creation device 1613 ... Image processing device 1614 ... Shape measurement / evaluation tool server 1615 ... Network 1615 ...
  • EDA tool database management, imaging recipe creation, image processing, shape measurement / evaluation tool

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Abstract

　半導体パターンの広範囲の撮像領域（ＥＰ）を複数の撮像領域（ＳＥＰ）に分割し，ＳＥＰをＳＥＭを用いて撮像した画像群を画像処理により繋ぎ合せるパノラマ画像合成技術において，繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンが少なくても全画像が繋がるＳＥＰを決定できるようにするために，またそのようなＳＥＰを決定できなくてもユーザの要求項目をなるべく満たすＳＥＰを決定できるようにするために、一部のＳＥＰ間の重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンが含まれなくても全画像が繋がるケースがあることに着目し，ＳＥＰ配置の最適化により前記ケースを抽出することで全画像が繋がるＳＥＰを決定できるケースを増やした。また，そのようなＳＥＰを決定できなくても，複数のＳＥＰ配置の候補とユーザの要求項目を可視化した情報を表示・ＳＥＰを選択させることでユーザの要求項目をなるべく満たすＳＥＰを容易に決定できるようにした。

Description

走査型電子顕微鏡装置及びそれを用いたパターン寸法の計測方法
　本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて広範囲・高分解能な画像を取得するため、撮像領域を複数の局所領域に分割して撮像し、前記局所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パノラマ画像を生成してパターンの寸法を計測する装置およびその方法に関するものであり、特に高い繋ぎ合せ精度となる前記局所領域の撮像位置および撮像倍率の決定が可能な走査型電子顕微鏡及びそれを用いたパターン寸法の計測方法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，走査型電子顕微鏡の一つである測長走査型電子顕微鏡（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情報を基にＡＰを決定し，さらに設計情報から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情報の登録テンプレートとのマッチングを行い，前記設計情報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。さらに設計情報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。
　また、特許文献２には、アドレッシングパターンを数万倍程度の倍率で撮像して得た画像を予め記憶しておいたアドレッシングテンプレート画像と比較してアドレッシングパターンの位置を求め、この求めた位置情報に基づいて測長領域の中心座標を取得し、この中心座標情報に基づいて数十万倍程度の倍率で測長位置の拡大画像を取得することについて記載されている。
　更に、特許文献３には、ＳＥＭを用いて試料を撮像するための撮像レシピを自動生成する方法として、ＥＰの座標、サイズ、形状、撮像条件、ＥＰ周辺のＣＡＤデータ等を入力して、ＥＰを観察するための撮像ポイントの点数、座標、サイズ、形状、撮像シーケンス、撮像条件などを含む撮像レシピをウェーハレスで作成することについて記載されている。
　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 特開２００５－２６５４２４号公報 特開２００７－２５０５２８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情報を入力する方法が考えられるが，設計情報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（ＥＰ）を，複数の局所領域に分割して撮像し，前記局所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範囲・高分解能なパノラマ画像（隣接する複数の画像を繋ぎ合せて合成した画像）を生成することが考えられる。前記局所領域のことをＥＰを分割した領域ということで，以降，ＳＥＰ（Segmental Evaluation Point）と呼ぶ。
　例えば、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、ＳＥＭで得られる高倍率の画像１枚だけからの情報では不十分で、高倍率の比較的広い範囲の画像、すなわち高倍率の複数の視野に亘る画像を得ることが必要になる。しかい、上記した特許文献１乃至３の何れにも、比較的広い範囲に亘って高倍率の画像を得ることについては記載されていない。
　一般に局所領域の画像を組合わせて広域画像であるパノラマ画像を合成すること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以下のような特有の課題がある。
　（１）画像の繋ぎ合せはＳＥＰ間の重複領域に含まれるパターンを基に行われるが，半導体パターンは密に存在せず，かつ繋ぎ合せの手掛かりとなるのは基本的にパターンのエッジのみである。そのため，ＳＥＰ間の全ての全重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンが十分に含まれない場合がありうる。パターンが十分に含まれない（あるいは全くパターンが含まれない）重複領域をもつＳＥＰは，繋ぎ合せ精度が低くなる（あるいは繋ぎ合せが不可能となる）危険性がある。例えば視野10μmのＥＰを視野1.5μmのＳＥＰで分割しようとした場合，ＳＥＰは５０枚程度となる。このように多数のＳＥＰに対して限られたパターンで全てのＳＥＰがうまく繋がらなければならない。
　（２）原理的に全てのユーザ要求（例えば全ＳＥＰが画像処理により繋がる等）を満たすＳＥＰ配置が存在しない場合がある。そのような場合であっても，なるべくユーザの要求を満たすＳＥＰ配置を準最適解として決定することが望ましいが，例えば上記のように５０枚にも及ぶＳＥＰを眺めながら，ユーザ要求の満足度を評価する作業は容易でない。
光近接効果を加味して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を行うために必要な，マスク上のある程度広範囲な領域のパターン形状を比較的高い倍率で撮像して入力する方法、および　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
　本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、複数の高倍率のＳＥＭ画像を繋ぎ合わせることにより比較的広い範囲に亘る高倍率のＳＥＭ画像を合成し、この比較的広い範囲の高倍率のＳＥＭ画像を処理してパターンの寸法を計測することが可能なＳＥＭ装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、以下のような特徴を有する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）装置及びそれを用いて半導体のマスクパターンあるいは前記マスクパターンをウェーハに転写した回路パターンの広域な画像を取得して所望のパターンの寸法(パターンの線幅、パターンの長さ、パターン間のギャップ、パターンの角部の丸みなど)を計測する方法とした。
　すなわち本発明では、走査型電子顕微鏡手段と、走査型電子顕微鏡手段で表面にパターンが形成された試料を撮像する撮像レシピを作成し、作成した撮像レシピに基づいて走査型電子顕微鏡手段で試料を撮像して得た試料の画像を処理する処理手段と、処理手段で処理した試料の画像から試料上に形成されたパターンの寸法情報を抽出する寸法情報抽出手段と、画像処理手段と寸法情報抽出手段とで処理する情報及び処理した情報を入出力する入出力手段と、顕微鏡手段と処理手段と寸法情報抽出手段と入出力手段とを制御する制御手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置において、走査型電子顕微鏡手段は処理手段で作成した撮像レシピに基づいて試料上の隣接する複数の領域をそれぞれ一部重ねて順次撮像して複数の画像を取得し、処理手段は走査型電子顕微鏡手段で取得した複数の画像を各画像間の重なり領域に存在するパターンのエッジ情報を用いて複数の画像を繋ぎ合わせたパノラマ画像を作成し、寸法情報抽出手段は画像処理手段で作成したパノラマ画像からパターンの寸法情報を抽出するように構成した。
　また、本発明では、走査型電子顕微鏡手段と、走査型電子顕微鏡手段で表面にパターンが形成された試料を撮像するための撮像レシピを作成する撮像レシピ作成手段と、撮像レシピ作成手段で作成した撮像レシピに基づいて走査型電子顕微鏡手段で試料を撮像して得た試料の画像を処理する画像処理手段と、画像処理手段で処理した試料の画像から試料上に形成されたパターンの寸法情報を抽出する寸法情報抽出手段と、表示画面を備えて画像処理手段と寸法情報抽出手段とで処理する情報及び処理した情報を入出力する入出力手段と、顕微鏡手段と撮像レシピ作成手段と画像処理手段と寸法情報抽出手段と入出力手段とを制御する制御手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置において、撮像レシピ作成手段は、走査型電子顕微鏡手段で撮像して得た試料の低倍率の画像が表示された入出力手段の画面上で指定された高倍率画像取得領域の情報を用いて指定された高倍率画像取得領域を隣接する領域同士が互いにパターンのエッジの一部を含んで重なり合うようにして複数の領域に分割する機能を有し、制御手段は、撮像レシピ作成手段で作成した撮像レシピに基づいて走査型電子顕微鏡手段を制御して分割された各領域を高倍率で撮像させる機能を有し、画像処理手段は、走査型電子顕微鏡手段で撮像して得た各領域の高倍率の画像を各画像間の重なり領域に存在するパターンのエッジ情報を用いて繋ぎ合わせた高倍率のパノラマ画像を作成する機能を有し、寸法情報抽出手段は、画像処理手段で作成した高倍率のパノラマ画像からパターンの寸法を抽出する機能を有するように構成した。
　更に、本発明では、走査型電子顕微鏡装置を用いたパターン寸法計測方法において、表面にパターンが形成された試料を走査型電子顕微鏡を用いて低倍率で撮像し、撮像して得た試料の低倍率の画像を画面上に表示し、低倍率の画像が表示された画面上で指定された高倍率画像取得領域の情報を用いて指定された高倍率画像取得領域を隣接する領域同士が互いにパターンのエッジの一部を含んで重なり合うようにして複数の領域に分割して撮像するための撮像レシピを作成し、作成した撮像レシピに基づいて分割した各領域を走査型電子顕微鏡で撮像して各領域の高倍率の画像を取得し、撮像して得た各分割した領域のそれぞれの高倍率の画像を各画像間の重なり領域に存在するパターンのエッジ情報を用いて繋ぎ合わせて高倍率のパノラマ画像を作成し、作成した高倍率のパノラマ画像からパターンの寸法情報を抽出するようにした。
　また、本発明では、高倍率のパノラマ画像を作製する上において、以下のような特徴を有する。
　（１）　入力した広域の撮像領域（ＥＰ）を適切なＳＥＭの撮像倍率で撮像可能な局所撮像領域（ＳＥＰ）に分割する。ＳＥＰはＥＰを埋め尽くすように決定する必要がある。
ここで適切な撮像倍率とは，ユーザが要求するパターン形状精度を満たす画像分解能が得られる倍率を指す。前記で決定したＳＥＰをＳＥＭで撮像し，これらのＳＥＰ画像群を画像処理により繋ぎ合せて広域のパノラマ画像を生成することができる。
　高精度のパノラマ画像を生成するためには，全ＳＥＰが繋がるＳＥＰ配置を決定する必要がある。隣接する二つのＳＥＰ間の繋ぎ合せ可否あるいは繋ぎ合せ易さは前記二つのＳＥＰ間の重複領域に繋ぎ合せ可能あるいは繋ぎ合せ易いパターンが含まれるか否かによって判定できる。しかし，半導体パターンは密に存在しないため，全ての重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンを含ませるＳＥＰ配置が困難な場合がある。その一方で，一部の重複領域にしかパターンを含まなくてもその組合せによっては全ＳＥＰが繋がる場合があることに着目した。
　そこで本発明は，二つのＳＥＰ間の重複領域に含まれるパターンを基に前記任意の隣接する（重複領域を共有する）二つのＳＥＰ間の繋ぎ合わせ可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値（以後「隣接リンク情報」と呼ぶ）を算出し，前記隣接リンク情報を基に任意の二つのＳＥＰ間の繋ぎ合わせ可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値（以後「任意リンク情報」と呼ぶ）を算出することを特徴とする。また，前記任意リンク情報を評価値としてＳＥＰ配置を決定することを特徴とする。任意リンク情報を評価値としてＳＥＰ配置を決定することにより，全ての重複領域にパターンを含まないが全ＳＥＰが繋がるＳＥＰ配置を決定できるケースが増える。これは全重複領域にパターンを含ませることが困難な粗なパターンに対して有効である。また，隣接リンク情報および任意リンク情報は，入力された回路パターンあるいはマスクパターンの設計情報を入力として計算機内で自動算出されることを特徴とし，自動算出された隣接リンク情報あるいは任意リンク情報を基にＳＥＰを自動決定することを特徴とする。設計情報を用いることで，ＳＥＰを決定のためだけにマスクあるいはウェーハをＳＥＭ撮像する必要がなくなる（ＳＥＰ決定のオフライン化）。
　また，前述のＳＥＰ配置の決定に加え，ＳＥＰの撮像倍率（視野）も同時に決定可能なことを特徴とする。ＳＥＰの撮像倍率は任意の値を指定したり（この場合，撮像倍率は固定），あるいは撮像倍率の設定範囲を指定することもできる（例えば，Ｐmin～Ｐmax。この場合，撮像倍率はＰmin～Ｐmaxの範囲内で決定される）。
　（２）上記項目（１）のＳＥＰ決定において全てのユーザ要求を満たすＳＥＰ配置が原理的に存在しない場合がある。例えば，ＳＥＰを指定した撮像倍率にするためには，どうしても全ＳＥＰの繋ぎ合せが困難となり，逆に全ＳＥＰが繋ぎ合せ可能とするためには，どうしてもＳＥＰの撮像倍率が指定した値よりも小さくせざるを得ない等である。
そこで本発明は，そのような場合であってもなるべくユーザの要求を満たすＳＥＰ配置を準最適解として決定するために，ＳＥＰの撮像位置あるいは撮像倍率の異なるＳＥＰ配置の候補（以後，ＳＥＰ候補と呼ぶ）を複数算出することを特徴とする。更にこれらの候補から適切な準最適解を決定するための手段として，これらの候補をＧＵＩ上に表示すると共に，判断基準として，隣接リンク情報あるいは任意リンク情報を表示させることを特徴とする。ＳＥＰ選択時にはＳＥＰ配置とＳＥＰ候補の選択の手掛かりとなる情報を併せてユーザに表示することで，ユーザは各ＳＥＰ候補がユーザの要求項目を満たすか否かを容易に判別することができ，適切なＳＥＰ候補を選択することが可能となる。
　（３）前記任意リンク情報には，ＳＥＰ全体をお互いに繋ぎ合せ可能なＳＥＰの集合に分割した結果や，繋ぎ合せ易さが同程度のＳＥＰの集合に分割した結果を含むことを特徴とする。このような情報を任意リンク情報に含ませることによって，同情報を上記項目（１）（２）で述べたように，ＳＥＰの自動決定における評価値とし，ＧＵＩ表示することが可能となる。
　（４）前記任意リンク情報あるいは隣接リンク情報は，実際にＳＥＰ間を繋ぎ合せた場合に想定される位置ずれ量を含む，あるいは前記位置ずれ量を基に算出した値を含むことを特徴とする。また，前記位置ずれ量は設計情報を用いて推定した各ＳＥＰの擬似的なＳＥＭ画像を実際に繋ぎ合せた場合の位置ずれ量を基に算出することを特徴とする。
　（５）ユーザの指定するパターンを「（重複領域の）禁止領域」とし，前記禁止領域がＳＥＰ間の重複領域あるいはその近傍に含まれないようにＳＥＰ配置を決定することを特徴とする。前記ユーザの指定するパターンには，複雑なＯＰＣパターン等，形状の最適化のため特に検証したいパターンが含まれることを特徴とする。このようなパターンを重複領域（ＳＥＰ間の繋ぎ目）あるいはその近傍にしないことによって，ＳＥＰ間の繋ぎ合せ誤差によるパノラマ画像における形状誤差や，画像周辺に発生する場合がある像歪みの影響を避けることができる。また，前記禁止領域の指定は前述のようにユーザが指定することも可能であるし，設計情報を基にパターンの形状の複雑さを評価した指標値やＥＤＡツール等から出力されたデバイス不良の発生し易い危険箇所等を基に自動で指定することも可能である。
　前記禁止領域を，前記隣接リンク情報あるいは任意リンク情報と同様，ＳＥＰ配置あるいは撮像倍率の決定の際の指標値として用いることを特徴とする。このことにより，禁止領域がなるべく重複領域に含まれないＳＥＰ配置あるいは撮像倍率の決定が実現する。また，前記禁止領域を，前記隣接リンク情報あるいは任意リンク情報と同様，ＳＥＰ配置と併せてＧＵＩ上に表示することを特徴とする。このことにより，ユーザは着目するパターン（例えばＯＰＣパターン）が禁止領域に含まれるか否かを容易に判別することができる。
　（６）決定したＳＥＰの撮像画像を画像処理により繋ぎ合せるには，各ＳＥＰ間の重複領域に含まれるパターンの重なり度合い（相関値）が高くなるように位置合せする必要がある。しかしながら，重複領域は複数存在するため，重複領域における相関値を全て最大にすることはできない（ある重複領域の相関値を最大にすると，他の重複領域における相関値が下がることがある）。そのため，ＳＥＰの撮像画像を画像処理により繋ぎ合せる際，前記隣接リンク情報あるいは任意リンク情報におけるＳＥＰ間の繋ぎ合せ易さ可否あるいは繋ぎ合せ易さの情報を基に，重複領域毎に相関値を考慮する度合いを重みとして設定することを特徴とする。
　傾向として大きな重みが設定された重複領域の相関値がなるべく高くなるように繋ぎ合せが行われる。例として，繋ぎ合せが困難な重複領域，例えば繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンが全く含まれない重複領域における相関値は画像ノイズのみによって計算される。そのため，このような画像ノイズによって計算された相関値を高くするようなＳＥＰ繋ぎ合せは大きな位置ずれを発生させる危険性がある。前述の重複領域毎の重み設定により，このようなパターンが全く含まれない重複領域の重みは小さく設定され，ＳＥＰ繋ぎ合せずれを低減することができる。
　（７）広範囲・高分解能なパターン輪郭線の抽出方法としては，以下の２通りあることを特徴とする。
・複数のＳＥＰをＳＥＭ撮像したＳＥＰ画群を画像処理により繋ぎ合せた広範囲のパノラマ画像を得て，前記パノラマ画像から広範囲のパターン輪郭線を抽出する。
・複数のＳＥＰをＳＥＭ撮像してＳＥＰ画像群を得，前記ＳＥＰ画像群の画像毎にパターン輪郭線を抽出してパターン輪郭線群を得，前記パターン輪郭線群を繋ぎ合せて広範囲のパターン輪郭線を得る。
　本発明によれば、パターンが粗であってもＳＥＰが全て繋がるＳＥＰ配置やＳＥＰ撮像倍率を決定することができ、また，全ＳＥＰが繋がるＳＥＰ配置を決定できない場合においても，ユーザの要求項目をなるべく満たすＳＥＰを容易に決定することができ、得られたＳＥＰの撮像画像を繋ぎ合せることで広範囲・高分解能なパノラマ画像（あるいは広範囲・高分解能なパターン輪郭線）を取得できるので、従来の１枚の高倍率のＳＥＭ画像だけからでは取得できなかった複数枚の高倍率ＳＥＭ画像撮像領域を繋ぎ合わせて作成した広い視野の高倍率画像からのパターン情報を得ることができるようになった。
　また、本発明によれば、マスクを観測して得られたパノラマ画像から光近接効果を加味したシミュレーションを行うのに必要なマスク上に生成されたパターンの比較的広い領域に亘る形状情報を得ることができ，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ことができる。また，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情報等との比較により，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ことができる。
　また，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情報等との比較により，マスク転写誤差の算出や，露光条件等の製造パラメータへのフィードバックを実現することができる。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。
ＳＥＭ装置の概略の構成を示すブロック図である。 半導体ウェーハ上への電子線のｘ及びｙ方向への走査を示す図である。 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。 入力されたＥＰを４つのＳＥＰに分割した状態を示す試料パターンの拡大図である。 ４つのＳＥＰのうち互いに隣接するＳＥＰ間の繋ぎ合せ可否を評価した結果を示す図である。 ４つのＳＥＰの互いに隣接するＳＥＰ間の繋ぎ合せ可否と重複領域間のパターンの線分長を基に繋ぎ合わせ易さとを評価した結果を示す図である。 全てのＳＥＰ間の重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターんが含まれて全ＳＥＰが繋がる例を示す図である。 一部のＳＥＰ間の重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターんが含まれていないが、全ＳＥＰが繋がる例および繋がらない例を示す図である。 一部のＳＥＰ間の重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターんが含まれておらず、全ＳＥＰが繋がらない例を示す図である。 入力されたＥＰ及び設計情報に基づいて９のＳＥＰに分割した例を示す図である。 ＳＥＰ間の隣接リンク情報を算出した例を示す図である。 ｘ方向の隣接リンク情報を抜き出した例を示す図である。 ｙ方向の隣接リンク情報を抜き出した例を示す図である。 ５０３－１と５０３－９の各ＳＥＰが繋ぎ合せ可能であることを示す図である。 入力されたＥＰ及び設計情報に基づいて９のＳＥＰに分割した例を示す図である。 ＳＥＰ間の隣接リンク情報に基づいて全ＳＥＰが二つの繋ぎ合せ可能なＳＥＰ集合に分離された状態を示す図である。 分離された繋ぎ合せ可能な集合同士をなるべく繋ぐように各ＳＥＰの撮像位置を更新した結果を示す図である。 各ＳＥＰの撮像位置を更新して一つのＳＥＰ集合にまとまった結果の各ＳＥＰ間の隣接リンク情報を示す図である。 入力されたＥＰと設計情報とを重ねて示す図である。 ＳＥＰ撮像倍率を設定可能範囲の上限に設定してＥＰを９つのＳＥＰに分割した例示す図である。 撮像倍率を設定可能範囲の上限に設定してＥＰを分割した９つのＳＥＰについて隣接する各ＳＥＰ間の隣接リンク情報を算出した結果を示す図である。 ＳＥＰ撮像倍率を設定可能範囲の下限に設定してＥＰを４つのＳＥＰに分割した例を示す図である。 撮像倍率を設定可能範囲の下限に設定してＥＰ分割した４つのＳＥＰについて隣接する各ＳＥＰ間の隣接リンク情報を算出した結果を示す図である。 全ＳＥＰを繋ぎ合せ易さが同程度のＳＥＰ集合に分割した例を示す図である。 入力されたＥＰの情報と設計情報とに基づいてＥＰを４つのＳＥＰに分割した状態を示す図である。 ４つの各ＳＥＰに対応させて作成した擬似的なＳＥＭ画像である。 ４つの擬似的なＳＥＭ画像を繋ぎ合わせた結果を示す図である。 繋ぎ合せた各擬似的なＳＥＭ画像間の位置ずれ量を求めた結果を示す図である。 入力されたＥＰの情報と設計情報とユーザが指定した禁止領域とを示す図である。 指定された禁止領域がＳＥＰ間の重複領域近傍に含まれないように入力されたＥＰの情報と設計情報とに基づいて９つのＳＥＰを配置した例を示す図である。 禁止領域を設計情報において線分の集合として指定する例を示す図である。 設計情報において線分の集合として指定された禁止領域がＳＥＰ間の重複領域近傍に含まれないように入力されたＥＰの情報と設計情報とに基づいて５つのＳＥＰを配置した例を示す図である。 入力されたＥＰの情報及び設計情報を基にＥＰを５つのＳＥＰで分割した例を示す図である。 分割した５つのＳＥＰの配置について隣接リンク情報を算出した結果を示す図である。 算出した隣接リンク情報を基に重複領域ごとに相関値を考慮する度合いの重みを設定した結果を示す図である。 分割した５つのＳＥＰの配置について隣接する２つのＳＥＰ間の繋ぎ合せ易さを算出した結果を示す図である。 算出した隣接する２つのＳＥＰ間の繋ぎ合せ易さを基に重複領域の重みを設定した結果を示す図である。 複数のＳＥＰ画像を繋ぎ合せて作成した広範囲のパノラマ画像を示す図である。 パノラマ画像から広範囲のパターン輪郭線を抽出した例を示す図である。 複数のＳＥＰを撮像して得たＳＥＰ画像群を示す図である。 複数のＳＥＰ画像毎にそれぞれ輪郭線を抽出してパターン輪郭線群を得た状態を示す図である。 各ＳＥＰ画像から抽出したパターン輪郭線群を繋ぎ合せて広範囲のパターン輪郭線を生成した例を示す図である。 ＥＰ領域情報や設計データを入力して試料を撮像して得た高倍率のＳＥＭ画像から高倍率のパノラマ画像を合成してパターン寸法を計測する間瀬の一連の処理全体のフローを示すフロー図である。 ＳＥＰ撮像の詳細なフローを示すフロー図である。 ＳＥＰ撮像の詳細なフローにおけるＥＰ，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの各位置の例を示す試料パターンの平面図である。 ユーザ選択によるＳＥＰ決定を含む処理全体フローを示すフロー図である。 入力されたＥＰの情報及び設計情報を基にＥＰを９つのＳＥＰで分割した例を示す図である。 ９つのＳＥＰ配置における接続リンク情報を算出した結果に基づいて二つの繋ぎ合せ可能ＳＥＰ集合に分割した例を示す図である。 入力されたＥＰの情報及び設計情報を基にＥＰを４つのＳＥＰで分割した例を示す図である。 ４つのＳＥＰ配置における接続リンク情報を算出した結果に基づいて全てのＳＥＰが繋ぎ合せ可能な状態になっている例を示す図である。 入力されたＥＰの情報及び設計情報を基にＥＰを重複する領域の含まれる禁止領域の面積が図１５Ｃの場合よりも少なくなるように５つのＳＥＰで分割した例を示す図である。 ５つのＳＥＰ配置における接続リンク情報を算出した結果に基づいて全てのＳＥＰが繋ぎ合せ可能な状態になっている例を示す図である。 ＧＵＩ画面の一例を示す図である。 ＧＵＩ画面の一例を示す図である。 ＧＵＩ画面の一例を示す図である。 本発明による走査型電子顕微鏡装置を半導体デバイスの製造ラインに適用した場合のシステムの概略の構成を示すブロック図である。 図１９ＡのシステムにおいてＥＤＡツールサーバ、データサーバ、ＳＥＭ制御装置（Ａ），ＳＥＭ制御装置(Ｂ），撮像レシピ作成装置、画像処理装置、形状計測・評価ツールサーバ等を一台の装置にまとめたシステムの概略の構成を示すブロック図である。 半導体デバイスの設計・製造の流れを示すフロー図である。
本発明は，走査型電子顕微鏡を用いて試料上の隣り合った領域を撮像して得られた複数枚の比較的高い倍率のＳＥＭ画像を高い繋ぎ合せ精度の広域画像、すなわちパノラマ画像を生成し、この生成した合成画像を用いて試料上のパターンの寸法や形状情報を得る装置およびその方法に関する発明である。以下，本発明に係る実施の形態を，走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）に適用した場合について説明する。
　1. ＳＥＭ 
  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。電子線を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２Ａ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２Ａ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２Ｂ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），評価ポイント（以降，ＥＰと呼ぶ）の一部または全てを含む。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は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は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。
撮像レシピ作成装置１２２においては，後述する方法によりＳＥＰの決定およびＳＥＰを撮像するための撮像レシピを生成し，前記レシピに基づき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、ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣ等の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１２３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１２４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。撮像レシピ作成装置１２２，画像処理装置１２３，形状計測・評価ツールサーバ１２４は処理端末１２５（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，１２６は半導体回路パターンの設計レイアウト情報（以降，設計情報）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。１１５，１２２，１２３，１２４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。
　２．パノラマ画像合成処理
画像処理装置１２３で行う広域画像であるパノラマ画像合成処理は，入力した広域の撮像領域（ＥＰ）をＳＥＭの比較的高い撮像倍率で撮像可能な局所撮像領域（ＳＥＰ）に分割し，前記ＳＥＰをＳＥＭの比較的高い倍率で撮像し，これらの高倍率ＳＥＰ画像群を画像処理により繋ぎ合せることで一枚の広範囲かつ高倍率（高分解能）なＳＥＭ画像（パノラマ画像）を生成する処理である。
　高精度なパノラマ画像を取得するためには，全てのＳＥＭ画像が繋ぎ合せ可能となるＳＥＰの撮像位置（ＳＥＰ配置）およびＳＥＰの撮像倍率を決定する必要がある。本発明は全ＳＥＰが繋ぎ合せ可能となるＳＥＰの決定およびＳＥＰ画像の繋ぎ合せに関する。以下，本発明に関わるＳＥＰ決定に関する実施例について述べる。
　パノラマ画像合成処理においては，入力した広域の撮像領域（ＥＰ）を適切なＳＥＭの撮像倍率で撮像可能な局所撮像領域（ＳＥＰ）に分割する。ＳＥＰはＥＰを埋め尽くすように決定する必要がある。ここで適切な撮像倍率とは，ユーザが要求するパターン形状精度を満たす画像分解能が得られる倍率を指す。前記で決定したＳＥＰをＳＥＭで撮像し，これらのＳＥＰ画像群を画像処理により繋ぎ合せて広域のパノラマ画像を生成することができる。
　高精度のパノラマ画像を生成するためには，全ＳＥＰが繋がるＳＥＰ配置を決定する必要がある。次にＳＥＰ間の繋ぎ合せの可否・繋ぎ合せ易さの評価法について述べる。
　２．１　隣接リンク情報
隣接する二つのＳＥＰ間の繋ぎ合せ可否あるいは繋ぎ合せ易さは前記二つのＳＥＰ間の重複領域に繋ぎ合せ可能あるいは繋ぎ合せ易いパターンが含まれるか否かによって判定できる。二つのＳＥＰ間の重複領域に含まれるパターンを基に前記任意の隣接する（重複領域を共有する）二つのＳＥＰ間の繋ぎ合わせ可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値を以後「隣接リンク情報」と呼ぶ。具体的に前記隣接リンク情報は入力された回路パターンあるいはマスクパターンの設計情報を基に算出することができる。
　隣接リンク情報の算出例を図３Ａ乃至図３Ｃで説明する。図３Ａの３０１は入力した設計パターンで，入力したＥＰ（３０２）を４つのＳＥＰ（３０３－１～３０３－４）で分割した結果を示す。もし，ＳＥＰ間の重複領域にx方向に変化するパターンを十分含めばx方向のずれを検知できるため，x方向に位置合せが可能となる（例えば，３０３－２と３０３－４のＳＥＰ）。同様に，前記重複領域内にy方向に変化するパターンを十分含めばy方向に位置合せが可能となる（例えば，３０３－１と３０３－２のＳＥＰ）。したがって，重複領域内にx,y方向に変化するパターンを十分含めば，二つの隣接するＳＥＰは繋ぎ合せが可能となる（例えば，３０３－３と３０３－４のＳＥＰ）。
　図３Ｂに図３ＡのＳＥＰ配置に対して，隣接するＳＥＰ間の繋ぎ合せ可否を評価した結果を示す。同図ではx方向のみに位置合せ可能なＳＥＰ間を黒線で結びxを丸で囲んだ記号で表記し（３０４－２，３０４－３），y方向のみに位置合せ可能なＳＥＰ間を黒線で結びyを丸で囲んだ記号で表記し（３０４－１），xy両方向に位置合せ可能なＳＥＰ間を黒線で結びxyを丸で囲んだ記号で表記し（３０４－４），重複領域にパターンを含まないＳＥＰ間は何も表記をしていない。更に，繋ぎ合せ易さとして重複領域内に含まれるx,y方向別のパターンの線分長を指標値とすることもできるし，その線分長を基に指標値を算出することもできる。
　図３Ｃに重複領域間のパターンの線分長を基に繋ぎ合せ易さを算出した結果を示す（３０５－１～３０５－４）。同図においては，x方向の繋ぎ合せ易さをx:数値，y方向の繋ぎ合せ易さをy:数値として表記し，この数値が高いほど繋ぎ合せが容易であることを示している。
　次に，ＳＥＰ全体の繋ぎ合せ可否・繋ぎ合せ易さの評価法について述べる。まず，ＳＥＰ全体が繋ぎ合せ可能となる条件について図４を用いて説明する。同４Ａ乃至図４Ｃは入力されたＥＰ（４０１，４０２，４０３）および設計情報（４０４，４０５，４０６）に対してそれぞれＳＥＰ（４０７－１～４０７－９，４０８－１～４０８－９，４０９－１～４０９－９）で分割した例を示す。
　図４Ａは全てのＳＥＰ間の重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンが含むＳＥＰ配置である。この場合，全てのＳＥＰが繋ぎ合せ可能である。しかし，半導体パターンは密に存在しないため，全ての重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンを含ませるＳＥＰ配置が困難な場合がある。その一方で，一部の重複領域にしかパターンを含まなくてもその組合せによっては全ＳＥＰが繋がる場合があることに着目した。
　例えば，図４ＢのＳＥＰ配置は全ての重複領域にパターンが含まれていないが，ＳＥＰの繋ぎ合せを４０８－１，４０８－２，４０８－３，４０８－６，４０８－５，４０８－４，４０８－７，４０８－８，４０８－９の順に行うと全てのＳＥＰが繋ぎ合せ可能である。その一方で，図４Ｃのように全ての重複領域にパターンが含まれていないため，全ＳＥＰが繋ぎ合せができない場合も当然ある。
　すなわち，図４(c)においては４０９－１，４０９－２，４０９－３のＳＥＰは互いに繋ぎ合せが可能であるが，それ以外のＳＥＰ（４０９－４～４０９－９）とは繋ぎ合せができない。このように，全ての重複領域にパターンを含まない場合においては，全ＳＥＰが繋がる場合と繋がらない場合が存在するため，この両者を正確に判別するために，全ＳＥＰの繋ぎ合せ可否判定が必要となる。全ＳＥＰが繋がるためには，任意の二つのＳＥＰ間が繋ぎ合せ可能であればよい。
　２．２　隣接リンク情報
そこで本発明は，前記隣接リンク情報を基に任意の二つのＳＥＰ間の繋ぎ合わせ可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値（以後「任意リンク情報」と呼ぶ）を算出することを特徴とする。具体的に，図５Ａ乃至図５Ｅに隣接リンク情報を用いて任意リンク情報を算出した例を示す。
　図５Ａは入力されたＥＰ（５０１）および設計情報（５０２）に対して９つのＳＥＰ（５０３－１～５０３－９）で分割した結果である。図５Ｂは図５ＡのＳＥＰ配置に対する隣接リンク情報を示す。同図の黒丸は図５ＡのＳＥＰの中心位置に対応しており，隣接するＳＥＰ間でx方向に位置合せ可能ならばその間を実線で結びxを丸で囲んだ記号で表記し（５０４－１，５０４－２），同様にy方向に位置合せ可能ならばyを丸で囲んだ記号で表記し（５０４－３，５０４－４），xy方向に位置合せ可能ならばxyを丸で囲んだ記号で表記している（５０４－５～５０４－１０）。
　図５Ｂに示す隣接リンク情報を基に任意の２つのＳＥＰ間のx,y方向別の繋ぎ合せ可否を判定できる。例えばＳＥＰ５０３－１とＳＥＰ５０３－９の繋ぎ合せ可否判定について図５Ｃ及び図５Ｄを用いて説明する。図５Ｃ及び図５Ｄは，図５ＢからＳＥＰ５０３－１とＳＥＰ５０３－９の間に存在する隣接リンク情報をそれぞれｘ，ｙ方向別に抜き出したものである。図５Ｃでは５０５－１～５０５－６のリンクを経由して５０３－１と５０３－９のＳＥＰがx方向に位置合せ可能となり，図５Ｄでは５０６－１～５０６－５のリンクを経由して５０３－１と５０３－９がy方向に位置合せ可能となることから，５０３－１と５０３－９のＳＥＰが繋ぎ合せ可能であることが分かる。同様の判定を二つのＳＥＰ間の全ての組合せについて行い，全てxy方向に位置合せ可能ならば全ＳＥＰが繋ぎ合せ可能であることが分かる。
　また本発明は，前記任意リンク情報を評価値としてＳＥＰ配置を決定することを特徴とする。任意リンク情報を評価値としてＳＥＰ配置を決定することにより，全ての重複領域にパターンを含まないが全ＳＥＰが繋がるＳＥＰ配置を決定できるケースが増える。これは全重複領域にパターンを含ませることが困難な粗なパターンに対して有効である。
　図６Ａ乃至図６Ｄは全てのＳＥＰ間の重複領域にパターンを含ませることが困難な例であるが，前述の任意リンク情報を用いることにより全てのＳＥＰが繋がるＳＥＰ配置を決定することができる。図６Ａに示すように入力されたＥＰ（６０１）および設計情報（６０２）に対して６０３－１～６０３－９のＳＥＰで分割し，その隣接リンク情報を図６Ｂに示すように６０４－１～６０４－８で示している。また，ｘｙ両方向に繋ぎ合せ可能なＳＥＰ集合を太黒枠で囲んでいる（６０５および６０６）。図６Ｂにおいては，全ＳＥＰが二つの繋ぎ合せ可能なＳＥＰ集合に分離され，全ＳＥＰの繋ぎ合せができない。そこで，この分離された繋ぎ合せ可能集合同士をなるべく繋ぐように各ＳＥＰの撮像位置を更新した結果を図６Ｃ及び図６Ｄに示す。図６Ｃの６０７－１～６０７－９は更新されたＳＥＰ配置で，図６Ｄの６０８－１～６０８－８はその隣接リンク情報である。この場合，分離していた６０５と６０６のＳＥＰ集合が６０８－３のリンクにより繋がることが判る。
このように，任意リンク情報を指標値としてＳＥＰを決定することで，全ての重複領域にパターンが含まれなくても全てのＳＥＰが繋がるＳＥＰ配置が決定できる。また，隣接リンク情報および任意リンク情報は，入力された回路パターンあるいはマスクパターンの設計情報を入力として計算機内で自動算出されることを特徴とし，自動算出された隣接リンク情報あるいは任意リンク情報を基にＳＥＰを自動決定することを特徴とする。設計情報を用いることで，ＳＥＰを決定のためだけにマスクあるいはウェーハをＳＥＭ撮像する必要がなくなる（ＳＥＰ決定のオフライン化）。
　２．３　ＳＥＰ撮像倍率の決定
前述のＳＥＰ配置の決定に加え，ＳＥＰの撮像倍率（視野）も同時に決定可能なことを特徴とする。ＳＥＰの撮像倍率は任意の値を指定したり（この場合，撮像倍率は固定），あるいは撮像倍率の設定範囲を指定することもできる（例えば，Ｐmin～Ｐmax。この場合，撮像倍率はＰmin～Ｐmaxの範囲内で決定される）。ＳＥＰの撮像倍率を決定する方法として例えば，入力したＳＥＰの撮像倍率の設定可能範囲で，全ＳＥＰが繋がるＳＥＰ配置が可能なＳＥＰ撮像倍率のうち，最大の撮像倍率をＳＥＰの撮像倍率として自動で設定することもできる。
　本例を図７Ａ乃至図７Ｅを用いて説明する。入力したＥＰ（７０１）および設計情報（７０２）を図７Ａに示す。同図の７０３，７０４はＳＥＰ撮像倍率の設定可能範囲の下限Pminおよび上限Pmaxに相当する撮像倍率のＳＥＰである。図７Ｂは，ＳＥＰ撮像倍率を設定可能範囲の上限Pmaxに設定して，前記ＥＰを９つのＳＥＰ（７０５－１～７０５－９）に分割した結果である。図７Ｃの７０６－１～７０６－６は同ＳＥＰ配置（７０５－１～７０５－９）の隣接リンク情報で，７０７～７０９は全ＳＥＰを繋ぎ合せ可能なＳＥＰ集合に分割した結果である。ＳＥＰ撮像倍率Pmaxでは全てのＳＥＰを繋ぎ合せることができなかった。
　一方，図７ＤはＳＥＰ撮像倍率を設定可能範囲の下限Pminに設定して，前記ＥＰを４つのＳＥＰ（７１０－１～７１０－４）に分割した結果である。図７Ｅの７１１－１～７１１－４は隣接リンク情報で，７１２は繋ぎ合せ可能なＳＥＰ集合を示す。ＳＥＰ撮像倍率Pminでは全てのＳＥＰを繋ぎ合せることができた。そのため，本例においては撮像倍率をＰminと自動決定することで，全てのＳＥＰを繋ぎ合せ可能なＳＥＰ配置を決定することができる。ここでは説明のため，二種類の撮像倍率Ｐmin ，Pmaxを比較して撮像倍率を決定したが，実際にはＰmin ，Pmax間の任意の撮像倍率で繋ぎ合せ可否，あるいは繋ぎ合せ易さを評価し，任意の撮像倍率を設定することができる。
　２．４　隣接リンク情報・任意リンク情報のバリエーション
前記任意リンク情報には，図７の説明で述べたようなＳＥＰ全体をお互いに繋ぎ合せ可能なＳＥＰの集合（繋ぎ合せ可能ＳＥＰ集合）に分割した結果（図７の７０７，７０８，７０９に相当）や，繋ぎ合せ易さが同程度のＳＥＰの集合（繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合）に分割した結果を含むことを特徴とする。図８に全ＳＥＰを繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合に分割した例を示す。同図の８０１－１～８０１－９はＳＥＰ配置を示し，８０２－１～８０２－１０は隣接リンク情報（隣接ＳＥＰ間の繋ぎ合せ易さ）を示す。８０３～８０７は分割された繋ぎ合せ容易集合を示す。繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合とは繋ぎ合せ易さが同程度のＳＥＰを集合としてまとめたものであり，８０３～８０７の枠は太いもの程，繋ぎ合せが容易であることを示す。繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合８０４，８０７は繋ぎ合せ易さの指標値が0.2以下（小さい程繋ぎ合せ難い）の集合，繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合８０３は繋ぎ合せ易さの指標値が0.2より大きく0.5以下の集合であり，繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合８０５，８０６は繋ぎ合せ易さの指標値が0.5より大きく0.8以下の集合である。繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合の情報を任意リンク情報に含ませることによって，同情報をＳＥＰの自動決定における評価値とすることができる。繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合の情報はＧＵＩ表示することができる。ＧＵＩ表示の実施例については後述する。
　また，前記任意リンク情報あるいは隣接リンク情報は，実際にＳＥＰ間を繋ぎ合せた場合に想定される位置ずれ量を含む，あるいは前記位置ずれ量を基に算出した値を含むことを特徴とする。また，前記位置ずれ量は設計情報を用いて推定した各ＳＥＰの擬似的なＳＥＭ画像を実際に繋ぎ合せた場合の位置ずれ量を基に算出することを特徴とする。ここで擬似的なＳＥＭ画像とは，実際に得られるＳＥＭ画像を模擬して，設計情報に対して実際に発生しうるパターンの変形やＳＥＭ撮像のずれや画像ノイズを加えて生成した画像のことである。この擬似的なＳＥＭ画像を全ＳＥＰについて作成し，擬似的なＳＥＭ画像群を実際に繋ぎ合せることによって，実際にＳＥＭ画像の撮像・繋ぎ合せを行わなくても，実際に発生しうる繋ぎ合せ誤差を推定することができる。
　本方法により位置ずれ量を算出した例を図９Ａ乃至図９Ｄで説明する。図９Ａは入力した設計情報（９０１）およびＥＰ（９０２）に対して，４つのＳＥＰ（９０３－１～９０３－４）で分割した結果である。同ＳＥＰ配置に対して，各ＳＥＰにおける擬似的なＳＥＭ画像を作成し（図９Ｂの９０４－１～９０４－４），これらの画像群を繋ぎ合せた結果を図９Ｃの９０５に示す。擬似的なＳＥＭ画像９０４－1～９０４－４の位置は設計情報の切り出し位置から明らかなので，繋ぎ合せた画像９０５における各ＳＥＰの位置ずれ量も求めることができる。図９Ｄに，推定した位置ずれ量を示す。同図の９０６－１～９０６－４は，ＳＥＰ間のx,y方向別に推定した相対的な位置ずれ量を示している。また，ＳＥＰ間の相対的な位置ずれ量ではなく，ある基準に対する各ＳＥＰの絶対的な位置ずれ量を算出することもできる。同図の９０７－１～９０７－４は各ＳＥＰの絶対的な位置ずれ量をベクトル表示したものであり，９０８－１～９０８－４は前記ベクトルの大きさを示す。
　２．５　禁止領域
ユーザの指定するパターンを「（重複領域の）禁止領域」とし，前記禁止領域がＳＥＰ間の重複領域あるいはその近傍に含まれないようにＳＥＰ配置を決定することを特徴とする。前記ユーザの指定するパターンには，複雑なＯＰＣパターン等，形状の最適化のため特に検証したいパターンが含まれることを特徴とする。このようなパターンを重複領域（ＳＥＰ間の繋ぎ目）あるいはその近傍にしないことによって，ＳＥＰ間の繋ぎ合せ誤差によるパノラマ画像における形状誤差や，画像周辺に発生する場合がある像歪みの影響を避けることができる。また，前記禁止領域の指定は前述のようにユーザが指定することも可能であるし，設計情報を基にパターンの形状の複雑さを評価した指標値やＥＤＡツール等から出力されたデバイス不良の発生し易い危険箇所等を基に自動で指定することも可能である。具体的に，禁止領域の指定および禁止領域を加味してＳＥＰを決定した例を図１０Ａ乃至図１０Ｄで説明する。図１０Ａは入力した設計情報（１００１）およびＥＰ（１００２）およびユーザが禁止領域を矩形領域（斜線でハッチング）で指定した領域（１００３）を示している。図１０Ｂは図１０Ａで指定した禁止領域がＳＥＰ間の重複領域近傍に含まれないようにＳＥＰ配置（１００４－１～１００４―９）を決定した結果である。
　禁止領域の指定方法にはバリエーションが考えられる。すなわち，図１０Ａのように矩形領域で指定することもできるし，図１０Ｃ１００７－１，１００７－２に示すように設計情報において線分の集合として指定することもできる。図１０Ｄは図１０Ｃで指定した禁止領域がＳＥＰ間の重複領域近傍に含まれないようにＳＥＰ配置（１００８－１～１００８―５）を決定した結果である。また，これらの禁止領域の指定はユーザが行ってもよいし，ＥＰ（１００６）内の設計情報（１００５）から，パターン形状の複雑さ等を評価する指標値（単位面積辺りのパターンのx,y方向に変化する頻度等）を算出し，前記指標値を基に禁止領域を自動設定することもできる。
　前記禁止領域を，前記隣接リンク情報あるいは任意リンク情報と同様，ＳＥＰ配置あるいは撮像倍率の決定の際の指標値として用いることを特徴とする。このことにより，禁止領域がなるべく重複領域に含まれないＳＥＰ配置あるいは撮像倍率の決定が実現する。また，前記禁止領域を，前記隣接リンク情報あるいは任意リンク情報と同様，ＳＥＰ配置と併せてＧＵＩ上に表示することを特徴とする。このことにより，ユーザは着目するパターン（例えばＯＰＣパターン）が禁止領域に含まれるか否かを容易に判別することができる。ＧＵＩ表示の実施例については後述する。
　２．６　ＳＥＰ画像の繋ぎ合せ
決定したＳＥＰの撮像画像を画像処理により繋ぎ合せるには，各ＳＥＰ間の重複領域に含まれるパターンの重なり度合い（相関値）が高くなるように位置合せする必要がある。しかしながら，重複領域は複数存在するため，重複領域における相関値を全て最大にすることはできない（ある重複領域の相関値を最大にすると，他の重複領域における相関値が下がることがある）。そのため，ＳＥＰの撮像画像を画像処理により繋ぎ合せる際，前記隣接リンク情報あるいは任意リンク情報におけるＳＥＰ間の繋ぎ合せ易さ可否あるいは繋ぎ合せ易さの情報を基に，重複領域毎に相関値を考慮する度合いを重みとして設定することを特徴とする。傾向として大きな重みが設定された重複領域の相関値がなるべく高くなるように繋ぎ合せが行われる。
　例として，繋ぎ合せが困難な重複領域，例えば繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンが全く含まれない重複領域における相関値は画像ノイズのみによって計算される。そのため，このような画像ノイズによって計算された相関値を高くするようなＳＥＰ繋ぎ合せは大きな位置ずれを発生させる危険性がある。
　具体例を図１１Ａ乃至図１１Ｅで説明する。図１１Ａは入力された設計情報（１１０１）およびＥＰ（１１０２）に対して，５つのＳＥＰ（１１０３－１～１１０３―５）で分割した結果を示す。図１１Ｂは図１１ＡのＳＥＰ配置に対して，隣接リンク情報（隣接する２つのＳＥＰ間の繋ぎ合せ可否）を算出した結果である（１１０４－１～１１０４―６）。図１１Ｃは図１１Ｂで算出した隣接リンク情報を基に，重複領域毎に相関値を考慮する度合いの重み（１１０５－１～１１０５－７）を設定した結果を示す。本例ではxy両方向に繋ぎ合せ可能なＳＥＰ間の重みを１とし，x,yどちらか一方のみ繋ぎ合せ可能なＳＥＰ間の重みを0.5とし，重複領域にパターンが含まれないＳＥＰ間の重みを0としている。
すなわち，各ＳＥＰはxy両方向に繋がるＳＥＰとの位置合せを優先し，重複領域にパターンが含まれないＳＥＰとの位置合せは優先度を下げる。また，図１１Ｄは図１１ＡのＳＥＰ配置に対して隣接する２つのＳＥＰ間の繋ぎ合せ易さを算出した結果（１１０６－１～１１０６－６）を示す。図１１Ｅは図１１ＤのＳＥＰ間の繋ぎ合せ易さを基に前記の重複領域の重み（１１０７－１～１１０７－６）を設定した結果を示す。
　２．７　パターン輪郭線の生成
前述のように決定したＳＥＰを撮像したＳＥＭ画像群を繋ぎ合せることにより広範囲・高分解能のパノラマＳＥＭ画像が取得できる。
また，広範囲・高分解能なパターン輪郭線の抽出方法としては，図１２Ａ乃至図１２Ｅに示すように以下の２通りあることを特徴とする。
・図１２Ａに示すように、複数のＳＥＰをＳＥＭ撮像したＳＥＰ画群を画像処理により繋ぎ合せた広範囲のパノラマ画像を得て（１２０１），図１２Ｂに示した前記パノラマ画像から広範囲のパターン輪郭線を抽出する（１２０２）。
・複数のＳＥＰをＳＥＭ撮像して図１２Ｃに示すＳＥＰ画像群を得（１２０３－１～１２０３－４），前記ＳＥＰ画像群の画像毎にパターン輪郭線を抽出して図１２Ｄのパターン輪郭線群を得（１２０４－１～１２０４－４），前記パターン輪郭線群を繋ぎ合せて図１２Ｅの広範囲のパターン輪郭線を得る（１２０５）。
　２．８　全体フロー
　以上をまとめてパノラマ画像合成処理及び合成したパノラマ画像を用いたパターンの寸法計測の全体フローを図１３Ａを用いて説明する。まず，ＥＰの領域と半導体回路あるいはマスクパターンの設計情報を入力する（それぞれステップ１３０１，１３０２）。ＥＰは取得したいパノラマ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（必要に応じて前記ＥＤＡツールの情報も参考にしながら）入力される場合もある。
　また，必要に応じてユーザの指定するパターンを含む領域を禁止領域として入力することができる（ステップ１３０３）。この禁止領域の入力方法としてはユーザが座標や範囲を直接入力してもよいし，ＧＵＩ上で設計情報を見ながら領域を指定して与えても良い。
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１３０４）。
　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，繋ぎ合せに最低限必要な重複領域内のパターン線分長，設計パターンのコーナーカット長（実パターンはコーナー部が丸まる等の設計情報と形状乖離が発生するためコーナーから一定範囲内の設計パターンデータをカットするためのパラメータ）等を指定することができる。また，必要に応じてＳＥＰの撮像倍率あるいはＳＥＰの撮像倍率の設定可能な範囲を入力することができる。また，必要に応じてＳＥＰ間の重複領域幅あるいはＳＥＰ間の重複領域幅の設定可能な範囲を入力することができる。禁止領域算出ステップ（１３０７）では，ステップ１３０３で入力した禁止領域に加えて，ユーザの指定するパターンを禁止領域として自動で抽出する。前記禁止領域は，設計情報を基にパターンの形状の複雑さを評価した指標値やＥＤＡツール等から出力されたデバイス不良の発生し易い危険箇所等を基に自動で指定することも可能である。
　ＳＥＰ配置あるいはＳＥＰ撮像倍率は，前記禁止領域あるいは分割指標値算出ステップ（ステップ１３０８）で算出されるＳＥＰ間の繋ぎ合せ可否・繋ぎ合せ易さを評価した分割指標値を基に，ＳＥＰ決定ステップ（ステップ１３０９）で決定される。ＳＥＰの撮像倍率はステップ１３０５で入力することができる。ここで，ＳＥＰの撮像においてはイメージシフトあるいはステージシフトによる視野ずれが発生するため，ＳＥＰの決定時には重複領域に繋ぎ合せの手掛かりとなるパターンが含まれると評価していても，実際には前記視野ずれにより含まれるはずのパターンが重複領域外となる危険がある。
　そこで，発生しうるイメージシフトおよびステージシフトそれぞれの予想される最大視野ずれ量を入力し（ステップ１３０４），これらの最大の視野ずれが発生しても繋ぎ合せが可能となるような範囲内でＳＥＰを決定することで視野ずれにロバストなＳＥＰを決定することができる。ここで，各ＳＥＰの視野移動がイメージシフト，あるいはステージシフトのどちらの方式で行われるかは，ＳＥＰの撮像シーケンスに依存する。そこで，ＳＥＰ決定ステップにおいては，このような視野移動方式の違いによる視野ずれの違いを加味して，ＳＥＰ配置，ＳＥＰ撮像倍率，ならびに各ＳＥＰの視野移動方式を決定することを特徴とする。
　次に，ステップ１３０９で決定したＳＥＰ配置，ＳＥＰ撮像倍率，ＳＥＰへの視野移動方式を撮像レシピとして保存する（ステップ１３１０）。
　次に，ＳＥＭを用いてステップ１３１０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１３１１）。
　次に，ステップ１３１２では，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。また，前記パノラマ画像から広範囲のパターン輪郭線を抽出することもできる。また，前記広範囲のパターン輪郭線は，複数のＳＥＰをＳＥＭ撮像してＳＥＰ画像群を得，前記ＳＥＰ画像群の画像毎にパターン輪郭線を抽出してパターン輪郭線群を得，前記パターン輪郭線群を繋ぎ合せることで得ることもできる。
　ステップ１３１３において、合成したパノラマＳＥＭ画像を処理して例えば図１２Ｅに示したようなパターン間のギャップＬｇ、パタンの幅寸法Ｌｗ、パターンの長さＬｌなどのパターンの寸法やパターンの丸みＬｒなどの形状情報を計測する。
　次に、ステップ１３１１における複数のＳＥＰ撮像の詳細な手順を、図１に示したＳＥＭシステムを参照しながら図１３Ｂに基づいて詳細に説明する。
まず図１３Ｂのステップ１３１１-１において試料である半導体ウェーハまたはマスク（以降、これらを合わせて試料と記載する）をＳＥＭ装置のステージ１２１上に取り付ける。ステップ１３１１-２において光学顕微鏡等（図１のＳＥＭシステムにおいては記載を省略）で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１３１１-３において，処理・制御部１１５でステージコントローラ１１９を制御してステージ１１７を移動させ，ＳＥＭによる撮像位置がアドレッシングポイント（以降，ＡＰと呼ぶ）になるように試料の位置を調整して撮像し，アドレッシング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アドレッシングを行う。
ここでＡＰについて説明する。ＳＥＰを観察する場合，直接ＳＥＰを観察しようとすると，ステージの位置決め誤差により，撮像ポイントが大きくずれてＳＥＭの視野から外れてしまう可能性がある。そこで，一旦位置決め用として予め座標値とテンプレート（撮像ポイントのパターン）とが与えられたＡＰを観察する。この撮像ポイントのテンプレートは撮像レシピに登録しておく。以降，これをＡＰ登録テンプレートと呼ぶ。ＡＰはＳＥＰの近傍（最大でもビーム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，撮像したいパターンが完全のＳＥＭの視野から外れてしまう可能性は低い。そこで，予め登録されたＡＰ登録テンプレートと，実際に撮像されたＡＰのＳＥＭ像（実撮像テンプレート）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位置ずれ量を推定することができる。ＡＰ，ＳＥＰの座標値は既知なので，ＡＰ－ＳＥＰ間の相対変位量を求めることができ，かつＡＰにおける撮像ポイントの位置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位置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までの相対変位量が分かる。前記相対変位量分だけ，位置決め精度の高いビームシフトによって移動（ステージ１２１は停止したまま）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。
　そのため，登録されるＡＰは，（１）ＳＥＰからビームシフトにより移動可能な距離に存在するパターンであり（かつＳＥＰにおけるコンタミネーションの発生を抑えるためＡＰ撮像時の範囲（Field of view：ＦＯＶ）にＳＥＰ撮像時のＦＯＶを含まないことを条件とする場合もある），（２）ＡＰの撮像倍率はステージの位置決め精度を加味してＳＥＰの撮像倍率よりも低く，（３）パターン形状あるいは明度パターンが特徴的であり，ＡＰ登録テンプレートと実撮像テンプレートとのマッチングがし易い、等の条件を満たしていることが望ましい。どの場所をＡＰとして選択するかに関しては，この条件をシステム内部で評価することで，良好なＡＰの選択および撮像シーケンスの決定を行うことができる。
　予め登録するＡＰ登録テンプレートはＣＡＤ画像，あるいはＳＥＭ画像，あるいは一旦ＣＡＤデータテンプレートで登録しておいたものを実際の撮像時に得たＡＰのＳＥＭ画像をＳＥＭ画像テンプレートとして再登録する等のバリエーションが考えられる。
　前述のＡＰ選択範囲について補足する。一般的に電子ビーム垂直入射座標は複数のＳＥＰの中心座標に設定されるので，ＡＰの選択範囲は最大でもＳＥＰを中心としたビームシフト可動範囲としたが，電子ビーム垂直入射座標が複数のＳＥＰの中心座標と異なる場合は，前記電子ビーム垂直入射座標からのビームシフト可動範囲が選択範囲となる。また撮像ポイントに要求される許容電子ビーム入射角によっては，電子ビーム垂直入射座標からの探索範囲もビームシフト可動範囲より小さくなることがある。これらは他のテンプレートについても同様である。以降の説明において，ＳＥＰの撮像の場合は特に断りのない限り電子ビーム垂直入射座標とＳＥＰの中心座標は同じとして説明するが，前述の通り本発明はこれに限られるものではない。
　次にステップ１３１１-４において，処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置をオートフォーカスポイント（以降，ＡＦと呼ぶ）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。
　ここでＡＦについて説明する。撮像時には鮮明な画像を取得するためオートフォーカスを行うが，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう（コンタミネーション）。そこで，ＳＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＳＥＰ周辺の座標をＡＦとして観察し，オートフォーカスのパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観察するという手段がとられる。
　そのため，登録されるＡＦは，（１）ＡＰ，ＳＥＰからビームシフトにより移動可能な距離に存在するパターンであり，かつＡＦ撮像時のＦＯＶにＥＰ撮像時のＦＯＶは含まれない，（２）ＡＦの撮像倍率はＳＥＰの撮像倍率と同程度である（ただし，これはＳＥＰ用のＡＦの場合。ＡＰ用のＡＦの場合は前記ＡＰの撮像倍率と同程度の撮像倍率でＡＦを撮像する。後述するＡＳＴ，ＡＢＣＣに関しても同様），（３）オートフォーカスをかけ易いパターン形状をもつ（フォーカスずれに起因する像のぼけを検出し易い）等の条件を満たしていることが望ましい。本発明によれば，ＡＦ選択についても，ＡＰと同様，前述の条件をシステム内部で評価し，自動で良好なＡＦの選択を行うことが可能となる。
　次にステップ１３１１-５において，処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置をオートスティグマポイント（以降，ＡＳＴと呼ぶ）に移動して撮像し，オートスティグマ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スティグマ調整を行う。
　ここでＡＳＴについて説明する。撮像時には歪みのない画像を取得するため非点収差補正を行うが，ＡＦと同様，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう。そこで，ＳＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＳＥＰ近くの座標をＡＳＴとして観察し，非点収差補正のパラメータを求めてから前記パラメータを基にＳＥＰを観察するという手段がとられる。
　そのため，登録されるＡＳＴは，（１）ＡＰ，ＳＥＰからビームシフトにより移動可能な距離に存在するパターンであり，かつＡＳＴ撮像時のＦＯＶにＥＰ撮像時のＦＯＶは含まれない，（２）ＡＳＴの撮像倍率はＳＥＰの撮像倍率と同程度である，（３）非点収差補正をかけ易いパターン形状をもつ（非点収差に起因する像のぼけを検出し易い）等の条件を満たしていることが望ましい。
　本実施例によれば，ＡＳＴ選択についても，ＡＰと同様，前述の条件をシステム内部で評価し，自動で良好なＡＳＴの選択を行うことが可能となる。
　次にステップ１３１１-６において，処理・制御部１１５の制御及び処理に基づいて，ビームシフトにより撮像位置を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）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。ここでＡＢＣＣについて説明を加えておく。撮像時には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設定するが，ＡＦと同様，試料に電子線を長く照射すると汚染物質が試料に付着してしまう。そこで，ＥＰにおけるコンタミネーションの付着を抑えるため，一旦ＥＰ近くの座標をＡＢＣＣとして観察し，ブライトネス・コントラスト調整のパラメータを求めてから前記パラメータを基にＥＰを観察するという方法がとられる。
　そのため，登録されるＡＢＣＣは，（１）ＡＰ，ＳＥＰからビームシフトにより移動可能な距離に存在するパターンであり，かつＡＢＣＣ撮像時のＦＯＶにＳＥＰ撮像時のＦＯＶは含まれない，（２）ＡＢＣＣの撮像倍率はＳＥＰの撮像倍率と同程度である，（３）ＡＢＣＣにおいて調整したパラメータを用いて測長ポイントにおいて撮像した画像のブライトネスやコントラストが良好であるために，ＡＢＣＣは前記測長ポイントにおけるパターンに類似したパターンである等の条件を満たしていることが望ましい。本発明によれば，ＡＢＣＣ選択についても，ＡＰと同様，前述の条件をシステム内部で評価し，自動で良好なＡＢＣＣの選択を行うことが可能となる。
　なお，前述したステップ１３１１-３，１３１１-４，１３１１-５，１３１１-６におけるＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣの撮像は場合によって，一部あるいは全てが省略される，あるいは１３１１-３，１３１１-４，１３１１-５，１３１１-６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る。
　最後にステップ１３１１-７においてビームシフトにより撮像ポイントをＳＥＰに移動してステップ１３０９で決定された撮像枚数分だけ順次ＳＥＰを撮像する。
次に、先に説明したステップ１３１２において、複数枚撮像したＳＥＰのＳＥＭ画像を合成する。
　ＳＥＰにおいても，撮像したＳＥＭ画像と事前に撮像レシピに登録された前記ＳＥＰ位置に対応する登録テンプレートとをマッチングし，計測位置のずれを検出することがある。撮像レシピ作成装置１２２で作成される撮像レシピには前述の撮像ポイント（ＳＥＰ，ＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣ）の座標や撮像シーケンス，撮像条件等の情報が書き込まれており，ＳＥＭは前記撮像レシピに基づきＳＥＰを観察する。図３Ｃに低倍像１３２０上におけるＳＥＰ１３２１，ＡＰ１３２２，ＡＦ１３２３，ＡＳＴ１３２４，ＡＢＣＣ１３２５のテンプレート位置の一例を点線枠で図示する。
　本実施例によれば，１回の撮像では取得できない比較的広い領域の高倍率のＳＥＭ画像を用いてパターンの寸法の計測やパターン形状評価等を行うことができる。
　３．ＳＥＰ候補の選択によるＳＥＰ決定
２．で述べたＳＥＰ決定ステップにおいて全てのユーザ要求を満たすＳＥＰ配置が原理的に存在しない場合がある。例えば，ＳＥＰを指定した撮像倍率にするためには，どうしても全ＳＥＰの繋ぎ合せが困難となり，逆に全ＳＥＰが繋ぎ合せ可能とするためには，どうしてもＳＥＰの撮像倍率が指定した値よりも小さくせざるを得ない等である。
そこで第二の実施例として，そのような場合であってもなるべくユーザの要求を満たすＳＥＰ配置を準最適解として決定する方式を提供する。本処理のフローを図１４を用いて説明する。
　本処理はパノラマ画像合成処理の条件を入力し（ステップ１３０１～１３０６），禁止領域（ステップ１３０７）を算出した後に，ステップ１３０８で算出した分割指標値を基にＳＥＰの撮像位置あるいは撮像倍率の異なるＳＥＰ配置の候補（以後，ＳＥＰ候補と呼ぶ）を複数算出することを特徴とする（ステップ１４０１）。これらの候補から適切な準最適解を決定するための手段として，これらの候補をＧＵＩ上に表示すると共に，判断基準として，隣接リンク情報あるいは任意リンク情報を表示させ（ステップ１４０２），ＳＥＰ候補群からＳＥＰを選択（ステップ１４０３）することを特徴とする。
　ＳＥＰ選択時にはＳＥＰ配置とＳＥＰ候補の選択の手掛かりとなる情報を併せてユーザに表示することで，ユーザは各ＳＥＰ候補がユーザの要求項目を満たすか否かを容易に判別することができ，適切なＳＥＰ候補を選択することが可能となる。
　ユーザの要求項目としては，例えばＳＥＰの配置，ＳＥＰ撮像倍率，ＳＥＰの繋ぎ合せ易さ，前記禁止領域とＳＥＰ間の重複領域との重複量，ＳＥＰ間の重複領域幅，ＳＥＰ数（少ない程，撮像時間が短い）などがある。これらの各項目をユーザに分かり易くＧＵＩ上に可視化することで，ユーザはＳＥＰ候補の選択が容易となる。
　図１５Ａ乃至図１５ＦにＳＥＰ候補の算出例を示す。図１５Ａ乃至図１５Ｆは入力した設計情報（１５０１）およびＥＰ（１５０２）に対する３つのＳＥＰ候補を示す。図１５Ａ及び図１５Ｂの１５０３－１～１５０３－９，図１５Ｃ及び図１５Ｄの１５０６－１～１５０６－４，および図１５Ｅ及び図１５Ｆの１５０９－１～１５０９－５はそれぞれのＳＥＰ配置である。また，図１５Ｂの１５０４－１～１５０４－７，図１５Ｄの１５０７－１～１５０７－４，および図１５Ｆの１５１０－１～１５１０－６はそれぞれのＳＥＰ配置に対する隣接リンク情報を示す。また，図１５Ｂにおいて全ＳＥＰは１５０１－１および１５０１－２の二つの繋ぎ合せ可能ＳＥＰ集合に分割され，図１５Ｄおよび図１５Ｆにおいては全ＳＥＰが繋ぎ合せ可能である（１５０８および１５１１）。
すなわち，図１５ＡのＳＥＰ配置はＳＥＰの撮像倍率が高いが，全ＳＥＰが繋がらない。
一方，図１５Ｃ乃至図１５ＦはＳＥＰの撮像倍率が図１５Ａより低くなるが全ＳＥＰが繋ぎ合せ可能である。また，図１５Ｅ及び図１５Ｆは図１５Ｃ及び図１５Ｄの場合に比べてＳＥＰ間の重複領域幅が大きくＳＥＰの数も多いが重複領域に含まれる禁止領域（１５１２）の面積が少ない。
　このように，ＳＥＰの撮像倍率，繋ぎ合せ易さ，および禁止領域と重複領域との重複量の間にはトレードオフがあるためこの３つの要求を満たすＳＥＰ配置は困難である。しかし，これらのユーザの要求項目を全て満たすＳＥＰ配置が決定できなくても，本例のようにこれらのユーザの要求項目に関する情報を可視化することで，ユーザはユーザの要求項目をなるべく満たすＳＥＰ配置を準最適解として容易に決定することができる。また，ユーザに表示する情報のバリエーションとしては，ＳＥＰ全体をお互いに繋ぎ合せ可能なＳＥＰの集合に分割した結果や，繋ぎ合せ易さが同程度のＳＥＰの集合に分割した結果を表示することもできる。また，実際にＳＥＰ間を繋ぎ合せた場合に想定される位置ずれ量（推定位置ずれ量），あるいは前記位置ずれ量を基に算出した値を表示することもできる。
　ここで，前記推定位置ずれ量は設計情報を用いて推定した各ＳＥＰの擬似的なＳＥＭ画像を実際に繋ぎ合せた場合の位置ずれ量を基に算出することを特徴とする。推定位置ずれ量の算出には画像生成および繋ぎ合せが必要であるため多くの処理時間を要する。そこで，算出した全てのＳＥＰ候補あるいは指定したＳＥＰ候補に対してのみ，推定位置ずれ量を算出して表示することもできる。
　４．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ＧＵＩの実施例を図１６に示す。図１６中のウィンドウ１７０１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１７０２はパノラマ画像合成処理を行う対象となるＥＰのリストを表示している。本リストからＥＰを選択してパノラマ画像合成処理を行うこともできるし，バッチ処理で全ＥＰに対してパノラマ画像合成処理を行うこともできる。バッチ処理を行う場合は，処理を行うＥＰにチェックをつけ（１７０３），そのＥＰのみ処理を行うこともできる。本例では，ＥＰのリストから３番目のＥＰを選択している。１７０４は選択したＥＰのＩＤを表示している。ボックス１７０５は選択したＥＰの撮像範囲を表示している。撮像範囲は矩形領域の左上と右下の座標で与えてもよいし，ＥＰの中心座標と視野で与えてもよい。ボックス１７０６においてはＳＥＰの撮像倍率範囲およびボックス１７０７においてはＳＥＰ間の重複領域幅の範囲を設定することができる。
　範囲の入力においては，範囲の下限と上限を指定することもできるし，下限と上限を同じ値で設定することでＳＥＰの撮像倍率やＳＥＰ間の重複幅を指定することができる。ボックス１７０８はＥＰとその周辺のパターンを表示する。ＥＰの範囲を点線の枠（１７０９）で示し，ＥＰ周辺の回路あるいはマスクパターンの設計情報を網状のハッチングを施した図形（１７１０）で表示している。また，手動あるいは設計情報を基に自動で設定した禁止領域を斜め線のハッチングを施した領域（１７１１）で表示している。ボックス１７１２～１７１５では，ＳＥＰ決定における処理パラメータ（イメージ／ステージシフト予想誤差，ＳＥＰ間の繋ぎ合せに必要なパターン線分長の最小値，コーナーカット長等）を設定することができる。
　上記ＥＰ，ＳＥＰおよび処理パラメータの設定を行った後，ボタン１７１６を押すと，上記選択したＥＰに対してＳＥＰの候補を算出する。また，ボタン１７１７を押すとＥＰのリストでチェックのついた全てのＥＰに対してＳＥＰ候補の算出を行う。
　バッチ処理においては，対象となる各ＥＰに対してＳＥＰ候補を算出しておき，後からユーザが各ＥＰのＳＥＰ候補を選択することもできる。また，算出するＳＥＰ候補数はボックス１７１８で指定することもできる。
　ボックス１７１９～１７２１は，選択したＥＰに対して算出された３つのＳＥＰ候補を示す。１７２３～１７２４は各ＳＥＰ候補の詳細情報を示す。この場合，ＳＥＰ候補１は撮像倍率１００Ｋの９枚のＳＥＰ配置となっており，９枚のうち互いに繋ぎ合せ可能なＳＥＰ数は最大で４枚であることを示している。
　ボックス１７２５～１７２７は各ＳＥＰ候補のＳＥＰ配置を表示している。図中の黒枠（１７２８）はＳＥＰで黒丸（１７２９）はその中心座標を示す。また，前記ＳＥＰ候補の表示の際はボックス１７０８と同様に設計情報，ＥＰおよび禁止領域を重ねて表示することもできる。また，重複領域に含まれる禁止領域内のパターンは太線で強調して表示することもできる（１７３０）。
ボックス１７２９～１７３１は，それぞれボックス１７２５～１７２７に示すＳＥＰ配置に対するリンク情報を表示している。隣接リンク情報をx,yあるいはxyを丸で囲んだ記号とＳＥＰ間を結ぶ黒線で表示することができ，それぞれx方向に位置合せ可能（１７３２），y方向に位置合せ可能（１７３３）あるいはxy方向に位置合せ可能（１７３４）であることを示す。また，ＳＥＰ全体をお互いに繋ぎ合せ可能なＳＥＰ集合（繋ぎ合せ可能ＳＥＰ集合）で分割し，各分割されたＳＥＰ集合のＳＥＰの中心位置を太い黒枠で囲んで表示することもできる。
　本例では，ＳＥＰ候補１は３つの繋ぎ合せ可能ＳＥＰ集合１７３５と１７３６に分断され，全ＳＥＰが繋ぎ合せができないことを示している。一方，ＳＥＰ候補２およびＳＥＰ候補３は，全ＳＥＰが太い黒枠で囲まれており全ＳＥＰが繋ぎ合せ可能であることを示している。
　また，表示する情報としては図３に示すようなＳＥＰ間の繋ぎ合せ易さを表示することもできるし，図８で示すような全ＳＥＰを互いに繋ぎ合せが同程度のＳＥＰ集合（繋ぎ合せ容易ＳＥＰ集合）に分割した結果を表示することも出来る。また，図５に示すように任意のＳＥＰ間のx,y方向別の繋ぎ合せ可否を表示することもできる。
　ユーザは各ＳＥＰ候補のＳＥＰ配置とＳＥＰ間の連結関係を示す情報を判断基準にして，ボタン１７３９～１７４１を押してＳＥＰを選択する。本例では３つのＳＥＰ候補を表示しているが，それ以上のＳＥＰを候補を算出することもできる。その場合，スクロールバー１７４２を動かしてその他のＳＥＰ候補を見ることができる。
　また，ＳＥＰ候補の表示においては各ＳＥＰ候補に表示の優先度を付けて，表示の優先度の高い順にＳＥＰ候補を表示することもできる。表示の優先度としては，ＳＥＰ撮像倍率，繋ぎ合せ易さ，禁止領域と重複領域との重複量といったユーザの要求項目をどの程度満たすのかを評価して優先度を設定することもできる。
　また，ＳＥＰ候補の詳細情報のバリエーションとして，図１７に示すように実際の繋ぎ合せ処理を行った場合の推定位置ずれ量を表示することもできる。推定位置ずれ量は，決定したＳＥＰ配置（１８０１）および設計情報から生成した擬似的なＳＥＭ画像を繋ぎ合せ（１８０２），そのときの位置ずれ量を各ＳＥＰあるいはＳＥＰ間で表示することも出来る（１８０３）。ＳＥＰ間のx,y方向別に推定した相対的な位置ずれ量を表示することも出来るし，ＳＥＰ間の相対的な位置ずれ量ではなく，ある基準に対する各ＳＥＰの絶対的な位置ずれ量を表示することもできる。また，位置ずれの方向や大きさを矢印で表示することもできる。
　また，ＳＥＰ候補の表示法としては図１８に示すようにユーザの要求項目（例えば，ＳＥＰ撮像倍率，繋ぎ合せ易さ，禁止領域と重複領域との重複量，ＳＥＰ間の重複領域幅等）を軸にとり，その軸に従ってＳＥＰ候補を表示する位置を変更することもできる。図１８では重複領域幅およびＳＥＰ撮像倍率をそれぞれX軸（１９０１）およびY軸（１９０２）にとり，６つのＳＥＰ候補（１９０３－１～１９０３－６）を表示している。ユーザは表示されたＳＥＰ候補の中から，ボタン１９０４－１～１９０４－６を押してＳＥＰを選択する。本例は重複領域幅とＳＥＰ撮像倍率の２項目についてそれぞれ値を振った結果を二次元表示しているが，任意の３項目についてそれぞれ値を振った結果を三次元表示する等のバリエーションが可能である。
　５．半導体デバイスの設計・製造ラインおよびプロセスへの適用
　本発明を半導体デバイスの設計・製造ラインおよびプロセスに適用した場合のシステム構成の実施例を図１９Ａ及び図１９Ｂ及び図２０を用いて説明する。
図１９Ａにおいて１６０１はマスクパターン設計装置，１６０２はマスク描画装置，１６０３はマスクパターンのウェーハ上への露光・現像装置，１６０４はウェーハのエッチング装置，１６０５および１６０７はＳＥＭ装置，１６０６および１６０８はそれぞれ前記ＳＥＭ装置を制御するＳＥＭ制御装置，１６０９はＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツールサーバ，１１６０はデータベースサーバ，１６１１はデータベースを保存するストレージ，１６１２は撮像レシピ作成装置，１６１３は画像処理装置，１６１４は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１６１５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１１６０にはストレージ１６１１が取り付けられており，（ａ）ＥＰのサイズ・座標，（ｂ）設計情報（マスク設計情報（ＯＰＣなし／あり），ウェーハ転写パターン設計情報），（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，同図においては例として二台のＳＥＭ装置１６０５，１６０７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１６１１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１９Ｂは一例として図１９ＡにおけるＳＥＭ制御装置（Ａ）１６０６，ＳＥＭ制御装置（Ｂ）１６０８，ＥＤＡツールサーバ１６０９，データベースサーバ１１６０，撮像レシピ作成装置１６１２、画像処理装置１６１３、形状計測・評価ツールサーバ１６１４を一つの装置１６１６に統合したものである。本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。
　また、図１９Ｂにおける装置１６１６からＥＤＡツールサーバ１６０９とデータベースサーバ１１６０とを分離して設置する構成も可能である。
　上記実施例で説明したようなパノラマ画像を用いることによって，半導体設計・製造の効率化を図ることができる。図２０に半導体デバイスの設計・製造フローを示す。まず，半導体の回路設計を行い（ステップ２００１），次にマスクパターンのレイアウトを設計する（ステップ２００２）。このとき，光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）等をパターンに施すことができる。次に，前記レイアウトを基にマスクを製造し（ステップ２００３），このマスクパターンをウェーハ上に転写（露光）してウェーハを製造する（ステップ２００５）。
　本発明によれば，例えばマスク製造（ステップ２００３）の後，前記マスクをＳＥＭ撮像して生成した広視野かつ高分解のＳＥＭのパノラマ画像を用いてマスクの出来栄えを広範囲に渡って検査することができる（ステップ２００４）。例えば，前記パノラマ画像から抽出したマスクパターン形状とマスクの設計情報との比較により，マスクの製造誤差を算出することができるし，マスク上のパターンの欠陥を検出することもできる。
　また，前記広範囲かつ高分解能なマスク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を高精度にシミュレーション予測することが可能となり（ステップ２００６），前記予測結果に基づきマスク上のパターンの修正（ステップ２００７），あるいはマスクのレイアウト設計の修正（ステップ２００８）を行うことができる。レイアウト設計の修正にはＯＰＣパターン形状の修正も含まれ，効率的なＯＰＣ検証・修正を実現することができる。
　また，前記予測結果に基づき露光条件等の製造パラメータを調整（ステップ２００９）することでウェーハ上の転写パターン形状とウェーハパターンの設計形状との乖離を低減することができ，高い歩留まりを実現することができる。更に，本発明によればウェーハのパノラマ画像も生成可能であり，前記ウェーハのパノラマ画像から広範囲かつ高分解能なウェーハパターン形状を得ることができる。前記ウェーハパターン形状とウェーハパターンの設計形状との比較により，マスク転写誤差の算出や，露光条件等の製造パラメータへのフィードバックが実現する。
　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，以上の実施例は，走査型電子顕微鏡（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）等の走査型荷電粒子顕微鏡に応用することが可能である。
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…撮像レシピ作成装置　　123…画像処理装置　　124…形状計測・評価ツールサーバ　　126…データベース（ストレージ）　　302…ＥＰ　　303-1～303-4…ＳＥＰ　　401～403…ＥＰ　　407-1～407-9，408-1～408-9，409-1～409-9…ＳＥＰ　　501…ＥＰ　　503-1～503-9…ＳＥＰ　　
601…ＥＰ　　603-1～603-9…ＳＥＰ　　701…ＥＰ　　03，704，705-1～705-9…ＳＥＰ　　902…ＥＰ　　903-1～903-4…ＳＥＰ　　904-1～904-4…推定ＳＥＭ画像　　1002…ＥＰ　　1003…禁止領域　　1004-1～1004-4…ＳＥＰ　　1006…ＥＰ　　1008-1～1008-5…ＳＥＰ，
1102…ＥＰ　　1103-1～1103-5…ＳＥＰ　　1201…パノラマＳＥＭ画像　　1203-1～1203-4…各ＳＥＰのＳＥＭ画像　　1501…ＥＰ　　1503-1～1503-9…ＳＥＰ　　1506-1～1506-4…ＳＥＰ　　1509-1～1509-4…ＳＥＰ　　 1601…マスクパターン設計装置　　1602…マスク描画装置　　1603…露光・現像装置　　1604…エッチング装置　　1605，1007…SEM装置　　1606，1608…SEM制御装置　　1609…EDAツールサーバ　　1160…データベースサーバ　　1611…データベース　　1612…撮像レシピ作成装置　　1613…画像処理装置　　1614…形状計測・評価ツールサーバ　　1615…ネットワーク　　1615…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　　1701…ＧＵＩ画面　 1717…ＳＥＰ候補算出ボタン　　1718…ＳＥＰ候補数設定ボックス　　1719～1721…ＳＥＰ候補表示ボックス　　1725～1727…ＳＥＰ配置表示ボックス　　1728…ＳＥＰ　　1739～1741…ＳＥＰ選択ボタン　　1904-1～1904-6…ＳＥＰ選択ボタン。

Claims (10)

  1. 走査型電子顕微鏡手段と、
    該走査型電子顕微鏡手段で表面にパターンが形成された試料を撮像する撮像レシピを作成し、該作成した撮像レシピに基づいて前記走査型電子顕微鏡手段で前記試料を撮像して得た該試料の画像を処理する処理手段と、
    該処理手段で処理した前記試料の画像から前記試料上に形成されたパターンの寸法情報を抽出する寸法情報抽出手段と、
    前記処理手段と前記寸法情報抽出手段とで処理する情報及び処理した情報並びに前記試料の設計情報を入出力する入出力手段と、
    前記顕微鏡手段と前記処理手段と前記寸法情報抽出手段と前記入出力手段とを制御する制御手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置であって、
    前記処理手段は、前記入出力手段で入力した設計情報に基づいて前記複数の画像のうち隣接する領域の画像間の繋ぎ合せの可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値を算出する指標値算出部と、該指標値算出部で算出した繋ぎ合せ易さを示す指標値に基づいて前記複数の画像のそれぞれの撮像領域と撮像倍率とを含む局所撮像領域群の撮像レシピを作成する局所撮像領域群撮像レシピ作成部と、該局所撮像領域群撮像レシピ作成部で作成した撮像レシピに基づいて前記走査型電子顕微鏡を制御して前記試料上の隣接する複数の領域をそれぞれ一部重ねて順次撮像して得た複数の画像を繋ぎ合せて広域の画像を生成する局所画像群繋ぎ合せ部とを有し、
    前記寸法情報抽出手段は前記処理手段で複数の画像を繋ぎ合せて生成した広域の画像から前記パターンの寸法情報を抽出する
    ことを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
  2. 前記制御手段は、前記入出力手段から入力された撮像領域の情報と前記パターンの設計情報とを用いて前記走査型電子顕微鏡手段で撮像する前記試料上の隣接する複数の領域の画像間の重なり幅を算出し、該算出した重なり幅の情報を用いて前記走査型電子顕微鏡手段を制御して前記走査型電子顕微鏡手段で前記試料を撮像することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡装置。
  3. 前記試料が露光用マスクであり、前記パターンが光近接効果補正がなされたパターンであることを、特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡装置。
  4. 走査型電子顕微鏡手段と、
    該走査型電子顕微鏡手段で表面にパターンが形成された試料を撮像するための撮像レシピを作成する撮像レシピ作成手段と、
    該撮像レシピ作成手段で作成した撮像レシピに基づいて前記走査型電子顕微鏡手段で前記試料を撮像して得た該試料の画像を処理する画像処理手段と、
    該画像処理手段で処理した前記試料の画像から前記試料上に形成されたパターンの寸法情報を抽出する寸法情報抽出手段と、
    表示画面を備えて前記画像処理手段と前記寸法情報抽出手段とで処理する情報及び処理した情報を入出力する入出力手段と、
    前記顕微鏡手段と前記撮像レシピ作成手段と前記画像処理手段と前記寸法情報抽出手段と前記入出力手段とを制御する制御手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置であって、
    前記撮像レシピ作成手段は、前記走査型電子顕微鏡手段で撮像して得た前記試料の低倍率の画像が表示された前記入出力手段の画面上で指定された高倍率画像取得領域の設計情報を用いて該指定された高倍率画像取得領域を複数の局所撮像領域に分割したときに前記複数の局所撮像領域の画像のうち隣接する局所撮像領域の画像間の繋ぎ合せの可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値として任意の隣接する二つの局所撮像領域間の重複領域に含まれるパターンを基に該任意の隣接する二つの局所撮像領域間の繋ぎ合わせ可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値（隣接リンク情報）と，該繋ぎ合わせ可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値を基に任意の二つの局所撮像領域間の繋ぎ合わせ可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値（任意リンク情報）とを含む指標値を算出し、該算出した指標値を用いて撮像レシピを作成する機能を有し、
    前記制御手段は、前記撮像レシピ作成手段で作成した撮像レシピに基づいて前記走査型電子顕微鏡手段を制御して前記各局所撮像領域を高倍率で撮像させる機能を有し、
    前記画像処理手段は、前記走査型電子顕微鏡手段で撮像して得た各局所撮像領域の高倍率の画像を繋ぎ合わせた高倍率の広域画像を作成する機能を有し、
    前記寸法情報抽出手段は、前記画像処理手段で作成した高倍率の広域画像から前記パターンの寸法を抽出する機能を有する
    ことを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
  5. 前記撮像レシピ作成手段の複数の領域に分割する機能は前記高倍率画像取得領域を複数の領域に分割することを複数のケースについて求めることを含み、前記入出力手段は前記撮像レシピ作成手段で求めた複数の分割のケースを前記表示画面上に並べて表示し、前記制御手段は前記並べて表示した画面上で指定された分割のケースに基づいて前記走査型電子顕微鏡手段を制御して前記分割された各領域を撮像させることを特徴とする請求項４記載の走査型電子顕微鏡装置。
  6. 前記撮像レシピ作成手段は、前記試料の低倍率の画像が表示された画面上で指定された高倍率画像取得領域の画像情報と該指定された高倍率画像取得領域の設計情報とを用いて該指定された高倍率画像取得領域を隣接する領域同士が互いに前記パターンのエッジの一部を含んで重なり合うようにして複数の領域に分割することを特徴とする請求項４記載の走査型電子顕微鏡装置。
  7. 前記試料が露光用マスクであり、前記パターンが光近接効果補正がなされたパターンであることを、特徴とする請求項３記載の走査型電子顕微鏡装置。
  8. 表面にパターンが形成された試料を走査型電子顕微鏡を用いて低倍率で撮像し、
    該撮像して得た前記試料の低倍率の画像を画面上に表示し、
    該低倍率の画像が表示された画面上で指定された高倍率画像取得領域の設計情報を用いて該指定された高倍率画像取得領域を複数の局所撮像領域に分割したときに隣接する局所撮像領域の画像間の繋ぎ合せの可否または繋ぎ合せ易さを示す指標値を算出し、該算出した繋ぎ合せ易さを示す指標値に基づいて前記複数の画像のそれぞれの撮像領域と撮像倍率とを含む局所撮像領域群の撮像レシピを作成し、
    該作成した撮像レシピに基づいて前記分割した各局所撮像領域を前記走査型電子顕微鏡で撮像して前記各局所撮像領域の高倍率の画像を取得し、
    該撮像して得た各局所撮像領域のそれぞれの高倍率の画像を繋ぎ合わせて高倍率の広域画像を作成し、
    該作成した高倍率の広域画像から前記パターンの寸法を抽出する
    ことを特徴とする走査型電子顕微鏡装置を用いたパターン寸法計測方法。
  9. 前記高倍率画像取得領域を複数の領域に分割することを複数のケースについて求め、該求めた複数の分割のケースを前記表示画面上に並べて表示し、該表示した画面上で指定された分割のケースに基づいて前記走査型電子顕微鏡手段で前記分割された各領域を高倍率で撮像することを特徴とする請求項８記載の走査型電子顕微鏡装置を用いたパターン寸法計測方法。
  10. 前記撮像レシピを作成する工程において、前記試料の低倍率の画像が表示された画面上で指定された高倍率画像取得領域の画像情報と該指定された高倍率画像取得領域の設計情報とを用いて該指定された高倍率画像取得領域を隣接する領域同士が互いに前記パターンのエッジの一部を含んで重なり合うようにして複数の領域に分割することを特徴とする請求項８記載の走査型電子顕微鏡装置を用いたパターン寸法計測方法。
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