説明

テンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡

【課題】設計パターンをテンプレートとし、画像からテンプレートと一致するパターンを抽出するときに、画像に下地パターンが現れていても誤判断のないテンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡を提供する。
【解決手段】試料へ電子線を照射して発生する二次電子の情報を用いて試料を画像化する走査電子顕微鏡において、前記試料に加工するパターンの設計データからエッジを抽出し、該エッジをテンプレートとして登録する記憶部と、前記画像のパターンのエッジを抽出し該エッジと前記設計データのエッジとを比較して、前記画像のパターンと前記設計データとの一致度を判断する演算部とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、走査電子顕微鏡において、画像中の所望のパターンを抽出するテンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体プロセスはますます微細化が進み、所望の形状に加工されているかどうかを顕微鏡を用いて検査している。顕微鏡は、加工されたパターンを撮像してディスプレイに画像を表示し、画像処理技術を用いて検査を行う。顕微鏡には光を照射するものと、電子線を照射するものとがあるが、両者で異なるのは分解能であって、画像処理については同様なものを用いることができる。分解能の高い光学式顕微鏡では、試料からの反射光をCCDセンサ等で検知し、ディジタル信号処理を行って画像化しており、さらに分解能の高い電子顕微鏡においては、試料で発生する電子を検知する検出器には様々な種類があるが、画像化にはディジタル信号処理を行うからである。
【0003】
半導体プロセスの途中で加工された回路パターンを検査する場合、半導体チップ上のすべてのパターンを検査するのは効率的でないので、そのプロセスで不具合が発生しそうな、あるいは過去に発生した箇所に特定して検査することが行われている。このとき、その検査すべき特定箇所を分解能の高い顕微鏡で見つけ出すのは、至難の業であるため、テンプレートマッチングとよばれる手法が用いられている(特許文献1参照)。
【0004】
テンプレートマッチングは、半導体プロセスの各段階における回路の設計パターンの図形情報をテンプレートという基準データとして定義し、顕微鏡で撮像された試料の複数の画像のパターンの図形から、テンプレートの図形と一致しているものを抽出するもので、コンピュータにより演算される。具体的には、顕微鏡画像内のパターンの凹凸を表す複数の階調値と一定領域内のテンプレート図形とを比較し、一致度が高い場合にマッチングがとれたとするものである。
【0005】
設計パターンは半導体プロセスにおける各段階の回路パターンであるが、試料の材料によっては、顕微鏡で撮像した画像に、ひとつ前のプロセスのパターンである下地パターンが現れてしまう場合がある。このとき、この画像と一致するテンプレートがなかった場合はテンプレートによるマッチングがとれず、下地パターンを含んだ図形に近似のテンプレートが選択された場合は、誤判断してしまうことになる。
【0006】
【特許文献1】特開2002−328015号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、設計パターンをテンプレートとし、画像からテンプレートと一致するパターンを抽出するときに、画像に下地パターンが現れていても誤判断のないテンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明の実施態様は、所望の領域内の設計データからエッジを抽出し、エッジをテンプレートとして記憶手段へ登録し、画像のパターンからエッジを抽出し、該エッジと設計データのエッジとを比較して、一致度を判断するものである。
【0009】
また、設計データのエッジで分割される領域のうちの一方を「1」、他方を「0」とし、画像のパターンのエッジと設計パターンのエッジとの比較により一致と判断された場合に、画像のパターンのエッジで囲まれた内部を「凸」、外部を「凹」と判断するものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明の実施例によれば、設計パターンをテンプレートとし、画像からテンプレートと一致するパターンを抽出するときに、画像に下地パターンが現れていても誤判断のないテンプレートマッチング方法、および走査電子顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【0012】
図1は、本発明の実施例で説明する走査電子顕微鏡の概略構成図である。陰極101と第1陽極102に印加された電圧V1により引出された一次電子線104は、第2陽極
103に印加される電圧Vaccにより加速されて後段のレンズ系に進行する。この一次電子線104は、レンズ制御電源114で制御された集束レンズ105と対物レンズ106により試料107に微小スポットとして集束され、二段の偏向コイル108によって試料107上を二次元的に走査される。偏向コイル108の走査信号は、観察倍率に応じて偏向制御装置109によって制御される。試料107上を走査した一次電子線104により試料から発生した二次電子110は、二次電子検出器111で検出される。二次電子検出器111で検出された二次電子の情報は、増幅器112で増幅され、コンピュータ113のディスプレイに表示される。
【0013】
半導体デバイスの製造プロセスでは、シリコン・ウェーハを加工して半導体デバイスが製造されるので、上記試料107としては、ウェーハが用いられる。コンピュータ113のディスプレイの画面には、製造途中の回路パターンが表示され、オペレータは、回路パターンの製造不良や付着異物を観察できる。また、走査電子顕微鏡によっては、二次電子の情報を用いて、回路パターンの幅の測定を自動的に行う機能を備えたものがある。このような画像情報を用いた処理や、画像から所望のパターンを見つけ出すテンプレートマッチングは、コンピュータ113内の演算部で行われる。また、回路パターンの設計情報から作成されるテンプレートは、コンピュータ113内の記憶部へ登録される。
【0014】
図2は、テンプレートマッチングに使用される画像の一例を示す画面図であり、図2
(a)は設計パターンから生成されたデザインデータの形状を示し、図2(b)は図2
(a)に対応する箇所の実際の顕微鏡の画像を示すものである。図2(b)には、図2
(a)の設計パターンから生成されたデザインデータ200に対応するパターン201の他に、下地のパターン202が現れており、図2(a)のデザインデータ200をテンプレートとした場合、図2(b)の下地のパターン202は図2(a)に含まれないため、コンピュータは異なる図形であると認識し、この箇所ではテンプレートマッチングができない。これは、従来のテンプレートマッチングが、顕微鏡画像内のパターンの凹凸を表す複数の階調値と一定領域内のテンプレート図形とを比較しており、比較領域内に複数の形状のパターンが存在するために、一致していないとコンピュータが判断するためである。
【0015】
図3は、本発明におけるテンプレートの一例を示す画面図である。例えば、デザインデータが「10」という図形の場合に、その図形のエッジの部分と、エッジの内外の部分との2つの情報でテンプレートを定義する。すなわち、図3(a)に示すように、エッジの部分の定義は、エッジを示す線300の部分を「1」とし、その他の背景の領域301を「0」とするバイナリ化で表現する。さらに、図3(b)に示すように、図3(a)に線300で示したエッジで囲まれた領域302が、設計上「凸」であれば「凸」,「+」、あるいは「1」と定義し、これ以外の領域303を「凹」,「−」、あるいは「0」と定義する。このように、ひとつのパターンについて、2つの定義を組合せ、このデータをテンプレートとする。
【0016】
そして、テンプレートマッチングのときには、はじめに、顕微鏡画像のパターンとデータの図3(a)に示す線300とが一致するかどうかのエッジの部分を用いた判定を行う。このとき、顕微鏡画像中の図3(a)に示す線300以外の線があっても無視する。
【0017】
一致した場合には、顕微鏡画像のパターンの図3(b)に示す領域302に対応する領域が「凸」であると判定し、「凸」の領域と「凹」の領域とを線300によって区分する。このとき、これらの領域内に、線300以外の線、すなわち画像内のエッジがあっても無視する。このように、顕微鏡画像内に所望のパターン以外の図形が含まれていたとしても、その領域はテンプレートとしたデータでは「0」であって判定対象にはしないので、画像内に下地パターンが含まれていても、テンプレートマッチングが可能となる。
【0018】
一致度の判定は、画像からパターンのエッジに相当する部分のみを抽出し、これとテンプレートのエッジとを画像比較処理で行い、両エッジの距離が予め決められた値以内に納まった場合に、一致したと判断して行われる。
【0019】
設計パターンを用いてテンプレートを登録するときは、顕微鏡画像の視野全面で行うのではなく、デザインデータが含まれる所望の領域を画面上で指定して定義することができる。図3(b)に示すデザインデータをテンプレートとして登録する場合、デザインデータを含む四角形の領域304をマウスポインタ等で指定し、図示しない登録ボタンを押せば、領域304内のデザインデータがテンプレートとして登録される。このとき、図3
(a)に示すように、領域304内のデザインデータのエッジを示す線300がバイナリコードの「1」として、線300以外の領域が「0」としてコンピュータにより自動的に定義される。次に、図3(b)に示すデザインデータのエッジの内部の領域302が「凸」の場合は、図示しない指示ボタンで「凸」を入力することにより、「凸」,「+」、あるいは「1」と定義され、同時に、領域302以外の領域が「凹」,「−」、あるいは
「0」と定義される。エッジの内部が、「凸」なのか「凹」なのかの判断は、例えば、領域302の内部にマウスポインタ等をあわせ、クリックで「凸」なのか「凹」なのかを質問するメニューが画面上に開き、いずれかをクリックすることで、オペレータが指定することができる。あるいは、線300が閉じているような図形の場合は、予め「凸」であると定義するようにし、「凹」の場合に限ってオペレータの指示により「凹」であると再定義されるようにしてもよい。
【0020】
図4は、テンプレートとして登録された設計データの一例を示す画面図、図5は、テンプレートマッチングの対象となる画像の一例を示す画面図である。図4(a)は、パターンとして円401を矩形領域402内でテンプレートとして登録したもの、図4(b)は、パターンとして楕円403を矩形領域404内でテンプレートとして登録したものである。
【0021】
図5は、テンプレートマッチングの対象となるパターンの画像であって、円形状の凸部501の表層情報の他に、帯状部502で示される下地情報が現れている。従来のテンプレートマッチングの判定では、両者のエッジのみでなく、テンプレートとして登録したときの矩形の領域402や404内に現れているすべての情報を比較対象とするため、凸部501とその周囲の帯状部502の両方が凸であると判断して、テンプレートとして図4(a)の円401でなく、図4(b)の楕円403が選択されてしまうことになる。すなわち、図4(a)の円401をテンプレートとしてパターンを見つけ出す場合には、図5に示される画像は抽出されない。一方、図4(b)の楕円403をテンプレートとしてパターンを見つけ出す場合には、図5に示される画像が、楕円でなく円であるにもかかわらず抽出されてしまう。
【0022】
これに対して、本発明では、はじめに矩形の領域402や404内のテンプレートである円401や楕円403のエッジの部分と、画像内のエッジの部分だけを比較し、一致度が高いものを選択するので、円401や楕円403以外の形状のエッジがあっても無視される。したがって、図4(a)の円401をテンプレートとした場合に、図5の円形状の凸部501を抽出することができ、次に、エッジ部の内外が凸か凹かを判断する場合に、円形状の凸部501の外側に帯状部502があっても一致度の判断上無視される。このようにして、本発明によれば、試料の画像に下地パターンが現れてもマッチングがとれ、所望のパターンを正確に抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図2】テンプレートマッチングに使用される画像の一例を示す画面図。
【図3】テンプレートの一例を示す画面図。
【図4】テンプレートとして登録された設計データの一例を示す画面図。
【図5】テンプレートマッチングの対象となる画像の一例を示す画面図。
【符号の説明】
【0024】
107…試料、113…コンピュータ、200…デザインデータ、201…パターン、202…下地のパターン、300…線、401…円、402,404…矩形領域、403…楕円、501…凸部、502…帯状部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
所望の領域内の設計データからエッジを抽出し、該エッジをテンプレートとして記憶し、画像のパターンのエッジを抽出し、該画像のパターンのエッジと前記設計データのエッジとを比較して、前記画像のパターンと前記設計データとの一致度を判断することを特徴とするテンプレートマッチング方法。
【請求項2】
請求項1の記載において、前記設計データのエッジで分割される領域のうちの一方を
「1」、他方を「0」とし、前記画像のパターンのエッジと前記設計データのエッジとの比較により一致と判断された場合に、前記画像のパターンのエッジで囲まれた内部を「凸」、外部を「凹」と判断することを特徴とするテンプレートマッチング方法。
【請求項3】
試料へ電子線を照射して発生する二次電子の情報を用いて試料を画像化する走査電子顕微鏡において、
前記試料に加工するパターンの設計データからエッジを抽出し、該エッジをテンプレートとして登録する記憶部と、
前記画像のパターンのエッジと前記エッジとを比較して、前記画像のパターンと前記設計データとの一致度を判断する演算部とを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項4】
請求項3の記載において、前記記憶部は、前記設計データのエッジで分割される領域のうちの一方を「1」、他方を「0」として記憶し、前記演算部は、前記画像のパターンのエッジと前記設計データのエッジとの比較により一致と判断された場合に、前記画像のパターンのエッジで囲まれた内部を「凸」、外部を「凹」と判断することを特徴とする走査電子顕微鏡。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−334702(P2007−334702A)
【公開日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−166803(P2006−166803)
【出願日】平成18年6月16日(2006.6.16)
【出願人】(501387839)株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Fターム(参考)】