画像撮像装置および画像撮像方法
【課題】光学顕微鏡を用いたグローバルアライメント（ウェーハの位置ずれ・回転検出）を安定かつ自動に行う技術を提供する。
【解決手段】グローバルアライメント用のパターンとして、複数のアライメントパターン候補を算出し（１０７）、アライメントパターン毎に複数のマッチング用データを作成し（１０８）、光学顕微鏡からの画像信号に基づく画像（１１３）とアライメントパターンとして適正度の高いアライメントパターン候補順にアライメントパターン毎にマッチング用データとマッチングを行い（１１４）、マッチングの結果に基づき（１１５）ウェーハの位置ずれ量・回転量を算出する（１１６）。
【解決手段】グローバルアライメント用のパターンとして、複数のアライメントパターン候補を算出し（１０７）、アライメントパターン毎に複数のマッチング用データを作成し（１０８）、光学顕微鏡からの画像信号に基づく画像（１１３）とアライメントパターンとして適正度の高いアライメントパターン候補順にアライメントパターン毎にマッチング用データとマッチングを行い（１１４）、マッチングの結果に基づき（１１５）ウェーハの位置ずれ量・回転量を算出する（１１６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，グローバルアライメント機能を備えた画像撮像装置および画像撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハに回路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，レジストの上に回路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回路パターンを形成し，このレジストの回路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回路パターンを形成する方法等が採用されている。
【０００３】
半導体デバイスの設計・製造においては，露光・エッチング装置等の製造装置における発塵管理や，ウェーハ上に形成された回路パターン形状評価が重要であり，光学式やＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）式の画像撮像装置による検査・計測が行われている。光学式の画像撮像装置としては，ウェーハにレーザーを照明して欠陥からの散乱光を暗視野観察して欠陥を検出する光学式欠陥検査装置や，ランプあるいはレーザーを照射して検出した明視野光学像を基に欠陥位置を特定する光学式外観検査装置が挙げられる（例えば，特開平７−２７０１４４号（特許文献１），特開２０００−３５２６９７号(特許文献２)）。ＳＥＭ式の画像撮像装置としては，測長用の走査電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）や欠陥レビュー用の走査電子顕微鏡（Defect Review Scanning Electron Microscope：ＤＲ−ＳＥＭ）が挙げられる（例えば，特開２００７−２５０５２８号(特許文献３)，特開２０１０−０８７３２２号(特許文献４)）。更に走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）又は走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）等の走査荷電粒子顕微鏡が用いられることもある。
【０００４】
前述の画像撮像装置の内，例えばＣＤ−ＳＥＭにおける回路パターン評価方法としては，評価すべき回路パターン（以降，評価パターンと呼ぶ）のＳＥＭ画像から，（１）いわゆるＣＤ値と呼ばれるラインパターン幅やコンタクトホール径等の寸法を計測する方法，（２）パターン形状と相関の高い画像特徴量を計算する方法，（３）パターンの二次元的な輪郭線を検出する方法等がある。このような評価を安定かつ高精度に行うためには，ＣＤ−ＳＥＭを用いて高倍率・高精細なＳＥＭ画像を取得する必要がある。すなわち，ウェーハ上の任意の評価パターンに数十万倍の倍率で視野を合わせ，かつ照射する収束電子ビームのフォーカス位置をウェーハ表面に調整することが求められる。これらの視野移動，画質調整を含む撮像シーケンスは撮像レシピと呼ばれるファイルを用いて指定する。一度，撮像レシピを作成すると，ＣＤ−ＳＥＭはオペレータが特に操作しなくても同種のウェーハを自動撮像することができる。
【０００５】
ＣＤ−ＳＥＭに代表される画像撮像装置においては，微細な回路パターンを撮像・評価するため，ウェーハのグローバルアライメント（ウェーハの位置ずれ・回転検出）を行う必要がある。グローバルアライメントでは，ウェーハ上の座標既知であるパターンをアライメントパターンとして数箇所撮像し，この撮像画像と，予め用意したアライメントパターンの画像（以後，アライメントパターンの「テンプレート」あるいは「マッチング用データ」と呼ぶ）をマッチングすることにより，ウェーハの位置ずれや回転を検出する。アライメントパターンの撮像には光学顕微鏡が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２７０１４４号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２６９７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５０５２８号公報
【特許文献４】特開２０１０−０８７３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の通り，アライメントパターンの撮像には光学顕微鏡が用いられるが，光学顕微鏡の撮像条件やウェーハ積層膜の膜厚変動等により光学顕微鏡画像（以後，ＯＭ像と呼ぶ）は見え方が異なる。そのため予め用意したアライメントパターンのテンプレートと実際にアライメントパターンを撮像したＯＭ像との違いが大きくなる場合があり，前記テンプレートと前記ＯＭ像とのマッチング成功率は低下に繋がっている。画像撮像装置の撮像位置精度向上および自動化率向上のためには，前記グローバルアライメントを安定かつ自動に行うことが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために，本発明は，以下の特徴を有するグローバルアライメント機能を備えた画像撮像装置および画像撮像方法とした。
【０００９】
（１）グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備えた画像撮像装置を用いてウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する方法であって，前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップと，前記設計データを基にウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定するアライメントパターン候補決定ステップと，アライメントパターン候補決定ステップにおいて決定したアライメントパターンに対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存するマッチング用データ作成ステップと，前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付けステップと，アライメントパターン候補決定ステップにおいて決定したアライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンをグローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得ステップと，マッチング用データ作成ステップで作成したマッチング用データと撮像画像取得ステップで取得した撮像画像とをマッチングするマッチングステップと，前記マッチングステップでの結果を基に，ウェーハの位置ずれ量あるいは回転量を算出することを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１０】
本方法について補足する。良好なグローバルアライメントを行うためには，マッチング用データ（テンプレート）と光学顕微鏡による撮像画像（ＯＭ像）とのマッチングに適したアライメントパターンをウェーハ上から選択する必要がある。そこで，ウェーハ上に形成された回路パターンの設計データを基にアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度を基にアライメントパターン候補を決定することが有効である。また，光学顕微鏡の撮像条件やウェーハ積層膜の膜厚変動等によりＯＭ像が変化し，前記マッチングが失敗する危険性があるため，複数のアライメントパターン候補を決定しておく。このことにより，いずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。
【００１１】
また，前記複数のアライメントパターン候補のバリエーションとして，ウェーハ上におけるアライメントパターンの撮像位置（撮像視野。以降，Field of view：ＦＯＶと呼ぶ）の違いだけでなく，前記ＦＯＶ内でマッチングに使う部位（以降，テンプレート位置と呼ぶ）の違いも含む。すなわち，ＦＯＶ内においてもマッチングに適した領域とそうでない領域とが存在しうるため，ＦＯＶ内において選択的にマッチングに用いる領域を指定することができる。更に，前記複数のアライメントパターン候補のバリエーションとして，アライメントパターン撮像時の光学条件の違いも含む。前記光学条件とは，光の検出条件や撮像条件（照明光量や撮像倍率等）である。光の検出条件の例としては，波長／偏光フィルタの違いが挙げられる。これは，光学顕微鏡においてウェーハからの散乱光を検出して画像を生成する際，特定の波長成分あるいは偏光成分の散乱光をフィルタリングにより遮光または減光させて検出することを指し，前記特定の波長成分あるいは偏光成分を変更可能な光学顕微鏡であれば，その違いをアライメントパターン候補のバリエーションとしてもつことができる。
【００１２】
マッチング用データとしてレシピに登録するデータは，ＯＭ像のマッチングに適したものであることが望ましい。よって，アライメントパターンに対応する箇所の設計データをそのまま登録してもよいし，ＯＭ像中のパターンとマッチングをし易くするために，実パターンの形状に近づけるような形状変形を施した設計データを登録してもよい（例えば，露光時の光近接効果を考慮してパターンの角を丸める等）。また，ＯＭ像とデータ形式や濃淡値を合せてマッチングし易くするために，設計データを画像データに変換したデータを登録してもよい。
【００１３】
（２）前記項目（１）のアライメントパターン候補の適正度は，光学顕微鏡で観察可能と予想される回路パターンの積層レイヤ群を指定し，前記指定した任意の積層レイヤに前記項目（１）のマッチングステップにおいて行われるマッチングに適したパターンが含まれるかを基に算出することを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１４】
前記回路パターンの設計データには複数のレイヤ情報が含まれることがあるが，画像撮像装置に取り付けたウェーハにおいて前記複数のレイヤ情報のパターンが形成されているとは限らない。また，レイヤ膜の材質によっては光学顕微鏡での観察ができない場合がある（例えばＳｉＯ２等の酸化膜は透明に近い）。よって，各レイヤの材質，膜厚情報あるいは，ウェーハ製造工程情報等のプロセス情報を基に光学顕微鏡で観察可能と予想される回路パターンの積層レイヤ群を指定することを特徴とする。このことにより，観察可能と予想されるレイヤにおいてマッチングに適したパターンが含まれるかを基に適正度を計算する。ただし，例えば膜厚はウェーハ面内で均一でない場合もあり，前記プロセス情報が正確に与えられるとは限らない。また，光学顕微鏡においてパターンがどのように観測されるかを正確に推定することは困難な場合がある。そのため，前記指定した積層レイヤの全てにマッチングに適したパターンが含まれるかを基に適正度を計算することを特徴とする。このことにより，ＯＭ像においていずれかのレイヤが消失しても他のレイヤのパターンを用いてマッチングを成功させることができる。
【００１５】
（３）前記項目（１）のマッチング用データ作成ステップでは，アライメントパターン候補位置における設計データを基に，前記アライメントパターン候補を光学顕微鏡により撮像した際に得られる撮像画像を計算機内で複数通りエミュレートすることによって，複数のマッチング用データを作成することを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１６】
マッチング用データとしてレシピに登録するデータは，ＯＭ像のマッチングに適したものであることが望ましい。よって，アライメントパターン候補のＯＭ像を設計データからエミュレートすることによって，実際に撮像したＯＭ像に近いマッチング用データを作成することを特徴とする。前記エミュレートの実施例としては，前記項目（１）で述べたように，実パターンの形状に近づけるような形状変形を設計データに施し，実パターン推定形状を生成した後，前記実パターン推定形状がＯＭ像においてどのように観察されるのかを計算機内で推定する。ただし，実パターン形状やＯＭ像での濃淡情報を正確に推定することは困難な場合がある。そこで想定される形状変形や見え方の違いを複数通りエミュレートすることによって，各アライメントパターン候補について複数のマッチング用データを作成することを特徴とする。このことにより，いずれかのマッチング用データにおいてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのマッチング用データにおいてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。
【００１７】
（４）前記項目（１）のマッチングステップでは，マッチングの成否を判定しマッチングが成功するまで請求項３に記載の複数のマッチング用データを変えながら撮像画像とのマッチングを繰り返し行う，あるいは複数のマッチング用データの中から前記項目（１）の撮像画像と最も類似したマッチング用データを用いてマッチングを行うことを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１８】
（５）前記項目（１）のマッチングステップにおいてマッチングの成否を判定し，前記項目（１）の撮像画像取得ステップとマッチングステップはマッチングステップにおいてマッチングが成功するまで繰り返し行い，前記撮像画像取得ステップでは前記項目（１）のアライメントパターン候補決定ステップにおいて求めた適正度の高いアライメントパターン候補から順に撮像を行うことを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１９】
（６）前記項目（１）の撮像画像あるいは請求項１記載のマッチングステップにおけるマッチングの成否を基に，各アライメントパターン候補に対する適正度の値を更新することを特徴とする画像撮像方法とする。
【００２０】
アライメントパターン候補は設計データを基に算出したアライメントパターンとしての適正度を基に決定するが，前記適正度は推定値なので，実際とは異なる場合がある。例えば，見えると想定していたレイヤあるいはパターンが実際には低コントラストであった，あるいは散乱光の干渉等により実際のＯＭ像には設計データ上にはない模様が現れてしまった等である。アライメントパターンのＯＭ像を取得した段階で，ＯＭ像における実際のパターンの見え方が分かるため，これを基に前記適正度を更新することができる。また，設計データ上は同じパターンをもつアライメントパターンであっても，ウェーハ面内の位置等に依存して実際には多少異なるＯＭ像が得られることもある。このような場合，同一設計データ上のアライメントパターンであっても複数枚のＯＭ像を取得することによって，ＯＭ像の見え方のバリエーションを知ることができ，これを基に前記適正度を更新することができる。例えば見え方が変化する部位がテンプレート位置の外にあるアライメントパターン候補に高い適正度を設定する等である。同様にアライメントパターン候補とＯＭ像との実際のマッチング結果の成否を基に前記アライメントパターン候補の適正度を更新することができる。このように過去に撮像したＯＭ像や過去のマッチング結果を適正度に反映することにより，より正確な適正度を設定することが可能となり，例えば前記項目（５）で述べたようにマッチングが成功するまで適正度順にアライメントパターン候補を撮像した際，より少ない撮像回数でマッチングに成功することができるようになる。
【００２１】
また、（７）グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備え，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像装置であって，前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力手段と，前記設計データを基に前記ウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定すると共に、決定した前記アライメントパターン候補に対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存する撮像レシピ作成手段と，前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付け手段と，前記撮像レシピ作成手段において決定した前記アライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンをグローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得手段と，前記撮像レシピ作成手段で作成した前記マッチング用データと前記撮像画像取得手段で取得した撮像画像とをマッチングするマッチング手段とを有し，前記マッチング手段で得られた結果を基に，前記ウェーハの位置ずれ量あるいは回転量を算出することを特徴とする画像撮像装置とする。
【００２２】
また、（８）グローバルアライメント用の光学顕微鏡と，前記光学顕微鏡からの画像信号を記憶する記憶部と，前記画像信号に基づく画像を表示する表示部とを備え，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像装置であって，前記表示部は，更にグローバルアライメント用の複数のアライメントパターン候補の撮像位置候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により画像撮像装置において，グローバルアライメントを安定かつ自動に行うことができる。これにより，画像撮像装置の撮像位置精度向上および自動化率向上が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例におけるアライメント処理全体のフロー図である。
【図２】実施例に係る画像撮像装置（ＳＥＭ装置）の概略全体構成図である。
【図３】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説明するための図である。
【図４（ａ）】実施例に係る画像撮像装置（ＳＥＭ装置）における撮像シーケンスを示す図である。
【図４（ｂ）】図４（ｂ)に示す撮像シーケンスに対応する撮像箇所の例を示す図である。
【図５】隣接チップを考慮した設計データの加工を示す図であり、（ａ）はチップが配列されたウェーハ、（ｂ）は1チップ分の設計データ範囲、（ｃ）は加工された設計データ範囲を示す。
【図６】アライメントパターン候補撮像位置のバリエーションを示す図であり、（ａ）は1チップ分の設計データ（回路パターン）、（ｂ）は加工された設計データ（回路パターン）を示す。
【図７】テンプレート位置のバリエーションを示す図であり、（ａ）は十字パターン及び四角パターンを含む撮像範囲全体がテンプレート位置の場合、（ｂ）は十字パターンを含む領域がテンプレート位置の場合、（ｃ）は四角パターンを含む領域がテンプレート位置の場合、（ｄ）は十字パターン及び四角パターン輪郭付近がテンプレート位置の場合を示す。
【図８】アライメントパターン候補のバリエーションを示す図である。
【図９】マッチング用データのバリエーションを示す図である。
【図１０】アライメントパターンの適正度を示す図である。
【図１１】ＳＥＭを用いたグローバルアライメントのフロー図である。
【図１２】図１に示す画像撮像装置を含む装置システムの概略構成図であり、（ａ）は制御部を複数設けた例、（ｂ）は制御部を一つに纏めた例を示す。
【図１３】図１に示す画像撮像装置のＧＵＩの表示画面例を示す図である。
【図１４（ａ）】図１に示す画像撮像装置のＧＵＩの他の表示画面例を示す図である。
【図１４（ｂ）】図１に示す画像撮像装置のＧＵＩの他の表示画面例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は，半導体デバイスの設計あるいは製造過程において，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像・評価する画像撮像装置において，ウェーハのグローバルアライメント（ウェーハの位置ずれ・回転検出）を安定かつ自動に行う画像撮像装置及びその方法に関する。以下，本発明に係る実施の形態を，前記画像撮像装置の一つである走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を例に説明するが，本発明はこれに限定されるものではなく，光学式の画像撮像装置である光学式欠陥検査装置や光学式外観検査装置，ＳＥＭ以外の走査荷電粒子顕微鏡である走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）や走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ），走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope：ＳＰＭ）等の取り付けたウェーハのアライメントが要求される装置一般に適用可能である。また，本発明は半導体デバイスに限らず，撮像・評価を要する試料のアライメントに適用することが可能である。
【００２６】
以下、図面を用いて実施例により詳細に説明する。
＜実施例＞
１． 画像撮像装置
１．１ ＳＥＭ構成要素
グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備えた画像撮像装置の一例として，図２に試料の二次電子像（Secondary Electron：ＳＥ像）あるいは反射電子像（Backscattered Electron：ＢＳＥ像）を取得するＳＥＭの構成概要のブロック図を示す。また，ＳＥ像とＢＳＥ像を総称してＳＥＭ画像と呼ぶ。また，ここで取得される画像は測定対象を垂直方向から電子ビームを照射して得られたトップダウン画像，あるいは任意の傾斜させた方向から電子ビームを照射して得られたチルト像の一部または全てを含む。
【００２７】
電子光学系２０２は内部に電子銃２０３を備え，電子線２０４を発生する。電子銃２０３から発射された電子線はコンデンサレンズ２０５で細く絞られた後，ステージ２２１上におかれた試料である半導体ウェーハ２０１上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２０６および対物レンズ２０８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２０１からは，２次電子と反射電子が放出され，ＥｘＢ偏向器２０７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２０９により検出される。一方，反射電子は反射電子検出器２１０および２１１により検出される。反射電子検出器２１０と２１１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２０９および反射電子検出器２１０および２１１で検出された２次電子および反射電子はＡ／Ｄ変換器２１２，２１３，２１４でデジタル信号に変換され，処理・制御部２１５に入力されて，画像メモリ２１７に格納され，ＣＰＵ２１６で目的に応じた画像処理が行われる。図２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。なお，符号２００はｘ−ｙ−ｚ座標系（電子光学系の座標系）を，符号２１８，２２７は処理端末を，符号２２２は光学顕微鏡を，符号２２４はレシピ作成部を，符号２２８はデータベースサーバを，符号２２９はデータベース（ストレージ）を，符号２３０はネットワークを示す。
【００２８】
図３に半導体ウェーハ３０７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３左に示すようにｘ，ｙ方向に３０１〜３０３又は３０４〜３０６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３０１〜３０３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３０４〜３０６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３右に示した画像フレーム３０９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）。３０８は画像上のｘ，ｙ方向を示す座標系である（Ｉｘ−Ｉｙ座標系と呼ぶ）。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３０９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。
【００２９】
図２中の処理・制御部２１５は，ＣＰＵ２１６と画像メモリ２１７を備えたコンピュータシステムであり，撮像レシピを基に評価対象となる回路パターンを含む領域を評価パターンとして撮像するため，ステージコントローラ２１９や偏向制御部２２０に対して制御信号を送る，あるいは半導体ウェーハ２０１上の任意の評価パターンの撮像画像に対し計測レシピを基に各種画像処理を行う等の処理・制御を行う。
【００３０】
前記撮像レシピの詳細については後述する。前記計測レシピとは，撮像したＳＥＭ画像における欠陥検出，パターン形状計測等の評価を行うための画像処理アルゴリズムや処理パラメータを指定するファイルであり，ＳＥＭは前記計測レシピに基づいてＳＥＭ画像を処理することによって，評価結果を得る。
【００３１】
また，処理・制御部２１５は処理端末２１８（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。２２１はＸＹステージであり，半導体ウェーハ２０１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２２１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２０６により電子線を偏向して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。
【００３２】
図２中の光学顕微鏡２２２はグローバルアライメント用である。ステージに取り付けられたウェーハの位置ずれや回転は大きいため，高倍率の電子顕微鏡では撮像すべきアライメントパターンが視野外になってしまう。そこで，低倍率（撮像視野の大きい）の光学顕微鏡を用いてアライメントパターンを撮像し，グローバルアライメントを行う。光学顕微鏡により撮像された画像をＯＭ像と呼ぶ。光学顕微鏡２２２より得られた画像信号はＡ／Ｄ変換機２２３でデジタル信号に変換され，処理・制御部２１５に入力されて，ＯＭ像として画像メモリ２１７に格納される。ＣＰＵ２１６ではＯＭ像とアライメントパターンのテンプレートとのマッチングが行われ，そのマッチングのずれ量から前記ウェーハの位置ずれや回転量が算出される。
【００３３】
図２中のレシピ作成部２２４は，撮像レシピ作成装置２２５，計測レシピ作成装置２２６を備えたコンピュータシステムである。レシピ作成部２２４は処理端末２２７と接続されており，生成したレシピをユーザに表示する，あるいはユーザからのレシピ修正を受け付けるＧＵＩを備える。
【００３４】
前述の処理・制御部２１５，レシピ作成部２２４はネットワーク２３０を介して情報の送受信が可能である。ネットワークにはストレージ２２９を有するデータベースサーバ２２８が接続されており，（ａ）設計データ（マスク設計データ（光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）なし／あり），ウェーハ転写パターン設計データ），（ｂ）生成された撮像・計測レシピ，（ｃ）撮像した画像（ＯＭ像，ＳＥＭ画像），（ｄ）撮像・評価結果（ＯＭ像とアライメントパターンのテンプレートとのマッチング結果（マッチング位置，成否，信頼度），パターン測長値，画像特徴量，パターン輪郭線等），（ｅ）撮像・計測レシピの決定ルール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・共有することが可能である。処理・制御部２１５，レシピ作成部２２４，データベースサーバ２２８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。
１．２ 撮像レシピ
撮像レシピとは，評価対象となる撮像領域を位置ずれなく，かつ高精細に撮像するための撮像シーケンスや撮像条件を指定するファイルである。前記ウェーハ上に評価対象となる撮像領域を評価パターン（ＥＰ）と呼ぶ。なお，評価パターンはユーザが評価したいと思うパターンであり，評価専用パターンとは限らない。ＥＰは1ウェーハ上に複数存在する場合もあるし，ウェーハの全面検査であればＥＰがウェーハを埋め尽くすということになる。図４（ａ）にＥＰを撮像するための代表的な撮像シーケンスのフロー図，図４（ｂ）に前記代表的な撮像シーケンスに対応する撮像箇所を示す。以後，図４（ａ）、図４（ｂ）を対応させながら，ＥＰ４３３を撮像するための撮像シーケンスについて説明する。
【００３５】
まず図４（ａ）のステップ４０１において試料である半導体ウェーハ（図２では２０１，図４（ｂ）では４１６）をＳＥＭ装置のステージ２２１上に取り付ける。図４（ｂ）においてウェーハ４１６内に描かれた４１７〜４２０に代表される四角い枠はチップを表しており，符号４２１はチップ４１８を拡大したものである。また，符号４２５はチップ４２１の一部をＥＰ４３３を中心に拡大したものである。
【００３６】
次にステップ４０２においてステージシフトにより，予め指定したウェーハ上のアライメントパターンにＳＥＭに取り付けられた光学顕微鏡２２２の視野を移動し，前記ウェーハ上のアライメントパターンを前記光学顕微鏡で観察しＯＭ像を得る。予め用意した前記アライメントパターンにおけるマッチング用データ（テンプレート）と前記ＯＭ像をマッチングすることによりウェーハのずれ量を計算する。図４（ｂ）において前記アライメントパターンの撮像範囲を太枠４２２で示す。なお、符号４２２で示す撮像範囲のパターン全体がそのまま光学顕微鏡用アライメントパターンやＯＭアライメントパターン候補となりうる。
【００３７】
ステップ４０２におけるＯＭ像の撮像倍率は低倍であるため，マッチングにより求めたずれ量の精度が十分でない場合がある。そこで，ステップ４０３において電子線２０４の照射によるＳＥＭ画像の撮像を行い，前記ＳＥＭ画像を用いたアライメントを行う。ＳＥＭのＦＯＶは光学顕微鏡のＦＯＶに比べて小さく，ウェーハのずれ量によっては撮像しようとするパターンがＦＯＶの外になってしまう危険性があるが，ステップ４０２によりおおよそのずれ量は分かっているため，前記ずれ量を考慮して電子線２０４の照射位置を移動する。具体的にはまず，ステップ４０４においてＳＥＭの撮像位置をアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン４２３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。次にステップ４０５においてＳＥＭの撮像位置をアライメントパターン４２４に移動して撮像し，予め用意した前記アライメントパターン４２４におけるマッチング用データ（テンプレート）とＳＥＭ画像とをマッチングすることによって，より正確なウェーハのずれ量を計算する。図４（ｂ）に示した光学顕微鏡用アライメントパターン４２２，ＳＥＭ用アライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン４２３，ＳＥＭ用アライメントパターン４２４の撮像位置は一例であるが，これらの撮像位置の選択においてはアライメントあるいはオートフォーカスを行うのに適したパターンが含まれるか考慮する必要がある。例えばアライメントパターンであれば，その内部に含まれるパターン形状あるいは明度パターンが特徴的であり，テンプレートと撮像画像とのマッチングがし易く，かつマッチング位置が一意に求まる等の条件を満たしていることが望ましい。オートフォーカスパターンであれば，フォーカスずれに起因する像のぼけを検出し易いパターンが含まれている等の条件を満たしていることが望ましい。
【００３８】
ステップ４０２，４０３の光学顕微鏡とＳＥＭを用いたアライメントをウェーハ上の複数箇所で行い，前記複数箇所で求めた位置ずれ量を基にウェーハの大きな原点ずれやウェーハの回転を計算する（グローバルアライメント）。図４（ａ）においてアライメントはＮａ箇所で行っており（ステップ４０６），図４（ｂ）ではチップ４１８〜４２０の三箇所で行う例を示している（十字マークはアライメント位置を示している）。以降，所望の座標へ視野移動する際には，ここで求めた原点ずれ・回転をキャンセルするように移動を行う。
【００３９】
ウェーハレベルでのアライメントが終わったら，ステップ４０７において評価パターン（ＥＰ）毎にさらに精度の高い位置決め（アドレッシング）や画質調整を行い，ＥＰを撮像する。前記アドレッシングは各ＥＰへの視野移動の際に発生するステージシフト誤差をキャンセルするために行う。具体的には，まずＥＰ４３３にステージシフトする。すなわち，電子線２０４の垂直入射位置がＥＰ中心になるようにステージ２２１を移動する。電子線の垂直入射位置はＭｏｖｅ座標（以降，ＭＰ）と呼ばれ，ＥＰ４３３撮像時は十字マーク４２６で与えられる。ここではＭＰをＥＰの中心位置に設定する例で説明するが，ＭＰをＥＰの周囲に設定する場合もある。ＭＰ（十字マーク）４２６が決まると，そこからステージを動かさず，イメージシフトのみで視野移動可能な範囲４２７（点線枠）が決定する。もちろん，ＭＰにステージシフトしても，実際にはステージシフトの停止誤差分だけずれている。次にステップ４０８においてＳＥＭの撮像位置をアドレッシングパターン撮像用オートフォーカスパターン４２８（以降，ＡＦ）にイメージシフトして撮像し，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。次にステップ４０９においてＳＥＭの撮像位置をアドレッシングパターン４２９（以降，ＡＰ）に移動して撮像し，予め用意した前記ＡＰ４２９におけるマッチング用データ（テンプレート）とＳＥＭ画像とをマッチングすることによって，よりステージシフト誤差を計算する。以降のイメージシフトでは，前記計算したステージシフト誤差をキャンセルするように視野移動する。次にステップ４１０においてＳＥＭの撮像位置をＥＰ撮像用ＡＦ４３０にイメージシフトして撮像し，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。次にステップ４１１においてＳＥＭの撮像位置をオートスティグマパターン４３１（以降，ＡＳＴ）にイメージシフトして撮像し，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。前記オートスティグマとは，ＳＥＭ撮像時に歪みのない画像を取得するため，収束させた電子線の断面形状をスポット状になるように非点収差補正することを指す。次にステップ４１２においてＳＥＭの撮像位置をオートブライトネス＆コントラストパターン４３２（以降，ＡＢＣＣ）にイメージシフトして撮像し，オートブライトネス＆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。前記オートブライトネス＆コントラストとは，ＥＰ撮像時に適切な明度値及びコントラストをもつ鮮明な画像を取得するため，例えば二次電子検出器２０９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ことを指す。前記ＡＰ用のＡＦや，ＥＰ用のＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣへの視野移動はイメージシフトにより行うため，前記イメージシフト可能範囲４２７内で設定する必要がある。
【００４０】
ステップ４０７におけるアドレッシングや画質調整を行った後，ステップ４１３においてイメージシフトにより撮像箇所をＥＰに移動して撮像を行う。
【００４１】
ステップ４１４により上記処理（ステップ４０７〜ステップ４１３）を繰返すことにより全ＥＰの撮像が終わったら，ステップ４１５においてウェーハをＳＥＭ装置から取り出す。
【００４２】
なお，前述したステップ４０４，４０５，４０８〜４１２におけるアライメントや画質調整は場合によって，一部が省略される，あるいは順番が入れ替わる場合がある。また，本実施例は画像撮像装置としてＳＥＭ装置を例に説明しているため，二回目のグローバルアライメント（ステップ４０３）やＥＰ毎のアドレッシング・画質調整（ステップ４０７）に電子顕微鏡を用いているが，例えばＳＩＭ装置であれば代わりにイオン顕微鏡を用いることになる。
【００４３】
このような撮像シーケンスにおける撮像パターン，撮像順序，撮像条件は撮像レシピにより指定する。また，アライメントやアドレッシングに用いたマッチング用データ（テンプレート）も撮像レシピに登録される。さらに，アライメントやアドレッシングにおけるマッチングアルゴリズム（画像処理方法や画像処理パラメータ）も撮像レシピに登録することがきる。ＳＥＭは前記撮像レシピに基づきＥＰを撮像する。これにより，ステップ４０７からステップ４１５のウェーハ取り出しの前までの自動化だけでなく，ステップ４０１のウェーハ取り付け後からステップ４０２まで，更にはステップ４０３からステップ４０６までの自動化が可能となる。
２． グローバルアライメント
図１は本実施例に係るアライメントの全体処理フローであり，大きく撮像レシピ生成を行う処理ステップ群１００と，処理ステップ群１００で作成した撮像レシピに基づきＳＥＭ撮像を行う処理ステップ群１１１からなる。ステップ１１２〜ステップ１１９は図４（ａ）におけるステップ４０１〜４０６に対応する。以下，必要に応じて図５〜図１１を用いて詳細を補足しながら，処理フローを説明する。
２．１． 概要
本実施例は，グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備えた画像撮像装置を用いてウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する方法であって，前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップ１０１と，前記設計データを基にウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定するアライメントパターン候補決定ステップ１０７と，アライメントパターン候補決定ステップ１０７において決定したアライメントパターンに対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存するマッチング用データ作成ステップ１０８，１１０と，前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付けステップ１１２と，アライメントパターン候補決定ステップ１０７において決定したアライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンをグローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得ステップ１１３と，マッチング用データ作成ステップで作成したマッチング用データと撮像画像取得ステップで取得した撮像画像とをマッチングするマッチングステップ１１４と，前記マッチングの結果を基に，ウェーハの位置あるいは回転を推定するステップ１２０を含むことを特徴とする。なお、アライメントパターン候補として専用パターンを設けても良いが、回路パターンを用いることもできる。
【００４４】
良好なグローバルアライメントを行うためには，マッチング用データ（テンプレート）と光学顕微鏡による撮像画像（ＯＭ像）とのマッチングに適したアライメントパターンをウェーハ上から選択する必要がある。そこで，ウェーハ上に形成された回路パターンの設計データを基にアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度を基にアライメントパターン候補を決定することが有効である。
２．２． 詳細
２．２．１ 設計データ
図１中のステップ１０７以降の処理や表示に用いる設計データは，必要に応じステップ１０２において加工した設計データを用いることができる。図５（ａ）のウェーハ５０１内には四角枠で表示された符号５０２に代表されるチップが並べて配置されており（ｘ，ｙ方向のチップ間隔はそれぞれ符号５０３，５０４），各チップには同じ設計データのパターンが作成されている。ステップ１０１において入力される設計データには1チップ分の設計データ（図５（ｂ）の符号５０５。設計データの範囲のみ示し，回路パターンは省略して描画せず）が含まれる場合が一般的であるが，例えばアライメントパターン候補決定ステップ１０７において決定したいアライメントパターンの範囲はチップ間を跨るかもしれない。そこでステップ１０２において，図５（ｃ）に示すように，隣接チップがあることを想定して，ステップ１０１で入力した設計データ５０５の周囲にチップ間隔５０３，５０４を空けて前記設計データの一部５０８〜５１５を繋ぎ合せることを特徴とする（設計データをセグメンテーションした各領域のＩＤであるＡ〜Ｊは図５（ｂ）（ｃ）で対応）。図５（ｃ）のようなデータでアライメントパターン探索を行うことにより，例えばチップ間を跨るアライメントパターン候補５１６を決定することができる。繋ぎ合せる隣接チップの範囲５０６，５０７は，アライメントパターンのサイズ等を考慮して決定する。
２．２．２ アライメントパターン候補バリエーション
アライメントパターン候補決定ステップ１０７においては，光学顕微鏡の撮像条件やウェーハ積層膜の膜厚変動等によりＯＭ像が変化し，前記マッチングが失敗する危険性があるため，複数のアライメントパターン候補を決定しておくことを特徴とする。このことにより，いずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。図６（ａ）の符号６０１は回路パターンを省略せずに描画した1チップ分の設計データであり（符号５０５に対応），図６（ｂ）の符号６０２はチップ間隔５０３，５０４を空けて前記設計データ６０１の周囲に前記設計データ６０１の一部を繋ぎ合せた設計データである（図５（ｃ）に対応）。実線で描画した回路パターンはレイヤ１（例えば上層）に属するパターンであり，破線で描画した回路パターンはレイヤ２（例えば下層）に属するパターンである。設計データ６０２を基に複数のアライメントパターン候補を決定する例として，３つのアライメントパターン候補６０３〜６０５を決定した例を示す。
【００４５】
アライメントパターン候補決定ステップ１０７において決定される複数のアライメントパターン候補のバリエーションとして，符号６０３〜６０５等のウェーハ上におけるアライメントパターンの撮像位置（撮像視野。以降，Field of view：ＦＯＶと呼ぶ）の違いだけでなく，前記ＦＯＶ内でマッチングに使う部位（以降，テンプレート位置と呼ぶ）の違いも含む。すなわち，ＦＯＶ内においてもマッチングに適した領域とそうでない領域とが存在しうるため，ＦＯＶ内において選択的にマッチングに用いる領域を指定することができる。
【００４６】
図７（ａ）〜（ｄ）は、撮像位置は同じであるが，テンプレート位置が異なるアライメントパターン候補の例である。図７（ａ）〜（ｄ）内には，いずれにも十字パターン７０２と四角パターン７０３が含まれており，テンプレート位置を太線枠７０１，７０４〜７０７で示す。図７（ａ）は撮像範囲の全てをテンプレート位置７０１としてマッチングに用いるアライメントパターン候補である。一方，図７（ｂ）は，例えばＯＭ像における四角パターン７０３のコントラストが低い可能性がある等の理由により，十字パターン７０２を含む領域のみをテンプレート位置７０４として登録し，マッチングに用いるアライメントパターン候補である。その逆に図７（ｃ）は四角パターン７０３を含む領域のみをテンプレート位置７０５としてマッチングに用いるアライメントパターン候補である。図７（ｄ）は十字パターン７０２も四角パターン７０３も用いるが，そのパターン輪郭付近のみをテンプレート位置７０６，７０７としてマッチングに用いるアライメントパターン候補であり，このように複数の領域でアライメントパターンを与えることもできる。
【００４７】
図７（ｄ）は，例えばＯＭ像において設計データ上にはない模様がパターン７０２，７０３の周囲に現れてしまう場合において有効である。このような現象は光学顕微鏡２２２での撮像の際，散乱光の干渉等により発生しうるが，想定していなかった模様がＯＭ像に発生すると，テンプレートとＯＭ像との差分が大きくなり，マッチングが失敗する危険性が高くなる。予めどのようなＯＭ像が得られるかがわかれば，どのようなテンプレート位置が適切か判断することができるが，この判断が難しい場合は，図７（ａ）〜（ｄ）に代表されるテンプレート位置が異なるアライメントパターン候補を任意の組合せで撮像レシピに保存し，マッチングに利用することができる。撮像位置の異なるアライメントパターン候補と同様，いずれかのテンプレート位置が異なるアライメントパターン候補においてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。
【００４８】
更に，前記複数のアライメントパターン候補のバリエーションとして，アライメントパターン撮像時の光学条件の違いも含む。前記光学条件とは，光の検出条件や撮像条件（照明光量や撮像倍率等）である。光の検出条件の例としては，波長／偏光フィルタの違いが挙げられる。これは，光学顕微鏡においてウェーハからの散乱光を検出して画像を生成する際，特定の波長成分あるいは偏光成分の散乱光をフィルタリングにより遮光または減光させて検出することを指し，前記特定の波長成分あるいは偏光成分を変更可能な光学顕微鏡であれば，その違いをアライメントパターン候補のバリエーションとしてもつことができる。
【００４９】
以上より，アライメントパターン候補のバリエーションには撮像位置，テンプレート位置，光学条件（光の検出条件や撮像条件）の違いをもたせることができ，そのバリエーションは模式的に図８のように表現することができる。符号８０１〜８１０はアライメントパターン候補のバリエーションの一部であり，例えば符号８０１は，撮像位置１（図６のアライメントパターン候補６０３の撮像位置に対応），太枠で囲んだテンプレート位置１−１（撮像範囲全てをマッチングに使用），光学顕微鏡での撮像倍率１のアライメントパターン候補である。符号８０２は，撮像位置１，太枠で囲んだテンプレート位置１−２（撮像範囲内において十字領域をマッチングに使用），光学顕微鏡での撮像倍率１のアライメントパターン候補である。符号８０７は，撮像位置２（図６のアライメントパターン候補６０４の撮像位置に対応），太枠で囲んだテンプレート位置２−１（撮像範囲全てをマッチングに使用），光学顕微鏡での撮像倍率２（撮像倍率１よりも高倍）のアライメントパターン候補である。光学条件のバリエーションは撮像倍率以外にも前述の検出条件や撮像条件の違いが含まれる（図８には多次元ベクトル空間のイメージでこれらの項目を複数軸で描いている）。
【００５０】
本実施例は図８に示すバリエーションの中から任意の組合せで複数のアライメントパターン候補およびそのマッチング用データを撮像レシピに登録して，その情報に基づいた光学顕微鏡による撮像，マッチングを行うことができる。
２．２．３ マッチング用データバリエーション
マッチング用データ作成ステップ１０８およびマッチング用データレシピ登録ステップ１１０において作成およびレシピ登録するマッチング用データとして以下のバリエーションが挙げられる。
【００５１】
アライメントパターンに対応する箇所の設計データをそのままマッチング用データとしてもよいし，ＯＭ像中のパターンとマッチングをし易くするために，実パターンの形状に近づけるような形状変形を施した設計データをマッチング用データとしてもよい（例えば，露光時の光近接効果を考慮してパターンの角を丸める等）。
【００５２】
図９の符号９０１〜９０３は例としてアライメントパターン６０４のマッチング用データとして作成した設計データのバリエーションを示す。マッチング用データ９０１〜９０３には実線で描かれたレイヤ１に属する四角パターン９０９，破線で描かれたレイヤ２に属する四角パターン９１０，破線で描かれたレイヤ２に属するＬ字パターン９１１が含まれる。マッチング用データ９０１は，アライメントパターン候補に対応する領域の設計データをそのままトリミングしたデータである。マッチング用データ９０２は，マッチング用データ９０１に対し，露光時の光近接効果を考慮してパターンの角を丸めた設計データである。マッチング用データ９０３は，レイヤ１のパターンがＯＭ像において観測しにくい，あるいは場合によりコントラストが変化し不安定となるような状況を想定し，マッチング用データ９０２からレイヤ１のパターンを除外した設計データである。
【００５３】
また，ＯＭ像とデータ形式や濃淡値を合せてマッチングし易くするために，設計データを画像データに変換したデータをマッチング用データとしてもよい。その際，アライメントパターン候補位置における設計データを基に，前記アライメントパターン候補を光学顕微鏡により撮像した際に得られる推定撮像画像を計算機内で複数通りエミュレートすることによって，複数のマッチング用データを作成することを特徴とする。前記エミュレートの実施例としては，例えばマッチング用データ９０２のように，実パターンの形状に近づけるような形状変形を設計データに施し，実パターン推定形状を生成した後，前記実パターン推定形状がＯＭ像においてどのように観察されるのかを計算機内で推定する。ＯＭ像のエミュレーションには，各レイヤの材質，膜厚情報あるいは，ウェーハ製造工程情報等のプロセス情報を用いてもよい。
【００５４】
前記プロセス情報はステップ１０３において入力可能である。設計データ（ＯＭ像における濃淡値はパターンの材質の他，パターン形状・密度等も影響する）や前記プロセス情報（例えば材質情報により光の反射率等が分かる）を用いることによってより正確にＯＭ像におけるパターンの濃淡値を推定することができる。ただし，実パターン形状やＯＭ像での濃淡情報を正確に推定することは困難な場合がある。そこで想定される形状変形や見え方の違いを複数通りエミュレートすることによって，各アライメントパターン候補について複数のマッチング用データを作成することを特徴とする。このことにより，いずれかのマッチング用データにおいてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのマッチング用データにおいてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。
【００５５】
図９の符号９０４〜９０７は例としてアライメントパターン６０４のマッチング用データとして作成したエミュレーション画像のバリエーションを示す。マッチング用データ９０４は設計データやプロセス情報を用いてＯＭ像をエミュレートした濃淡画像である。図ではレイヤ１，２，下地毎に異なる濃淡値をもつ３値画像として表示されているが，例えばパターン境界にグラデーションをもつ２５６階調等の濃淡画像とすることもできる。マッチング用データ９０５はレイヤ１のパターン９０９が消失あるいは低コントラストである濃淡画像である。マッチング用データ９０６はレイヤ２が観測しづらく，パターン９１０が消失，パターン９１１が低コントラストである濃淡画像である。マッチング用データ９０７はマッチング用データ９０４に対して濃淡値を変化させて作成した濃淡画像である。
【００５６】
図９のマッチング用データ９０３，９０６等においては，低コントラストあるいは場合により濃淡値が変化し不安定となるような状況が想定されるパターンあるいはレイヤを除外する例を示したが，代わりにマッチングアルゴリズムにおいて特定のパターンあるいはレイヤ毎に重みを設定し，前記低コントラストあるいは不安定な領域をマッチングに反映しないようにすることもできる（重みを０又は非常に小さく設定する）。
２．２．４ 適正度
アライメントパターン候補算出ステップ１０７において設計データを基にアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度を基にアライメントパターン候補を決定し，また前記適正度を基にアライメント時に用いるアライメントパターン候補の順番を決定することを特徴とする。
【００５７】
前記適正度の算出方法の例としては，アライメントパターン候補内の回路パターンが特徴的であり，テンプレート（マッチング用データ）とＯＭ像とのマッチングがし易く，かつマッチング位置が一意に求まるかを判断基準に算出することが考えられる。
【００５８】
また，光学顕微鏡で観察可能と予想される回路パターンの積層レイヤ群を指定し，前記指定した任意の積層レイヤにマッチングステップ１１４において行われるマッチングに適したパターンが含まれるかを基に前記適正度を算出することが考えられる。前記回路パターンの設計データには複数のレイヤ情報が含まれることがあるが，画像撮像装置に取り付けたウェーハにおいて前記複数のレイヤ情報のパターンが形成されているとは限らない。また，レイヤ膜の材質によっては光学顕微鏡での観察ができない場合がある（例えばＳｉＯ２等の酸化膜は透明に近い）。よって，各レイヤの材質，膜厚情報あるいは，ウェーハ製造工程情報等のプロセス情報を基に光学顕微鏡で観察可能と予想される回路パターンの積層レイヤ群を指定することを特徴とする。このことにより，観察可能と予想されるレイヤにおいてマッチングに適したパターンが含まれるかを基に適正度を計算する。ただし，例えば膜厚はウェーハ面内で均一でない場合もあり，前記プロセス情報が正確に与えられるとは限らない。また，光学顕微鏡においてパターンがどのように観測されるかを正確に推定することは困難な場合がある。そのため，前記指定した積層レイヤの全てにマッチングに適したパターンが含まれるかを基に適正度を計算することを特徴とする。このことにより，ＯＭ像においていずれかのレイヤが消失しても他のレイヤのパターンを用いてマッチングを成功させることができる。
【００５９】
また，設計データを基にアライメントパターン候補内に含まれる回路パターン形状の対称性を考慮して前記適正度を算出することが考えられる。マッチング用データ（テンプレート）の作成において精度の高い光学顕微鏡のエミュレーションが困難な場合は，テンプレートとＯＭ像との差分が大きくなり，マッチングが失敗する危険性が高くなる。しかし，前述のようにアライメントパターン候補内に含まれるパターン形状の対称性が高ければ，多少パターンの見え方が変化しても，テンプレート（マッチング用データ），ＯＭ像それぞれの重心を合せる等のマッチングアルゴリズムにより，マッチングを成功させることができる。
【００６０】
前述の特徴的なパターンであるか，任意レイヤのパターンを含むか，パターン対称性等の判断基準は適正度算出にあたって考慮する判断基準の例であり，その他の判断基準を適宜考慮して前記適正度を計算することができる。図１０は図６におけるアライメントパターン６０３〜６０５の適正度を前述の判断基準を基に算出した結果である。アライメントパターン６０３はレイヤ１のパターンしか含んでいないが，アライメントパターン６０４はレイヤ１，２両方のパターンを含んでいる。そのためアライメントパターン６０４は，どちらかのレイヤ消失に対してもロバストなマッチングが可能であることが期待できる。一方，アライメントパターン６０３内のパターン形状は上下左右対称であり，対称性の観点からはアライメントパターン６０４よりも有利といえる。しかし本例では，レイヤ消失に対するロバスト性を特に重視して，アライメントパターン６０３よりもアライメントパターン６０４により高い適正度を設定している。レイヤ１，２両方のパターンを含んでおり，かつパターン形状の対称性が高いアライメントパターン６０５はアライメントパターン６０４よりも高い適正度を得ている。
【００６１】
また，適正度はアライメントパターン候補に対してだけでなく，マッチング用データ（テンプレート）に対しても算出することを特徴とする。すなわちマッチング用データ作成ステップ１０８において設計データを基にマッチング用データとしての適正度を評価し，前記適正度を基にマッチング用データを決定し，また前記適正度を基にアライメント時に用いるマッチング用データの順番を決定することを特徴とする。マッチング用データの適正度の算出方法としては，ＯＭ像との類似可能性を判断基準に算出することが考えられる。すなわち，発生しうるＯＭ像の変化に対応するため，複数のマッチング用データを用意するが，前記変化の中で発生頻度の高いものに対応するためのマッチング用データには高い適正度を与える。
【００６２】
アライメントパターン候補算出ステップ１０７，マッチング用データ作成ステップ１０８において，アライメントパターン候補やマッチング用データの決定およびこれらの適正度を計算する際には，前述の設計データやプロセス情報の他に，光学顕微鏡２２２において設定可能な光学条件（波長／偏光フィルタ，撮像倍率，照明光の光量等），ステップ１１４において用いるマッチングアルゴリズム（複数可），過去に撮像したＯＭ像の情報を用いることができる（入力はそれぞれステップ１０４〜１０６で行う）。設定可能な光学条件によりマッチング用データ作成において適切なエミュレーションを行うことができる。また，前記設定可能な光学条件やマッチングアルゴリズムのバリエーションにより，準備すべきアライメントパターン候補やマッチング用データのバリエーションも決まる。また過去のＯＭ像を基に前記適正度の決定ルールを適切に設定することができる。
２．２．５ ユーザ提示＆判定
アライメントパターン候補やマッチング用データはステップ１０９においてユーザにＧＵＩ等を通じて提示することができ，ユーザは必要に応じて（１）撮像レシピに登録するアライメントパターン候補やマッチング用データの選定，（２）アライメントパターンやマッチング用データの適正度変更，あるいは適正度算出ルールの変更，（３）設定可能な光学条件やマッチングアルゴリズムの変更・指定等を行うことができる。
【００６３】
ステップ１１０においては，アライメントパターン候補の位置／光学条件／適正度，マッチング用データ／適正度，マッチングアルゴリズムを撮像レシピに登録することができる。
２．２．６ アライメント
ステップ１１４において行ったマッチング成否をステップ１１５で判定し，マッチングが成功するまで撮像レシピに登録された複数のマッチング用データを変えながらステップ１１３で撮像したＯＭ像とのマッチングを繰り返し行う，あるいは撮像レシピに登録された複数のマッチング用データの中からステップ１１３で撮像したＯＭ像と最も類似したマッチング用データを用いてマッチングを行うことを特徴とする。また，このようにマッチング用データを変更してもマッチングに失敗したときは，マッチングが成功するまで撮像レシピに登録されたアライメントパターン候補を変更し，変更後のアライメントパターン候補の撮像（ステップ１１３），マッチング（ステップ１１４）を行う。アライメントパターン候補の変更には光学顕微鏡による撮像を伴うため，先にマッチング用データの変更を行う。
【００６４】
アライメントパターン候補やマッチング用データの変更は，ステップ１０７，１０８で求めた適正度順に行うことで，より少ないマッチング回数あるいは撮像回数でマッチングに成功することが期待できる。マッチングに成功するとステップ１１６において位置ずれ量や回転量を算出することができる。
２．２．７ 適正度変更
アライメントパターン撮像ステップ１１３において撮像したＯＭ像あるいはマッチングステップ１１４におけるマッチングの成否（あるいは信頼度）を基に，ステップ１１７において各アライメントパターン候補あるいはマッチング用パターンに対する適正度の値あるいは適正度算出ルールを更新・変更することを特徴とする。
【００６５】
ステップ１０７，１０８で算出されたアライメントパターン候補やマッチング用パターンの適正度は推定値なので，実際とは異なる場合がある。例えば，見えると想定していたレイヤあるいはパターンが実際には低コントラストであった，あるいは散乱光の干渉等により実際のＯＭ像には設計データ上にはない模様が現れてしまった等である。アライメントパターンのＯＭ像を取得した段階で，ＯＭ像における実際のパターンの見え方が分かるため，これを基に前記適正度を更新することができる。また，設計データ上は同じパターンをもつアライメントパターンであっても，ウェーハ面内の位置等に依存して実際には多少異なるＯＭ像が得られることもある。このような場合，同一設計データ上のアライメントパターンであっても複数枚のＯＭ像を取得することによって，ＯＭ像の見え方のバリエーションを知ることができ，これを基に前記適正度を更新することができる。例えば見え方が変化する部位がテンプレート位置の外にあるアライメントパターン候補に高い適正度を設定する等である。同様にアライメントパターン候補とＯＭ像との実際のマッチング結果の成否を基に前記適正度を更新することができる。
【００６６】
このように過去に撮像したＯＭ像や過去のマッチング結果を適正度に反映することにより，より正確な適正度を設定することが可能となり，ステップ１１５の判定によりマッチングが成功するまで適正度順にアライメントパターン候補やマッチング用データを変更した際，より少ない撮像回数でマッチングに成功することができるようになる。
２．２．８ ＳＥＭアライメント
ＯＭ像を用いたアライメント後，ステップ１１８においてＳＥＭ画像を用いた精度の高いアライメントを行うことができる（図４（ａ）中のステップ４０３に対応）。上記実施例において述べてきたアライメントパターン候補やマッチング用データの決定，およびそれらの適正度の算出はＯＭ像を用いたアライメント用のものであったが，同様の手段により，ＳＥＭ画像を用いたアライメント用のアライメントパターン候補やマッチング用データの決定，およびそれらの適正度の算出を行い，ＳＥＭアライメントステップ１１８で用いることができる（例えばマッチング用データ作成における光学顕微鏡による撮像を模擬したエミュレーション処理は，ＳＥＭでの撮像を模擬したエミュレーション処理に置き換わる）。この場合ステップ１１８は図１１のようになる。
【００６７】
ステップ１１０１においてＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターンに視野移動し，ステップ１１０２において前記フォーカスパターン中のあるオートフォーカス範囲（例えば全撮像範囲）でオートフォーカス調整値を算出する。ステップ１１０３において，もしオートフォーカスに失敗したと判定した場合，ステップ１１０２に戻りオートフォーカス範囲を変更して（例えば撮像範囲の一部），再度オートフォーカス調整値を算出する，あるいはステップ１１０１に戻りオートフォーカスパターンを変更して視野移動する。これをオートフォーカスパターン，オートフォーカス範囲の適正度順に繰り返し，ステップ１１０３においてオートフォーカスに成功したと判断されれば，成功した際のオートフォーカス調整値でオートフォーカスを行う（ステップ１１０４）。ステップ１１０５においてオートフォーカス位置の撮像画像やオートフォーカスの成否を基にオートフォーカスパターン，オートフォーカス範囲の適正度の値あるいは適正度算出ルールを更新・変更することができる。
【００６８】
ステップ１１０６〜１１１０はステップ１１０１〜１１０５に対し，ＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターンをＳＥＭアライメントパターン，オートフォーカス範囲をマッチング用データ（テンプレート），オートフォーカスをテンプレート（マッチング用データ）とＳＥＭ画像とのマッチングに置き換えたものである。
３． システム構成
本発明におけるシステム構成の実施例を図１２を用いて説明する。
【００６９】
図１２（ａ）において符号１２０１はマスクパターン設計装置，符号１２０２はマスク描画装置，符号１２０３はマスクパターンのウェーハ上への露光・現像装置，符号１２０４はウェーハのエッチング装置，符号１２０５および１２０７はＳＥＭ装置，符号１２０６および１２０８はそれぞれ前記ＳＥＭ装置を制御するＳＥＭ制御装置，符号１２０９はＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツールサーバ，符号１２１０はデータベースサーバ，符号１２１１はデータベースを保存するストレージ，符号１２１２は撮像・計測レシピ作成演算装置，符号１２１３は撮像・計測レシピサーバ，符号１２１４はパターン形状の計測・評価を行う画像処理装置画像処理サーバであり，これらはネットワーク１２１５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１２１０にはストレージ１２１１が取り付けられており，（ａ）設計データ（マスク設計データ（ＯＰＣなし／あり），ウェーハ転写パターン設計データ），（ｂ）生成された撮像・計測レシピ，（ｃ）撮像した画像（ＯＭ像，ＳＥＭ画像），（ｄ）撮像・評価結果（ＯＭ像とアライメントパターンのテンプレートとのマッチング結果（マッチング位置，成否，信頼度），パターン測長値，画像特徴量，パターン輪郭線等），（ｅ）撮像・計測レシピの決定ルール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１２０５，１２０７がネットワーク１２１５に接続されているが，任意の複数台のＳＥＭ装置において撮像・計測レシピをデータベースサーバ１２１０あるいは撮像・計測レシピサーバ１２１３により共有することが可能であり，一回の撮像・計測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（ストレージ）１２１１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なり，これを参照することにより良好な撮像・計測レシピ生成の一助とすることができる。
【００７０】
図１２（ｂ）は一例として図１２（ａ）上におけるＳＥＭ制御装置（Ａ）１２０６，ＳＥＭ制御装置（Ｂ）１２０８，ＥＤＡツールサーバ１２０９，データベースサーバ１２１０，撮像・計測レシピ作成演算装置１２１２，撮像・計測レシピサーバ１２１３，画像処理サーバ１２１４を一つの装置１２１６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。
４． ＧＵＩ
本実施例における各種情報の入力，撮像レシピ生成・出力の設定あるいは表示を行うＧＵＩ例を図１３に示す。図１３中のウィンドウ１３０１内に描画された各種情報は一画面中，あるいは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１３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や数値の範囲，あるいは文字列であることを示す。
【００７１】
ボタン１３０９，１３１０を押すことによって，それぞれウェーハ上のチップ配列や回路パターンの設計データを入力することができる。前記チップ配列はマップ１３０２のように図として表示するができる。グローバルアライメントを行うチップはマップ１３０２上で指定することができ，マップ１３０２では指定されたチップに十字マークがつけられている。指定されたチップの番号や座標は表１３０４のように一覧表示することができる。マップ１３０２上で指定した領域の設計データをウィンドウ１３０５に表示することができる。本例ではマップ１３０２上で指定した領域１３０３（太枠）内の設計データがウィンドウ１３０５に表示されている。領域１３０３がいくつかのチップに跨っているため，ウィンドウ１３０５には図５を用いて説明したように隣接設計データを組合せた設計データが表示されている。チップあたりのアライメント回数は1回でもよいし，複数回行ってもよい（1回の場合も複数回の場合もアライメントパターン候補は複数用意し，希望する回数だけアライメントが成功するまでアライメントパターン候補を変えて処理を行う）。また，アライメントパターン候補はチップ単位ではなく，チップ間に跨るパターンを設定してもよい（例えば図６中のアライメントパターン候補６０３）。さらにアライメントパターン候補はチップ毎に個別に設定してもよい（同一設計データであってもウェーハ面内での位置によって異なるアライメントパターンを用いることができる）。
【００７２】
ボタン１３１１，１３１２を押すことによって，それぞれ光学顕微鏡やＳＥＭを用いたアライメントパターン候補やオートフォーカスパターン候補の自動選択を行うことができる。ＳＥＭを用いたアライメントパターン自動選択においてはチェックボックス１３１３により，どのパターンを自動選択するか指定することができる。本例ではアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターンとアライメントパターンにチェックがつけられており，同パターンを選択する例であるが，アライメントパターン撮像用オートスティグマパターン等を自動選択することもできる。また，ユーザは前記候補をウィンドウ１３０５においてマニュアルで指定することもできる。前記候補はウィンドウ１３１５，１３２９，１３３０に表示することができ，ユーザは自動選択をそのまま撮像レシピに登録することも，修正を加えてから登録することもできる。ボタン１３１４はレシピ登録ボタンである。
【００７３】
ウィンドウ１３１５は，光学顕微鏡を用いたアライメントパターン候補の一覧である。表１３１６に撮像位置候補の座標，ＦＯＶ，光学条件，適正度が表示されており，表１３１８に前記撮像位置候補のＦＯＶに対応する設計データが表示されている（表１３１６，１３１８におけるＩＤは対応する）。また，表１３１６，１３１８において候補をマウス等で選択することにより，設計データ上での位置や，（データベース上に以前撮像したデータが保存されていれば）対応するＯＭ像を表示し，各種判断材料に用いることができる。本例ではＩＤが1の撮像位置候補が選択されており，選択されたことを示す灰色の枠１３１７，１３２２が表示されている。前記選択された撮像位置１３１９の設計データ上での位置は枠１３０６として表示されており，対応するＯＭ像は１３２３に表示されている。本例では一枚のＯＭ像が表示されているが，過去に撮像した対応するＯＭ像が複数存在する場合は並べて表示することができる。
【００７４】
また，前記選択された撮像位置１３１９におけるマッチング用データ（テンプレート）の候補は表１３２４，１３２５に表示されている（他の撮像位置候補である１３２０や１３２１が選択された場合は，それに対応するマッチング用データ候補の一覧が表示される）。表１３２４にはマッチング用データのテンプレート位置（ＦＯＶ内でマッチングに使う部位）や適正度が表示されており，表１３２５に前記マッチング用データの設計データにおけるテンプレート位置が表示されている（表１３２４，１３２５におけるＩＤは対応する）。本図では３つのテンプレート位置候補１３２６〜１３２８が表示されており，マッチングに使う部位は太枠で囲まれている。マッチングに使う部位はテンプレート位置１３２６のように1つの部位の場合もあるし（本例は全撮像範囲がテンプレート位置），テンプレート位置１３２７のように４つの部位から成る場合もある。本例ではマッチング用データ候補のバリエーションとしてテンプレート位置が異なる３つのデータ１３２６〜１３２８を表示しているが，図９に示したような，設計データ／画像データの違い，パターン／レイヤの有無，パターン形状の変形，エミュレーションの違いによる濃淡値の違い等をバリエーションとしたマッチング用データ候補を表１３２４，１３２５に表示することができる。
【００７５】
また，表１３１６，１３１８，１３２４，１３２５に表示したアライメントパターン候補やマッチング用データ候補の追加／削除，あるいは各種情報（座標，光学条件，適正度，等）の更新をユーザが行うことができる。例えば，ＯＭ像１３２３を見るとパターンエッジ（回路パターンと下地の境界）におけるコントラストは全てのエッジにおいて一様ではなく，またＦＯＶの中央に設計データにはない模様が発生していることから，マッチング用データ候補１３２７のようにコントラストの高いエッジを含み，かつそれ以外の領域を含まないテンプレート位置が望ましい。もしマッチング用データ候補１３２７の適正度が低ければ，ＯＭ像の情報を基に，前記候補の適正度を上げることができる。
【００７６】
ウィンドウ１３２９，１３３０には，ウィンドウ１３１５と同様，ＳＥＭを用いたアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン候補，アライメントパターン候補の一覧をそれぞれ表示することができる。図１３中のウィンドウ１３２９の詳細を図１４（ａ）中のウィンドウ１３２９に示す。表１４０１は，ＳＥＭを用いたアライメントパターン候補の一覧である。表１４０１に撮像位置候補の座標，ＦＯＶ，ＳＥＭの撮像条件，適正度が表示されており，表１４０３に前記撮像位置候補のＦＯＶに対応する設計データが表示されている（表１４０１，１４０３におけるＩＤは対応する）。また，表１４０１，１４０３において候補をマウス等で選択することにより，設計データ上での位置や，（データベース上に以前撮像したデータが保存されていれば）対応するＳＥＭ画像を表示し，各種判断材料に用いることができる。本例ではＩＤが1の撮像位置候補が選択されており，選択されたことを示す灰色の枠１４０２，１４０７が表示されている。前記選択された撮像位置１４０４の設計データ上での位置は図１３において枠１３０７として表示されており，対応するＳＥＭ画像はウィンドウ１４０８に表示することができる。ただし本例は過去に撮像したＳＥＭ画像が存在しない例であり，ウィンドウ１４０８には何も表示されていない。なお，符号１４０５，１４０６は撮像位置候補を示す。また，前記選択された撮像位置１３１９におけるオートフォーカス範囲の候補は表１４０９，１４１０に表示されている。本例は撮像位置候補１４０４におけるオートフォーカス範囲の候補が一つしか存在しない例である（オートフォーカス範囲候補１４１１のみ）。
【００７７】
図１４（ｂ）ウィンドウ１３３０は，ＳＥＭを用いたアライメントパターン候補の一覧である。内容はウィンドウ１３１５，１３２９と同様なので説明は省略する。ここで選択された撮像位置１４１６の設計データ上での位置は図１３において枠１３０８として表示されている。なお，符号１４１２，１４１４は撮像位置候補一覧表を、符号１４１５，１４１７は撮像位置候補を、符号１４１３，１４１８は選択された撮像位置候補を、符号１４１９はＳＥＭ画像を、符号１４２０，１４２１はマッチング用データ候補一覧表を、符号１４２２，１４２３はテンプレート位置候補を示す。
【００７８】
本実施例は以上の手段により，画像撮像装置において，グローバルアライメントを安定かつ自動に行うことができる。これにより，画像撮像装置の撮像位置精度向上および自動化率向上が実現する。
【００７９】
なお，本発明は上記した実施例に限定されるものではなく，様々な変形例が含まれる。例えば，上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり，必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また，ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり，また，ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また，各実施例の構成の一部について，他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００８０】
また，上記の各構成，機能，処理部，処理手段等は，それらの一部又は全部を，例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また，上記の各構成，機能等は，プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し，実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム，テーブル，ファイル等の情報は，メモリや，ハードディスク，ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置，または，ＩＣカード，ＳＤカード，ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００８１】
また，制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており，製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
２００…ｘ−ｙ−ｚ座標系（電子光学系の座標系），２０１…半導体ウェーハ，２０２…電子光学系，２０３…電子銃，２０４…電子線（一次電子），２０５…コンデンサレンズ，２０６…偏向器，２０７…ＥｘＢ偏向器，２０８…対物レンズ，２０９…二次電子検出器，２１０、２１１…反射電子検出器，２１２〜２１４、２２３…Ａ／Ｄ変換器，２１５…処理・制御部，２１６…ＣＰＵ，２１７…画像メモリ，２１８、２２７…処理端末，２１９…ステージコントローラ，２２０…偏向制御部，２２１…ステージ，２２２…光学顕微鏡，２２４…レシピ作成部，２２５…撮像レシピ作成装置，２２６…計測レシピ作成装置，２２８…データベースサーバ，２２９…データベース（ストレージ），２３０…ネットワーク，３０１〜３０６…収束電子線の入射方向，３０７…半導体ウェーハ，３０８…Ｉｘ−Ｉｙ座標系（画像座標系），３０９…画像フレーム，４１６…ウェーハ，４１７〜４２０、４２１…チップ，４２２…ＯＭアライメントパターン候補，４２３…ＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン候補，４２４…ＳＥＭアライメントパターン候補，４２５…設計データの一部拡大範囲，４２６…ＭＰ，４２７…ＭＰからのイメージシフト可能範囲，４２８…ＡＦ，４２９…ＡＰ，４３０…ＡＦ，４３１…ＡＳＴ，４３２…ＡＢＣＣ，４３３…ＥＰ，５０１…ウェーハ，５０２…チップ，５０３，５０４…チップ間距離，５０５…チップの設計データ，５０６、５０７…繋ぎ合せる隣接チップの範囲，５０８〜５１５…設計データの一部，５１６…アライメントパターン候補，６０１…設計データ，６０２…隣接チップの設計データを組合せた設計データ，６０３〜６０５…アライメントパターン候補，７０１、７０４〜７０７…テンプレート位置，７０２、７０３…回路パターン，８０１〜８１０…アライメントパターン候補，９０１〜９０７…マッチング用データ候補，９０９〜９１１…回路パターン，１２０１…マスクパターン設計装置，１２０２…マスク描画装置，１２０３…露光・現像装置，１２０４…エッチング装置，１２０５、１２０７…ＳＥＭ装置，１２０６、１２０８…ＳＥＭ制御装置，１２０９…ＥＤＡツールサーバ，１２１０…データベースサーバ，１２１１…データベース（ストレージ），１２１２…撮像・計測レシピ作成演算装置，１２１３…撮像・計測レシピサーバ，１２１４…画像処理サーバ（形状計測・評価），１２１５…ネットワーク，１２１６…ＥＤＡツール、データベース管理、撮像・計測レシピ作成、画像処理（形状計測・評価）、撮像・計測レシピ管理、ＳＥＭ制御用統合サーバ＆演算装置，１３０１…ＧＵＩウィンドウ，１３０２…マップ，１３０３…選択チップ，１３０４…選択チップ情報表示リスト，１３０５…設計データ用ウィンドウ，１３０６…ＯＭアライメントパターン候補，１３０７…ＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン候補，１３０８…ＳＥＭアライメントパターン候補，１３０９…チップ配列入力ボタン，１３１０…設計データ入力ボタン，１３１１…ＯＭアライメントパターン自動選択ボタン，１３１２…ＳＥＭアライメントパターン自動選択ボタン，１３１３…選択パターン選択チェックボックス，１３１４…レシピ登録ボタン，１３１５…ＯＭアライメントパターン候補情報一覧用ウィンドウ，１３１６、１３１８…撮像位置候補一覧表，１３１７、１３２２…選択された撮像位置候補，１３１９〜１３２１…撮像位置候補，１３２３…ＯＭ像，１３２４、１３２５…マッチング用データ候補一覧表，１３２６〜１３２８…テンプレート位置候補，１３２９…ＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン候補情報一覧用ウィンドウ，１３３０…ＳＥＭアライメントパターン候補情報一覧用ウィンドウ，１４０１、１４０３…撮像位置候補一覧表，１４０２、１４０７…選択された撮像位置候補，１４０４〜１４０６…撮像位置候補，１４０８…ＳＥＭ画像表示ウィンドウ，１４０９、１４１０…オートフォーカス範囲候補一覧表，１４１１…オートフォーカス範囲候補，１４１２、１４１４…撮像位置候補一覧表，１４１３、１４１８…選択された撮像位置候補，１４１５〜１４１７…撮像位置候補，１４１９…ＳＥＭ画像，１４２０、１４２１…マッチング用データ候補一覧表，１４２２、１４２３…テンプレート位置候補。
【技術分野】
【０００１】
本発明は，グローバルアライメント機能を備えた画像撮像装置および画像撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハに回路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，レジストの上に回路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回路パターンを形成し，このレジストの回路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回路パターンを形成する方法等が採用されている。
【０００３】
半導体デバイスの設計・製造においては，露光・エッチング装置等の製造装置における発塵管理や，ウェーハ上に形成された回路パターン形状評価が重要であり，光学式やＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）式の画像撮像装置による検査・計測が行われている。光学式の画像撮像装置としては，ウェーハにレーザーを照明して欠陥からの散乱光を暗視野観察して欠陥を検出する光学式欠陥検査装置や，ランプあるいはレーザーを照射して検出した明視野光学像を基に欠陥位置を特定する光学式外観検査装置が挙げられる（例えば，特開平７−２７０１４４号（特許文献１），特開２０００−３５２６９７号(特許文献２)）。ＳＥＭ式の画像撮像装置としては，測長用の走査電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）や欠陥レビュー用の走査電子顕微鏡（Defect Review Scanning Electron Microscope：ＤＲ−ＳＥＭ）が挙げられる（例えば，特開２００７−２５０５２８号(特許文献３)，特開２０１０−０８７３２２号(特許文献４)）。更に走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）又は走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）等の走査荷電粒子顕微鏡が用いられることもある。
【０００４】
前述の画像撮像装置の内，例えばＣＤ−ＳＥＭにおける回路パターン評価方法としては，評価すべき回路パターン（以降，評価パターンと呼ぶ）のＳＥＭ画像から，（１）いわゆるＣＤ値と呼ばれるラインパターン幅やコンタクトホール径等の寸法を計測する方法，（２）パターン形状と相関の高い画像特徴量を計算する方法，（３）パターンの二次元的な輪郭線を検出する方法等がある。このような評価を安定かつ高精度に行うためには，ＣＤ−ＳＥＭを用いて高倍率・高精細なＳＥＭ画像を取得する必要がある。すなわち，ウェーハ上の任意の評価パターンに数十万倍の倍率で視野を合わせ，かつ照射する収束電子ビームのフォーカス位置をウェーハ表面に調整することが求められる。これらの視野移動，画質調整を含む撮像シーケンスは撮像レシピと呼ばれるファイルを用いて指定する。一度，撮像レシピを作成すると，ＣＤ−ＳＥＭはオペレータが特に操作しなくても同種のウェーハを自動撮像することができる。
【０００５】
ＣＤ−ＳＥＭに代表される画像撮像装置においては，微細な回路パターンを撮像・評価するため，ウェーハのグローバルアライメント（ウェーハの位置ずれ・回転検出）を行う必要がある。グローバルアライメントでは，ウェーハ上の座標既知であるパターンをアライメントパターンとして数箇所撮像し，この撮像画像と，予め用意したアライメントパターンの画像（以後，アライメントパターンの「テンプレート」あるいは「マッチング用データ」と呼ぶ）をマッチングすることにより，ウェーハの位置ずれや回転を検出する。アライメントパターンの撮像には光学顕微鏡が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２７０１４４号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２６９７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５０５２８号公報
【特許文献４】特開２０１０−０８７３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の通り，アライメントパターンの撮像には光学顕微鏡が用いられるが，光学顕微鏡の撮像条件やウェーハ積層膜の膜厚変動等により光学顕微鏡画像（以後，ＯＭ像と呼ぶ）は見え方が異なる。そのため予め用意したアライメントパターンのテンプレートと実際にアライメントパターンを撮像したＯＭ像との違いが大きくなる場合があり，前記テンプレートと前記ＯＭ像とのマッチング成功率は低下に繋がっている。画像撮像装置の撮像位置精度向上および自動化率向上のためには，前記グローバルアライメントを安定かつ自動に行うことが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために，本発明は，以下の特徴を有するグローバルアライメント機能を備えた画像撮像装置および画像撮像方法とした。
【０００９】
（１）グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備えた画像撮像装置を用いてウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する方法であって，前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップと，前記設計データを基にウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定するアライメントパターン候補決定ステップと，アライメントパターン候補決定ステップにおいて決定したアライメントパターンに対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存するマッチング用データ作成ステップと，前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付けステップと，アライメントパターン候補決定ステップにおいて決定したアライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンをグローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得ステップと，マッチング用データ作成ステップで作成したマッチング用データと撮像画像取得ステップで取得した撮像画像とをマッチングするマッチングステップと，前記マッチングステップでの結果を基に，ウェーハの位置ずれ量あるいは回転量を算出することを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１０】
本方法について補足する。良好なグローバルアライメントを行うためには，マッチング用データ（テンプレート）と光学顕微鏡による撮像画像（ＯＭ像）とのマッチングに適したアライメントパターンをウェーハ上から選択する必要がある。そこで，ウェーハ上に形成された回路パターンの設計データを基にアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度を基にアライメントパターン候補を決定することが有効である。また，光学顕微鏡の撮像条件やウェーハ積層膜の膜厚変動等によりＯＭ像が変化し，前記マッチングが失敗する危険性があるため，複数のアライメントパターン候補を決定しておく。このことにより，いずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。
【００１１】
また，前記複数のアライメントパターン候補のバリエーションとして，ウェーハ上におけるアライメントパターンの撮像位置（撮像視野。以降，Field of view：ＦＯＶと呼ぶ）の違いだけでなく，前記ＦＯＶ内でマッチングに使う部位（以降，テンプレート位置と呼ぶ）の違いも含む。すなわち，ＦＯＶ内においてもマッチングに適した領域とそうでない領域とが存在しうるため，ＦＯＶ内において選択的にマッチングに用いる領域を指定することができる。更に，前記複数のアライメントパターン候補のバリエーションとして，アライメントパターン撮像時の光学条件の違いも含む。前記光学条件とは，光の検出条件や撮像条件（照明光量や撮像倍率等）である。光の検出条件の例としては，波長／偏光フィルタの違いが挙げられる。これは，光学顕微鏡においてウェーハからの散乱光を検出して画像を生成する際，特定の波長成分あるいは偏光成分の散乱光をフィルタリングにより遮光または減光させて検出することを指し，前記特定の波長成分あるいは偏光成分を変更可能な光学顕微鏡であれば，その違いをアライメントパターン候補のバリエーションとしてもつことができる。
【００１２】
マッチング用データとしてレシピに登録するデータは，ＯＭ像のマッチングに適したものであることが望ましい。よって，アライメントパターンに対応する箇所の設計データをそのまま登録してもよいし，ＯＭ像中のパターンとマッチングをし易くするために，実パターンの形状に近づけるような形状変形を施した設計データを登録してもよい（例えば，露光時の光近接効果を考慮してパターンの角を丸める等）。また，ＯＭ像とデータ形式や濃淡値を合せてマッチングし易くするために，設計データを画像データに変換したデータを登録してもよい。
【００１３】
（２）前記項目（１）のアライメントパターン候補の適正度は，光学顕微鏡で観察可能と予想される回路パターンの積層レイヤ群を指定し，前記指定した任意の積層レイヤに前記項目（１）のマッチングステップにおいて行われるマッチングに適したパターンが含まれるかを基に算出することを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１４】
前記回路パターンの設計データには複数のレイヤ情報が含まれることがあるが，画像撮像装置に取り付けたウェーハにおいて前記複数のレイヤ情報のパターンが形成されているとは限らない。また，レイヤ膜の材質によっては光学顕微鏡での観察ができない場合がある（例えばＳｉＯ２等の酸化膜は透明に近い）。よって，各レイヤの材質，膜厚情報あるいは，ウェーハ製造工程情報等のプロセス情報を基に光学顕微鏡で観察可能と予想される回路パターンの積層レイヤ群を指定することを特徴とする。このことにより，観察可能と予想されるレイヤにおいてマッチングに適したパターンが含まれるかを基に適正度を計算する。ただし，例えば膜厚はウェーハ面内で均一でない場合もあり，前記プロセス情報が正確に与えられるとは限らない。また，光学顕微鏡においてパターンがどのように観測されるかを正確に推定することは困難な場合がある。そのため，前記指定した積層レイヤの全てにマッチングに適したパターンが含まれるかを基に適正度を計算することを特徴とする。このことにより，ＯＭ像においていずれかのレイヤが消失しても他のレイヤのパターンを用いてマッチングを成功させることができる。
【００１５】
（３）前記項目（１）のマッチング用データ作成ステップでは，アライメントパターン候補位置における設計データを基に，前記アライメントパターン候補を光学顕微鏡により撮像した際に得られる撮像画像を計算機内で複数通りエミュレートすることによって，複数のマッチング用データを作成することを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１６】
マッチング用データとしてレシピに登録するデータは，ＯＭ像のマッチングに適したものであることが望ましい。よって，アライメントパターン候補のＯＭ像を設計データからエミュレートすることによって，実際に撮像したＯＭ像に近いマッチング用データを作成することを特徴とする。前記エミュレートの実施例としては，前記項目（１）で述べたように，実パターンの形状に近づけるような形状変形を設計データに施し，実パターン推定形状を生成した後，前記実パターン推定形状がＯＭ像においてどのように観察されるのかを計算機内で推定する。ただし，実パターン形状やＯＭ像での濃淡情報を正確に推定することは困難な場合がある。そこで想定される形状変形や見え方の違いを複数通りエミュレートすることによって，各アライメントパターン候補について複数のマッチング用データを作成することを特徴とする。このことにより，いずれかのマッチング用データにおいてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのマッチング用データにおいてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。
【００１７】
（４）前記項目（１）のマッチングステップでは，マッチングの成否を判定しマッチングが成功するまで請求項３に記載の複数のマッチング用データを変えながら撮像画像とのマッチングを繰り返し行う，あるいは複数のマッチング用データの中から前記項目（１）の撮像画像と最も類似したマッチング用データを用いてマッチングを行うことを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１８】
（５）前記項目（１）のマッチングステップにおいてマッチングの成否を判定し，前記項目（１）の撮像画像取得ステップとマッチングステップはマッチングステップにおいてマッチングが成功するまで繰り返し行い，前記撮像画像取得ステップでは前記項目（１）のアライメントパターン候補決定ステップにおいて求めた適正度の高いアライメントパターン候補から順に撮像を行うことを特徴とする画像撮像方法とする。
【００１９】
（６）前記項目（１）の撮像画像あるいは請求項１記載のマッチングステップにおけるマッチングの成否を基に，各アライメントパターン候補に対する適正度の値を更新することを特徴とする画像撮像方法とする。
【００２０】
アライメントパターン候補は設計データを基に算出したアライメントパターンとしての適正度を基に決定するが，前記適正度は推定値なので，実際とは異なる場合がある。例えば，見えると想定していたレイヤあるいはパターンが実際には低コントラストであった，あるいは散乱光の干渉等により実際のＯＭ像には設計データ上にはない模様が現れてしまった等である。アライメントパターンのＯＭ像を取得した段階で，ＯＭ像における実際のパターンの見え方が分かるため，これを基に前記適正度を更新することができる。また，設計データ上は同じパターンをもつアライメントパターンであっても，ウェーハ面内の位置等に依存して実際には多少異なるＯＭ像が得られることもある。このような場合，同一設計データ上のアライメントパターンであっても複数枚のＯＭ像を取得することによって，ＯＭ像の見え方のバリエーションを知ることができ，これを基に前記適正度を更新することができる。例えば見え方が変化する部位がテンプレート位置の外にあるアライメントパターン候補に高い適正度を設定する等である。同様にアライメントパターン候補とＯＭ像との実際のマッチング結果の成否を基に前記アライメントパターン候補の適正度を更新することができる。このように過去に撮像したＯＭ像や過去のマッチング結果を適正度に反映することにより，より正確な適正度を設定することが可能となり，例えば前記項目（５）で述べたようにマッチングが成功するまで適正度順にアライメントパターン候補を撮像した際，より少ない撮像回数でマッチングに成功することができるようになる。
【００２１】
また、（７）グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備え，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像装置であって，前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力手段と，前記設計データを基に前記ウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定すると共に、決定した前記アライメントパターン候補に対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存する撮像レシピ作成手段と，前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付け手段と，前記撮像レシピ作成手段において決定した前記アライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンをグローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得手段と，前記撮像レシピ作成手段で作成した前記マッチング用データと前記撮像画像取得手段で取得した撮像画像とをマッチングするマッチング手段とを有し，前記マッチング手段で得られた結果を基に，前記ウェーハの位置ずれ量あるいは回転量を算出することを特徴とする画像撮像装置とする。
【００２２】
また、（８）グローバルアライメント用の光学顕微鏡と，前記光学顕微鏡からの画像信号を記憶する記憶部と，前記画像信号に基づく画像を表示する表示部とを備え，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像装置であって，前記表示部は，更にグローバルアライメント用の複数のアライメントパターン候補の撮像位置候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により画像撮像装置において，グローバルアライメントを安定かつ自動に行うことができる。これにより，画像撮像装置の撮像位置精度向上および自動化率向上が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例におけるアライメント処理全体のフロー図である。
【図２】実施例に係る画像撮像装置（ＳＥＭ装置）の概略全体構成図である。
【図３】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説明するための図である。
【図４（ａ）】実施例に係る画像撮像装置（ＳＥＭ装置）における撮像シーケンスを示す図である。
【図４（ｂ）】図４（ｂ)に示す撮像シーケンスに対応する撮像箇所の例を示す図である。
【図５】隣接チップを考慮した設計データの加工を示す図であり、（ａ）はチップが配列されたウェーハ、（ｂ）は1チップ分の設計データ範囲、（ｃ）は加工された設計データ範囲を示す。
【図６】アライメントパターン候補撮像位置のバリエーションを示す図であり、（ａ）は1チップ分の設計データ（回路パターン）、（ｂ）は加工された設計データ（回路パターン）を示す。
【図７】テンプレート位置のバリエーションを示す図であり、（ａ）は十字パターン及び四角パターンを含む撮像範囲全体がテンプレート位置の場合、（ｂ）は十字パターンを含む領域がテンプレート位置の場合、（ｃ）は四角パターンを含む領域がテンプレート位置の場合、（ｄ）は十字パターン及び四角パターン輪郭付近がテンプレート位置の場合を示す。
【図８】アライメントパターン候補のバリエーションを示す図である。
【図９】マッチング用データのバリエーションを示す図である。
【図１０】アライメントパターンの適正度を示す図である。
【図１１】ＳＥＭを用いたグローバルアライメントのフロー図である。
【図１２】図１に示す画像撮像装置を含む装置システムの概略構成図であり、（ａ）は制御部を複数設けた例、（ｂ）は制御部を一つに纏めた例を示す。
【図１３】図１に示す画像撮像装置のＧＵＩの表示画面例を示す図である。
【図１４（ａ）】図１に示す画像撮像装置のＧＵＩの他の表示画面例を示す図である。
【図１４（ｂ）】図１に示す画像撮像装置のＧＵＩの他の表示画面例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は，半導体デバイスの設計あるいは製造過程において，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像・評価する画像撮像装置において，ウェーハのグローバルアライメント（ウェーハの位置ずれ・回転検出）を安定かつ自動に行う画像撮像装置及びその方法に関する。以下，本発明に係る実施の形態を，前記画像撮像装置の一つである走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を例に説明するが，本発明はこれに限定されるものではなく，光学式の画像撮像装置である光学式欠陥検査装置や光学式外観検査装置，ＳＥＭ以外の走査荷電粒子顕微鏡である走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）や走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ），走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope：ＳＰＭ）等の取り付けたウェーハのアライメントが要求される装置一般に適用可能である。また，本発明は半導体デバイスに限らず，撮像・評価を要する試料のアライメントに適用することが可能である。
【００２６】
以下、図面を用いて実施例により詳細に説明する。
＜実施例＞
１． 画像撮像装置
１．１ ＳＥＭ構成要素
グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備えた画像撮像装置の一例として，図２に試料の二次電子像（Secondary Electron：ＳＥ像）あるいは反射電子像（Backscattered Electron：ＢＳＥ像）を取得するＳＥＭの構成概要のブロック図を示す。また，ＳＥ像とＢＳＥ像を総称してＳＥＭ画像と呼ぶ。また，ここで取得される画像は測定対象を垂直方向から電子ビームを照射して得られたトップダウン画像，あるいは任意の傾斜させた方向から電子ビームを照射して得られたチルト像の一部または全てを含む。
【００２７】
電子光学系２０２は内部に電子銃２０３を備え，電子線２０４を発生する。電子銃２０３から発射された電子線はコンデンサレンズ２０５で細く絞られた後，ステージ２２１上におかれた試料である半導体ウェーハ２０１上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２０６および対物レンズ２０８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２０１からは，２次電子と反射電子が放出され，ＥｘＢ偏向器２０７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２０９により検出される。一方，反射電子は反射電子検出器２１０および２１１により検出される。反射電子検出器２１０と２１１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２０９および反射電子検出器２１０および２１１で検出された２次電子および反射電子はＡ／Ｄ変換器２１２，２１３，２１４でデジタル信号に変換され，処理・制御部２１５に入力されて，画像メモリ２１７に格納され，ＣＰＵ２１６で目的に応じた画像処理が行われる。図２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。なお，符号２００はｘ−ｙ−ｚ座標系（電子光学系の座標系）を，符号２１８，２２７は処理端末を，符号２２２は光学顕微鏡を，符号２２４はレシピ作成部を，符号２２８はデータベースサーバを，符号２２９はデータベース（ストレージ）を，符号２３０はネットワークを示す。
【００２８】
図３に半導体ウェーハ３０７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３左に示すようにｘ，ｙ方向に３０１〜３０３又は３０４〜３０６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３０１〜３０３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３０４〜３０６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３右に示した画像フレーム３０９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）。３０８は画像上のｘ，ｙ方向を示す座標系である（Ｉｘ−Ｉｙ座標系と呼ぶ）。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３０９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。
【００２９】
図２中の処理・制御部２１５は，ＣＰＵ２１６と画像メモリ２１７を備えたコンピュータシステムであり，撮像レシピを基に評価対象となる回路パターンを含む領域を評価パターンとして撮像するため，ステージコントローラ２１９や偏向制御部２２０に対して制御信号を送る，あるいは半導体ウェーハ２０１上の任意の評価パターンの撮像画像に対し計測レシピを基に各種画像処理を行う等の処理・制御を行う。
【００３０】
前記撮像レシピの詳細については後述する。前記計測レシピとは，撮像したＳＥＭ画像における欠陥検出，パターン形状計測等の評価を行うための画像処理アルゴリズムや処理パラメータを指定するファイルであり，ＳＥＭは前記計測レシピに基づいてＳＥＭ画像を処理することによって，評価結果を得る。
【００３１】
また，処理・制御部２１５は処理端末２１８（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。２２１はＸＹステージであり，半導体ウェーハ２０１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２２１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２０６により電子線を偏向して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。
【００３２】
図２中の光学顕微鏡２２２はグローバルアライメント用である。ステージに取り付けられたウェーハの位置ずれや回転は大きいため，高倍率の電子顕微鏡では撮像すべきアライメントパターンが視野外になってしまう。そこで，低倍率（撮像視野の大きい）の光学顕微鏡を用いてアライメントパターンを撮像し，グローバルアライメントを行う。光学顕微鏡により撮像された画像をＯＭ像と呼ぶ。光学顕微鏡２２２より得られた画像信号はＡ／Ｄ変換機２２３でデジタル信号に変換され，処理・制御部２１５に入力されて，ＯＭ像として画像メモリ２１７に格納される。ＣＰＵ２１６ではＯＭ像とアライメントパターンのテンプレートとのマッチングが行われ，そのマッチングのずれ量から前記ウェーハの位置ずれや回転量が算出される。
【００３３】
図２中のレシピ作成部２２４は，撮像レシピ作成装置２２５，計測レシピ作成装置２２６を備えたコンピュータシステムである。レシピ作成部２２４は処理端末２２７と接続されており，生成したレシピをユーザに表示する，あるいはユーザからのレシピ修正を受け付けるＧＵＩを備える。
【００３４】
前述の処理・制御部２１５，レシピ作成部２２４はネットワーク２３０を介して情報の送受信が可能である。ネットワークにはストレージ２２９を有するデータベースサーバ２２８が接続されており，（ａ）設計データ（マスク設計データ（光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）なし／あり），ウェーハ転写パターン設計データ），（ｂ）生成された撮像・計測レシピ，（ｃ）撮像した画像（ＯＭ像，ＳＥＭ画像），（ｄ）撮像・評価結果（ＯＭ像とアライメントパターンのテンプレートとのマッチング結果（マッチング位置，成否，信頼度），パターン測長値，画像特徴量，パターン輪郭線等），（ｅ）撮像・計測レシピの決定ルール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・共有することが可能である。処理・制御部２１５，レシピ作成部２２４，データベースサーバ２２８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。
１．２ 撮像レシピ
撮像レシピとは，評価対象となる撮像領域を位置ずれなく，かつ高精細に撮像するための撮像シーケンスや撮像条件を指定するファイルである。前記ウェーハ上に評価対象となる撮像領域を評価パターン（ＥＰ）と呼ぶ。なお，評価パターンはユーザが評価したいと思うパターンであり，評価専用パターンとは限らない。ＥＰは1ウェーハ上に複数存在する場合もあるし，ウェーハの全面検査であればＥＰがウェーハを埋め尽くすということになる。図４（ａ）にＥＰを撮像するための代表的な撮像シーケンスのフロー図，図４（ｂ）に前記代表的な撮像シーケンスに対応する撮像箇所を示す。以後，図４（ａ）、図４（ｂ）を対応させながら，ＥＰ４３３を撮像するための撮像シーケンスについて説明する。
【００３５】
まず図４（ａ）のステップ４０１において試料である半導体ウェーハ（図２では２０１，図４（ｂ）では４１６）をＳＥＭ装置のステージ２２１上に取り付ける。図４（ｂ）においてウェーハ４１６内に描かれた４１７〜４２０に代表される四角い枠はチップを表しており，符号４２１はチップ４１８を拡大したものである。また，符号４２５はチップ４２１の一部をＥＰ４３３を中心に拡大したものである。
【００３６】
次にステップ４０２においてステージシフトにより，予め指定したウェーハ上のアライメントパターンにＳＥＭに取り付けられた光学顕微鏡２２２の視野を移動し，前記ウェーハ上のアライメントパターンを前記光学顕微鏡で観察しＯＭ像を得る。予め用意した前記アライメントパターンにおけるマッチング用データ（テンプレート）と前記ＯＭ像をマッチングすることによりウェーハのずれ量を計算する。図４（ｂ）において前記アライメントパターンの撮像範囲を太枠４２２で示す。なお、符号４２２で示す撮像範囲のパターン全体がそのまま光学顕微鏡用アライメントパターンやＯＭアライメントパターン候補となりうる。
【００３７】
ステップ４０２におけるＯＭ像の撮像倍率は低倍であるため，マッチングにより求めたずれ量の精度が十分でない場合がある。そこで，ステップ４０３において電子線２０４の照射によるＳＥＭ画像の撮像を行い，前記ＳＥＭ画像を用いたアライメントを行う。ＳＥＭのＦＯＶは光学顕微鏡のＦＯＶに比べて小さく，ウェーハのずれ量によっては撮像しようとするパターンがＦＯＶの外になってしまう危険性があるが，ステップ４０２によりおおよそのずれ量は分かっているため，前記ずれ量を考慮して電子線２０４の照射位置を移動する。具体的にはまず，ステップ４０４においてＳＥＭの撮像位置をアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン４２３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。次にステップ４０５においてＳＥＭの撮像位置をアライメントパターン４２４に移動して撮像し，予め用意した前記アライメントパターン４２４におけるマッチング用データ（テンプレート）とＳＥＭ画像とをマッチングすることによって，より正確なウェーハのずれ量を計算する。図４（ｂ）に示した光学顕微鏡用アライメントパターン４２２，ＳＥＭ用アライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン４２３，ＳＥＭ用アライメントパターン４２４の撮像位置は一例であるが，これらの撮像位置の選択においてはアライメントあるいはオートフォーカスを行うのに適したパターンが含まれるか考慮する必要がある。例えばアライメントパターンであれば，その内部に含まれるパターン形状あるいは明度パターンが特徴的であり，テンプレートと撮像画像とのマッチングがし易く，かつマッチング位置が一意に求まる等の条件を満たしていることが望ましい。オートフォーカスパターンであれば，フォーカスずれに起因する像のぼけを検出し易いパターンが含まれている等の条件を満たしていることが望ましい。
【００３８】
ステップ４０２，４０３の光学顕微鏡とＳＥＭを用いたアライメントをウェーハ上の複数箇所で行い，前記複数箇所で求めた位置ずれ量を基にウェーハの大きな原点ずれやウェーハの回転を計算する（グローバルアライメント）。図４（ａ）においてアライメントはＮａ箇所で行っており（ステップ４０６），図４（ｂ）ではチップ４１８〜４２０の三箇所で行う例を示している（十字マークはアライメント位置を示している）。以降，所望の座標へ視野移動する際には，ここで求めた原点ずれ・回転をキャンセルするように移動を行う。
【００３９】
ウェーハレベルでのアライメントが終わったら，ステップ４０７において評価パターン（ＥＰ）毎にさらに精度の高い位置決め（アドレッシング）や画質調整を行い，ＥＰを撮像する。前記アドレッシングは各ＥＰへの視野移動の際に発生するステージシフト誤差をキャンセルするために行う。具体的には，まずＥＰ４３３にステージシフトする。すなわち，電子線２０４の垂直入射位置がＥＰ中心になるようにステージ２２１を移動する。電子線の垂直入射位置はＭｏｖｅ座標（以降，ＭＰ）と呼ばれ，ＥＰ４３３撮像時は十字マーク４２６で与えられる。ここではＭＰをＥＰの中心位置に設定する例で説明するが，ＭＰをＥＰの周囲に設定する場合もある。ＭＰ（十字マーク）４２６が決まると，そこからステージを動かさず，イメージシフトのみで視野移動可能な範囲４２７（点線枠）が決定する。もちろん，ＭＰにステージシフトしても，実際にはステージシフトの停止誤差分だけずれている。次にステップ４０８においてＳＥＭの撮像位置をアドレッシングパターン撮像用オートフォーカスパターン４２８（以降，ＡＦ）にイメージシフトして撮像し，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。次にステップ４０９においてＳＥＭの撮像位置をアドレッシングパターン４２９（以降，ＡＰ）に移動して撮像し，予め用意した前記ＡＰ４２９におけるマッチング用データ（テンプレート）とＳＥＭ画像とをマッチングすることによって，よりステージシフト誤差を計算する。以降のイメージシフトでは，前記計算したステージシフト誤差をキャンセルするように視野移動する。次にステップ４１０においてＳＥＭの撮像位置をＥＰ撮像用ＡＦ４３０にイメージシフトして撮像し，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。次にステップ４１１においてＳＥＭの撮像位置をオートスティグマパターン４３１（以降，ＡＳＴ）にイメージシフトして撮像し，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。前記オートスティグマとは，ＳＥＭ撮像時に歪みのない画像を取得するため，収束させた電子線の断面形状をスポット状になるように非点収差補正することを指す。次にステップ４１２においてＳＥＭの撮像位置をオートブライトネス＆コントラストパターン４３２（以降，ＡＢＣＣ）にイメージシフトして撮像し，オートブライトネス＆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。前記オートブライトネス＆コントラストとは，ＥＰ撮像時に適切な明度値及びコントラストをもつ鮮明な画像を取得するため，例えば二次電子検出器２０９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ことを指す。前記ＡＰ用のＡＦや，ＥＰ用のＡＰ，ＡＦ，ＡＳＴ，ＡＢＣＣへの視野移動はイメージシフトにより行うため，前記イメージシフト可能範囲４２７内で設定する必要がある。
【００４０】
ステップ４０７におけるアドレッシングや画質調整を行った後，ステップ４１３においてイメージシフトにより撮像箇所をＥＰに移動して撮像を行う。
【００４１】
ステップ４１４により上記処理（ステップ４０７〜ステップ４１３）を繰返すことにより全ＥＰの撮像が終わったら，ステップ４１５においてウェーハをＳＥＭ装置から取り出す。
【００４２】
なお，前述したステップ４０４，４０５，４０８〜４１２におけるアライメントや画質調整は場合によって，一部が省略される，あるいは順番が入れ替わる場合がある。また，本実施例は画像撮像装置としてＳＥＭ装置を例に説明しているため，二回目のグローバルアライメント（ステップ４０３）やＥＰ毎のアドレッシング・画質調整（ステップ４０７）に電子顕微鏡を用いているが，例えばＳＩＭ装置であれば代わりにイオン顕微鏡を用いることになる。
【００４３】
このような撮像シーケンスにおける撮像パターン，撮像順序，撮像条件は撮像レシピにより指定する。また，アライメントやアドレッシングに用いたマッチング用データ（テンプレート）も撮像レシピに登録される。さらに，アライメントやアドレッシングにおけるマッチングアルゴリズム（画像処理方法や画像処理パラメータ）も撮像レシピに登録することがきる。ＳＥＭは前記撮像レシピに基づきＥＰを撮像する。これにより，ステップ４０７からステップ４１５のウェーハ取り出しの前までの自動化だけでなく，ステップ４０１のウェーハ取り付け後からステップ４０２まで，更にはステップ４０３からステップ４０６までの自動化が可能となる。
２． グローバルアライメント
図１は本実施例に係るアライメントの全体処理フローであり，大きく撮像レシピ生成を行う処理ステップ群１００と，処理ステップ群１００で作成した撮像レシピに基づきＳＥＭ撮像を行う処理ステップ群１１１からなる。ステップ１１２〜ステップ１１９は図４（ａ）におけるステップ４０１〜４０６に対応する。以下，必要に応じて図５〜図１１を用いて詳細を補足しながら，処理フローを説明する。
２．１． 概要
本実施例は，グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備えた画像撮像装置を用いてウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する方法であって，前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップ１０１と，前記設計データを基にウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定するアライメントパターン候補決定ステップ１０７と，アライメントパターン候補決定ステップ１０７において決定したアライメントパターンに対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存するマッチング用データ作成ステップ１０８，１１０と，前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付けステップ１１２と，アライメントパターン候補決定ステップ１０７において決定したアライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンをグローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得ステップ１１３と，マッチング用データ作成ステップで作成したマッチング用データと撮像画像取得ステップで取得した撮像画像とをマッチングするマッチングステップ１１４と，前記マッチングの結果を基に，ウェーハの位置あるいは回転を推定するステップ１２０を含むことを特徴とする。なお、アライメントパターン候補として専用パターンを設けても良いが、回路パターンを用いることもできる。
【００４４】
良好なグローバルアライメントを行うためには，マッチング用データ（テンプレート）と光学顕微鏡による撮像画像（ＯＭ像）とのマッチングに適したアライメントパターンをウェーハ上から選択する必要がある。そこで，ウェーハ上に形成された回路パターンの設計データを基にアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度を基にアライメントパターン候補を決定することが有効である。
２．２． 詳細
２．２．１ 設計データ
図１中のステップ１０７以降の処理や表示に用いる設計データは，必要に応じステップ１０２において加工した設計データを用いることができる。図５（ａ）のウェーハ５０１内には四角枠で表示された符号５０２に代表されるチップが並べて配置されており（ｘ，ｙ方向のチップ間隔はそれぞれ符号５０３，５０４），各チップには同じ設計データのパターンが作成されている。ステップ１０１において入力される設計データには1チップ分の設計データ（図５（ｂ）の符号５０５。設計データの範囲のみ示し，回路パターンは省略して描画せず）が含まれる場合が一般的であるが，例えばアライメントパターン候補決定ステップ１０７において決定したいアライメントパターンの範囲はチップ間を跨るかもしれない。そこでステップ１０２において，図５（ｃ）に示すように，隣接チップがあることを想定して，ステップ１０１で入力した設計データ５０５の周囲にチップ間隔５０３，５０４を空けて前記設計データの一部５０８〜５１５を繋ぎ合せることを特徴とする（設計データをセグメンテーションした各領域のＩＤであるＡ〜Ｊは図５（ｂ）（ｃ）で対応）。図５（ｃ）のようなデータでアライメントパターン探索を行うことにより，例えばチップ間を跨るアライメントパターン候補５１６を決定することができる。繋ぎ合せる隣接チップの範囲５０６，５０７は，アライメントパターンのサイズ等を考慮して決定する。
２．２．２ アライメントパターン候補バリエーション
アライメントパターン候補決定ステップ１０７においては，光学顕微鏡の撮像条件やウェーハ積層膜の膜厚変動等によりＯＭ像が変化し，前記マッチングが失敗する危険性があるため，複数のアライメントパターン候補を決定しておくことを特徴とする。このことにより，いずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。図６（ａ）の符号６０１は回路パターンを省略せずに描画した1チップ分の設計データであり（符号５０５に対応），図６（ｂ）の符号６０２はチップ間隔５０３，５０４を空けて前記設計データ６０１の周囲に前記設計データ６０１の一部を繋ぎ合せた設計データである（図５（ｃ）に対応）。実線で描画した回路パターンはレイヤ１（例えば上層）に属するパターンであり，破線で描画した回路パターンはレイヤ２（例えば下層）に属するパターンである。設計データ６０２を基に複数のアライメントパターン候補を決定する例として，３つのアライメントパターン候補６０３〜６０５を決定した例を示す。
【００４５】
アライメントパターン候補決定ステップ１０７において決定される複数のアライメントパターン候補のバリエーションとして，符号６０３〜６０５等のウェーハ上におけるアライメントパターンの撮像位置（撮像視野。以降，Field of view：ＦＯＶと呼ぶ）の違いだけでなく，前記ＦＯＶ内でマッチングに使う部位（以降，テンプレート位置と呼ぶ）の違いも含む。すなわち，ＦＯＶ内においてもマッチングに適した領域とそうでない領域とが存在しうるため，ＦＯＶ内において選択的にマッチングに用いる領域を指定することができる。
【００４６】
図７（ａ）〜（ｄ）は、撮像位置は同じであるが，テンプレート位置が異なるアライメントパターン候補の例である。図７（ａ）〜（ｄ）内には，いずれにも十字パターン７０２と四角パターン７０３が含まれており，テンプレート位置を太線枠７０１，７０４〜７０７で示す。図７（ａ）は撮像範囲の全てをテンプレート位置７０１としてマッチングに用いるアライメントパターン候補である。一方，図７（ｂ）は，例えばＯＭ像における四角パターン７０３のコントラストが低い可能性がある等の理由により，十字パターン７０２を含む領域のみをテンプレート位置７０４として登録し，マッチングに用いるアライメントパターン候補である。その逆に図７（ｃ）は四角パターン７０３を含む領域のみをテンプレート位置７０５としてマッチングに用いるアライメントパターン候補である。図７（ｄ）は十字パターン７０２も四角パターン７０３も用いるが，そのパターン輪郭付近のみをテンプレート位置７０６，７０７としてマッチングに用いるアライメントパターン候補であり，このように複数の領域でアライメントパターンを与えることもできる。
【００４７】
図７（ｄ）は，例えばＯＭ像において設計データ上にはない模様がパターン７０２，７０３の周囲に現れてしまう場合において有効である。このような現象は光学顕微鏡２２２での撮像の際，散乱光の干渉等により発生しうるが，想定していなかった模様がＯＭ像に発生すると，テンプレートとＯＭ像との差分が大きくなり，マッチングが失敗する危険性が高くなる。予めどのようなＯＭ像が得られるかがわかれば，どのようなテンプレート位置が適切か判断することができるが，この判断が難しい場合は，図７（ａ）〜（ｄ）に代表されるテンプレート位置が異なるアライメントパターン候補を任意の組合せで撮像レシピに保存し，マッチングに利用することができる。撮像位置の異なるアライメントパターン候補と同様，いずれかのテンプレート位置が異なるアライメントパターン候補においてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのアライメントパターン候補においてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。
【００４８】
更に，前記複数のアライメントパターン候補のバリエーションとして，アライメントパターン撮像時の光学条件の違いも含む。前記光学条件とは，光の検出条件や撮像条件（照明光量や撮像倍率等）である。光の検出条件の例としては，波長／偏光フィルタの違いが挙げられる。これは，光学顕微鏡においてウェーハからの散乱光を検出して画像を生成する際，特定の波長成分あるいは偏光成分の散乱光をフィルタリングにより遮光または減光させて検出することを指し，前記特定の波長成分あるいは偏光成分を変更可能な光学顕微鏡であれば，その違いをアライメントパターン候補のバリエーションとしてもつことができる。
【００４９】
以上より，アライメントパターン候補のバリエーションには撮像位置，テンプレート位置，光学条件（光の検出条件や撮像条件）の違いをもたせることができ，そのバリエーションは模式的に図８のように表現することができる。符号８０１〜８１０はアライメントパターン候補のバリエーションの一部であり，例えば符号８０１は，撮像位置１（図６のアライメントパターン候補６０３の撮像位置に対応），太枠で囲んだテンプレート位置１−１（撮像範囲全てをマッチングに使用），光学顕微鏡での撮像倍率１のアライメントパターン候補である。符号８０２は，撮像位置１，太枠で囲んだテンプレート位置１−２（撮像範囲内において十字領域をマッチングに使用），光学顕微鏡での撮像倍率１のアライメントパターン候補である。符号８０７は，撮像位置２（図６のアライメントパターン候補６０４の撮像位置に対応），太枠で囲んだテンプレート位置２−１（撮像範囲全てをマッチングに使用），光学顕微鏡での撮像倍率２（撮像倍率１よりも高倍）のアライメントパターン候補である。光学条件のバリエーションは撮像倍率以外にも前述の検出条件や撮像条件の違いが含まれる（図８には多次元ベクトル空間のイメージでこれらの項目を複数軸で描いている）。
【００５０】
本実施例は図８に示すバリエーションの中から任意の組合せで複数のアライメントパターン候補およびそのマッチング用データを撮像レシピに登録して，その情報に基づいた光学顕微鏡による撮像，マッチングを行うことができる。
２．２．３ マッチング用データバリエーション
マッチング用データ作成ステップ１０８およびマッチング用データレシピ登録ステップ１１０において作成およびレシピ登録するマッチング用データとして以下のバリエーションが挙げられる。
【００５１】
アライメントパターンに対応する箇所の設計データをそのままマッチング用データとしてもよいし，ＯＭ像中のパターンとマッチングをし易くするために，実パターンの形状に近づけるような形状変形を施した設計データをマッチング用データとしてもよい（例えば，露光時の光近接効果を考慮してパターンの角を丸める等）。
【００５２】
図９の符号９０１〜９０３は例としてアライメントパターン６０４のマッチング用データとして作成した設計データのバリエーションを示す。マッチング用データ９０１〜９０３には実線で描かれたレイヤ１に属する四角パターン９０９，破線で描かれたレイヤ２に属する四角パターン９１０，破線で描かれたレイヤ２に属するＬ字パターン９１１が含まれる。マッチング用データ９０１は，アライメントパターン候補に対応する領域の設計データをそのままトリミングしたデータである。マッチング用データ９０２は，マッチング用データ９０１に対し，露光時の光近接効果を考慮してパターンの角を丸めた設計データである。マッチング用データ９０３は，レイヤ１のパターンがＯＭ像において観測しにくい，あるいは場合によりコントラストが変化し不安定となるような状況を想定し，マッチング用データ９０２からレイヤ１のパターンを除外した設計データである。
【００５３】
また，ＯＭ像とデータ形式や濃淡値を合せてマッチングし易くするために，設計データを画像データに変換したデータをマッチング用データとしてもよい。その際，アライメントパターン候補位置における設計データを基に，前記アライメントパターン候補を光学顕微鏡により撮像した際に得られる推定撮像画像を計算機内で複数通りエミュレートすることによって，複数のマッチング用データを作成することを特徴とする。前記エミュレートの実施例としては，例えばマッチング用データ９０２のように，実パターンの形状に近づけるような形状変形を設計データに施し，実パターン推定形状を生成した後，前記実パターン推定形状がＯＭ像においてどのように観察されるのかを計算機内で推定する。ＯＭ像のエミュレーションには，各レイヤの材質，膜厚情報あるいは，ウェーハ製造工程情報等のプロセス情報を用いてもよい。
【００５４】
前記プロセス情報はステップ１０３において入力可能である。設計データ（ＯＭ像における濃淡値はパターンの材質の他，パターン形状・密度等も影響する）や前記プロセス情報（例えば材質情報により光の反射率等が分かる）を用いることによってより正確にＯＭ像におけるパターンの濃淡値を推定することができる。ただし，実パターン形状やＯＭ像での濃淡情報を正確に推定することは困難な場合がある。そこで想定される形状変形や見え方の違いを複数通りエミュレートすることによって，各アライメントパターン候補について複数のマッチング用データを作成することを特徴とする。このことにより，いずれかのマッチング用データにおいてマッチングが失敗したとしても，他のいずれかのマッチング用データにおいてマッチングが成功すれば，グローバルアライメントを成功させることができる。
【００５５】
図９の符号９０４〜９０７は例としてアライメントパターン６０４のマッチング用データとして作成したエミュレーション画像のバリエーションを示す。マッチング用データ９０４は設計データやプロセス情報を用いてＯＭ像をエミュレートした濃淡画像である。図ではレイヤ１，２，下地毎に異なる濃淡値をもつ３値画像として表示されているが，例えばパターン境界にグラデーションをもつ２５６階調等の濃淡画像とすることもできる。マッチング用データ９０５はレイヤ１のパターン９０９が消失あるいは低コントラストである濃淡画像である。マッチング用データ９０６はレイヤ２が観測しづらく，パターン９１０が消失，パターン９１１が低コントラストである濃淡画像である。マッチング用データ９０７はマッチング用データ９０４に対して濃淡値を変化させて作成した濃淡画像である。
【００５６】
図９のマッチング用データ９０３，９０６等においては，低コントラストあるいは場合により濃淡値が変化し不安定となるような状況が想定されるパターンあるいはレイヤを除外する例を示したが，代わりにマッチングアルゴリズムにおいて特定のパターンあるいはレイヤ毎に重みを設定し，前記低コントラストあるいは不安定な領域をマッチングに反映しないようにすることもできる（重みを０又は非常に小さく設定する）。
２．２．４ 適正度
アライメントパターン候補算出ステップ１０７において設計データを基にアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度を基にアライメントパターン候補を決定し，また前記適正度を基にアライメント時に用いるアライメントパターン候補の順番を決定することを特徴とする。
【００５７】
前記適正度の算出方法の例としては，アライメントパターン候補内の回路パターンが特徴的であり，テンプレート（マッチング用データ）とＯＭ像とのマッチングがし易く，かつマッチング位置が一意に求まるかを判断基準に算出することが考えられる。
【００５８】
また，光学顕微鏡で観察可能と予想される回路パターンの積層レイヤ群を指定し，前記指定した任意の積層レイヤにマッチングステップ１１４において行われるマッチングに適したパターンが含まれるかを基に前記適正度を算出することが考えられる。前記回路パターンの設計データには複数のレイヤ情報が含まれることがあるが，画像撮像装置に取り付けたウェーハにおいて前記複数のレイヤ情報のパターンが形成されているとは限らない。また，レイヤ膜の材質によっては光学顕微鏡での観察ができない場合がある（例えばＳｉＯ２等の酸化膜は透明に近い）。よって，各レイヤの材質，膜厚情報あるいは，ウェーハ製造工程情報等のプロセス情報を基に光学顕微鏡で観察可能と予想される回路パターンの積層レイヤ群を指定することを特徴とする。このことにより，観察可能と予想されるレイヤにおいてマッチングに適したパターンが含まれるかを基に適正度を計算する。ただし，例えば膜厚はウェーハ面内で均一でない場合もあり，前記プロセス情報が正確に与えられるとは限らない。また，光学顕微鏡においてパターンがどのように観測されるかを正確に推定することは困難な場合がある。そのため，前記指定した積層レイヤの全てにマッチングに適したパターンが含まれるかを基に適正度を計算することを特徴とする。このことにより，ＯＭ像においていずれかのレイヤが消失しても他のレイヤのパターンを用いてマッチングを成功させることができる。
【００５９】
また，設計データを基にアライメントパターン候補内に含まれる回路パターン形状の対称性を考慮して前記適正度を算出することが考えられる。マッチング用データ（テンプレート）の作成において精度の高い光学顕微鏡のエミュレーションが困難な場合は，テンプレートとＯＭ像との差分が大きくなり，マッチングが失敗する危険性が高くなる。しかし，前述のようにアライメントパターン候補内に含まれるパターン形状の対称性が高ければ，多少パターンの見え方が変化しても，テンプレート（マッチング用データ），ＯＭ像それぞれの重心を合せる等のマッチングアルゴリズムにより，マッチングを成功させることができる。
【００６０】
前述の特徴的なパターンであるか，任意レイヤのパターンを含むか，パターン対称性等の判断基準は適正度算出にあたって考慮する判断基準の例であり，その他の判断基準を適宜考慮して前記適正度を計算することができる。図１０は図６におけるアライメントパターン６０３〜６０５の適正度を前述の判断基準を基に算出した結果である。アライメントパターン６０３はレイヤ１のパターンしか含んでいないが，アライメントパターン６０４はレイヤ１，２両方のパターンを含んでいる。そのためアライメントパターン６０４は，どちらかのレイヤ消失に対してもロバストなマッチングが可能であることが期待できる。一方，アライメントパターン６０３内のパターン形状は上下左右対称であり，対称性の観点からはアライメントパターン６０４よりも有利といえる。しかし本例では，レイヤ消失に対するロバスト性を特に重視して，アライメントパターン６０３よりもアライメントパターン６０４により高い適正度を設定している。レイヤ１，２両方のパターンを含んでおり，かつパターン形状の対称性が高いアライメントパターン６０５はアライメントパターン６０４よりも高い適正度を得ている。
【００６１】
また，適正度はアライメントパターン候補に対してだけでなく，マッチング用データ（テンプレート）に対しても算出することを特徴とする。すなわちマッチング用データ作成ステップ１０８において設計データを基にマッチング用データとしての適正度を評価し，前記適正度を基にマッチング用データを決定し，また前記適正度を基にアライメント時に用いるマッチング用データの順番を決定することを特徴とする。マッチング用データの適正度の算出方法としては，ＯＭ像との類似可能性を判断基準に算出することが考えられる。すなわち，発生しうるＯＭ像の変化に対応するため，複数のマッチング用データを用意するが，前記変化の中で発生頻度の高いものに対応するためのマッチング用データには高い適正度を与える。
【００６２】
アライメントパターン候補算出ステップ１０７，マッチング用データ作成ステップ１０８において，アライメントパターン候補やマッチング用データの決定およびこれらの適正度を計算する際には，前述の設計データやプロセス情報の他に，光学顕微鏡２２２において設定可能な光学条件（波長／偏光フィルタ，撮像倍率，照明光の光量等），ステップ１１４において用いるマッチングアルゴリズム（複数可），過去に撮像したＯＭ像の情報を用いることができる（入力はそれぞれステップ１０４〜１０６で行う）。設定可能な光学条件によりマッチング用データ作成において適切なエミュレーションを行うことができる。また，前記設定可能な光学条件やマッチングアルゴリズムのバリエーションにより，準備すべきアライメントパターン候補やマッチング用データのバリエーションも決まる。また過去のＯＭ像を基に前記適正度の決定ルールを適切に設定することができる。
２．２．５ ユーザ提示＆判定
アライメントパターン候補やマッチング用データはステップ１０９においてユーザにＧＵＩ等を通じて提示することができ，ユーザは必要に応じて（１）撮像レシピに登録するアライメントパターン候補やマッチング用データの選定，（２）アライメントパターンやマッチング用データの適正度変更，あるいは適正度算出ルールの変更，（３）設定可能な光学条件やマッチングアルゴリズムの変更・指定等を行うことができる。
【００６３】
ステップ１１０においては，アライメントパターン候補の位置／光学条件／適正度，マッチング用データ／適正度，マッチングアルゴリズムを撮像レシピに登録することができる。
２．２．６ アライメント
ステップ１１４において行ったマッチング成否をステップ１１５で判定し，マッチングが成功するまで撮像レシピに登録された複数のマッチング用データを変えながらステップ１１３で撮像したＯＭ像とのマッチングを繰り返し行う，あるいは撮像レシピに登録された複数のマッチング用データの中からステップ１１３で撮像したＯＭ像と最も類似したマッチング用データを用いてマッチングを行うことを特徴とする。また，このようにマッチング用データを変更してもマッチングに失敗したときは，マッチングが成功するまで撮像レシピに登録されたアライメントパターン候補を変更し，変更後のアライメントパターン候補の撮像（ステップ１１３），マッチング（ステップ１１４）を行う。アライメントパターン候補の変更には光学顕微鏡による撮像を伴うため，先にマッチング用データの変更を行う。
【００６４】
アライメントパターン候補やマッチング用データの変更は，ステップ１０７，１０８で求めた適正度順に行うことで，より少ないマッチング回数あるいは撮像回数でマッチングに成功することが期待できる。マッチングに成功するとステップ１１６において位置ずれ量や回転量を算出することができる。
２．２．７ 適正度変更
アライメントパターン撮像ステップ１１３において撮像したＯＭ像あるいはマッチングステップ１１４におけるマッチングの成否（あるいは信頼度）を基に，ステップ１１７において各アライメントパターン候補あるいはマッチング用パターンに対する適正度の値あるいは適正度算出ルールを更新・変更することを特徴とする。
【００６５】
ステップ１０７，１０８で算出されたアライメントパターン候補やマッチング用パターンの適正度は推定値なので，実際とは異なる場合がある。例えば，見えると想定していたレイヤあるいはパターンが実際には低コントラストであった，あるいは散乱光の干渉等により実際のＯＭ像には設計データ上にはない模様が現れてしまった等である。アライメントパターンのＯＭ像を取得した段階で，ＯＭ像における実際のパターンの見え方が分かるため，これを基に前記適正度を更新することができる。また，設計データ上は同じパターンをもつアライメントパターンであっても，ウェーハ面内の位置等に依存して実際には多少異なるＯＭ像が得られることもある。このような場合，同一設計データ上のアライメントパターンであっても複数枚のＯＭ像を取得することによって，ＯＭ像の見え方のバリエーションを知ることができ，これを基に前記適正度を更新することができる。例えば見え方が変化する部位がテンプレート位置の外にあるアライメントパターン候補に高い適正度を設定する等である。同様にアライメントパターン候補とＯＭ像との実際のマッチング結果の成否を基に前記適正度を更新することができる。
【００６６】
このように過去に撮像したＯＭ像や過去のマッチング結果を適正度に反映することにより，より正確な適正度を設定することが可能となり，ステップ１１５の判定によりマッチングが成功するまで適正度順にアライメントパターン候補やマッチング用データを変更した際，より少ない撮像回数でマッチングに成功することができるようになる。
２．２．８ ＳＥＭアライメント
ＯＭ像を用いたアライメント後，ステップ１１８においてＳＥＭ画像を用いた精度の高いアライメントを行うことができる（図４（ａ）中のステップ４０３に対応）。上記実施例において述べてきたアライメントパターン候補やマッチング用データの決定，およびそれらの適正度の算出はＯＭ像を用いたアライメント用のものであったが，同様の手段により，ＳＥＭ画像を用いたアライメント用のアライメントパターン候補やマッチング用データの決定，およびそれらの適正度の算出を行い，ＳＥＭアライメントステップ１１８で用いることができる（例えばマッチング用データ作成における光学顕微鏡による撮像を模擬したエミュレーション処理は，ＳＥＭでの撮像を模擬したエミュレーション処理に置き換わる）。この場合ステップ１１８は図１１のようになる。
【００６７】
ステップ１１０１においてＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターンに視野移動し，ステップ１１０２において前記フォーカスパターン中のあるオートフォーカス範囲（例えば全撮像範囲）でオートフォーカス調整値を算出する。ステップ１１０３において，もしオートフォーカスに失敗したと判定した場合，ステップ１１０２に戻りオートフォーカス範囲を変更して（例えば撮像範囲の一部），再度オートフォーカス調整値を算出する，あるいはステップ１１０１に戻りオートフォーカスパターンを変更して視野移動する。これをオートフォーカスパターン，オートフォーカス範囲の適正度順に繰り返し，ステップ１１０３においてオートフォーカスに成功したと判断されれば，成功した際のオートフォーカス調整値でオートフォーカスを行う（ステップ１１０４）。ステップ１１０５においてオートフォーカス位置の撮像画像やオートフォーカスの成否を基にオートフォーカスパターン，オートフォーカス範囲の適正度の値あるいは適正度算出ルールを更新・変更することができる。
【００６８】
ステップ１１０６〜１１１０はステップ１１０１〜１１０５に対し，ＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターンをＳＥＭアライメントパターン，オートフォーカス範囲をマッチング用データ（テンプレート），オートフォーカスをテンプレート（マッチング用データ）とＳＥＭ画像とのマッチングに置き換えたものである。
３． システム構成
本発明におけるシステム構成の実施例を図１２を用いて説明する。
【００６９】
図１２（ａ）において符号１２０１はマスクパターン設計装置，符号１２０２はマスク描画装置，符号１２０３はマスクパターンのウェーハ上への露光・現像装置，符号１２０４はウェーハのエッチング装置，符号１２０５および１２０７はＳＥＭ装置，符号１２０６および１２０８はそれぞれ前記ＳＥＭ装置を制御するＳＥＭ制御装置，符号１２０９はＥＤＡ（Electronic Design Automation）ツールサーバ，符号１２１０はデータベースサーバ，符号１２１１はデータベースを保存するストレージ，符号１２１２は撮像・計測レシピ作成演算装置，符号１２１３は撮像・計測レシピサーバ，符号１２１４はパターン形状の計測・評価を行う画像処理装置画像処理サーバであり，これらはネットワーク１２１５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１２１０にはストレージ１２１１が取り付けられており，（ａ）設計データ（マスク設計データ（ＯＰＣなし／あり），ウェーハ転写パターン設計データ），（ｂ）生成された撮像・計測レシピ，（ｃ）撮像した画像（ＯＭ像，ＳＥＭ画像），（ｄ）撮像・評価結果（ＯＭ像とアライメントパターンのテンプレートとのマッチング結果（マッチング位置，成否，信頼度），パターン測長値，画像特徴量，パターン輪郭線等），（ｅ）撮像・計測レシピの決定ルール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１２０５，１２０７がネットワーク１２１５に接続されているが，任意の複数台のＳＥＭ装置において撮像・計測レシピをデータベースサーバ１２１０あるいは撮像・計測レシピサーバ１２１３により共有することが可能であり，一回の撮像・計測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（ストレージ）１２１１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なり，これを参照することにより良好な撮像・計測レシピ生成の一助とすることができる。
【００７０】
図１２（ｂ）は一例として図１２（ａ）上におけるＳＥＭ制御装置（Ａ）１２０６，ＳＥＭ制御装置（Ｂ）１２０８，ＥＤＡツールサーバ１２０９，データベースサーバ１２１０，撮像・計測レシピ作成演算装置１２１２，撮像・計測レシピサーバ１２１３，画像処理サーバ１２１４を一つの装置１２１６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。
４． ＧＵＩ
本実施例における各種情報の入力，撮像レシピ生成・出力の設定あるいは表示を行うＧＵＩ例を図１３に示す。図１３中のウィンドウ１３０１内に描画された各種情報は一画面中，あるいは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１３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や数値の範囲，あるいは文字列であることを示す。
【００７１】
ボタン１３０９，１３１０を押すことによって，それぞれウェーハ上のチップ配列や回路パターンの設計データを入力することができる。前記チップ配列はマップ１３０２のように図として表示するができる。グローバルアライメントを行うチップはマップ１３０２上で指定することができ，マップ１３０２では指定されたチップに十字マークがつけられている。指定されたチップの番号や座標は表１３０４のように一覧表示することができる。マップ１３０２上で指定した領域の設計データをウィンドウ１３０５に表示することができる。本例ではマップ１３０２上で指定した領域１３０３（太枠）内の設計データがウィンドウ１３０５に表示されている。領域１３０３がいくつかのチップに跨っているため，ウィンドウ１３０５には図５を用いて説明したように隣接設計データを組合せた設計データが表示されている。チップあたりのアライメント回数は1回でもよいし，複数回行ってもよい（1回の場合も複数回の場合もアライメントパターン候補は複数用意し，希望する回数だけアライメントが成功するまでアライメントパターン候補を変えて処理を行う）。また，アライメントパターン候補はチップ単位ではなく，チップ間に跨るパターンを設定してもよい（例えば図６中のアライメントパターン候補６０３）。さらにアライメントパターン候補はチップ毎に個別に設定してもよい（同一設計データであってもウェーハ面内での位置によって異なるアライメントパターンを用いることができる）。
【００７２】
ボタン１３１１，１３１２を押すことによって，それぞれ光学顕微鏡やＳＥＭを用いたアライメントパターン候補やオートフォーカスパターン候補の自動選択を行うことができる。ＳＥＭを用いたアライメントパターン自動選択においてはチェックボックス１３１３により，どのパターンを自動選択するか指定することができる。本例ではアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターンとアライメントパターンにチェックがつけられており，同パターンを選択する例であるが，アライメントパターン撮像用オートスティグマパターン等を自動選択することもできる。また，ユーザは前記候補をウィンドウ１３０５においてマニュアルで指定することもできる。前記候補はウィンドウ１３１５，１３２９，１３３０に表示することができ，ユーザは自動選択をそのまま撮像レシピに登録することも，修正を加えてから登録することもできる。ボタン１３１４はレシピ登録ボタンである。
【００７３】
ウィンドウ１３１５は，光学顕微鏡を用いたアライメントパターン候補の一覧である。表１３１６に撮像位置候補の座標，ＦＯＶ，光学条件，適正度が表示されており，表１３１８に前記撮像位置候補のＦＯＶに対応する設計データが表示されている（表１３１６，１３１８におけるＩＤは対応する）。また，表１３１６，１３１８において候補をマウス等で選択することにより，設計データ上での位置や，（データベース上に以前撮像したデータが保存されていれば）対応するＯＭ像を表示し，各種判断材料に用いることができる。本例ではＩＤが1の撮像位置候補が選択されており，選択されたことを示す灰色の枠１３１７，１３２２が表示されている。前記選択された撮像位置１３１９の設計データ上での位置は枠１３０６として表示されており，対応するＯＭ像は１３２３に表示されている。本例では一枚のＯＭ像が表示されているが，過去に撮像した対応するＯＭ像が複数存在する場合は並べて表示することができる。
【００７４】
また，前記選択された撮像位置１３１９におけるマッチング用データ（テンプレート）の候補は表１３２４，１３２５に表示されている（他の撮像位置候補である１３２０や１３２１が選択された場合は，それに対応するマッチング用データ候補の一覧が表示される）。表１３２４にはマッチング用データのテンプレート位置（ＦＯＶ内でマッチングに使う部位）や適正度が表示されており，表１３２５に前記マッチング用データの設計データにおけるテンプレート位置が表示されている（表１３２４，１３２５におけるＩＤは対応する）。本図では３つのテンプレート位置候補１３２６〜１３２８が表示されており，マッチングに使う部位は太枠で囲まれている。マッチングに使う部位はテンプレート位置１３２６のように1つの部位の場合もあるし（本例は全撮像範囲がテンプレート位置），テンプレート位置１３２７のように４つの部位から成る場合もある。本例ではマッチング用データ候補のバリエーションとしてテンプレート位置が異なる３つのデータ１３２６〜１３２８を表示しているが，図９に示したような，設計データ／画像データの違い，パターン／レイヤの有無，パターン形状の変形，エミュレーションの違いによる濃淡値の違い等をバリエーションとしたマッチング用データ候補を表１３２４，１３２５に表示することができる。
【００７５】
また，表１３１６，１３１８，１３２４，１３２５に表示したアライメントパターン候補やマッチング用データ候補の追加／削除，あるいは各種情報（座標，光学条件，適正度，等）の更新をユーザが行うことができる。例えば，ＯＭ像１３２３を見るとパターンエッジ（回路パターンと下地の境界）におけるコントラストは全てのエッジにおいて一様ではなく，またＦＯＶの中央に設計データにはない模様が発生していることから，マッチング用データ候補１３２７のようにコントラストの高いエッジを含み，かつそれ以外の領域を含まないテンプレート位置が望ましい。もしマッチング用データ候補１３２７の適正度が低ければ，ＯＭ像の情報を基に，前記候補の適正度を上げることができる。
【００７６】
ウィンドウ１３２９，１３３０には，ウィンドウ１３１５と同様，ＳＥＭを用いたアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン候補，アライメントパターン候補の一覧をそれぞれ表示することができる。図１３中のウィンドウ１３２９の詳細を図１４（ａ）中のウィンドウ１３２９に示す。表１４０１は，ＳＥＭを用いたアライメントパターン候補の一覧である。表１４０１に撮像位置候補の座標，ＦＯＶ，ＳＥＭの撮像条件，適正度が表示されており，表１４０３に前記撮像位置候補のＦＯＶに対応する設計データが表示されている（表１４０１，１４０３におけるＩＤは対応する）。また，表１４０１，１４０３において候補をマウス等で選択することにより，設計データ上での位置や，（データベース上に以前撮像したデータが保存されていれば）対応するＳＥＭ画像を表示し，各種判断材料に用いることができる。本例ではＩＤが1の撮像位置候補が選択されており，選択されたことを示す灰色の枠１４０２，１４０７が表示されている。前記選択された撮像位置１４０４の設計データ上での位置は図１３において枠１３０７として表示されており，対応するＳＥＭ画像はウィンドウ１４０８に表示することができる。ただし本例は過去に撮像したＳＥＭ画像が存在しない例であり，ウィンドウ１４０８には何も表示されていない。なお，符号１４０５，１４０６は撮像位置候補を示す。また，前記選択された撮像位置１３１９におけるオートフォーカス範囲の候補は表１４０９，１４１０に表示されている。本例は撮像位置候補１４０４におけるオートフォーカス範囲の候補が一つしか存在しない例である（オートフォーカス範囲候補１４１１のみ）。
【００７７】
図１４（ｂ）ウィンドウ１３３０は，ＳＥＭを用いたアライメントパターン候補の一覧である。内容はウィンドウ１３１５，１３２９と同様なので説明は省略する。ここで選択された撮像位置１４１６の設計データ上での位置は図１３において枠１３０８として表示されている。なお，符号１４１２，１４１４は撮像位置候補一覧表を、符号１４１５，１４１７は撮像位置候補を、符号１４１３，１４１８は選択された撮像位置候補を、符号１４１９はＳＥＭ画像を、符号１４２０，１４２１はマッチング用データ候補一覧表を、符号１４２２，１４２３はテンプレート位置候補を示す。
【００７８】
本実施例は以上の手段により，画像撮像装置において，グローバルアライメントを安定かつ自動に行うことができる。これにより，画像撮像装置の撮像位置精度向上および自動化率向上が実現する。
【００７９】
なお，本発明は上記した実施例に限定されるものではなく，様々な変形例が含まれる。例えば，上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり，必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また，ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり，また，ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また，各実施例の構成の一部について，他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００８０】
また，上記の各構成，機能，処理部，処理手段等は，それらの一部又は全部を，例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また，上記の各構成，機能等は，プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し，実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム，テーブル，ファイル等の情報は，メモリや，ハードディスク，ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置，または，ＩＣカード，ＳＤカード，ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００８１】
また，制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており，製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
２００…ｘ−ｙ−ｚ座標系（電子光学系の座標系），２０１…半導体ウェーハ，２０２…電子光学系，２０３…電子銃，２０４…電子線（一次電子），２０５…コンデンサレンズ，２０６…偏向器，２０７…ＥｘＢ偏向器，２０８…対物レンズ，２０９…二次電子検出器，２１０、２１１…反射電子検出器，２１２〜２１４、２２３…Ａ／Ｄ変換器，２１５…処理・制御部，２１６…ＣＰＵ，２１７…画像メモリ，２１８、２２７…処理端末，２１９…ステージコントローラ，２２０…偏向制御部，２２１…ステージ，２２２…光学顕微鏡，２２４…レシピ作成部，２２５…撮像レシピ作成装置，２２６…計測レシピ作成装置，２２８…データベースサーバ，２２９…データベース（ストレージ），２３０…ネットワーク，３０１〜３０６…収束電子線の入射方向，３０７…半導体ウェーハ，３０８…Ｉｘ−Ｉｙ座標系（画像座標系），３０９…画像フレーム，４１６…ウェーハ，４１７〜４２０、４２１…チップ，４２２…ＯＭアライメントパターン候補，４２３…ＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン候補，４２４…ＳＥＭアライメントパターン候補，４２５…設計データの一部拡大範囲，４２６…ＭＰ，４２７…ＭＰからのイメージシフト可能範囲，４２８…ＡＦ，４２９…ＡＰ，４３０…ＡＦ，４３１…ＡＳＴ，４３２…ＡＢＣＣ，４３３…ＥＰ，５０１…ウェーハ，５０２…チップ，５０３，５０４…チップ間距離，５０５…チップの設計データ，５０６、５０７…繋ぎ合せる隣接チップの範囲，５０８〜５１５…設計データの一部，５１６…アライメントパターン候補，６０１…設計データ，６０２…隣接チップの設計データを組合せた設計データ，６０３〜６０５…アライメントパターン候補，７０１、７０４〜７０７…テンプレート位置，７０２、７０３…回路パターン，８０１〜８１０…アライメントパターン候補，９０１〜９０７…マッチング用データ候補，９０９〜９１１…回路パターン，１２０１…マスクパターン設計装置，１２０２…マスク描画装置，１２０３…露光・現像装置，１２０４…エッチング装置，１２０５、１２０７…ＳＥＭ装置，１２０６、１２０８…ＳＥＭ制御装置，１２０９…ＥＤＡツールサーバ，１２１０…データベースサーバ，１２１１…データベース（ストレージ），１２１２…撮像・計測レシピ作成演算装置，１２１３…撮像・計測レシピサーバ，１２１４…画像処理サーバ（形状計測・評価），１２１５…ネットワーク，１２１６…ＥＤＡツール、データベース管理、撮像・計測レシピ作成、画像処理（形状計測・評価）、撮像・計測レシピ管理、ＳＥＭ制御用統合サーバ＆演算装置，１３０１…ＧＵＩウィンドウ，１３０２…マップ，１３０３…選択チップ，１３０４…選択チップ情報表示リスト，１３０５…設計データ用ウィンドウ，１３０６…ＯＭアライメントパターン候補，１３０７…ＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン候補，１３０８…ＳＥＭアライメントパターン候補，１３０９…チップ配列入力ボタン，１３１０…設計データ入力ボタン，１３１１…ＯＭアライメントパターン自動選択ボタン，１３１２…ＳＥＭアライメントパターン自動選択ボタン，１３１３…選択パターン選択チェックボックス，１３１４…レシピ登録ボタン，１３１５…ＯＭアライメントパターン候補情報一覧用ウィンドウ，１３１６、１３１８…撮像位置候補一覧表，１３１７、１３２２…選択された撮像位置候補，１３１９〜１３２１…撮像位置候補，１３２３…ＯＭ像，１３２４、１３２５…マッチング用データ候補一覧表，１３２６〜１３２８…テンプレート位置候補，１３２９…ＳＥＭアライメントパターン撮像用オートフォーカスパターン候補情報一覧用ウィンドウ，１３３０…ＳＥＭアライメントパターン候補情報一覧用ウィンドウ，１４０１、１４０３…撮像位置候補一覧表，１４０２、１４０７…選択された撮像位置候補，１４０４〜１４０６…撮像位置候補，１４０８…ＳＥＭ画像表示ウィンドウ，１４０９、１４１０…オートフォーカス範囲候補一覧表，１４１１…オートフォーカス範囲候補，１４１２、１４１４…撮像位置候補一覧表，１４１３、１４１８…選択された撮像位置候補，１４１５〜１４１７…撮像位置候補，１４１９…ＳＥＭ画像，１４２０、１４２１…マッチング用データ候補一覧表，１４２２、１４２３…テンプレート位置候補。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備えた画像撮像装置を用いてウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像方法であって，
前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップと，
前記設計データを基にウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定するアライメントパターン候補決定ステップと，
前記アライメントパターン候補決定ステップにおいて決定したアライメントパターンに対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存するマッチング用データ作成ステップと，
前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付けステップと，
前記アライメントパターン候補決定ステップにおいて決定したアライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンを前記グローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得ステップと，
前記マッチング用データ作成ステップで作成したマッチング用データと前記撮像画像取得ステップで取得した取得撮像画像とをマッチングするマッチングステップと，
前記マッチングステップでの結果を基に，前記ウェーハの位置ずれ量や回転量を算出することを特徴とする画像撮像方法。
【請求項２】
請求項１記載の画像撮像方法において，
前記アライメントパターン候補の適正度は，前記グローバルアライメント用の光学顕微鏡で観察可能と予想される前記回路パターンの積層レイヤ群を指定し，前記指定した任意の積層レイヤに前記マッチングステップにおいてマッチングに適したパターンが含まれるかを基に算出することを特徴とする画像撮像方法。
【請求項３】
請求項１記載の画像撮像方法において，
前記マッチング用データ作成ステップでは，前記アライメントパターン候補位置における設計データを基に，前記アライメントパターン候補を前記グローバルアライメント用の光学顕微鏡により撮像した際に得られる推定撮像画像を計算機内で複数通りエミュレートすることによって，複数のマッチング用データを作成し，レシピに保存することを特徴とする画像撮像方法。
【請求項４】
請求項３記載の画像撮像方法において，
前記マッチングステップでは，マッチングの成否を判定しマッチングが成功するまで前記複数のマッチング用データを変えながら前記取得撮像画像とのマッチングを繰り返し行う，あるいは前記複数のマッチング用データの中から前記取得撮像画像と最も類似したマッチング用データを用いてマッチングを行うことを特徴とする画像撮像方法。
【請求項５】
請求項１記載の画像撮像方法において，
前記マッチングステップにおいてマッチングの成否を判定し，前記撮像画像取得ステップと前記マッチングステップは前記マッチングステップにおいてマッチングが成功するまで繰り返し行い，前記撮像画像取得ステップでは前記アライメントパターン候補決定ステップにおいて求めた適正度の高いアライメントパターン候補から順に撮像を行うことを特徴とする画像撮像方法。
【請求項６】
請求項１記載の画像撮像方法において，
前記取得撮像画像あるいは前記マッチングステップにおけるマッチングの成否を基に，各アライメントパターン候補に対する適正度の値を更新することを特徴とする画像撮像方法。
【請求項７】
グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備え，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像装置であって，
前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力手段と，
前記設計データを基に前記ウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定すると共に、決定した前記アライメントパターン候補に対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存する撮像レシピ作成手段と，
前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付け手段と，
前記撮像レシピ作成手段において決定した前記アライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンをグローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得手段と，
前記撮像レシピ作成手段で作成した前記マッチング用データと前記撮像画像取得手段で取得した撮像画像とをマッチングするマッチング手段とを有し，
前記マッチング手段で得られた結果を基に，前記ウェーハの位置ずれ量や回転量を算出することを特徴とする画像撮像装置。
【請求項８】
グローバルアライメント用の光学顕微鏡と，前記光学顕微鏡からの画像信号を記憶する記憶部と，前記画像信号に基づく画像を表示する表示部とを備え，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像装置であって，
前記表示部は，更にグローバルアライメント用の複数のアライメントパターン候補の撮像位置候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項９】
請求項８記載の画像撮像装置において，
前記撮像位置候補一覧表は，撮像位置候補の座標，ＦＯＶ，光学条件，アライメントパターンとしての適正度を含むことを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１０】
請求項８記載の画像撮像装置において，
前記表示部は，更に前記光学顕微鏡からの画像信号に基づく画像とマッチングを取るための、前記アライメントパターン候補毎の複数のマッチング用データ候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の画像撮像装置において，
前記複数のマッチング用データ候補一覧表は，マッチング用データのテンプレート位置，マッチング用データとしての適正度を含むことを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１２】
請求項８記載の画像撮像装置において，
前記画像撮像装置は荷電粒子線用の走査荷電粒子顕微鏡を備え，
前記記憶部は，更に前記走査荷電粒子顕微鏡からの画像信号を記憶するものであり，
前記表示部は，更に前記走査荷電粒子線顕微鏡を用いたグローバルアライメント用の複数のアライメントパターン候補の撮像位置候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の画像撮像装置において，
前記表示部は，更に前記走査荷電粒子線顕微鏡からの画像信号に基づく画像とマッチングを取るための、前記走査荷電粒子線顕微鏡を用いたグローバルアライメント用の複数のアライメントパターン候補毎の複数のマッチング用データ候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１】
グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備えた画像撮像装置を用いてウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像方法であって，
前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力ステップと，
前記設計データを基にウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定するアライメントパターン候補決定ステップと，
前記アライメントパターン候補決定ステップにおいて決定したアライメントパターンに対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存するマッチング用データ作成ステップと，
前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付けステップと，
前記アライメントパターン候補決定ステップにおいて決定したアライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンを前記グローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得ステップと，
前記マッチング用データ作成ステップで作成したマッチング用データと前記撮像画像取得ステップで取得した取得撮像画像とをマッチングするマッチングステップと，
前記マッチングステップでの結果を基に，前記ウェーハの位置ずれ量や回転量を算出することを特徴とする画像撮像方法。
【請求項２】
請求項１記載の画像撮像方法において，
前記アライメントパターン候補の適正度は，前記グローバルアライメント用の光学顕微鏡で観察可能と予想される前記回路パターンの積層レイヤ群を指定し，前記指定した任意の積層レイヤに前記マッチングステップにおいてマッチングに適したパターンが含まれるかを基に算出することを特徴とする画像撮像方法。
【請求項３】
請求項１記載の画像撮像方法において，
前記マッチング用データ作成ステップでは，前記アライメントパターン候補位置における設計データを基に，前記アライメントパターン候補を前記グローバルアライメント用の光学顕微鏡により撮像した際に得られる推定撮像画像を計算機内で複数通りエミュレートすることによって，複数のマッチング用データを作成し，レシピに保存することを特徴とする画像撮像方法。
【請求項４】
請求項３記載の画像撮像方法において，
前記マッチングステップでは，マッチングの成否を判定しマッチングが成功するまで前記複数のマッチング用データを変えながら前記取得撮像画像とのマッチングを繰り返し行う，あるいは前記複数のマッチング用データの中から前記取得撮像画像と最も類似したマッチング用データを用いてマッチングを行うことを特徴とする画像撮像方法。
【請求項５】
請求項１記載の画像撮像方法において，
前記マッチングステップにおいてマッチングの成否を判定し，前記撮像画像取得ステップと前記マッチングステップは前記マッチングステップにおいてマッチングが成功するまで繰り返し行い，前記撮像画像取得ステップでは前記アライメントパターン候補決定ステップにおいて求めた適正度の高いアライメントパターン候補から順に撮像を行うことを特徴とする画像撮像方法。
【請求項６】
請求項１記載の画像撮像方法において，
前記取得撮像画像あるいは前記マッチングステップにおけるマッチングの成否を基に，各アライメントパターン候補に対する適正度の値を更新することを特徴とする画像撮像方法。
【請求項７】
グローバルアライメント用の光学顕微鏡を備え，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像装置であって，
前記回路パターンの設計データを入力する設計データ入力手段と，
前記設計データを基に前記ウェーハのアライメントパターンとしての適正度を評価し，前記適正度に基づきアライメントパターン候補を複数決定すると共に、決定した前記アライメントパターン候補に対応する設計データあるいは設計データから作成した画像データをマッチング用データとしてレシピに保存する撮像レシピ作成手段と，
前記画像撮像装置に前記ウェーハを取り付けるウェーハ取り付け手段と，
前記撮像レシピ作成手段において決定した前記アライメントパターン候補に対応する前記ウェーハ上のパターンをグローバルアライメント用の光学顕微鏡を用いて撮像する撮像画像取得手段と，
前記撮像レシピ作成手段で作成した前記マッチング用データと前記撮像画像取得手段で取得した撮像画像とをマッチングするマッチング手段とを有し，
前記マッチング手段で得られた結果を基に，前記ウェーハの位置ずれ量や回転量を算出することを特徴とする画像撮像装置。
【請求項８】
グローバルアライメント用の光学顕微鏡と，前記光学顕微鏡からの画像信号を記憶する記憶部と，前記画像信号に基づく画像を表示する表示部とを備え，ウェーハ上に形成された回路パターンの画像を撮像する画像撮像装置であって，
前記表示部は，更にグローバルアライメント用の複数のアライメントパターン候補の撮像位置候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項９】
請求項８記載の画像撮像装置において，
前記撮像位置候補一覧表は，撮像位置候補の座標，ＦＯＶ，光学条件，アライメントパターンとしての適正度を含むことを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１０】
請求項８記載の画像撮像装置において，
前記表示部は，更に前記光学顕微鏡からの画像信号に基づく画像とマッチングを取るための、前記アライメントパターン候補毎の複数のマッチング用データ候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の画像撮像装置において，
前記複数のマッチング用データ候補一覧表は，マッチング用データのテンプレート位置，マッチング用データとしての適正度を含むことを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１２】
請求項８記載の画像撮像装置において，
前記画像撮像装置は荷電粒子線用の走査荷電粒子顕微鏡を備え，
前記記憶部は，更に前記走査荷電粒子顕微鏡からの画像信号を記憶するものであり，
前記表示部は，更に前記走査荷電粒子線顕微鏡を用いたグローバルアライメント用の複数のアライメントパターン候補の撮像位置候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の画像撮像装置において，
前記表示部は，更に前記走査荷電粒子線顕微鏡からの画像信号に基づく画像とマッチングを取るための、前記走査荷電粒子線顕微鏡を用いたグローバルアライメント用の複数のアライメントパターン候補毎の複数のマッチング用データ候補一覧表を表示するものであることを特徴とする画像撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４（ａ）】
【図１４（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４（ａ）】
【図１４（ｂ）】
【公開番号】特開２０１２−１１４２０２（Ｐ２０１２−１１４２０２Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１１５７（Ｐ２０１０−２６１１５７）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【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）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【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）】
[ Back to top ]