JP2000161938A - 描画パターンの検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動化が可能であり、スティッチングを定量
する際のスループットと精度を向上することができる描
画パターンの検査方法を提供する。 【解決手段】 素子の描画パターンの画像を撮像し、こ
の画像と比較標準とのパターンマッチングにより図形を
抽出し、これらの中から判別される特異な図形に対する
他の図形の相対的な座標ベクトルとこれらの差分ベクト
ルを、画像処理と数値演算の組み合わせによって行いス
ティッチングを定量し得るので、検査を自動化すること
が可能となる。また、人間が手動でスティッチングの大
きさを側長する必要がないため、検査時間を短縮し、検
査の高速化を図り、スループットを向上することが可能
となる。さらに、相対的な座標ベクトルを用いて、図形
の絶対位置の測定が必要なく、半導体基板の位置決め精
度の影響を受けずにスティッチングを定量し得るため、
定量精度を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
た素子の描画パターンの検査方法および装置に係わる。
特に、電磁波または粒子線の露光により形成され、１回
の露光で描画されるフィールドが連接して成る素子の描
画パターンの検査方法および装置に適用して好適なもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画装置等により、例えば半
導体基板上に直接描画される半導体素子の描画パターン
は、一般に２つ以上のフィールドに分割されており、こ
れらフィールドが連接されて１つの大きなパターンが形
成されている。このような描画においては、電子ビーム
が照射される位置がずれたり、半導体基板が移動する場
合に停止位置がずれるといった原因により、フィールド
間のズレ（一般に、つなぎ精度、またはスティッチン
グ；Stitching と呼ばれる。以下、単にスティッチング
と云う。）が発生する虞がある。

【０００３】このスティッチングにより描画パターンの
断線が起こると、半導体素子の機能が担保されなくなる
ので、製品の製造前および製造中に、このようなスティ
ッチングを定量し、描画装置の描画性能を確認または調
整しておく必要がある。

【０００４】ここで、従来のスティッチングの定量方法
について説明する。図１０は、従来のスティッチングの
定量に用いられる装置の一例を示す構成図である。図１
０に示すように、半導体素子が形成された半導体基板３
は、半導体素子３１の描画面を上（以後、上下左右は図
面を基準とする。）にして、平面方向に移動自在なＸＹ
ステージ４０上に保持されている。また、半導体基板３
の上面に対向して走査型電子顕微鏡（Scanning Electro
n Microscope；以下単にＳＥＭと云う。）４１が配設さ
れている。このＳＥＭ４１からは、コリメートされた電
子ビーム４２が半導体基板３の面上を走査するように出
射され、この電子ビーム４２の照射位置より出射される
２次電子がＳＥＭ４１で検出され、この検出信号がＳＥ
Ｍ画像４８として画像メモリ４３に格納される。この画
像メモリ４３には制御計算機４４が接続されており、画
像メモリ４３に格納されているＳＥＭ画像４８は、表示
装置４５に表示されると共に、出力装置４６に出力され
る。

【０００５】ところで、半導体基板３と上記のフィール
ドとの関係は、図３および図４に示す関係にある。図３
は、半導体基板３の平面図を示しており、ＸＹステージ
４０に保持される円板状の半導体基板３上には、複数の
半導体素子３１が縦横に配列して形成されている。図４
はこの半導体素子３１の拡大平面図であり、半導体素子
３１の描画パターンの領域は、さらに細かく区画された
複数のフィールドＦが境界Ｂにおいて連接して形成され
ている。ここで例えば、互いに隣接する一方のフィール
ドＦ１と他方のフィールドＦ２の境界Ｂ１２を含む領域
を図１０に示す装置で撮像して得られるＳＥＭ画像４８
の例を図１１および図１２に示す。

【０００６】図１１は、上記一方のフィールドＦ１と他
方のフィールドＦ２との境界Ｂ１２を含むＳＥＭ画像４
８の各平面図であり、図１１（ａ）はスティッチングが
発生していないケースを示し、図１１（ｂ）〜（ｄ）は
スティッチングが発生しているケースを示す。図１１
（ａ）に示すように、スティッチングが発生していない
場合には、フィールドＦ１，Ｆ２の各々の領域にある図
形Ｚ１０，Ｚ１１は、適度な重なりを持って境界Ｂ１２
と交差している。図１１（ｂ）は図形Ｚ１０，Ｚ１１の
上下方向のスティッチングを示しており、その大きさΔ
Ｙは、側長ＳＥＭ等を使用して手動で計測される。ま
た、図１１（ｃ）は図形Ｚ１０，Ｚ１１の左右方向のス
ティッチングを示しており、図形Ｚ１０，Ｚ１１の重な
り合う部分のコントラストの差から、両者の境界を目視
により判定して、スティッチングの大きさΔＸを手動で
測定する。さらに、図１１（ｄ）に示す図形Ｚ１０，Ｚ
１１は、回転を伴うスティッチングであり、この場合に
は人間が分度器等を用いて角度Δθを測定する。

【０００７】さらに、図１２（ａ）〜（ｃ）は、上述し
た手動の側長によりスティッチングを定量するための図
形（一般に、Test Element Group ； 略してＴＥＧと
云われる。）が境界Ｂ１２近傍に形成される場合のＳＥ
Ｍ画像４８を示す各図である。このＴＥＧを用いる場合
には、スティッチングが発生していない時の一方のフィ
ールドＦ１にある図形Ｔ１，Ｔ３と他方のフィールドＦ
２にある図形Ｔ２，Ｔ４との間隔は、既知であるか、あ
るいは、同一のフィールドにこれら図形Ｔ１，Ｔ２，Ｔ
３，Ｔ４のパターン描画して実測し得るので、側長ＳＥ
Ｍ等により手動で測定されるΔＸ，ΔＸ１，ΔＸ２，Δ
Ｘ３，ΔＹとの差異からスティッチングの大きさが定量
される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来のスティッチングの定量方法では、ＳＥＭ画像４
８上の図形Ｚ１０，Ｚ１１，Ｔ１，Ｔ２を人間が認識
し、また、これら図形の重なり部分の境界を人間が判定
し、スティッチングの大きさを人間が手動で計測するた
め、多大な処理時間を要してスループットが悪いという
課題がある。また、回転を伴うスティッチングの場合に
は、側長する位置によって平面方向の計測値が変動し、
さらに図形が重なる場合には、その境界を判定すること
が困難なので、スティッチングの定量精度が悪化する。

【０００９】そこで、本発明はかかる事情に鑑みて、自
動化が可能であり、スティッチングを定量する際のスル
ープットと精度を向上することができる描画パターンの
検査方法および装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の描画パターンの検査方法は、電磁波または
粒子線の露光により基板上、例えば半導体基板上に形成
され、１回の露光で描画されるフィールドが連接して成
る素子、例えば半導体素子の描画パターンを検査するも
のであって、互いに隣接するフィールド間の境界を含む
領域の画像を撮像する第１のステップと、画像を画像処
理して予め登録された比較標準とのパターンマッチング
により、比較標準のパターンイメージに合致する図形を
抽出し、抽出された図形のうち特異な図形を判別する第
２のステップと、特異な図形の前記画像上の座標に対す
る、図形の座標ベクトルの実測値を演算すると共に、描
画パターンの設計情報に基づいて図形が本来描画される
座標ベクトルの設定値を演算する第３のステップと、特
異な図形が存在する一方のフィールドとは異なる少なく
とも１つの他方のフィールドの領域に存在する図形の実
測値と設定値との差分を演算して得られる差分ベクトル
に基づいて、一方のフィールドに対する他方のフィール
ドの本来の描画位置からのズレ（スティッチング）を定
量する第４のステップとを備えることを特徴とする。な
お、上記の描画パターンの設計情報とは、同一のフィー
ルド内に描画された描画パターンを実測することにより
得られるスティッチングを伴わない座標ベクトルの値
を、概念として含むものである。

【００１１】このような検査方法によれば、撮像された
画像から抽出される図形の実際の描画位置と本来描かれ
るべき描画位置との差異が、画像処理と数値演算処理と
により定量されるので、人間が介在して画像上で手動で
側長することなく、一方のフィールドと他方のフィール
ドとのスティッチングが定量され得る。また、パターン
マッチングにより得られる図形の座標値は相対的な値が
用いられるので、これら図形の絶対座標の測定が必要な
く、よって、半導体基板の位置決め精度に影響を受ける
ことなく、スティッチングが定量され得る。さらに、撮
像した画像の画像処理と数値演算とを行う間に、次の撮
像領域を撮像するといった並列処理を行い得るので、検
査の効率が高められ、検査時間が短縮され得る。

【００１２】また、上記の第４のステップにおいて、特
異な図形とは異なり、一方のフィールドの領域に存在す
る少なくとも１つの図形に関する差分ベクトルと、他方
のフィールドの領域に存在する少なくとも２つの図形に
関する差分ベクトルとを演算し、これら差分ベクトルに
基づいて一方のフィールドと他方のフィールドとの回転
を伴う描画位置のズレを定量することを特徴とすると好
適である。

【００１３】このようにすれば、一方のフィールドの領
域に存在する特異な図形と他の少なくとも１つの図形と
から、一方のフィールドの方向が一義的に決定されると
共に、他方のフィールドの領域に存在する少なくとも２
つの図形の差分ベクトルが得られるので、回転を伴うス
ティッチングが正確に定量され得る。

【００１４】またさらに、本発明の描画パターンの検査
装置は、電磁波または粒子線の露光により基板上に形成
され、１回の露光で描画されるフィールドが連接して成
る素子の描画パターンを検査するものであって、基板を
保持し２次元平面方向に移動自在な２次元移動手段と、
基板の素子が形成されている面に対向して配設され、描
画パターンの一部を拡大した画像を撮像する撮像手段
と、比較標準を格納する比較標準格納手段と、撮像手段
により撮像される画像を画像処理して比較標準とのパタ
ーンマッチングにより比較標準のパターンイメージに合
致する図形を抽出すると共に、抽出された図形のうち特
異な図形を判別し、図形の画像上の実測値としての座標
値を算出する画像処理手段と、画像処理手段により算出
された特異な図形の座標値に対する図形の座標値に基づ
いて図形の座標ベクトルの実測値を演算すると共に、描
画パターンの設計情報に基づいて図形が本来描画される
座標ベクトルの設定値を演算し、特異な図形が存在する
一方のフィールドとは異なる少なくとも１つの他方のフ
ィールドの領域に存在する図形の実測値と設定値との差
分ベクトルを演算し、差分ベクトルの成分に基づいて一
方のフィールドに対する他方のフィールドの本来の描画
位置からのズレ（スティッチング）を定量する演算手段
とを備えることを特徴とする。

【００１５】このように構成された素子の検査装置によ
れば、撮像手段で撮像される画像が画像処理手段におい
て処理され、出力された処理結果のデータを使用して演
算手段で演算するので、画像の撮像から画像処理を経て
演算によるスティッチングの定量に至る一連の処理が、
人間の介在を必要とせず連続して実施され得る。また、
相対的な座標値を用いてスティッチングの定量が行われ
るので、２次元移動手段による素子の位置決めに特段の
精度が必要とされない。さらに、撮像手段による撮像
と、画像処理手段および演算手段による処理とを独立に
行い得るので、検査効率が高められ、検査時間が短縮さ
れ得る。

【００１６】ここで、描画パターンの検査装置の具体的
な構成としては、例えば、撮像手段が走査型電子顕微鏡
である構成が採用される。また、撮像手段が電荷結合素
子を用いる光学的なイメージセンサである構成も採用さ
れる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の描画パターンの
検査装置に係る一実施形態の構成を示す図である。検査
装置１の筐体１１内には、素子としての半導体素子３１
が形成された基板としての円板状の半導体基板３が、半
導体素子３１の描画パターン（図示せず）が描かれた描
画面を上にして、平面方向に移動自在な角平板状の２次
元移動手段２上に保持されており、この半導体基板３の
上面に対向して撮像手段としてのＳＥＭ４が配設されて
いる。このＳＥＭ４からは、コリメートされた電子ビー
ム１２が半導体基板３の面上を走査するように出射さ
れ、この電子ビーム１２の照射位置より出射される２次
電子がＳＥＭ４で検出され、この検出信号が画像１３と
して画像格納手段５に格納される。

【００１８】そして、この画像格納手段５には、画像１
３を画像処理し、比較標準１４とのパターンマッチング
により比較標準１４のパターンイメージに合致する図形
を抽出し、抽出された図形から特異な図形を判別し、こ
れら図形の画像１３上の座標値を算出する画像処理手段
７が接続されている。上記の比較標準１４は比較標準格
納手段６に格納されており、この比較標準格納手段６は
画像処理手段７と接続されている。また、画像処理手段
７には、上記の特異な図形の座標値に対する上記各図形
の座標ベクトルの実測値を演算すると共に、描画パター
ンの設計情報に基づいて上記図形が本来描画される座標
ベクトルの設定値を演算し、特異な図形が存在する一方
のフィールド（先に説明した図４に示す一方のフィール
ドＦ１）と他方のフィールド（図４に示す他方のフィー
ルドＦ２）の領域に存在する図形の実測値と設定値との
差分ベクトルを演算し、この差分ベクトルの成分に基づ
いて一方のフィールドＦ１に対する他方のフィールドＦ
２のスティッチングを定量する演算手段としての制御演
算計算機８が接続されている。この制御演算計算機８
は、２次元移動手段２の駆動とＳＥＭ４による半導体基
板３の撮像を制御する機能をも有している。また、制御
演算計算機８には、制御演算計算機８による演算結果や
画像１３や検査装置１の作動状況を示すステータス情報
等が表示される表示手段９および出力される出力手段１
０が接続されている。

【００１９】上記の半導体基板３とフィールドＦとの関
係は、先に説明した図３および図４に示す関係と同等で
ある。図４に示す半導体素子３１の描画においては、露
光される電子ビームの偏向角を変化させるか、時には、
半導体基板３を平面方向に移動しながらフィールドＦ毎
の描画が連続して実施される。この時、描画されたフィ
ールドＦの領域の基板上には少なからず電子が残留し、
その領域は負電荷に帯電することとなる。例えば、図４
に示す描画が終了した一方のフィールドＦ１の次に描画
される隣接する他方のフィールドＦ２の近傍には、残留
した電子の負電荷により誘起される電場が存在するた
め、電子ビームはこの電場の影響を受けて所定の偏向角
よりもさらに偏向してしまい、一方のフィールドＦ１と
他方のフィールドＦ２間にスティッチングが発生する。

【００２０】このスティッチングを図１に示す検査装置
１により定量する時の処理の流れを以下に説明する。図
２は、本発明の描画パターンの検査方法に係る一実施形
態の工程を示すフロー図である。まず、ステップＳＰ１
から処理が開始されると、次のステップＳＰ２におい
て、図１に示す２次元移動手段２が半導体基板３を平面
方向に移動させ、ＳＥＭ４からの電子ビーム１２が投射
される範囲に、図４に示す一方のフィールドＦ１と他方
のフィールドＦ２との境界Ｂ１２を含む領域が位置する
ように半導体基板３が定置され、ステップＳＰ３の処理
へと移行する。ステップＳＰ３では、境界Ｂ１２が含ま
れる領域がＳＥＭ４により撮像され、画像格納手段５に
画像１３として格納された後、ステップＳＰ４およびス
テップＳＰ５へと進む。

【００２１】ステップＳＰ４では、図５（ａ）に一例を
示す比較標準１４の読み出しが行われる。図５（ａ）
は、図１に示す比較標準格納手段６に予め格納されてい
る比較標準１４の例を示す図である。比較標準１４は、
単純な参照図形６１，６２，６３，６４等から成り、こ
れらの形状データと座標値６１ａ，６２ａ，６３ａ，６
４ａ等の情報が図１に示す画像処理手段７に出力され、
ステップＳＰ５に処理が移行する。

【００２２】ステップＳＰ５においては、まず、図５
（ｂ）に示す画像１３が画像格納手段５から画像処理手
段７に出力される。図５（ｂ）は画像１３の一例を示す
図であり、図形Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４が描画されてい
る領域の画像を示す。このような断続した図形パターン
は実際の描画パターンそのものではなく、これ以降の説
明を簡便にするためのものである。

【００２３】そして、画像１３は画像処理手段７により
輪郭抽出や特徴検出等の画像処理が施され、ステップＳ
Ｐ４で読み出された参照図形６１，６２，６３，６４と
のパターンマッチングが実施されて、パターンイメージ
に合致する図形Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４が抽出される。
また、図５（ｂ）に示す境界Ｂ１２は、画像１３上では
明確に判別できないが、描画パターンの設計情報と画像
１３の撮像位置のデータ等から想定され、図形Ｚ１，Ｚ
２，Ｚ３，Ｚ４が境界１２を挟んでどちら側に存在する
かといった情報も得られる。続いて、図形Ｚ１，Ｚ２，
Ｚ３，Ｚ４の中から、他とは特に異なる形状を有する特
異な図形として図形Ｚ１が判別される。つまり、他の図
形Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４は回転に対して合同であるが、図形
Ｚ１は図形Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４とは合同でないので、特異
な図形と容易に判断される。

【００２４】次に、図６はこれら図形Ｚ１，Ｚ２，Ｚ
３，Ｚ４の位置関係を示す図であり、図５（ａ）に示す
参照図形６１，６２，６３，６４を代表する座標６１
ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａに基づいて、対応する図形
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４を代表する座標Ｚ１ａ，Ｚ２
ａ，Ｚ３ａ，Ｚ４ａが与えられる。また、特異な図形Ｚ
１の座標Ｚ１ａを原点とし、座標Ｚ１ａと図形Ｚ３の座
標Ｚ３ａを結ぶ線分をＹ軸とする直交座標系が設定され
る。このＹ軸は一方のフィールドＦ１の方向を示すもの
であり、このように特異な図形Ｚ１を含む一方のフィー
ルドにもう１つの図形Ｚ３が存在すると、一方のフィー
ルドＦ１の方向が一義的に決定される。

【００２５】また、画像処理手段７で座標Ｚ１ａ，Ｚ２
ａ，Ｚ３ａ，Ｚ４ａに変換された図形Ｚ１，Ｚ２，Ｚ
３，Ｚ４の情報等は制御演算計算機８へ出力され、処理
はステップＳＰ６へと移行する。このステップＳＰ６に
おける処理を図７を用いて説明する。図７（ａ）〜
（ｃ）は、スティッチングが発生してる３つのケースの
座標Ｚ１ａ，Ｚ２ａ，Ｚ３ａ，Ｚ４ａの位置関係を示す
各図である。図７（ａ）は、図形Ｚ２，Ｚ４が本来描画
される座標Ｚ２ａ，Ｚ４ａからＸ軸方向およびＹ軸方向
に平行にずれて、座標Ｚ２ｂ，Ｚ４ｂに描画されたケー
スを示す。この場合のスティッチングは、回転を伴なっ
ていない。ここで、座標Ｚ２ａ，Ｚ４ａが描画パターン
の設計情報を用いて演算制御計算機８で演算される一
方、座標Ｚ２ｂ，Ｚ４ｂはステップＳＰ５において、画
像処理手段７によるパターンマッチングによって算出さ
れる。そして、座標Ｚ１ａを原点とする座標Ｚ２ａ，Ｚ
２ｂ，Ｚ４ａ，Ｚ４ｂの座標ベクトルＶ２ａ，Ｖ２ｂ，
Ｖ４ａ，Ｖ４ｂが制御演算計算機８によって演算され
る。座標ベクトルＶ２ａ，Ｖ４ａは本来の描画位置を指
し示す設定値であり、座標ベクトルＶ２ｂ，Ｖ４ｂは実
測値である。

【００２６】次に、ステップＳＰ７において、上記の実
測値Ｖ２ｂ，Ｖ４ｂと設定値Ｖ２ａ，Ｖ４ａとを用い
て、両者の差分が演算されて、差分ベクトルＤ２，Ｄ４
が算出される。図７（ａ）から明らかなように、これら
差分ベクトルＤ２，Ｄ４は一方のフィールドＦ１に対す
るフィールドＦ２のスティッチングの大きさと方向を表
すこととなる。図７（ａ）の条件では、他方のフィール
ドＦ２が回転を伴わずＸ軸およびＹ軸に平行にずれてい
るので、差分ベクトルＤ２，Ｄ４は等しい。この場合、
差分ベクトルＤ２，Ｄ４のＸ，Ｙ成分がＸ軸方向および
Ｙ軸方向のスティッチングの大きさとして定量される。

【００２７】次に、図７（ｂ）は、他方のフィールドＦ
２が、座標Ｚ２ａと座標Ｚ４ａとを結ぶ線分の中点で角
度Δθだけ回転して描画されたケースを示す。各座標ベ
クトルの演算と差分ベクトルＤ２，Ｄ４の演算は、上記
の図７（ａ）の場合と同様であるので、説明を省略す
る。ここで得られる差分ベクトルＤ２，Ｄ４は、図７
（ｂ）から明らかなように、大きさが同等であり、か
つ、Ｘ軸およびＹ軸の両方について方向が逆となる。こ
の場合、差分ベクトルＤ２，Ｄ４のＸ，Ｙ成分の平均は
ゼロとなり、このことから、Ｘ軸およびＹ軸方向へのス
ティッチングが発生していないことが分かる。そして、
回転角度Δθについては、差分ベクトルＤ２，Ｄ４の成
分を、例えば（ｘｄ２，ｙｄ２）、（ｘｄ４，ｙｄ４）
とすれば、ｔａｎ（Δθ／２）＝ｙｄ２／ｘｄ２＝ｙｄ
４／ｘｄ４の関係から求まる。

【００２８】また、図７（ｃ）は、図７（ａ）および図
７（ｂ）を複合したケースであり、他方のフィールドＦ
２が、座標Ｚ２ａと座標Ｚ４ａとを結ぶ線分の中点で角
度Δθだけ回転し、かつ、Ｘ軸およびＹ軸に平行なズレ
が発生してるケースを示す。各座標ベクトルの演算と差
分ベクトルＤ２，Ｄ４の演算は、上記の図７（ａ）の場
合と同様であるので、説明を省略する。この場合には、
まず、図７（ｂ）に示すケースと同等に回転角度Δθを
求め、次に、座標Ｚ２ｂと座標Ｚ４ｂを結ぶ線分の中点
を中心に、この回転角度Δθだけ逆向きに回転した場合
の座標を算出し、座標Ｚ２ａおよび座標Ｚ４ａとのＸ，
Ｙ成分の差異を計算することにより、Ｘ軸方向およびＹ
軸方向のスティッチングの大きさが定量される。あるい
は、差分ベクトルＤ２，Ｄ４の平均を演算し、その平均
ベクトルのＸ，Ｙ成分からＸ軸方向およびＹ軸方向のス
ティッチングの大きさが定量される。

【００２９】このように定量されたスティッチングの量
は、ステップＳＰ８において、許容され得る量であるか
否かの判定に供される。ステップＳＰ８では、例えば、
半導体素子３１の描画パターンの設計情報に基づいて、
一方のフィールドＦ１と他方のフィールドＦ２とのステ
ッィチングの大きさの許容量を制御演算計算機８で演算
し、この許容量とステップＳＰ７で定量されたスティッ
チングの量とを比較して、この定量値が許容量を上回る
場合には、有意なステッィチングが発生しているとの判
定が下される。この判定結果は、図１に示す表示手段９
に表示され、また、出力手段に出力される。そして、続
くステップＳＰ９において、さらに撮像を繰り返す場合
には、ステップＳＰ２の処理へ戻り、処理を終える場合
は、ステップＳＰ１０で終了する。

【００３０】このような実施形態によれば、ＳＥＭ４で
撮像された画像１３から抽出される図形Ｚ１，Ｚ２，Ｚ
３，Ｚ４の実際の描画位置と本来描かれるべき描画位置
との差異を、画像処理と数値演算処理とにより定量し、
一方のフィールドＦ１と他方のフィールドＦ２とのステ
ィッチングを定量し得るので、検査を自動化することが
可能となる。そして、この一連の処理に、人間が介在し
て画像１３上で手動で側長する必要がないので、検査時
間を低減してスループットを向上できる。また、図形Ｚ
１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４の座標値は相対的な値であり、絶
対的な座標位置の測定が必要なく、半導体基板３の位置
決め精度の影響を受けずにスティッチングを定量し得る
ため、スティッチングの定量精度を向上することができ
る。よって、２次元移動手段２による半導体素子３の位
置決めに特段の精度を必要としないので、高性能の２次
元移動手段２を用いなくとも、スティッチングの定量精
度を一層向上することができるまた、一方のフィールド
Ｆ１の領域に存在する図形Ｚ１，Ｚ３とから、一方のフ
ィールドＦ１の方向を一義的に決定すると共に、他方の
フィールドＦ２の領域に存在する図形Ｚ２，Ｚ４の差分
ベクトルＤ２，Ｄ４を得て、回転を伴うスティッチング
を正確に定量し得るので、誤差を低減して定量精度を一
層向上することができる。

【００３１】図８は、抽出された図形Ｚ１，Ｚ２，Ｚ
３，Ｚ４の他の配置パターンを示す図であり、特異な図
形Ｚ１以外の図形Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４が同一形状であると
共に、描画された方向が同等の場合を示す。このような
場合においても、パターンマッチングによって図形Ｚ１
が特異な図形Ｚ１として容易に判別され、他の図形Ｚ
２，Ｚ３，Ｚ４は、図５（ａ）に示す比較標準１４のう
ちの参照図形６３と合致するので、その座標６３ａに基
づいて、図８に示す座標Ｚ２ａ，Ｚ３ａ，Ｚ４ａの実測
値が求められる。この座標Ｚ２ａ，Ｚ３ａ，Ｚ４ａの座
標Ｚ１ａに対する座標ベクトルの演算およびそれ以降の
処理は、上述した説明と同様に実施され、一方のフィー
ルドＦ１に対する他方のフィールドＦ２のステッィチン
グが定量される。

【００３２】また、図９（ａ）〜（ｅ）は比較標準１４
の他例を示す各図である。図９（ａ）および図９（ｂ）
に示す参照図形Ｚ５，Ｚ６は、既に説明した図５（ａ）
に示す参照図形６１，６４と略同一であり、参考のため
図９に示すものである。図９（ｃ）に示す参照図形Ｚ７
は、断続するパターンの一例である。また、図９（ｄ）
に示す参照図形Ｚ８は、連続する図形パターンの一部で
ある。さらに、図９（ｅ）に示す参照図形Ｚ９は、参照
図形Ｚ５，Ｚ６等に比して大きな形状を有している。こ
れら参照図形Ｚ７，Ｚ８，Ｚ９のように、比較標準１４
としての図形は、連続または断続していてもよく、ま
た、図形の大きさは任意であり、ある図形パターンの一
部であっても良い。よって、参照図形は、半導体素子３
１の描画パターンでの一部であってもよく、図５（ａ）
に示すようなスティッチング定量用の参照図形６１，６
２，６３，６４が描画されていないか、あるいは、画像
処理により抽出されない場合においても、スティッチン
グの定量を実施し得る。

【００３３】なお、上述した描画パターンの検査方法の
実施形態においては、説明を簡便するために、スティッ
チングが発生していない場合の４点（座標Ｚ１ａ，Ｚ２
ａ，Ｚ３ａ，Ｚ４ａ）の位置関係が長方形である場合に
ついて述べた（図６参照）が、座標ベクトルの演算が可
能であれば、これらの４点は任意の４角形であってもよ
い。また、図６において、一方のフィールドＦ１に特異
な図形Ｚ１のみが抽出され、他方のフィールドＦ２に図
形Ｚ２のみ抽出される場合には、画像１３の撮像時の位
置合わせの情報から境界Ｂ１２の位置または一方のフィ
ールドＦ１の方向を推定することにより、Ｘ軸およびＹ
軸に平行にずれるスティッチングが定量され得る。さら
に、図６において、一方のフィールドＦ１に特異な図形
Ｚ１と図形Ｚ３が抽出され、他方のフィールドＦ２に図
形Ｚ２のみ抽出される場合には、一方のフィールドＦ１
の方向が一義的に決定されるため、Ｘ軸およびＹ軸に平
行にずれるスティッチングが定量され得る。

【００３４】また、図２に示す描画パターンを撮像する
ステップＳＰ３と、ＳＰ４以降の処理を並列して行って
もよい。この場合、ＳＥＭ４で撮像される画像１３は画
像格納手段５に逐次格納され、画像処理手段７はこれら
の画像１３を画像格納手段５から逐次読み出し、処理デ
ータを逐次制御演算計算機８へ出力するといった並列処
理を行って、検査効率を高め、検査時間を短縮し得るの
で、検査の高速化を図り、スループットを一層向上する
ことが可能となる。さらに、描画パターンを撮像するス
テップＳＰ３において、撮像が必要な領域を全て撮像し
画像を格納した後、ステップＳＰ４移行の処理を実施し
てもよい。この場合には、ＳＥＭ４による撮像および画
像の画像格納手段５への格納と、画像処理手段７および
制御演算計算機８による処理は独立に行われる。加え
て、画像１３を１回の撮像で得る必要はなく、複数回に
分けて撮像して画像格納手段５に格納し、しかる後に画
像処理手段７または制御演算計算機８で合成して１つの
画像１３としてもよい。また、画像１３が画像処理手段
５に格納されることなく画像処理手段７で処理されても
よい。

【００３５】さらに、上述した描画パターンの検査装置
の実施形態においては、撮像手段をＳＥＭ４としている
が、撮像手法としては光学的な手法であってもよく、こ
の場合の撮像手段は、例えば、電荷結合素子を用いるイ
メージセンサ等が適用され得る。

【００３６】またさらに、描画パターンが電子ビームに
より描画される描画パターンの検査方法および装置につ
いて説明したが、検査対象は描画パターンがフィールド
に分割されて描かれるものであればよく、例えば、紫外
線マスクを用いて複数回に分けて光学的に露光され描画
されるものにも適用し得る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の描画パター
ンの検査方法によれば、以下に示す効果を奏する。

【００３８】各フィールドの描画位置を、撮像された画
像から抽出される抽出図形の相対座標で代表し、これら
相対座標の数値に基づいて、抽出図形の実際の描画位置
と、本来描かれるべき描画位置との差分を定量的に求め
て、人間が介在して画像上で側長せずとも、画像処理と
数値演算の組み合わせによってスティッチングを定量し
得るので、検査を自動化することが可能となる。また、
パターンマッチングにより得られる抽出図形の相対的な
位置座標を用いることにより、これら抽出図形の絶対位
置の測定が必要なく、基板の位置決め精度の影響を受け
ずにスティッチングを定量し得るため、スティッチング
の定量精度を向上することができる。さらに、撮像した
画像の上記画像処理および上記数値演算を行う間に、次
の撮像領域を撮像するといった並列処理を行って検査の
効率を高め、検査時間を短縮し得るので、検査の高速化
を図り、スループットを向上することが可能となる。

【００３９】また、一方のフィールドの領域に存在する
特異図形と抽出図形とから、一方のフィールドの方向を
一義的に決定して基準となる座標系を定めると共に、他
方のフィールドの領域に存在する抽出図形に関する少な
くとも２つの差分ベクトルを得て、回転を伴うスティッ
チングを正確に定量し得るので、誤差を低減して定量精
度を一層向上することができる。

【００４０】またさらに、本発明の描画パターンの検査
装置によれば、以下に示す効果を奏する。撮像手段で撮
像する画像を画像処理手段で処理し、出力された処理結
果のデータを使用して演算手段で演算することにより、
画像の撮像から画像処理を経て演算によりスティッチン
グの定量を行うまでの一連の処理を、人間の介在せず連
続して実施し得るので、検査の自動化を実現することが
できる。また、相対的な座標ベクトルを用いてスティッ
チングの定量を行い、２次元移動手段による半導体素子
の位置決めに特段の精度を必要としないので、高性能の
２次元移動手段を用いなくとも、スティッチングの定量
精度を向上することができる。さらに、撮像手段による
撮像と、画像処理手段および演算手段による処理とを独
立に行うといった並行処理を実施し得るため、検査の効
率を高めて検査時間を短縮し、検査のスループットを向
上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の描画パターンの検査装置に係る一実施
形態の構成を示す図である。

【図２】本発明の描画パターンの検査方法に係る一実施
形態の工程を示すフロー図である。

【図３】半導体基板の平面図である。

【図４】半導体素子の拡大平面図である。

【図５】比較標準と画像とのパターンマッチングにおけ
る図形を示し、（ａ）は比較標準格納手段に予め格納さ
れている比較標準の例を示す図であり、（ｂ）は画像の
一例を示す図である。

【図６】図形の位置関係を示す図である。

【図７】スティッチングが発生してる３つのケースの座
標の位置関係を示す各図である。

【図８】抽出された図形の他の配置パターンを示す図で
ある。

【図９】比較標準の他例を示す各図である。

【図１０】従来のスティッチングの定量に用いられる装
置の一例を示す構成図である。

【図１１】一方のフィールドと他方のフィールドとの境
界を含むＳＥＭ画像の各平面図である。

【図１２】ＴＥＧが境界近傍に形成される場合のＳＥＭ
画像を示す各図である。

【符号の説明】

１…検査装置、２…２次元移動手段、３…半導体基板
（基板）、４…ＳＥＭ（撮像手段）、６…比較標準格納
手段、７…画像処理手段、８…制御演算計算機（演算手
段）、１３…画像、１４…比較標準、３１…半導体素子
（素子）、６１，６２，６３，６４，Ｚ５，Ｚ６，Ｚ
７，Ｚ８，Ｚ９…参照図形（比較標準）、６１ａ，６２
ａ，６３ａ，６４ａ，Ｚ１ａ，Ｚ２ａ，Ｚ３ａ，Ｚ４ａ
…座標（座標値）、Ｂ，Ｂ１２…境界、Ｄ２，Ｄ４…差
分ベクトル、Ｆ…フィールド、Ｆ１…一方のフィール
ド、Ｆ２…他方のフィールド、Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ，Ｖ３
ａ，Ｖ４ａ，Ｖ４ｂ…座標ベクトル、Ｚ１…図形（特異
な図形）、Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４…図形

フロントページの続き (72)発明者 恒岡 正年 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA14 AA56 BB02 BB03 CC03 CC19 DD06 FF04 JJ09 JJ26 PP12 QQ38 RR02 RR09 SS13 2F067 AA15 AA54 BB02 BB04 CC15 HH06 JJ05 KK04 LL16 PP12 RR11 RR24 RR30 RR36 4M106 AA01 BA02 CA39 DB01 DB05 DB20 DB21 DJ18 DJ20 DJ21 5B057 AA03 BA01 BA19 DA03 DA07 DB02 DC33

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁波または粒子線の露光により基板上
   に形成され、１回の露光で描画されるフィールドが連接
   して成る素子の描画パターンを検査する検査方法であっ
   て、 互いに隣接する前記フィールド間の境界を含む領域の画
   像を撮像する第１のステップと、 当該画像を画像処理して予め登録された比較標準とのパ
   ターンマッチングにより、当該比較標準のパターンイメ
   ージに合致する図形を抽出し、抽出された当該図形のう
   ち特異な図形を判別する第２のステップと、 当該特異な図形の前記画像上の座標に対する、前記図形
   の座標ベクトルの実測値を演算すると共に、前記描画パ
   ターンの設計情報に基づいて前記図形が本来描画される
   座標ベクトルの設定値を演算する第３のステップと、 前記特異な図形が存在する一方のフィールドとは異なる
   少なくとも１つの他方のフィールドの領域に存在する前
   記図形の前記実測値と前記設定値との差分を演算して得
   られる差分ベクトルに基づいて、前記一方のフィールド
   に対する前記他方のフィールドの本来の描画位置からの
   ズレを定量する第４のステップと、 を備える描画パターンの検査方法。
2. 【請求項２】 前記第４のステップにおいて、前記特異
   な図形とは異なり、前記一方のフィールドの領域に存在
   する少なくとも１つの前記図形に関する前記差分ベクト
   ルと、前記他方のフィールドの領域に存在する少なくと
   も２つの前記図形に関する前記差分ベクトルとを演算
   し、当該差分ベクトルに基づいて前記一方のフィールド
   と前記他方のフィールドとの回転を伴う描画位置のズレ
   を定量する請求項１記載の描画パターンの検査方法。
3. 【請求項３】 電磁波または粒子線の露光により基板上
   に形成され、１回の露光で描画されるフィールドが連接
   して成る素子の描画パターンを検査する検査装置であっ
   て、 前記基板を保持し２次元平面方向に移動自在な２次元移
   動手段と、 前記基板の前記素子が形成されている面に対向して配設
   され、前記描画パターンの一部を拡大した画像を撮像す
   る撮像手段と、 比較標準を格納する比較標準格納手段と、 前記撮像手段により撮像される前記画像を画像処理して
   前記比較標準とのパターンマッチングにより当該比較標
   準のパターンイメージに合致する図形を抽出すると共
   に、当該抽出された当該図形のうち特異な図形を判別
   し、前記図形の前記画像上の実測値としての座標値を算
   出する画像処理手段と、 前記画像処理手段により算出された前記特異な図形の座
   標値に対する前記図形の座標値に基づいて前記図形の座
   標ベクトルの実測値を演算すると共に、前記描画パター
   ンの設計情報に基づいて前記図形が本来描画される座標
   ベクトルの設定値を演算し、前記特異な図形が存在する
   一方のフィールドとは異なる少なくとも１つの他方のフ
   ィールドの領域に存在する前記図形の前記実測値と前記
   設定値との差分ベクトルを演算し、当該差分ベクトルの
   成分に基づいて前記一方のフィールドに対する前記他方
   のフィールドの本来の描画位置からのズレを定量する演
   算手段と、 を備える描画パターンの検査装置。
4. 【請求項４】 前記撮像手段が、走査型電子顕微鏡であ
   る請求項３記載の描画パターンの検査装置。
5. 【請求項５】 前記撮像手段が、電荷結合素子を用いる
   光学的なイメージセンサである請求項３記載の描画パタ
   ーンの検査装置。