JP2003148915A - パターン接続精度検査方法 - Google Patents

パターン接続精度検査方法

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JP2003148915A
JP2003148915A JP2001347745A JP2001347745A JP2003148915A JP 2003148915 A JP2003148915 A JP 2003148915A JP 2001347745 A JP2001347745 A JP 2001347745A JP 2001347745 A JP2001347745 A JP 2001347745A JP 2003148915 A JP2003148915 A JP 2003148915A
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数の領域ごとに露光又は描画されたパター
ンの領域境界部における接続精度を高い精度で高速に検
査することができるパターン接続精度検査方法を実現す
る。 【解決手段】 各検査領域での荷電粒子ビームの走査に
より検出された2次電子信号は、検査画像としてその位
置座標と共に画像メモリー44に保存される。すべての
検査箇所の画像の取り込みが終了した後、別途用意した
基準画像と検査画像とが、画像処理ユニット45で画像
比較され、検査領域における基準画像に対応したパター
ンが抽出され、これらパターンの相対位置からフィール
ド接続部等のずれが検出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスあ
るいは液晶パネル等の製造過程において、電子ビーム描
画装置などの露光装置を用いて半導体ウエハや液晶パネ
ルあるいはマスク等の所定の領域に順次露光して形成さ
れたパターンについて、各露光領域の間の接続精度の検
査を行うためのパターン接続精度検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子ビーム描画装置では、描画パターン
に応じて電子ビームを偏向し、所望のパターンの描画を
行うようにしている。この電子ビーム描画装置の一つと
して、可変面積型電子ビーム描画装置が用いられている
が、この装置では、2枚の矩形アパーチャとの間に設け
られた偏向器によって電子ビームの断面が矩形に成形さ
れている。
【0003】すなわち、第1の矩形アパーチャの像を第
2の矩形アパーチャ上に投影すると共に、第1の矩形ア
パーチャを透過した電子ビームを偏向して第2の矩形ア
パーチャ上の投射位置を変え、異なった断面積の電子ビ
ームを成形し、成形された電子ビームを被描画材料にシ
ョットする。
【0004】図1はこの可変面積型電子ビーム描画装置
の一例を示している。1は電子ビームEBを発生する電
子銃であり、該電子銃1から発生した電子ビームEB
は、照射レンズ2を介して第1成形アパーチャ3上に照
射される。
【0005】第1成形アパーチャの開口像は、成形レン
ズ4により、第2成形アパーチャ5上に結像されるが、
その結像の位置は、成形偏向器6により変えることがで
きる。第2成形アパーチャ5により成形された像は、縮
小レンズ7、対物レンズ8を経て描画材料9上に照射さ
れる。描画材料9への照射位置は、位置決め偏向器10
により変えることができる。
【0006】11は制御CPUであり、制御CPU11
はパターンデータメモリー12からのパターンデータを
データ転送回路13に転送する。データ転送回路13か
らのパターンデータは、成形偏向器6を制御する制御回
路14、位置決め偏向器10を制御する制御回路15、
対物レンズ8の励磁を制御する制御回路16、電子銃1
から発生した電子ビームのブランキングを行うブランカ
ー(ブランキング電極)17を制御するブランキングコ
ントロール回路18に供給される。
【0007】ブランキングコントロール回路18にはシ
ョット時間補正メモリ19が接続されており、ブランキ
ングコントロール回路18からのブランキング信号は、
ショット時間補正メモリ19からの値に応じて補正され
る。更に、制御CPU11は、材料9のフィールド毎の
移動のために、材料9が載せられたステージ20の駆動
回路21を制御する。このような構成の動作を次に説明
する。
【0008】まず、基本的な描画動作について説明す
る。パターンデータメモリ12に格納されたパターンデ
ータは、逐次読み出され、データ転送回路13に供給さ
れる。このデータ転送回路13からのデータに基づき、
偏向制御回路14は成形偏向器6を制御し、また、制御
回路15は位置決め偏向器10を制御する。
【0009】この結果、各パターンデータに基づき、成
形偏向器6により電子ビームの断面が単位パターン形状
に成形され、その単位パターンが順々に材料9上にショ
ットされ、所望の形状のパターン描画が行われる。な
お、この時、ブランキングコントロール回路18からブ
ランカー17へのブランキング信号により、材料9への
電子ビームのショットに同期して電子ビームのブランキ
ングが実行される。
【0010】更に、材料9上の異なった領域への描画の
際には、制御CPU11からステージ駆動回路21への
指令により、ステージ20は所定の距離移動させられ
る。なお、ステージ20の移動距離は、図示していない
が、レーザー測長器により監視されており、測長器から
の測長結果に基づき、ステージの位置は正確に制御され
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】さて、上述したような
電子ビーム描画装置やその他の方式の装置であっても、
被描画材料であるウェハ上のレジストに描画を行い、L
SIパターンを形成する場合、1個のダイ(=チップ
(10〜20mm角))に対して、装置の有する電子ビー
ム偏向範囲は、最大5mm角程度であって小さい。LS
Iのゲートチェーンのような構造のパターンを形成する
場合、チップ全体につながったパターンを形成すること
が必要である。
【0012】したがって、このようなパターンを形成す
るには、5mmごとにパターンを接続するようにウェハを
載せたステージと電気的偏向系が制御される。このた
め、図1の装置では、位置決め偏向器10として、単一の
偏向系を図示しているが、実際には5mmの偏向のための
メイン偏向器、5mm以下の範囲に対してはサブあるいは
サブサブ偏向系を備えている。たとえば、サブ偏向系は
500μm、サブサブ偏向系は50μmの偏向範囲とな
っている。
【0013】図1に示した可変面積型電子ビーム描画装
置以外の描画方式として、セルプロジェクション(cell
projection)方式の描画機能を組込んだ装置も開発さ
れている。この方式では、電子ビーム通路上に数十種類
のパターンが作り込まれたアパーチャ(図形絞り)が設
けられている。このアパーチャを通過した電子ビームが
1/25に縮小されてウエハに塗布されたレジストに照
射され、1ショットで最大5μm角の領域(セル)にパ
ターンが描画される。ショット位置は任意の座標で指定
できるので、セルとセルとの間に間隔を設けたり、セル
とセルとのつなぎ目を接するようにすることができる。
以下、このようなつなぎ目を「ショット接続部」とい
う。このような構成により、0.1μmの小さな図形か
らチップ全体につながるような大きな図形まで、所望の
パターンを自由自在に描画することができる。
【0014】上述した各種の電子ビーム描画装置で描画
した10mm角チップでは、フィールド接続部は4万箇
所、セル同士の接続箇所は400万箇所にもなる。この
様子を図2に示す。図2でWはウェハであり、ウェハW
内には多数のチップTが形成される。各チップTはメイ
ンフィールドF1に仮想的に分割される。各メインフィ
ールドF1は、サブフィールドF2に仮想的に分割され
る。サブフィールドF2は、サブサブフィールドF3に
仮想的に分割される。
【0015】チップTの大きさは、例えば、10mm×
10mmであり、メインフィールドF1の大きさは、例
えば、5000μm×5000μmである。また、サブ
フィールドF2の大きさは、例えば、500μm×50
0μmであり、サブサブフィールドF3の大きさは、例
えば、50μm×50μmである。
【0016】このように、電子ビーム描画装置では、描
画領域を仮想的に分割し、分割領域ごとにパターンの描
画を行っている。すなわち、特定の領域の描画を行った
後、ステージを移動させたり、メイン偏向系やサブある
いはサブサブ偏向系の制御を切り替え、隣り合った領域
の描画におけるパターンの描画を行う。この結果、隣接
する異なった領域の境界部(フィールド境界部やショッ
ト接続部等、以下「フィールド境界部」で代表させる場
合がある)Bで、描画されたパターンのずれやパターン
間の間隔誤差が生じる。
【0017】図3はフィールド境界部Bにおけるパター
ンのずれを例示したもので、パターンは本来図3(a)
のように形成されるべきものが、図3(b)のようにY
方向にずれたり、図3(c)のようにX方向にずれてパ
ターンが分割されてしまったりする。なお、図3で点線
が境界部である。
【0018】図3(b)のようなパターンのフィールド
境界部におけるずれが、LSIの性能上許容される大き
さは、設計寸法の1/10以下であり、例えば、0.1
μmのパターン幅では、10nm以下となる。図3
(c)では、つながっているべきが断線しており、実際
のLSIの性能上許容されない。これらのずれの量が許
容値以上の場合、電子ビーム描画装置のどこかに異常が
あることになり、この異常を発見し、装置の再調整を行
う必要がある。
【0019】電子ビーム描画装置のどの箇所に異常が存
在するかを発見するためには、ウェハ全面のチップにパ
ターンを描画し、各チップ内の多数の接続部を検査し、
各接続部におけるパターンの接続ずれの量と方向を測定
する必要がある。この測定された結果により、電子ビー
ム描画装置の異常箇所を経験的に推定することができ
る。異常箇所が発見できれば、電子ビーム描画装置の調
整・修理を適切に行うことが可能となる。
【0020】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、多数の領域ごとに描画されたパタ
ーンの接続部における接続精度を高い精度で高速に検査
することができるパターン接続精度検査方法を実現する
にある。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は、被露光材料の
所定の露光領域で露光し、所定の露光領域の露光後、他
の露光領域で露光するように、順次各領域を露光して形
成した露光パターンに対し、各露光領域間の接続精度を
検査する方法において、異なる露光領域に存在する特定
のパターンが少なくとも2つ含まれるような検査領域か
ら発生した信号を検出し、検出信号から前記特定のパタ
ーンの位置を検出し、前記検査領域に対応する基準領域
についてのデータから求めた該基準領域内の特定パター
ンの位置と、前記検査領域の特定パターンの位置とを比
較することにより、前記検査領域の内の露光領域間の接
続精度を検査するようにしたので、多数の領域毎に露光
されたパターンの領域境界における接続精度を高い精度
で高速に検査することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図4は本発明に基づく検査
方法を実施するための基本システム構成の一例を示して
いる。図中31は、例えば、図1の電子ビーム描画装置
で描画すべきパターンデータが格納されているメモリー
である。このメモリー31内のデータは、検査システム
の一部を構成する制御処理ユニット32に伝えられる。
【0023】制御処理ユニット32は、検査システムに
含まれるSEM(scanning electron microscope)を制
御する。SEMは、電子銃33、コンデンサレンズ3
4、対物レンズ35、偏向器36、試料37を載置する
移動ステージ38より構成されている。
【0024】電子銃33より発生し加速された電子ビー
ムEBは、コンデンサレンズ34、対物レンズ35によ
ってウェハ試料37上に細く収束される。試料37上の
電子ビームの照射位置は、偏向器36によって2次元的
に走査される。また、移動ステージ38をX,Y方向に
任意に移動させることにより、試料上の電子ビーム照射
領域を移動させることができる。偏向器36の駆動回路
39、移動ステージ38の駆動回路40は、制御処理ユ
ニット32によって制御される。
【0025】試料37への電子ビームEBの照射によっ
て発生した、例えば2次電子は、2次電子検出器41に
よって検出される。検出器41の検出信号は、試料表面
形状を現す画像データとして、増幅器42、AD変換器
43を介して制御処理ユニット32に供給される。な
お、ここでは2次電子を用いる方法で述べるが、反射電
子あるいは吸収電流など電子ビームの照射によって試料
から得られる信号であれば、何であってもよい。
【0026】制御処理ユニット32に供給された画像デ
ータは、画像メモリー44に供給されて記憶される。画
像メモリー44に記憶されたデータは、読み出されて画
像処理ユニット45に供給され、画像データに基づいて
パターンの接続精度の測定が行われる。このような構成
の動作を次に説明する。
【0027】まず、試料37として、図1に示した電子
ビーム描画装置で各チップTの全面にパターンが描画さ
れたウェハ試料が用いられる。この図1の装置でパター
ンの描画を行う場合、特定のチップTa(図2参照)に
ついては、LSIデバイスの性能を左右するゲートやコ
ンタクトホールのようなパターンに対して、接続部が発
生しないよう一つの偏向系のみで描画されたパターンを
作り込み、これを基準チップとする。
【0028】次に、この基準チップを用いて基準の画像
を収集する。ところで、この基準チップTa以外のチッ
プすなわち検査すべきチップのフィールド接続部やショ
ット接続部の座標は、あらかじめ描画時に分かっている
ため、この座標に基づき、制御処理ユニット32の制御
によりステージ38と偏向器36が制御され、ウェハ試
料37の基準チップTaにおける前記接続相当部におい
て電子ビームを走査し、その結果検出器41で検出され
た2次電子信号を画像信号として、増幅器42,AD変
換器43、制御処理ユニット32を介して画像メモリー
44に取り込む。この際、各基準パターンの画像信号
(基準画像)は、座標を付して保存される。
【0029】なお、基準画像の撮影倍率は、他の検査対
象のチップを検査するときの倍率と同じか、あるいは、
それよりも低い倍率で行われる。これは、基準画像には
ずれがないことから、生画像が低倍率(例えば、最大1
/8)であっても画像補間などの処理で検査倍率まで図
形の膨張を行っても、基準画像としての性質を失わない
ことが実験により確かめられていることによる。逆に、
検査時より大きな倍率で基準画像を撮影してもよいが、
視野が狭くなるので基準画像の枚数が増えるため、得策
ではない。
【0030】なお、基準画像の取り込みにおいて、視野
の中に同じ形状の繰り返しパターンが存在する場合に
は、視野全体を基準画像として取り込む必要はなく、パ
ターン1個、あるいは、複数個を含む領域を基準画像と
して取り込み保存するようにしてもよい。図5は取り込
まれた基準画像の一例を示している。この場合、3本の
パターンを含む領域を基準画像としているが、そのうち
の1本のパターンのみを基準画像としても良い。
【0031】さて、次は検査対象チップの画像の取り込
みである。図4の検査システムにおいて、検査条件にし
たがって、検査対象チップの画像が自動で順次取り込ま
れ、座標と共に画像メモリー44に保存される。すなわ
ち、制御処理ユニット32は、あらかじめ設定された条
件にしたがって、ステージ38の駆動回路40を制御
し、ウェハ試料37の検査対象領域を電子ビーム光軸上
に位置させ、駆動回路39を介して偏向器36を制御
し、検査対象領域で電子ビームの走査を行う。
【0032】各検査領域での電子ビームの走査により検
出された2次電子信号は、検査画像としてその位置座標
と共に画像メモリー44に保存される。すべての検査領
域の画像の取り込みが終了した後、検査領域の座標に対
応した基準画像と検査画像とが、画像処理ユニット45
で画像比較され、フィールド接続部やショット接続部の
ずれが検出される。図5は前記したように、基準画像を
示しており、図6は、図5の基準画像に対応した検査領
域から得られた検査画像である。図6において、Bが接
続領域線である。
【0033】このずれの検出は、高度なテクニックによ
る各種の特徴抽出アルゴリズムを用いたソフトウェアに
よって正確に行うことができる。検出された箇所の画像
には、矩形または円形でマーキングがなされ、この領域
の例えば中心座標が算出されると同時に、ずれ量も測定
される。
【0034】これらのずれ量の測定がすべて終了した
ら、視覚的にその様子を捉えやすくするため、ずれ量が
グラフ表示あるいはマップ表示される。マップ表示に
は、ウェハマップ(ウェハ全体の測定結果を表すマッ
プ)、チップマップ(一つのチップの測定結果を表すマ
ップ)、フィールドマップ(一つのフィールドの測定結
果を表すマップ)等があるが、その表示をするにあたっ
ては、ずれの大きさと方向を表すベクトル図形で表示を
行うと、理解しやすい。ベクトル図形で行ったウェハマ
ップの一例を図7に示す。図7において、実線が測定に
基づいて表示されたベクトル図形であり、細線が理想的
なベクトル図形を表している。ここでは、ベクトルの先
端を結んだ線をベクトル図形と呼ぶ。
【0035】なお、ウェハマップを表示する場合は、チ
ップのX、Y各辺の複数個のずれの平均値をベクトル表
示し、チップマップを表示する場合は、メインフィール
ドの複数個の接続部のずれの平均値をベクトル表示すれ
ば、よりずれの状態を的確に把握することができる。こ
のようなマップから、パターンの接続ずれの傾向が把握
でき、この傾向から、電子ビーム描画装置の再調整箇所
の判断を的確に行うことができる。
【0036】更に、高精度で各接続部のずれ量を測定す
るには、全ての検査領域に対して再測定が行われる。再
測定の手順は、ずれが検出された第1番目の検査領域の
中心位置にウェハ試料が移動される。そして、高倍率で
画像信号が取り込まれる。このときの倍率は、検出時に
測定されたずれ量から算出され、再測定に適するよう
に、その値の数倍程度の大きさになるように再検査時倍
率が設定される。
【0037】このようにして全ての高倍率像の取り込み
が終了したら、これらの各画像に対してずれ量を再測定
し、データベースとして保存される。このようなステッ
プを追加することにより、高精度にずれ量が測定され
る。この高精度で測定されたずれ量は、マップ表示され
る。
【0038】ところで、先に「接続部が発生しないよう
に一つの偏向系のみで描画されたパターンを作り込み、
これを基準チップとする」と述べたが、検査・測定の前
準備の段階において、LSIの性能を左右するクリティ
カルなパターンが接続部を含まないパターンであるよう
な特別なチップを作り込むことは繁雑な作業を伴う。こ
のため、その代替策として、次のようにして、基準画像
を取り込むことが可能である。
【0039】すなわち、例えばウェハ上に、あるパター
ンが複数個存在している場合において、ある領域のその
パターンには接続部を有しているが、別な領域のそのパ
ターンには接続部を有していないならば、接続部を有し
ていないそのパターンを基準パターンとして、接続部を
有するそのパターンを検査対象とする考え方である。接
続部を含むチップにおいて、検査対象領域のパターンと
同じパターンがフィールド接続部近傍、あるいは、その
チップの別の領域にあって、しかも接続部を含まない場
合には、このパターンを基準画像として保存するように
することができる。なお、同じパターンが視野内にない
場合には、他の視野のどこにあるかはLSI設計用CA
D図形と比較検討することにより知ることができる。
【0040】さて、接続部のずれの検出は、上述したよ
うに画像処理によって直接的に検出することができる
が、比較的簡単に行うには、画像マッチングにより間接
的にずれ量を算出する方式を用いることができる。即
ち、上述の考え方は、接続部の無いパターンを基準にし
て、接続部の有るパターンを検査し、接続部の有るパタ
ーンの接続部のずれ量を測定する。これに対して、以下
の方法は、接続部を含む画像を基準にして、接続部を含
む他の画像と比較し、接続部のずれ量の両者間の相対的
な値を測定する方法である。
【0041】例えば、図8(a)に示すように、視野の
中の一定の領域Pを視野内での位置を特定する際に標的
として用いるパターンの画像として登録する。以下、こ
のような標的として用いるパターンの画像を単に「標的
画像」と呼ぶことにする。また、このような視野を基準
視野と呼ぶことにする。なお、このような基準視野に対
応する試料上の領域が基準領域である。また、この登録
は、例えばオペレータが走査像を観察しながら領域を選
択・指定して行ってもよいし、画像処理技術によって基
準視野内の例えば繰り返しパターンの中から任意の1つ
を抽出してもよい。この登録した「標的画像」と基準視
野の画像(基準画像)との画像マッチングを行って、基
準視野内でマッチングした画像領域を抽出する。抽出し
た画像領域の座標をPO1、PO2、PO3、PO4と
して登録する。
【0042】このように、図8(a)の基準視野におい
ては、同じ形状のパターンが4つあり、このうち例えば
右上のパターンを囲んだ領域Pを「標的画像」として登
録すれば、画像マッチングによって他の同じ形状のパタ
ーンの座標も自動的に(もちろんオペレータが手動で行
ってもよい)登録されるようになっている。次いで、
「標的画像」と図8(b)に示すような検査画像との画
像マッチングを実行して、マッチングした画像領域を抽
出する。なお、このような検査画像に対応する試料上の
領域が検査領域である。抽出した画像領域の座標をPI
1、PI2、PI3、PI4として登録する。更に、P
O1、PO2等とPI1、PI2等とを相対比較するこ
とによって、それぞれの部分のずれ量を算出することが
できる。なお、図中のPO1、PO2等の座標位置は、
各パターンの特徴によって一義的に決定される座標であ
れば、例えば中央位置でも左上隅でもどこであってもよ
い。また、図8(a)中のBx、Byは接続境界部を示
す。なお、図8(a)に示した領域Pの内の描画パター
ンは、領域Pの範囲内に完全に収まっているが、図10
に示すような場合には、領域Pが連続した描画パターン
の一部を切り取るように指定・登録してもよい。
【0043】ずれ量算出の考え方は次の通りである。先
ず、最初に検査画像のPI1は基準画像のPO1の位置
と一致していると仮定する。このような仮定を基にすれ
ば、検査画像のPI1に対するPI2のずれは、 (PI2−PI1)−(PO2−PO1)=(PI2−
PO2) となる。ここで、(PI2−PI1)はPI1から見た
PI2の位置ベクトルであり、(PO2−PO1)はP
O1から見たPO2の位置ベクトルであり、(PI2−
PO2)はPO2を基準にしたときのPI2のずれベク
トルである。従ってこのことから、PI2を含む描画領
域は、PI1を含む描画領域から見て(PI2−PO
2)だけずれていることが分かる。
【0044】このような関係は、図8(a)と(b)の
例では、PI1を含む描画領域から見たPI3を含む描
画領域のずれ(PI3−PO3)、PI1を含む描画領
域から見たPI4を含む描画領域のずれ(PI4−PO
4)等を求めることができる。もちろん、最初の仮定を
どのようにとるかによって算出されるずれ量の値は異な
ってしまうから、例えば、左右の領域間のずれは右の領
域からみた左の領域のずれ、上下の領域間のずれは上の
領域からみた下の領域のずれのように統一して求めるよ
うにすればよい。
【0045】このように統一すれば、例えば、PI2を
含む描画領域からみたPI4を含む描画領域のずれは、
PI2を含む描画領域とPO2を含む描画領域の位置と
一致していると仮定して、 (PI4−PI2)−(PO4−PO2)=(PI4−
PO4) となる。
【0046】このようにして、隣接した2つの描画領域
間の相対的なずれが求まる。なお、この場合、これら2
つの描画領域は必ずしも互いに直接接している必要はな
く、検査装置の電子ビーム走査の同一視野内にあればよ
い。この考え方は直接接していないパターン同士のずれ
を考える場合に重要である。図9に示すようなコンタク
トホールC1を含む描画領域と、C2を含む描画領域の
間に別な描画領域が挟まっている場合のC1とC2との
ずれの検査等がその例である。
【0047】ただし、このようにC1を含む描画領域と
C2を含む描画領域との間に別な描画領域が挟まってい
る場合には、検査のための視野(走査領域)の設定には
若干の注意が必要である。即ち、通常、検査のための視
野(走査領域)は、つなぎめのどこかの位置が中心にく
るように、設定されるはずである。従って、図9の左側
のつなぎめBxのどこかの位置が中心にくるように設定
すると、図9の右側にあるC2が検査のための視野(走
査領域)内に入らなくなる恐れがある。この様な場合、
走査の倍率を下げて検査のための視野(走査領域)を広
げるか、好ましくは検査のための視野(走査領域)の中
心座標を図9のC1の位置とC2の位置と中間の位置に
なるように設定するとよい。
【0048】更に、このような「標的画像」は同一基準
視野内において1個あるいは1種類のパターンであると
は限らない。同一基準視野内において異なる形状のパタ
ーンを複数個それぞれを「標的画像」としてもよい。す
なわち、同一基準視野内において、ある形状Aのパター
ンの領域を第1の「標的画像」とし、これと異なる形状
Bのパターンの領域を第2の「標的画像」とし、以下同
様に更に異なる形状Cのパターンの領域を第3の「標的
画像」とし、各「標的画像」の座標を検出し、互いの相
対的位置の値を求めることができる(図11参照)。
【0049】また、基準視野の画像から直接求めたPO
1、PO2…あるいは(PO2−PO1)、(PO4−
PO2)等の数値データは、CADデータまたはパター
ンデータから作成したもの(数値データ)を用いてもよ
い。このようにすれば、基準視野内のつなぎめにずれが
あったとしても、比較に用いる数値データはずれの無い
設計値を用いることができる利点がある。更に、このよ
うな数値データを基準視野の画像(基準画像)あるいは
「標的画像」(標的パターンの画像)の属性データとし
て取り扱うとよい。
【0050】更に、CADデータまたはパターンデータ
から作成した数値データを基準視野の画像(基準画像)
の属性データとして取り扱うに際しては、一歩進めて次
のようにすると便利である。
【0051】基準視野の画像(基準画像)内における複
数の「標的画像」(標的パターンの画像)が互いにずれ
ているかどうかを、予めCADデータまたはパターンデ
ータの数値データと比較して検証しておき、そのずれ量
を基準視野の画像(基準画像)内の「標的画像」(標的
パターンの画像)に関する属性データとするとよい。例
えば、図8(a)の基準視野内において、抽出した「標
的画像」の座標が、PO1、PO2・・・であり、座標
PO1と座標PO2との差(PO2−PO1)に対し
て、この実測値に対応するCADデータまたはパターン
データから作成した両者の差が(PO2’−PO1’)
であれば、実測値とCADデータまたはパターンデータ
との差を (PO2’−PO1’)−(PO2−PO1)=ΔPO
21 と求めておく。そしてこのような差を基準画像の属性と
する。
【0052】このようにしておけば、図8(b)の検査
画像におけるPI1に対するPI2の位置関係は、基準
画像図8(a)との比較処理において、 (PI2−PI1)−((PO2−PO1)+ΔPO2
1)=(PI2−PI1)−(PO2’−PO1’) ここで、PI1−PO1’=0(第1の標的パターンを
基準とする)とすれば、=(PI2−PO2’) が、接続部にずれを含む基準画像のPO2に対しての
「CADデータまたはパターンデータによる補正済み」
の検査画像のPI2のずれとなる。
【0053】なお、上記差に関しての変形として、 PO1’−PO1=ΔPO1、PO2’−PO2=ΔP
O2、・・・ などとし、上記比較処理においては、 (PI2−PI1)−((PO2−PO1)+(ΔPO
2−ΔPO1))=(PI2−PI1)−(PO2’−
PO1’) ここで、PI1−PO1’=0(第1の標的パターンを
基準とする)とすれば、=(PI2−PO2’) としてもよい。
【0054】また、更に、上記では基準視野は同一の視
野内に全ての「標的パターン」を含むことを前提とした
が、必ずしも基準視野は同一の視野内に全ての「標的パ
ターン」を含まなくともよい。即ち、別々に取得した画
像から第1、第2等の複数の「標的画像」を抽出すると
共に、CADデータ等から求められたこれらの相対間隔
((PO2−PO1)、(PO4−PO2)等)を属性
データに持つことでもよい。更に、属性データを持つ代
わりに複数の「標的画像」を合成して1つの基準画像を
作ることでもよい。
【0055】このようにした後、検査すべき領域から得
た検査画像に対して先に述べたようにPI1、PI2…
あるいは(PI2−PI1)、(PI4−PI2)等を
求めて、相対比較してずれを求める。
【0056】もし、チップには1個しか存在しないパタ
ーンが接続部を含んでいる場合には、次のようにすると
よい。検査画像上でこのパターンの接続部を含まない部
分をパターンの一部として画像処理で切り出し、切り出
した各部分の間の位置関係はCADデータの数値を用い
て画像を合成して(このような機能をレタッチ(retouc
h)機能と呼ぶことにする)、接続ずれのない画像を人
工的に作り出し、この画像を「標的画像」とすることが
できる。
【0057】この接続ずれのない画像を作るにあたって
は、この検査箇所の座標に対応したCAD図形を調べる
ことによってその箇所の設計上のパターンを知ることが
できるので、接続ずれのない合成画像を容易に作ること
ができる。
【0058】また、取得した接続部を含む画像データを
パーソナルコンピュータに転送し、このコンピュータ上
に画像を表示し、画像の輪郭をなぞって接続部を人工的
に正しい形状に補正した画像を作成したり、或いは白黒
の2値画像やフィルタリング処理したグレーレベル画像
を作成し、これを「標的画像」あるいは基準画像として
図4のシステムに転送することができる。
【0059】CAD図形を「標的画像」あるいは基準画
像として用いる場合には、CADのパターン図形を専用
のコンピュータにダウンロードして、CADモニター上
で図形を観察し、仮想的な接続部をまたぐ両側のパター
ンを含むような領域を特定し、この領域の図形を「標的
画像」あるいは基準画像として図4の検査システムにダ
ウンロードすることも可能である。なお、ここでいうC
AD図形とは、実際は描画のためのパターンデータと呼
ばれるものに構成し直した場合のものを含む。
【0060】このようにCAD図形を標的画像あるいは
基準画像として用いる場合には、注意すべきことがあ
る。即ち、検査システムに用いられるSEMで得られる
画像とCADから得られる画像の質など、例えばコント
ラストは同一とは限らないということである。このた
め、両者の画像マッチングを行った際には、これに起因
する誤差が生じてしまう。その極端な例は、両者のコン
トラストが逆転している場合であり、同一のパターンを
同一と認識できなくなったりする。
【0061】そこで、検査画像に対して、基準画像のコ
ントラストが逆転しているような場合には、基準画像の
属性データの一つにコントラストに関するデータを設け
る。例えば、基準画像のコントラストが逆転している場
合は−1、そうでない場合は1とする等する。そして、
画像マッチングに際して、その属性データが−1の場合
には、基準画像のコントラストを逆転させた上で処理す
ればよい。なお、一般に画像マッチング機能には、画像
のコントラストを逆転させた上で処理する機能を備えて
いることが多いので、この機能を活用する。
【0062】更に、上記コントラストの逆転以外の両者
の画像の質などの違いによる画像マッチングの際の誤差
についても、予め両者の画像マッチングを行って、その
誤差がどの程度であるかを検証しておき、この値を基準
画像の属性データの一つとするとよい。
【0063】更にまた、この考え方によれば、基準画像
と検査画像とを異なる装置あるいは異なる測定条件で取
得した場合にも適応可能である。そのような場合には、
基準画像と検査画像とでは、画像の倍率が微妙に異なっ
ていたり、一方の画像が他方に対して回転していたり、
SEMの偏向器36のX方向の走査とY方向の走査との
直交度がわずかにずれている場合もある。そこで、検査
画像に対する基準画像の倍率の誤差や回転の差、直交度
誤差等をそれぞれ基準画像の属性データとして持たせ
て、画像マッチングの際には、これらの属性データで基
準画像の画像を補正した上で処理するようにすればよ
い。
【0064】ところで、装置のオペレータが、「標的画
像」を設定するに際しては、基準画像の視野内で「標的
画像」にふさわしいパターンを探して、「標的画像」と
しての範囲(標的画像として指定される視野の大きさ)
を指定することになる。しかしながら、「標的画像」に
すべきパターンを探す操作はともかく、標的画像として
の範囲を指定する操作は、装置のオペレータにとって
は、相当にわずらわしい操作となる。また、検査領域の
指定に際しては、単にその位置を指定するだけにした
い。
【0065】そこで、実用的には、基準画像あるいは検
査画像の視野に対して、標的画像の範囲と位置をある一
定に固定してしまうと便利である。例えば、図13
(A)は、基準画像において接続部の境界線が上下方向
(縦方向)に走っていると想定した場合に、視野内左右
に2つの標的画像を設定した場合である。もちろん、接
続部の境界線が左右に走っている場合のモードも用意し
ておき、目的に応じて選択して用いればよい。
【0066】図13(B)は、装置のオペレータが検査
すべき検査領域を指定して得たSEM画面上の検査画像
である。図13(A)の基準画像の視野に対して、図1
3(B)検査画像の視野は、かなりずれた状態に設定さ
れ、かつ、検査画像の右側の標的画像の一部は視野から
はみ出ている。しかし、このような場合でも、検査は十
分に可能であり、装置の操作は容易になる。このような
ことが可能な理由は、標的画像の範囲がパターンの一部
しか含んでいなくとも、また、その一部が欠落していて
も、基準画像中の標的画像の範囲と検査画像の範囲(基
準画像で指定されている標的画像の範囲の近傍の範囲)
に共通に含まれている部分があれば、基準画像と検査画
像との比較が可能だからである。
【0067】図13(A)の例では、画像の全視野を左
右に2分したそれぞれのほぼ中央部分に、全体の視野面
積に対して30ないし40%の面積、例えば35%が標
的画像の範囲となるようにしている。実験によれば、繰
返しパターンがある場合には、上記標的画像の大きさを
あまり小さく設定すると、検査画像中の同じ形状で位置
の異なるパターンを誤って検出してしまうことがときに
はあることが分かっている。また、標的画像の範囲を2
分した標的画像の全面(すなわち全体の視野面積に対し
て50%の面積)にしてしまってもよいようにも考えら
れる。しかし、実は、検査すべき試料37を載せた移動
ステージ38の機械的な精度の関係で、標的画像の範囲
を大きくし過ぎると、標的画像の範囲が接続部を跨いで
してしまい、その結果として誤った判断をしてしまうこ
とがあることが分かっている。従って、標的画像の大き
さ(全視野に対する面積)は30ないし40%が望まし
い。
【0068】なお、上記では、「標的画像の範囲と位置
を固定」と述べたが、むしろいちいち標的画像の範囲と
位置を調節しなくともよいようにしたということであっ
て、必要に応じて、標的画像の範囲と位置を調節できる
ようにしておいてもよい。また、標的画像の範囲は、装
置のオペレータに認識可能なように、その範囲のコント
ラストを変えて表示したり、枠や範囲を示す何らかの印
を表示するとさらに便利である。このような枠の表示
は、基準画像中の標的画像の範囲を示すだけではなく、
基準画像と検査画像との比較後、検査画像中に標的画像
の範囲を示すようにすれば、誤った検査結果のチェック
にも役立つ。
【0069】以上、基準画像の取得の方法、基準画像と
検査画像との比較と接続部のずれの測定の方法、測定結
果の表示の方法等について述べた。ここであらためて、
基準画像の取得の方法、基準画像と検査画像との比較と
接続部のずれの測定について、まとめて記載する。
【0070】基本的な考え方は次の如くであった。まず
接続部のずれの無い特別な基準チップを作り、この基準
チップを用いて基準画像を取得して(図12(a)参
照)、接続部の有る検査対象領域(図12(b)参照)
のパターンと比較して接続部のずれの量を計測する。そ
して、例えばウェハ全面に渡るそのような多数の測定値
を用いて、ウェハ全面におけるずれの量の分布図として
表示する。
【0071】基準画像の取得の第1の方法は、上記の基
本的考え方に基づくものであって、接続部のずれの無い
特別な基準チップを作り、この基準チップを用いて基準
画像を取得する方法である(図12(a)参照)。しか
しながら、接続部のずれの無い特別な基準チップを作る
のが困難であるという実際上の問題がある。そこで、以
下のような方法が考え出された。
【0072】基準画像の取得の第2の方法は、検査対象
領域のパターンと同じパターンで接続部を持たないパタ
ーンを、CADデータ等を検討することによって探し出
して、この接続部を持たないパターンを含む視野の画像
を基準画像として取得する方法である。
【0073】基準画像の取得の第3の方法は、基準画像
取得のための視野内のパターンが接続部を持ったパター
ンであっても、接続部を挟んだパターン間の位置関係は
CADデータ等を用いることによって、正しい位置関係
を示す基準画像として用いることができる。この方法に
よれば、異なる視野から取得した複数の基準パターンを
CADデータを用いて位置関係を定めて基準画像として
用いることもできる。
【0074】基準画像の取得の第4の方法は、接続部に
ずれが有るかもしれない視野の画像をそのまま基準画像
(図12(c)参照)として取得する方法であって、後
述の相対的なずれ量の測定に用いられる。
【0075】次に接続部のずれの測定の方法についてま
とめる。基準画像と検査画像との比較と接続部のずれの
測定の第1の方法は、接続部のずれの無い基準画像(図
12(a))と検査画像(図12(b))とを比較して
接続部のずれ量を測定する方法である。
【0076】基準画像と検査画像との比較と接続部のず
れの測定の第2の方法は、接続部にずれが有るかもしれ
ない基準画像(図12(c))と検査画像(図12
(b))とを比較して接続部の相対的なずれ量を測定す
る方法である。
【0077】このような相対的なずれ量の測定方法が有
用である理由は、測定結果に関して、個々のパターンの
接続部のずれを問題にするというよりは、描画された全
体(ウェハ全体やチップ全体など)における接続部のず
れ量の分布状態を知ろうとする目的の場合があるからで
ある。例えば、あるひとつの基準画像を用いてウェハ全
体にわたって基準画像が含むパターンと同じパターンに
ついてずれを測定すれば、仮に基準画像内にずれがあっ
ても、ウェハの各部分間のずれの違いは十分に把握でき
る。
【0078】以上本発明の実施の態様を説明したが、本
発明はこの実施の態様に限定されず他の変形も可能であ
る。例えば、検査箇所の全ての画像を取り込んだ後、接
続ずれを検出・測定するようにしたが、各検査箇所の画
像を取得するごとに、接続ずれを検出・測定するように
構成してもよい。
【0079】更に、ウェハの特定のチップに対して、接
続部がない基準パターンを作り込む場合、同じ品種のウ
ェハに対しては、必ずしも全てのウェハに特定のチップ
を作る必要はない。
【0080】更にまた、検査対象は、直接電子ビーム描
画装置で描画されたウェハだけではなく、電子ビーム描
画装置あるいはレーザ描画装置あるいは光と電子のミッ
クスアンドマッチ(mix and match)方式で作成された
LSIパターン露光用マスクの検査・測定も同様に行う
ことができる。また、光や電子ビームやUV、EUVを
光源としたステッパ露光装置で作成したマスクや光の露
光法でマスタマスクを1/5に縮小投影露光したパター
ンをつなぎ合わせて作ったドータ(daughter)マスクの
検査・測定も同様に行うことができる。
【0081】露光用マスクとは、厚い石英ガラス上にパ
ターンが描かれたものであり、検査段階は、パターンの
材質がレジストのままである場合や、マスク製作工程が
進んだ段階の場合がある。更には、ガラスではなくシリ
コンウェハを母材とした、ステンシル(stencil)マス
クやX線マスクも検査対象とすることができる。
【0082】更に、付言すれば、上述の実施の形態例で
は、電子ビームを走査したり、形状が可変の電子ビーム
で「描画」する方式で形成されたパターンを主体に記載
している。しかし、本発明の検査法は、光あるいは電子
ビーム・イオンビームやレーザで所定の領域を一度に露
光する一括露光方式で所定の領域を次々と「露光」して
つなぎ合わせたパターンであっても、つなぎ合わせがあ
るパターンであれば、適用できることは明らかである。
そのような意味で、一般には「描画」よりも「露光」の
方が広い意味に取れるが、ここではいずれの用語も共に
両者を含むような広い意味に解釈するものとする。
【0083】上述の実施の形態例では、荷電粒子ビーム
検査装置として電子ビーム検査装置の場合を例にとって
説明したが、本発明はこれに限るものではなく、他の種
類のビーム検査装置、例えばレーザビームやイオンビー
ム検査装置あるいは光学式検査装置等にも同様に適用す
ることができる。
【0084】更に、上述の実施の形態例では、画像を走
査方式で取得する方法で説明したが、例えば、電子や光
で投影・拡大した画像をCCDカメラ等を用いて取得す
る方法でも、同様な検査が行えることはいうまでもな
い。
【0085】また、上述の実施の形態例では、説明の都
合で画像データ等に位置データ等を付随させるように説
明しているが、逆に、位置データ等に画像データ等を付
随させるようにしてもよい。
【0086】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、検査領域から取得したデータと基準領域から取
得したデータとを比較することによって、検査領域内の
多数の露光領域毎に露光されたパターンの露光領域の境
界における接続精度を高い精度で高速に検査することが
できる。その際、基準領域についてのデータを取得する
ための実試料においては接続部においてずれの有るパタ
ーンであっても、CADデータを活用する等によって、
接続部にずれの無いパターンから得たデータと同等に成
し得る。更に、検査領域から取得したデータと基準領域
から取得したデータとの比較を相対的に行うことによっ
て、基準領域についてのデータに接続部においてずれが
有っても、所定の目的を達することができる。
【0087】
【図面の簡単な説明】
【図1】可変面積型電子ビーム描画装置を示す図であ
る。
【図2】ウェハとウェハ上に形成されるチップやフィー
ルドの関係を概略的に示した図である。
【図3】フィールド境界部におけるパターンのずれを示
す図である。
【図4】本発明に基づく検査方法を実施するための基本
システム構成の一例を示す図である。
【図5】取り込まれた基準画像の一例を示す図である。
【図6】検査画像の一例を示す図である。
【図7】接続精度のずれの表示をベクトル図形で行った
ウェハマップの一例を示す図である。
【図8】繰り返しパターンの場合の画像マッチング処理
を説明するための図である。
【図9】コンタクトホールの位置ずれの測定処理を説明
するための図である。
【図10】基準画像の指定範囲の他の例を説明するため
の図である。
【図11】基準画像が異なる形状である例を説明するた
めの図である。
【図12】接続部を持たない基準画像と、検査画像と、
接続部を持った基準画像との例を説明するための図であ
る。
【図13】基準画像を2分割し、標的枠を設けた検査法
の例を説明するための図である。
【符号の説明】
31…データメモリー 32…制御処理ユニット 33…電子銃 34…コンデンサレンズ 35…対物レンズ 36…偏向器 37…ウェハ試料 38…移動ステージ 39…偏向器駆動回路 40…ステージ駆動回路 41…2次電子検出器 42…増幅器 43…AD変換器 44…画像メモリー 45…画像処理ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/027 H01L 21/66 J 21/66 P 21/30 502V Fターム(参考) 2F065 AA03 AA14 AA20 CC18 CC19 CC25 DD06 EE00 EE05 FF42 FF61 JJ03 JJ26 LL65 MM16 QQ04 QQ24 QQ25 QQ31 QQ32 QQ33 QQ38 RR01 RR02 RR08 SS01 2G051 AA51 AA56 CA04 EA08 EA11 EA12 EA14 EB01 ED04 ED11 ED15 ED21 4M106 AA01 BA02 CA39 CA50 DB05 DB21 DJ11 DJ21 DJ23 5B057 AA03 BA03 DA03 DA07 DB02 DC03 DC33 DC39 5L096 AA06 BA03 EA27 FA32 FA62 FA66 FA67 FA69 GA17 HA07

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被露光材料の所定の露光領域で露光し、
    所定の露光領域の露光後、他の露光領域で露光するよう
    に、順次各領域を露光して形成した露光パターンに対
    し、各露光領域間の接続精度を検査する方法において、 異なる露光領域に存在する特定のパターンが少なくとも
    2つ含まれるような検査領域から発生した信号を検出
    し、検出信号から前記特定のパターンの位置を検出し、 前記検査領域に対応する基準領域内の各特定パターンの
    位置とCADのデータ又はパターンデータからの各特定
    パターンの位置との差分を求め、これら差分のデータを
    前記基準領域の画像データに付随させるようにし、 前記検査領域の特定のパターンの位置と、前記基準領域
    の特定のパターンの位置とを比較し、 前記差分を用いて前記比較の結果を補正するようにする
    ことにより、前記検査領域の内の露光領域間の接続精度
    を検査するようにしたパターン接続精度検査方法。
  2. 【請求項2】 前記基準領域内の各特定パターンの位置
    とCADのデータ又はパターンデータからの各特定パタ
    ーンの位置との差分は、いずれかの特定パターンの位置
    を基準にして相対的に表した値であるようにした請求項
    1記載のパターン接続精度検査方法。
  3. 【請求項3】 前記基準領域内の各特定パターンの位置
    とCADのデータ又はパターンデータからの各特定パタ
    ーンの位置との差分は、基準領域内の任意の特定パター
    ンに対する他の特定パターンの相対位置と、これに対応
    するCADのデータ又はパターンデータからの特定パタ
    ーン間の相対位置との差分であるようにした請求項1記
    載のパターン接続精度検査方法。
  4. 【請求項4】 被露光材料の所定の露光領域で露光し、
    所定の露光領域の露光後、他の露光領域で露光するよう
    に、順次各領域を露光して形成した露光パターンに対
    し、各露光領域間の接続精度を検査する方法において、 異なる露光領域に存在する特定のパターンが少なくとも
    2つ含まれるような検査領域から発生した信号を検出
    し、検出信号から前記特定のパターンの位置を検出し、 前記検査領域に対応する基準領域についての第1のデー
    タを該第1のデータに付随させた第2のデータで補正す
    るようにして求めた基準領域内の特定パターンの位置
    と、前記検査領域の特定パターンの位置とを比較するこ
    とにより、前記検査領域の内の露光領域間の接続精度を
    検査するようにしたパターン接続精度検査方法。
  5. 【請求項5】 前記第1のデータの少なくとも一部は、
    CADのデータ又はパターンデータから作成するように
    したデータであり、前記第2のデータには、画像のコン
    トラストの反転に関するデータを含むようにした請求項
    4記載のパターン接続精度検査方法。
  6. 【請求項6】 被露光材料の所定の露光領域で露光し、
    所定の露光領域の露光後、他の露光領域で露光するよう
    に、順次各領域を露光して形成した露光パターンに対
    し、各露光領域間の接続精度を検査する方法において、 異なる露光領域に存在する特定のパターンが少なくとも
    2つ含まれるような検査領域の露光領域間の接続精度の
    検査に際して、 前記検査領域に対応する基準領域についてのデータから
    基準画像を形成し、該基準画像の全視野を2分し、2分
    したそれぞれの視野のほぼ中央に所定の大きさの枠を設
    け、それぞれの枠内の特定のパターンの位置を検出し、 前記検査領域から発生した信号を検出して検査画像を形
    成し、前記基準画像において設定された枠内の特定のパ
    ターンに対応する検査領域内の特定のパターンの位置を
    検出し、該検査領域内の特定パターンの位置と前記基準
    領域内の特定パターンの位置とを比較することにより、
    前記検査領域の内の露光領域間の接続精度を検査するよ
    うにしたパターン接続精度検査方法。
  7. 【請求項7】 前記枠の大きさは、基準画像の全視野の
    30ないし40%である請求項6記載のパターン接続精
    度検査方法。
  8. 【請求項8】 前記枠は、基準画像の視野内および検査
    画像の視野内のいずれかまたは両方に可視可能に表示し
    た請求項6あるいは7の何れかに記載のパターン接続精
    度検査方法。
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