JP2020161769A - 画像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホットスポットなどの特定点の位置を正確に決定し、その特定点の画像を生成する方法を提供する。【解決手段】画像生成方法は、しきい値よりも高いユニークネス値を持つパターンが存在するクリップ領域Ｃ１を選択し、選択されたクリップ領域Ｃ１内に存在する特定点である第１特定点Ｐ１を決定し、決定された第１特定点Ｐ１の座標によって特定されるチップ上の第１の点Ｆ１の画像を走査電子顕微鏡で生成し、第１特定点Ｐ１と、画像上の第１の点Ｆ１とのずれを示す複数のベクトルＶ１を算出し、しきい値以下のユニークネス値を持つパターンが存在するクリップ領域内の第２特定点Ｐ５を決定し、決定された第２特定点Ｐ５の座標をベクトルＶ１に基づいて補正する。【選択図】図５

Description

本発明は、走査電子顕微鏡を用いてウェーハ上の特定点を撮像する方法に関し、特に、欠陥の可能性が高いホットスポットなどの特定点を撮像する方法に関する。

半導体デバイスの微細化に伴い、高解像度のリソグラフィ技術、光学近接効果補正技術等が開発されている。しかしながら、リソグラフィ技術、フォトマスク、フォトレジストパターン、及び加工技術を用いて、設計された回路パターンをウェーハ上に忠実に再現することは、依然として困難である。

リソグラフィの光学条件の変動、及びパターン加工におけるプロセス条件の変動等により、設計された回路パターン形状に依存して、予測のできないパターンの形状変化が発生する。このうち半導体デバイスの電気的動作に影響を与える様な脆弱性をもつパターン形状はホットスポットと呼ばれる。半導体デバイスの開発においては、このホットスポットをいち早く見つけ出し、更にホットスポットの形状、サイズ等の情報を抽出し、これらの情報に応じて設計データまたはフォトマスクパターンを修正することが、半導体デバイスの開発期間の短縮、およびデバイス製造の安定化のために非常に重要となっている。

フォトレジスト上に描画されたパターンの形状、およびフォトレジスト上に描画されたパターンを用いて加工されたパターンの形状は、パターンの画像を用いて検証することができる。半導体デバイスの微細化により、パターンの線幅は３０ｎｍ以下となっている。そこで、パターンの画像生成には、数ｎｍ以下の分解能をもつ走査電子顕微鏡が一般的に用いられる。

得られた画像からホットスポットを検出する代表的な方式として、ダイ・ツー・データベース方式がある。ダイ・ツー・データベース方式は、設計データ上のパターン形状と、ウェーハ上のパターンの画像を比較することによりホットスポットを検出する方法である。また、ダイ・ツー・データベース方式は、設計データ上のパターンの特徴量を用いて、予め決められたルールによるパターン形状の測定を行うことが可能である。

走査電子顕微鏡の視野（ＦＯＶ）の大きさは、最大でも１００μｍ程度である。したがって、最大２０ｍｍ以上となるチップ上の全パターンの画像を与えられた時間内に走査電子顕微鏡により生成することは現実的ではない。そこで、予めシミュレーション等により予測されたホットスポットの画像のみを生成する方式が採用される。このシミュレーションでは、フォトマスクパターンの設計データ、及びリソグラフィの光学条件を用いて、ウェーハ上に描画されるパターンの形状を予測することが可能である。すなわち、リソグラフィの光学条件を意図的に変化させることにより、ホットスポットをシミュレーション上で発生させることができる。このシミュレーションはホットスポットを発生しうるパターンを予測することに使用されるが、半導体チップ一つの設計データあたり数百万点のホットスポットが検出される場合もある。

これらの膨大な数のホットスポットの画像生成をできるだけ短時間で完了させるために、数百ｎｍから数μｍ程度の小さい視野（ＦＯＶ）の画像が用いられる。ホットスポットを画像の視野内に収めるためには、視野サイズを走査電子顕微鏡の画像生成位置精度よりも小さくすることはできない。更に、周期パターンにおいては、位置ずれ量がパターンピッチの半分の量を超えると、パターンマッチングの正しい結果を得ることが困難となる。

特開２００２−３３３６５号公報

通常、ダイ・ツー・データベース方式では、ホットスポットの画像を生成する前に、ウェーハ上の座標系と設計データの座標系とを一致させるアライメント処理が行われる。このアライメント処理は、ウェーハ上のアライメント用の基準パターンを撮像し、画像内の基準パターンを、対応するＣＡＤパターンに一致させる処理である。しかしながら、電子ビームを用いて画像を生成するとき、以下に記載する原因により、画像の位置ずれが生じる。
１．試料ステージのモータや外乱による磁場の変動に起因した電子ビームの軌道変化
２．電子ビーム照射前のウェーハの帯電
３．電子ビームの照射によるウェーハの帯電
４．試料ステージの位置測定に用いる変位計の測定誤差
５．アライメントに用いる基準パターンとチップ内の実パターンとの位置ずれ
６．ウェーハの熱処理の歪による実パターンの位置ずれ

これらの位置ずれは、何れも非線形の局所的な変動として、ウェーハ面内、チップ面内で観察される場合があり、検査前にウェーハ毎やチップ毎に実施する上記アライメント処理では、これらの位置ずれを完全に補正することができない。

そこで、本発明は、ホットスポットなどの特定点の位置を正確に決定し、その特定点の画像を生成する方法を提供する。

一態様では、パターンの設計データ上の複数の特定点を中心とする複数のクリップ領域を設定し、前記複数のクリップ領域内のパターンの非周期性を示す複数のユニークネス値を算出し、前記複数のユニークネス値を、予め設定されたしきい値と比較し、前記しきい値よりも高いユニークネス値を持つパターンが存在するクリップ領域を、前記複数のクリップ領域から選択し、前記選択されたクリップ領域内に存在する特定点である第１特定点を決定し、前記第１特定点の座標によって特定されるチップ上の第１の点の画像を走査電子顕微鏡で生成し、前記第１特定点と、前記画像上の前記第１の点とのずれを示すベクトルを算出し、前記しきい値以下のユニークネス値を持つパターンが存在するクリップ領域内の第２特定点の座標を前記ベクトルに基づいて補正し、前記補正された座標によって特定される前記チップ上の第２の点の画像を走査電子顕微鏡で生成する、画像生成方法が提供される。

一態様では、前記チップ上の前記第１の点の前記画像上に現れたパターンと、対応するＣＡＤパターンとの第１のマッチングを実施し、前記チップ上の前記第２の点の前記画像上に現れたパターンと、対応するＣＡＤパターンとの第２のマッチングを実施する工程をさらに含み、前記第２のマッチングにおいて、前記対応するＣＡＤパターンを探索するサーチ範囲は、前記第１のマッチングにおいて、前記対応するＣＡＤパターンを探索するサーチ範囲よりも狭い。

一態様では、前記選択されたクリップ領域は、前記複数のクリップ領域から選択された少なくとも３つのクリップ領域であり、前記第１特定点は、前記少なくとも３つのクリップ領域内にそれぞれ存在する少なくとも３つの第１特定点であり、前記第１の点は、前記少なくとも３つの第１特定点の座標によって特定されるチップ上の少なくとも３つの第１の点であり、前記ベクトルは、前記少なくとも３つの第１特定点と、前記画像上の前記少なくとも３つの第１の点とのずれを示す複数のベクトルである。

一態様では、前記第２特定点は、前記少なくとも３つの第１特定点に囲まれている。
一態様では、前記第２特定点は、前記少なくとも３つの第１特定点を頂点に持つ図形の外に位置している。
一態様では、前記第２特定点の座標を前記複数のベクトルに基づいて補正する工程は、前記少なくとも３つの第１特定点によって特定される図形を、前記画像上の前記少なくとも３つの第１の点によって特定される図形に変換するために必要な補正パラメータを算出し、前記補正パラメータを用いて、前記第２特定点の座標を補正する工程である。

一態様では、前記第１特定点から前記第２特定点までの距離は、予め設定された距離以下である。
一態様では、前記第２特定点の座標を前記ベクトルに基づいて補正する工程は、前記第２特定点を前記ベクトルが示す方向に前記ベクトルが示す距離だけ移動させることで、前記第２特定点の座標を補正する工程である。

高ユニークネス値を持つパターンは、画像上の実パターンとのマッチングに成功しやすい。これは、高ユニークネス値を持つパターンは、周囲のパターンとは異なる特徴的な形状を有しているからである。これに対し、低ユニークネス値を持つパターンは、周囲のパターンと同じ形状を有しているために、画像上の実パターンとのマッチングに失敗しやすい。本発明によれば、高ユニークネス値を持つパターンに近接した３つの特定点の位置情報に基づいて、他の特定点の座標が補正される。補正に使用された特定点の位置情報は信頼性が高いため、補正された座標の信頼性も向上する。したがって、この方法は、ホットスポットなどの特定点の位置を正確に決定することができる。

撮像装置の一実施形態を示す模式図である。 ウェーハ上のショットのレイアウトを示す概念図である。 ショット内のチップレイアウトを示す概念図である。 パターンの設計データの一例を示す図である。 設計データ上の３つの特定点と、画像上の対応する３つの点とのずれを表す模式図である。 画像生成方法の一実施形態を説明するフローチャートである。 図６に示すフローチャートの続きである。 補正すべき特定点が、３つの特定点を頂点に持つ図形の外に位置している一実施形態を示す図である。 補正すべき特定点が、３つの特定点を頂点に持つ図形の外に位置している一実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、撮像装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、撮像装置は、走査電子顕微鏡５０および演算システム１５０を備えている。走査電子顕微鏡５０は、対象物の画像を生成する画像生成装置の一例である。走査電子顕微鏡５０は、演算システム１５０に接続されており、走査電子顕微鏡５０の動作は演算システム１５０によって制御される。

演算システム１５０は、データベース１６１およびプログラムが格納された記憶装置１６２と、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置１６３と、画像およびＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェイス）などを表示する表示画面１６５を備えている。処理装置１６３は、記憶装置１６２に格納されているプログラムに含まれる命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置１６２は、処理装置１６３がアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。

演算システム１５０は、少なくとも１台のコンピュータを備えている。例えば、演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に通信線で接続されたエッジサーバであってもよいし、インターネットまたはローカルネットワークなどの通信ネットワークによって走査電子顕微鏡５０に接続されたクラウドサーバであってもよいし、あるいは走査電子顕微鏡５０に接続されたネットワーク内に設置されたフォグコンピューティングデバイス（ゲートウェイ、フォグサーバ、ルーターなど）であってもよい。演算システム１５０は、複数のサーバの組み合わせであってもよい。例えば、演算システム１５０は、インターネットまたはローカルネットワークなどの通信ネットワークにより互いに接続されたエッジサーバとクラウドサーバとの組み合わせであってもよい。他の例では、演算システム１５０は、ネットワークで接続されていない複数のサーバ（コンピュータ）を備えてもよい。

走査電子顕微鏡５０は、一次電子（荷電粒子）からなる電子ビームを発する電子銃１１１と、電子銃１１１から放出された電子ビームを集束する集束レンズ１１２、電子ビームをＸ方向に偏向するＸ偏向器１１３、電子ビームをＹ方向に偏向するＹ偏向器１１４、電子ビームを試料であるウェーハ１２４にフォーカスさせる対物レンズ１１５を有する。

集束レンズ１１２および対物レンズ１１５はレンズ制御装置１１６に接続され、集束レンズ１１２および対物レンズ１１５の動作はレンズ制御装置１１６によって制御される。このレンズ制御装置１１６は演算システム１５０に接続されている。Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４は、偏向制御装置１１７に接続されており、Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４の偏向動作は偏向制御装置１１７によって制御される。この偏向制御装置１１７も同様に演算システム１５０に接続されている。二次電子検出器１３０と反射電子検出器１３１は画像取得装置１１８に接続されている。画像取得装置１１８は二次電子検出器１３０と反射電子検出器１３１の出力信号を画像に変換するように構成される。この画像取得装置１１８も同様に演算システム１５０に接続されている。

試料チャンバー１２０内に配置される試料ステージ１２１は、ステージ制御装置１２２に接続されており、試料ステージ１２１の位置はステージ制御装置１２２によって制御される。このステージ制御装置１２２は演算システム１５０に接続されている。ウェーハ１２４を、試料チャンバー１２０内の試料ステージ１２１に載置するためのウェーハ搬送装置１４０も同様に演算システム１５０に接続されている。

電子銃１１１から放出された電子ビームは集束レンズ１１２で集束された後に、Ｘ偏向器１１３、Ｙ偏向器１１４で偏向されつつ対物レンズ１１５により集束されてウェーハ１２４の表面に照射される。ウェーハ１２４に電子ビームの一次電子が照射されると、ウェーハ１２４からは二次電子および反射電子が放出される。二次電子は二次電子検出器１３０により検出され、反射電子は反射電子検出器１３１により検出される。検出された二次電子の信号、および反射電子の信号は、画像取得装置１１８に入力され画像に変換される。画像は演算システム１５０に送信される。

ウェーハ１２４に形成されているパターンの設計データは、記憶装置１６２に予め記憶されている。設計データは、ウェーハ１２４上に形成されたパターンの頂点の座標、パターンの位置、形状、および大きさ、パターンが属する層の番号などのパターンの設計情報を含む。記憶装置１６２には、データベース１６１が構築されている。パターンの設計データは、データベース１６１内に予め格納される。演算システム１５０は、記憶装置１６２に格納されているデータベース１６１からパターンの設計データを読み出すことが可能である。

次に、撮像装置によってホットスポットなどの特定点の画像を生成する方法の一実施形態について説明する。ウェーハ上のパターンは、設計データ（ＣＡＤデータともいう）に基づいて形成されている。ＣＡＤは、コンピュータ支援設計（computer-aided design）の略語である。設計データは、ウェーハに形成されたパターンの設計情報を含むデータであり、具体的には、パターンの頂点の座標、パターンの位置、形状、および大きさ、パターンが属する層の番号などのパターンの設計情報を含む。設計データ上のＣＡＤパターンは、設計データに含まれるパターンの設計情報によって定義される仮想パターンである。

特定点の例として、ホットスポットが挙げられる。このホットスポットは、パターンに欠陥が生じやすい点である。ホットスポットは、パターン形成シミュレーションなどによって検出することが可能である。特定点（例えばホットスポット）の位置情報、すなわち特定点の座標は、演算システム１５０に入力され、記憶装置１６２に記憶される。

ウェーハ１２４の一例に関して図２、図３を参照して説明する。ウェーハ１２４上には複数のショット２０２が形成される。各ショット２０２は、半導体デバイスの加工に用いられるフォトレジストパターンをウェーハ１２４上に描画するための単位である。図３に示すように、各ショット２０２には複数のチップ３０２を含めることができる。チップ３０２内には配線用のパターン３０３が形成されており、チップ３０２の左下に形成されるパターンは基準パターン３０４である。

基準パターン３０４の画像は、ウェーハ１２４のアライメントに用いることができる。ウェーハ１２４が試料ステージ１２１上に置かれる工程において、ウェーハ１２４のＸＹ方向および回転方向のずれが発生する。これらのずれを解消するため、ウェーハ１２４上に予め作成されている基準パターン３０４の画像を用いてアライメントが行われる。すなわち、画像内の基準パターン３０４を、対応するＣＡＤパターンに一致させることで、ウェーハ１２４上の座標系と設計データの座標系とを一致させることができる。

図４は、パターンの設計データの一例を示す図である。設計データには、ＣＡＤパターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６が含まれる。ホットスポットなどの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６は、設計データ内に構築された座標系上にプロットされる。各特定点の位置は、設計データ内に構築された座標系上の座標によって特定される。図４に示す例では、６つの特定点Ｐ１〜Ｐ６が座標系上にプロットされる。

上記複数の特定点Ｐ１〜Ｐ６のうち、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、非周期性の高いパターン４０１，４０２，４０３，４０４に隣接しており、一方で、特定点Ｐ５，Ｐ６は非周期性の低いパターン４０５，４０６に隣接している。非周期性の高いパターン４０１，４０２，４０３，４０４は、言い換えれば、周囲のパターンとは異なる特徴的な形状を有しており、非周期性の低いパターン４０５，４０６は、繰り返し形状を有している。本明細書では、パターンの非周期性を示す指標値を、ユニークネス値と称する。ユニークネス値が高いことは、パターンの形状が特徴的であって、パターンが繰り返しパターンではないことを意味する。一方、ユニークネス値が低いことは、パターンの形状が特徴的ではなく、パターンが繰り返しパターンであることを意味する。

演算システム１５０は、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６をそれぞれ中心とする複数のクリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６を設定し、各特定点をクリップ領域で囲む。クリップ領域は、ユニークネス値を算出するために使用されるパターンの範囲を定義する領域である。クリップ領域の大きさは特に限定されないが、一実施形態では、各クリップ領域は、５１２ｎｍ×５１２ｎｍのサイズであり、走査電子顕微鏡５０の視野（ＦＯＶ）は、５１２ｎｍ×５１２ｎｍのサイズであり、試料ステージ１２１の位置精度は±２０ｎｍである。このとき、最大±１０００ｎｍ程度の予測不可能な画像位置ずれが発生すると仮定する。

演算システム１５０は、クリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６内のパターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６の非周期性を示す複数のユニークネス値を算出する。ユニークネス値の算出は、自己相関法などの公知の技術を用いて実施することができる。自己相関法では、クリップ領域内のパターンと、クリップ領域を囲む領域内のパターンを重ね合わせ、一方のパターンを少しずつずらしながら、上下のパターン間の形状の相関係数を算出する。算出された相関係数の最大値は周期性の強度を表し、ユニークネス値の算出に用いることができる。一実施形態では、クリップ領域は５００ｎｍ×５００ｎｍのサイズであり、クリップ領域を囲む領域は２０００ｎｍ×２０００ｎｍである。

演算システム１５０は、クリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６内のパターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６のユニークネス値を、予め設定されたしきい値と比較する。特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を含むクリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４内のパターン４０１，４０２，４０３，４０４は、いわゆる繰り返しパターンではなく、特徴的な形状を有している。よって、パターン４０１，４０２，４０３，４０４のユニークネス値は、しきい値よりも高い。これに対し、特定点Ｐ５，Ｐ６を含むクリップ領域Ｃ５，Ｃ６内のパターン４０５，４０６は、繰り返しパターンであり、特徴的な形状を有していない。よって、パターン４０５，４０６のユニークネス値は、しきい値よりも低い。

演算システム１５０は、しきい値よりも高いユニークネス値を持つパターンが存在する少なくとも３つのクリップ領域を、複数のクリップ領域Ｃ１〜Ｃ６から選択する。本実施形態では、演算システム１５０は、クリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を選択する。演算システム１５０は、選択されたクリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内にそれぞれ存在する３つの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を決定する。本実施形態では、１つのクリップ領域内に１つの特定点のみが存在するが、１つのクリップ領域内に複数の特定点が存在する場合もある。

演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に指令を発して、３つの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の座標によって特定されるウェーハ１２４上の３点の画像を走査電子顕微鏡５０に生成させる。具体的には、走査電子顕微鏡５０は、特定点Ｐ１が所定の撮像位置に到達するまで、試料ステージ１２１をウェーハ１２４とともに移動させ、特定点Ｐ１に対応するウェーハ１２４上の点を含む視野（ＦＯＶ）内のパターンの画像を生成する。次に、走査電子顕微鏡５０は、特定点Ｐ２が上記所定の撮像位置に到達するまで、試料ステージ１２１をウェーハ１２４とともに移動させ、特定点Ｐ２に対応するウェーハ１２４上の点を含む視野（ＦＯＶ）内のパターンの画像を生成する。さらに、走査電子顕微鏡５０は、特定点Ｐ３が上記所定の撮像位置に到達するまで、試料ステージ１２１をウェーハ１２４とともに移動させ、特定点Ｐ３に対応するウェーハ１２４上の点を含む視野（ＦＯＶ）内のパターンの画像を生成する。

設計データ上の特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、これら特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の座標によって特定されるウェーハ１２４上の３つの点は、理想的には一致する。しかしながら、上述したように、試料ステージ１２１の位置の誤差や、ウェーハ１２４の帯電などの原因に起因して、設計データ上の特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、画像に現れるウェーハ１２４上の３つの点との間にはずれが存在する。そこで、演算システム１５０は、ウェーハ１２４上の３つの点の３つの画像を走査電子顕微鏡５０から取得し、設計データ上の特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、３つの画像上の３つの点とのずれを算出する。各ずれは、ずれの大きさとずれの方向を示すベクトルによって表される。

演算システム１５０は、ずれを算出するために、各画像上に現れるパターン（実パターン）と、対応するＣＡＤパターン（設計データ上のパターン）とのマッチングを実行する。マッチングに使用されるＣＡＤパターンは、図４に示すクリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内のＣＡＤパターン４０１，４０２，４０３である。これらのＣＡＤパターン４０１，４０２，４０３は、特徴的なパターン（すなわち、非周期的なパターン）であるので、マッチングのためのサーチ範囲を広く設定することができる。サーチ範囲とは、画像上のパターンに対応するＣＡＤパターンを探索する範囲である。一例では、サーチ範囲は、画像上のパターンから±３００ｎｍの範囲である。

演算システム１５０は、上記マッチングの結果から、設計データ上の特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、画像上の対応する３つの点とのずれの大きさとずれの方向を算出することができる。図５は、設計データ上の特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、画像上の対応する３つの点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３とのずれを表す模式図である。演算システム１５０は、図５に示すように、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、画像上の対応する３つの点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３とのずれを示す３つのベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ３を算出する。各ベクトルは、各特定点と、対応するウェーハ１２４上の点とのずれの大きさとずれの方向を示している。

演算システム１５０は、３つの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３によって特定される図形５００を、画像上の３つの点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３によって特定される図形（多角形）５０１に変換するために必要な補正パラメータを算出する。図５に示すように、図形５００は、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を頂点に持つ図形であり、図形５０１は、点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を頂点に持つ図形である。本実施形態では、演算システム１５０は、図形５００を図形５０１に一致させるために必要なアフィン変換の補正パラメータを算出する。補正パラメータは、平行移動距離、回転角度、拡大縮小率、せん断パラメータのうちの少なくとも１つを含む。

演算システム１５０は、しきい値以下のユニークネス値を持つパターンが存在するクリップ領域を、複数のクリップ領域Ｃ１〜Ｃ６から選択する。本実施形態では、演算システム１５０は、しきい値以下のユニークネス値を持つパターン４０５が存在する１つのクリップ領域Ｃ５を選択し、クリップ領域Ｃ５内に存在する１つの特定点Ｐ５を決定する。図４から分かるように、特定点Ｐ５は、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３によって囲まれている。

演算システム１５０は、特定点Ｐ５の座標をベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて補正する。より具体的には、図５に示す図形５００を図形５０１に一致させるために必要なアフィン変換の補正パラメータを用いて、特定点Ｐ５の座標（ｘ５，ｙ５）を補正する。図形５００を図形５０１にアフィン変換によって変形させるとき、図形５００内に位置する特定点Ｐ５は図形５０１内の特定点Ｐ５’に移動する。特定点Ｐ５の補正された座標は、特定点Ｐ５’の座標（ｘ５’，ｙ５’）である。

演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に指令を発して、特定点Ｐ５の補正された座標（ｘ５’，ｙ５’）によって特定されるウェーハ１２４上の点の画像を走査電子顕微鏡５０に生成させる。具体的には、走査電子顕微鏡５０は、特定点Ｐ５’（ｘ５’，ｙ５’）が所定の撮像位置に到達するまで、試料ステージ１２１をウェーハ１２４とともに移動させ、補正された座標（ｘ５’，ｙ５’）によって特定されるウェーハ１２４上の点を含む視野（ＦＯＶ）内のパターンの画像を生成する。

演算システム１５０は、画像上に現れるパターン（実パターン）と、対応するＣＡＤパターン（設計データ上のパターン）とのマッチングを実行する。マッチングに使用されるＣＡＤパターンは、図４に示すクリップ領域Ｃ５内のＣＡＤパターン４０５である。このＣＡＤパターン４０５は、非特徴的なパターン（すなわち、周期的なパターン）であるので、マッチングのためのサーチ範囲を狭く設定する必要がある。一例では、サーチ範囲は、画像上のパターンから±１０ｎｍの範囲である。

高ユニークネス値を持つパターンは、画像上の対応する実パターンとのマッチングに成功しやすい。これは、高ユニークネス値を持つパターンは、周囲のパターンとは異なる特徴的な形状を有しているからである。これに対し、低ユニークネス値を持つパターンは、周囲のパターンと同じ形状を有しているために、画像上の対応する実パターンとのマッチングに失敗しやすい。本実施形態によれば、高ユニークネス値を持つパターン４０１，４０２，４０３に近接する３つの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置情報に基づいて、他の特定点Ｐ５の座標が補正される。補正に使用された特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置情報は信頼性が高いため、特定点Ｐ５の補正された座標の信頼性も向上する。したがって、この方法は、ホットスポットなどの特定点の位置を正確に決定することができる。

図６および図７は、画像生成方法の一実施形態を説明するフローチャートである。
ステップ１では、演算システム１５０は、設計データ内の座標系と、ウェーハ１２４上の座標系とを一致させるアライメントを実行する。具体的には、演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に指令を発して、ウェーハ１２４上の基準パターン３０４（図３参照）の画像を生成させ、基準パターン３０４の画像を走査電子顕微鏡５０から取得し、画像上の基準パターン３０４と、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを実行することで、設計データの座標系と、ウェーハ１２４上の座標系とを一致させる。

ステップ２では、演算システム１５０は、パターンの設計データ上の複数の特定点Ｐ１〜Ｐ６の座標を取得する。一例では、パターン形成シミュレーションなどによって決定された特定点（例えばホットスポット）の位置情報、すなわち特定点の座標は、演算システム１５０に入力され、記憶装置１６２に記憶される。一実施形態では、演算システム１５０は、パターン形成シミュレーションを実行し、検出されたホットスポットの座標を決定し、ホットスポットの座標を記憶装置１６２に記憶してもよい。

ステップ３では、演算システム１５０は、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６をそれぞれ中心とする複数のクリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６を設定し、各特定点をクリップ領域で囲む。
ステップ４では、演算システム１５０は、クリップ領域Ｃ１〜Ｃ６内のパターン４０１〜４０６の非周期性を示す複数のユニークネス値を算出する。
ステップ５では、演算システム１５０は、クリップ領域Ｃ１〜Ｃ６内のパターン４０１〜４０６のユニークネス値を、予め設定されたしきい値と比較する。

ステップ６では、演算システム１５０は、しきい値よりも高いユニークネス値を持つパターン４０１，４０２，４０３が存在する３つのクリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を選択する。
ステップ７では、演算システム１５０は、３つのクリップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内にそれぞれ存在する３つの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を決定する。
ステップ８では、演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に指令を発して、３つの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の座標によって特定されるチップ上の３点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の画像を走査電子顕微鏡５０に生成させる。生成される３つの画像には、チップ上の３点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３のみならず、３点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の周囲に存在するパターンも含まれる。

ステップ９では、演算システム１５０は、ウェーハ１２４上の３つの点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３および周辺パターンの３つの画像を走査電子顕微鏡５０から取得し、３つの画像上に現れるパターンと、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを実行する。
ステップ１０では、演算システム１５０は、設計データ上の特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、３つの画像上の３つの点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３とのずれを示すベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ３を算出する。
ステップ１１では、演算システム１５０は、３つの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３によって特定される図形５００を、画像上の３つの点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３によって特定される図形５０１に変換するために必要な補正パラメータを算出する。
ステップ１２では、演算システム１５０は、しきい値以下のユニークネス値を持つパターン４０５が存在するクリップ領域Ｃ５を選択する。
ステップ１３では、演算システム１５０は、クリップ領域Ｃ５内に存在する特定点Ｐ５を決定する。

ステップ１４では、演算システム１５０は、特定点Ｐ５の座標をベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて補正する。より具体的には、演算システム１５０は、図５に示す図形５００を図形５０１に一致させるために必要なアフィン変換の補正パラメータを用いて、特定点Ｐ５の座標（ｘ５，ｙ５）を補正する。
ステップ１５では、演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に指令を発して、特定点Ｐ５の補正された座標（ｘ５’，ｙ５’）によって特定されるチップ上の点の画像を走査電子顕微鏡５０に生成させる。生成される画像には、座標（ｘ５’，ｙ５’）によって特定されるチップ上の点の周囲に存在するパターンも含まれる。
ステップ１６では、演算システム１５０は、ステップ１５で生成した画像上に現れるパターン（実パターン）と、対応するＣＡＤパターンとのマッチングを実行する。

上述した実施形態では、３つの特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が使用されるが、一実施形態では、高ユニークネス値を持つパターンが存在する４つ以上のクリップ領域内にそれぞれ存在する４つ以上の特定点が使用されてもよい。

一実施形態では、上記ステップ１２において、演算システム１５０は、しきい値以下のユニークネス値を持つパターン４０６が存在するクリップ領域Ｃ６（図４参照）を選択し、上記ステップ１３において、クリップ領域Ｃ６内に存在する特定点Ｐ６（図４参照）を決定してもよい。図４に示すように、特定点Ｐ６は、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３によって囲まれていない。すなわち、図８に示すように、特定点Ｐ６は、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を頂点に持つ図形５００の外に位置する。特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３によって特定される図形５００と、特定点Ｐ６の距離が所定の距離以下の場合、特定点Ｐ６の座標（ｘ６，ｙ６）は、ベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて補正される。すなわち、演算システム１５０は、図形５００を図形５０１に一致させるために必要なアフィン変換の補正パラメータを用いて、特定点Ｐ６の座標（ｘ６，ｙ６）を補正する。

図９に示すように、特定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３によって特定される図形５００と、特定点Ｐ６の距離が所定の距離よりも大きい場合、演算システム１５０は、高ユニークネス値を持つパターンが存在するクリップ領域内の特定点Ｐ７を新たに決定する。特定点Ｐ７は、特定点Ｐ６が特定点Ｐ１，Ｐ３，Ｐ７によって囲まれるような点、すなわち、特定点Ｐ１，Ｐ３，Ｐ７によって特定される図形５０２内に特定点Ｐ６が位置するような点である。この特定点Ｐ７は、しきい値以上のユニークネス値を持つＣＡＤパターンを設計データ上で探索することにより、追加することができる。

演算システム１５０は、走査電子顕微鏡５０に指令を発して、特定点Ｐ７の座標によって特定されるチップ上の点Ｆ７の画像を走査電子顕微鏡５０に生成させる。さらに、演算システム１５０は、特定点Ｐ７と、画像上の対応する点Ｆ７とのずれの大きさおよびずれの方向を示すベクトルＶ７を算出する。そして、演算システム１５０は、特定点Ｐ６の座標（ｘ６，ｙ６）を、ベクトルＶ１，Ｖ３，Ｖ７に基づいて補正する。より具体的には、演算システム１５０は、図形５０２を図形５０３に一致させるために必要なアフィン変換の補正パラメータを用いて、特定点Ｐ６の座標（ｘ６，ｙ６）を補正する。図形５０３は、画像上の３つの点Ｆ１，Ｆ３，Ｆ７によって特定される図形である。

このように、補正すべき特定点Ｐ６を囲む少なくとも３つの特定点、または補正すべき特定点Ｐ６の近傍に配置された少なくとも３つの特定点を適切に設定することにより、特定点Ｐ６の座標を精度よく補正することができる。

チップ内のパターンの構成によっては、補正すべき特定点Ｐ６を囲む少なくとも３つの特定点が存在しない場合もありうる。このような場合は、演算システム１５０は、特定点Ｐ６に最も近い特定点Ｐ１から特定点Ｐ６までの距離を算出し、算出した距離が、予め設定した距離以下である場合には、特定点Ｐ１と点Ｆ１とのずれを示すベクトルＶ１に基づいて特定点Ｐ６の座標を補正する。より具体的には、演算システム１５０は、特定点Ｐ６を、ベクトルＶ１が示す方向にベクトルＶ１が示す距離だけ移動させることで、特定点Ｐ６の座標を補正する。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

５０ 走査電子顕微鏡
１１１ 電子銃
１１２ 集束レンズ
１１３ Ｘ偏向器
１１４ Ｙ偏向器
１１５ 対物レンズ
１１６ レンズ制御装置
１１７ 偏向制御装置
１１８ 画像取得装置
１２１ 試料ステージ
１２２ ステージ制御装置
１２４ ウェーハ
１３０ 二次電子検出器
１３１ 反射電子検出器
１４０ ウェーハ搬送装置
１５０ 演算システム
１６１ データベース
１６２ 記憶装置
１６３ 処理装置
１６５ 表示画面
２０２ ショット
３０２ チップ
３０４ 基準パターン
４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６ ＣＡＤパターン
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６ 特定点
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６ クリップ領域

Claims (8)

1. パターンの設計データ上の複数の特定点を中心とする複数のクリップ領域を設定し、
   前記複数のクリップ領域内のパターンの非周期性を示す複数のユニークネス値を算出し、
   前記複数のユニークネス値を、予め設定されたしきい値と比較し、
   前記しきい値よりも高いユニークネス値を持つパターンが存在するクリップ領域を、前記複数のクリップ領域から選択し、
   前記選択されたクリップ領域内に存在する特定点である第１特定点を決定し、
   前記第１特定点の座標によって特定されるチップ上の第１の点の画像を走査電子顕微鏡で生成し、
   前記第１特定点と、前記画像上の前記第１の点とのずれを示すベクトルを算出し、
   前記しきい値以下のユニークネス値を持つパターンが存在するクリップ領域内の第２特定点の座標を前記ベクトルに基づいて補正し、
   前記補正された座標によって特定される前記チップ上の第２の点の画像を走査電子顕微鏡で生成する、画像生成方法。
2. 前記チップ上の前記第１の点の前記画像上に現れたパターンと、対応するＣＡＤパターンとの第１のマッチングを実施し、
   前記チップ上の前記第２の点の前記画像上に現れたパターンと、対応するＣＡＤパターンとの第２のマッチングを実施する工程をさらに含み、
   前記第２のマッチングにおいて、前記対応するＣＡＤパターンを探索するサーチ範囲は、前記第１のマッチングにおいて、前記対応するＣＡＤパターンを探索するサーチ範囲よりも狭い、請求項１に記載の画像生成方法。
3. 前記選択されたクリップ領域は、前記複数のクリップ領域から選択された少なくとも３つのクリップ領域であり、
   前記第１特定点は、前記少なくとも３つのクリップ領域内にそれぞれ存在する少なくとも３つの第１特定点であり、
   前記第１の点は、前記少なくとも３つの第１特定点の座標によって特定されるチップ上の少なくとも３つの第１の点であり、
   前記ベクトルは、前記少なくとも３つの第１特定点と、前記画像上の前記少なくとも３つの第１の点とのずれを示す複数のベクトルである、請求項１または２に記載の画像生成方法。
4. 前記第２特定点は、前記少なくとも３つの第１特定点に囲まれている、請求項３に記載の画像生成方法。
5. 前記第２特定点は、前記少なくとも３つの第１特定点を頂点に持つ図形の外に位置している、請求項３に記載の画像生成方法。
6. 前記第２特定点の座標を前記複数のベクトルに基づいて補正する工程は、
   前記少なくとも３つの第１特定点によって特定される図形を、前記画像上の前記少なくとも３つの第１の点によって特定される図形に変換するために必要な補正パラメータを算出し、
   前記補正パラメータを用いて、前記第２特定点の座標を補正する工程である、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の画像生成方法。
7. 前記第１特定点から前記第２特定点までの距離は、予め設定された距離以下である、請求項１または２に記載の画像生成方法。
8. 前記第２特定点の座標を前記ベクトルに基づいて補正する工程は、前記第２特定点を前記ベクトルが示す方向に前記ベクトルが示す距離だけ移動させることで、前記第２特定点の座標を補正する工程である、請求項７に記載の画像生成方法。

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