JPH01293478A

JPH01293478A - パターン検査方法

Info

Publication number: JPH01293478A
Application number: JP63123838A
Authority: JP
Inventors: Yozo Ouchi; 大内　洋三; Haruo Yoda; 晴夫依田; Yutaka Sako; 裕酒匂; Hidenori Inai; 秀則井内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-05-23
Filing date: 1988-05-23
Publication date: 1989-11-27
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2564359B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体パターンの外観検査方法に閏わり、と
くに、精度の高いパターン計測を行なうのに好適なパタ
ーン検査方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、走査型電子顕微鏡（以後、ＳＥＭと呼ぶ）を用い
て被検査パターンの寸法を検査する方法として、被検査
パターンに電子ビームを走査し、パターンから発生した
反射電子または２次電子検出信号を画像としてデイスプ
レィ装置に表示し、計測したいパターンの２点に対応す
るデイスプレィ画面上の位置をカーソルで指定したり、
２点を含むラインの信号レベル列を解析することが２点
の位置を導出したりすることで、画面位置または信号列
位置で２点間距離を求めている。例えば、デイスプレィ
表示画面長をり２画面表の画素数Ｎ。

ｍ察倍率をＭ、計測した２点間の画素数をｎとすると、
２点間孔ＭＬは、Ｌ＝ｎＸＬ／　（ＮＸＭ）にて求める。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、電子ビームの走査には歪が存在し、被検査パタ
ーンは、走査によって得られる画像上で変形している。

すなわち、画素で構成される走査画像の実際の画素寸法
は画像位置によって異なっている。このため、この問題
を回避し、高い測長精度を維持するために、走査画面内
での測長領域を限定し、歪が大きい周辺領域での測長を
許さないなどの対策がとられている。しかし、実際のパ
ターン計測では、画面表示されたパターンに対し、複数
位置での計測を行うことは重要であり、画面周辺部のパ
ターン測長の要望も大きい。また、パターンの面積計測
、大きさ計測などの各種の形状計測についてもパターン
測長同様、精度の高い計測方法が求められている。

なお、画像歪補正は、リモートセンシングなど、様々な
分野で行われている。しかし、とくに歪の理論特性が明
瞭でないとき、特定専用パターンを用いることなく、か
つ自動的に補正キャリブレーションを行うことは困難で
ある。

本発明の目的は、上記のような問題が無く、被検査パタ
ーン撮像に伴う歪に影響されることなく正しく被検査パ
ターンを計測するパターン検査方法を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本発明では、ＳＵＮを用い
たパターン検査において、検査に先だって、ビーム偏向
走査の動的な偏向歪を、真のパターン位置と歪によって
変動したパターン位置との間の関係として自動的に推定
するキャリブレーションを行なう。

この関係を求める方法として、入力画像内の複数箇所で
被検査パターン基準位置を検出し、画像位置データとパ
ターン位置データを用いて上記関係を計算する。とくに
、歪補正精度を向上するために、ビーム走査領域を分割
し、部分領域別に上記の関係を求める。さらに、この関
係をビーム走査速度、ビーム加速電圧、パターン拡大率
などの撮像条件に応じて求めておく。

また、このキャリブレーションを如何なる被検査パター
ンに対しても実現可能とするために、例えばウェハパタ
ーンのチップコーナパターンのような単純なパターンを
キャリブレーション用パターンとして採用する。そして
、キャリブレーションを自動的に行なう方法としては、
画像メモリに格納したコーナパターンデータを処理する
ことでコーナ位置を基準位置として自動検出する。さら
に、計算機にてビーム偏向オフセット量を自動設定し、
コーナ位置をビーム走査領域内に満遍なく分散させるこ
とで、パターン位置データとそれに対応した画像位置デ
ータを収集する。

検査では、キャリブレーションで得た歪関係の中から検
査時の撮像条件、及び計測位置の存在する部分領域に対
応した関係を選択し、これを用いて計測データを補正し
、正しい計測結果を得る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によって説明する。第１図は本発
明を用いたパターン検査方法の外観検査装置の全体構成
図である。第１図において１は電子線を発生する電子源
、２は電子ビームを収束する収束レンズ、３は電子ビー
ムの偏向コイル、４は対物レンズ、５は表面に被検査パ
ターンを形成した試料、６は電子レンズ照射によって発
生する２次電子を検出する検出器、７は偏向オフセット
量を設定する偏向信号設定器、８は偏向コイルの偏向信
号を発生する偏向発生器、９は２次電子検出回路、１０
は偏向コイルの同期信号にしたがつて２次電子信号列を
格納する画像メモリ、１１は偏向基準量の設定、画像メ
モリデータの処理等を行う電子計算機、１２は画像メモ
リデータを表示するＣＲＴデイスプレィである。

電子源１から発生した電子ビームは偏向コイル３によっ
て偏向され、試料５の表面を２次元的に走査する。その
とき試料表面から発生する２次電子は検出器６にて電気
信号に変換され、画像メモリに格納される。この画像メ
モリのデータをデイスプレィに表示することにより被検
査パターン表面の拡大像を観察することができる。

このとき、ビームの偏向走査によって得られる画像には
、走査に伴う歪が生じる。すなわち１画像位置（ｘ＋ｙ
）と被検査パターン位置（Ｕ、Ｖ）との間には、Ｖ＝Ｆ’ｙ　（ｘ’　、ｙ’　）なる成る関数関係がある。

そこで、予め、この関数を明らかにしておき、実際のパ
ターン検査では、計測データに対し上記の変換を行うこ
とにより正しい検査結果を得る。

まず、画像位置と被検査パターン位置との関係の導出方
法について説明する。

計測画像位置（ｘ’　＋　ｙ’　）ｒ表示画面寸法（Ｌ
　ｘ　ｐ　Ｌ　ｙ）　＋表示画面素数（ｎｘ、ｎｙ）を
倍率Ｍとし。

ｙ＝Ｌｙ／（Ｍ−ｎｘ）・ｙ′ にて計測画像位置をパターン位置の次元で表現する。こ
のとき、（ｘｔ　ｙ）とパターン位置（Ｕ。

■）との間に、ここに、ｍｋ、ｎｋ≧Ｏ，ｍｋｒ≠ｍｋｚ。

ｎｋｘ≠ｎｋｘｐ　ｋ、ｋｌ、に２Ｅ　［１＋　・・・
＋　Ｎｌなる関係が成り立つとし、変換係数ｓ＝［ｂｉ
ｊ］を求める。これは１画像上のＮ個の点の画面位置と
パターン位置を計測することから求めることができる。

しかし、このためには、寸法が既知の複数の点をもつパ
ターンを用いなければならない上、各点の位置を自動検
出しようとすると、その処理が非常に複雑となる。さら
に、計測点が画面内に適切に分散している必要があるこ
とから、顕微鏡の倍率に応じて、被検査パターンを変え
なければならない、そこで、本発明では、ビーム偏向信
号のオフセット量を計算機から設定することにより、ビ
ーム走査領域全体を移動する機能を用いる。

（以下、この機能を視野移動機能と呼ぶ。）このビーム
走査領域は、偏向信号設定器に所望の移動量に対応した
値を計算機から自動設定する。

以下に、図２によって、処理手順を説明する。

２０１・・・被検査パターンに基準点を定め、視野移動
量を変えることで、基準点の画面自位置を移動させ、基
準点を検出することで、異なる画面位置を検出する。す
なわち、　　（Ｒｓ、　Ｓｔ）〜（ＲＮ　ｔＳｓ）のＮ
通り視野移動量を設定し、各設定値に対する基準点の画
面位置（ｘｚｔ　ｙｔ）〜（ＸＮ＋　ｙｌｌ）を検出す
る。

２０２・・・（３）式及び、視野移動量と画面上のパタ
ーン基準位置との間に線形関係を仮定すると、視野移動
量と画面位置との間に、ここに、ｍｋ、ｎｋ≧Ｑ、ｍｋ１≠ｍｋｚ。

ｎｋ１≠ｎｋｚ、　　ｋ、　　ｋｌ、　　ｋ２６：　　
［１，−、Ｎコなる関係が成立する。本式に、２０１で
得た（Ｒｔ、Ｓｔ）〜（Ｒ＋　Ｓ）ｗ　＜ｘｘｔ　ｙｚ
）〜（ｘｔ　ｙ）を代入することにより、変換係数（、
ｉｉｉ［ｃｉｊ］を算出する。

２０３・・・視野移動：ｆ！！：　（Ｒ，Ｓ）と被検査
パターン位置（Ｕ、Ｖ）との関係を、 ′ただし、視野移動量（０，Ｏ）のときのパターン位置
を（０，０）とする。

とし。

にて、（３）式における変換係数［ｂｉｊ］を算出する
。

とくに、（３）式における画像位置に関するベクトルを
、ｔ　　［ｘｙｔ　　ｘｔ　　ｙｓ　　１１　　（ｔ　
　［：申］は。

［＊］の転置行列＠）すると、本変換は、一般四辺形間
の幾何変形となる。

第３図には、被検査パターン位置と画面位置との関係を
求めるために用いるパターン例と視野移動量設定例を示
す。使用パターンとしては、第３図（ａ）に示すように
、１つのコーナをもつパターン形状のものを使用すれば
よい。このとき、パターン基準点としてコーナ位置を用
いる。さらに、視野移動量としては、（ａ−１）〜（ａ
　−９）に示すように、コーナ位置が画面内に満遍なく
分散するように設定する。各視野移動量で検出したコー
ナの画面位置を、第３図（ｂ）に示す。このようにして
得られた９点の画面位置から変換係数は算出される。

なお、コーナ位置の検出は、画像メモリに格納された画
像データを計算機にて処理することにより、コーナを形
成する水平エツジ、垂直エツジのエツジ位置を検出し、
コーナ位置を求める。エツジ位置の検出は１例えば、画
像データを水平方向、垂直方向に微分処理し、さらに、
微分処理後の画像に対して、第３図（ｃ）に示したよう
に、水平方向、垂直方向に投影分布をとり、そのピーク
位置をエツジ位置とする。

ここでは、コーナパターンを用い、基準点をコーナ位置
とした例について説明した。別の例として、矩形パター
ンを用い、４つの頂点位置を基準点すれば、１回の画像
入力で４種類のパターン位置と画像位置との対応関係を
計測することができ、視野移動の回数を減らすことがで
きる。

第４図には、入力画像上で指定した画像位置に対応する
真のパターン位置を求めることで、正確な寸法でパター
ン計測を行う手順を示す。

４０１・・・パターンの入力画像において測長したい２
点の画像位’ｅｉ　（Ｘｌｌ　ｙｔ）　ｔ　　（Ｘ２１
　ｙｚ）を検出する。

４０２　　上記２点の画面座標を（３）式に代入し、対
応するパターン位置（Ｕｌ、Ｖｌ）、（Ｕ２゜Ｖ２）を
求める。

４０３・・・パターンの２点間距離を、ｖ’（Ｕｌ−Ｕ
２）”＋ｖ’　（Ｖｌ−Ｖ２）”）　にて求メル。ナオ
、水平方向、垂直方向に距離は、ＩＵＩ、Ｕ２１゜ｌ　
Ｖｌ、　Ｖ２１　ニテ求メル。

さらに、被検査パターン上の複数位置で囲まれた領域の
面積計測についても、（３）式にて、正確なパターン位
置を求めることによって、精度の高い計測が可能となる
。計測、補正して得たＮ点のパターン位置を（Ｕｔ＋　
Ｖｚ）　〜（Ｕｎ、Ｖｎ）　としたとき、Ｎ点を結ぶ線
分で囲まれた閉領域の面積Ｓは、ただし、　（Ｕｚｔ　Ｖｚ）　Ｅ　（Ｕｎ＋ｔｙ　Ｖｎ
＋ｔ）にて求める。

一方、実際の偏向歪は、画面中心部と画面周辺部とで、
傾向が異なる。そこで、次に、さらに精密な歪補正方法
について説明する。

方法としては、入力画像を分割し１部分領域ごとに歪補
正係数を求める。すなわち、第２図で示した補正係数算
出処理を各部分領域で行う。これを第３図を用いてさら
に詳しく説明すると、（ａ−１）　、　（ａ−２）　、
　（ａ−３）　、　（ａ−４）で検出される４つのコー
ナ位置を用いて、第１の部分領域の補正係数を求める。

また、（ａ−２）。

（ａ−３）　、（ａ　　６）　、　　（ａ−５）で検出
される４つのコーナ位置を用いて、第２の部分領域の補
正係数を、（ａ−５）　、　（ａ−６）　、　（ａ−９
）　。

（ａ−８）で検出される４つのコーナ位置を用いて、第
３の部分領域の補正係数を求める。さらに、（ａ−４）
　、　　（ａ−５）　、　　（ａ−８）　、（ａ−９）
で検出される４つのコーナ位置を用いて、第３の部分領
域の補正係数を求める。このように、４つの部分領域に
対して、それぞれに（３）式で示した歪変換行列［ｂ　
ｉ　ｊｌを求めれば、さらに厳密な歪補正が実現できる
。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明によれば、走査型の電子顕微
鏡（ＳＥＭ）を用いたパターン検査において、ウェハパ
ターンのチップコーナパターンのような単純かつありふ
れたパターンを使用することで、ビーム偏向走査の動的
な偏向歪を、真のパターン位置と歪によって変動したパ
ターン位置との間の関係として自動的に推定することが
できる。

さらに、ビーム走査領域を分割し、部分領域別に上記の
関係を求めることで精度の高い歪補正が実現できる。ま
た、上記の関係を、ビーム走査速度、ビーム加速電圧、
パターン拡大率などの撮像条件に応じて求めておくこと
により、精度の高い検査が種々の撮像条件下で実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を採用したパターン検査装置の構成図
、第２図は、画像歪補正係数算呂手順を説明する図、第
３図は、視野移動機能の使用方法を説明する図、第４図
は、画像歪補正を行うパターン計測手順を説明する図で
ある。１・・・電子源、２・・・収束レンズ、３・・・偏向コ
イル、４・・・対物レンズ、５・・・試料、６・・・２
次電子検出器。７・・・偏向信号設定器、８・・・偏向信号発生器、９
・・・２次電子検出回路、１０・・・画像メモリ、１１
・・・電リ　図

Claims

【特許請求の範囲】１、撮像装置によつて被検査パターンの像を取得し、さ
らに該取得像における画像歪を計測、補正して歪誤差の
ない被検査パターンの寸法、面積等を求めるパターン検
査方法において、上記被検査パターンの映像信号をディ
ジタル化した画像データとして記憶する画像記憶部と、
上記画像データを演算処理して被検査パターンの特定位
置を算出する演算処理部とを有し、複数の画像取得領域
に対して、被検査パターン同一位置の画像上の位置を計
測することにより、パターン位置と画像上でのパターン
位置との関係を求め、この関係を用いて、画像歪を補正
したパターン計測を行うことを特徴とするパターン検査
方法。２、画像領域を複数の部分領域に分割し、部分領域ごと
に、パターン位置と画像上でのパターン位置との関係を
求め、これら複数の関係を用いて画像歪を補正したパタ
ーン計測を行うことを特徴とする請求項１記載のパター
ン検査方法。３、歪み計測用の被検査パターンとして、最低１つのコ
ーナをもつパターンを使用することを特徴とする請求項
１記載のパターン検査方法。４、荷電粒子ビームを走査信号にしたがつて被検査パタ
ーンに照射し、パターンから発生した２次電子検出信号
を映像信号とするとともに、ビーム走査領域のオフセッ
ト量をかえることで、画像取得領域を変動させることを
特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。５、荷電粒子ビームを走査信号にしたがつて被検査パタ
ーンに照射し、パターンから発生した２次電子検出信号
を映像信号とするとともに、荷電粒子ビームの走査速度
、加速電圧、走査領域の大きさに応じて請求項１記載の
方法にてパターン位置と画像上でのパターン位置との関
係を求め、この関係を用いて画像歪を求め、補正するこ
とを特徴とする第１項記載のパターン検査方法。６、荷電粒子ビームを走査信号にしたがつて被検査パタ
ーンに照射し、パターンから発生した２次電子および反
射電子を検出する撮像部、ビーム走査領域のオフセット
量の設定部、被検査パターンの映像信号をディジタル化
した面像データとして記憶する画像記憶部、画像データ
の演算処理部、装置を制御する計算機からなり、複数の
画像取得領域を設定し、各画像取得領域にてパターン位
置と画像上でのパターン位置との関係を求める手段、及
びこの関係にて画像歪を補正する手段を有するパターン
検査装置。