(57)【要約】【課題】  半導体ウェハ上の欠陥の画像をレビューＳＥＭで収集する場合，スループット性能と欠陥検出性能とはトレードオフの関係にあるため，現状では各種の条件設定（レシピ設定）はマニュアルにて行われている。このレシピ設定作業の効率化が望まれていた。【解決手段】  レビューＳＥＭに，複数の撮像条件で取得された画像セット，若しくはシミュレーションにより複数の撮像条件を模擬した画像セットを記憶する手段と，各画像セットに対する欠陥位置情報を記憶する手段，及び撮像条件と処理時間に関する情報を記憶する手段を設ける。さらに，それらの記憶情報から，上記の画像セットに対する撮像条件毎の予測欠陥検出性能とスループットを試算する手段及びその結果を表示する手段を設ける。【選択図】  図1
2010087322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を撮像して該試料の画像を取得する画像撮像手段と、該画像取得手段で前記試料を撮像するための撮像条件を記憶する撮像条件記憶手段と、該撮像条件記憶手段に記憶した撮像条件に基づいて前記画像取得手段を制御して前記試料の所望の箇所の画像を取得する制御手段とを備えた欠陥観察装置であって、
前記制御手段で前記画像取得手段を制御して前記試料上の指定された部位の欠陥を複数の撮像条件で撮像して取得された複数の画像と該複数の撮像条件と該複数の撮像条件ごとの欠陥検出性能とを記憶する画像データ記憶手段と，
前記制御手段で前記画像取得手段を制御して前記試料上の欠陥を複数の撮像条件で撮像したときの該複数の撮像条件ごとに要する撮像に必要な処理時間データを対応付けて記憶する処理時間データ記憶手段と，
前記画像データ記憶手段に記憶した前記複数の画像の撮像条件と前記処理時間データ記憶手段に記憶した前記複数の画像の撮像条件ごとに対応した撮像に必要な処理時間データとを用いて前記試料上の欠陥観察時のスループット性能と欠陥検出性能とを求める性能評価手段と、
該性能評価手段で求めたスループット性能と欠陥検出性能とを前記撮像条件と関連付けて表示する表示手段と
を有することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥観察装置であって，画像撮像手段は走査型電子顕微鏡であり，前記複数の撮像条件として，画像サイズ、画像視野サイズ、検出した画像のフレーム加算枚数、電子ビームの加速電圧とビーム電流量のいずれかを含むことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の欠陥観察装置であって，前記処理時間データには，試料を搭載したステージを駆動するための時間と前記試料を撮像して画像を取得する時間とを含むことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の欠陥観察装置であって，前記画像データ記憶手段には、前記画像取得手段で取得した前記試料上の欠陥の複数の画像に該欠陥の欠陥種類に関する情報が付与されて記憶され，前記性能評価手段では，該欠陥種類毎の欠陥検出性能とスループット性能が算出されることを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の欠陥観察装置であって，前記制御手段で前記画像取得手段を制御して前記試料上の指定された部位の欠陥を撮像して該欠陥の画像を取得することを、前記試料上の指定された欠陥を含む部位を含む領域を前記画像取得手段の第一の視野サイズで撮像して該第１の視野サイズの画像を取得し，該取得した第１の視野サイズの画像から欠陥位置を検出し，該検出した欠陥位置について前記第一の視野サイズよりも小さい前記画像取得手段の第二の視野サイズで画像を撮像することにより得ることを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項６】
試料上の欠陥を観察する方法であって、
撮像手段の撮像条件を変えて前記試料上の欠陥を撮像して得た画像データと，該画像データにおける欠陥の位置情報とが記憶された欠陥位置データから，前記各撮像条件毎の欠陥検出率を算出し，
前記撮像手段の撮像条件ごとに対応する画像取得に要する処理時間データから，各撮像条件ごとのスループットを算出し，
該算出された，撮像条件毎の欠陥検出性能とスループット性能とを画面上に表示し，
該欠陥検出性能とスループット性能とが表示された画面上で選択された撮像条件に基づいて前記撮像手段を用いて前記試料上の欠陥を観察することを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項７】
請求項６記載の欠陥観察方法であって，前記撮像手段として走査型電子顕微鏡を用い，該走査型電子顕微鏡による撮像条件として，画像サイズ、画像視野サイズ、検出した画像のフレーム加算枚数、電子ビームの加速電圧とビーム電流量のいずれかを含むことを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の欠陥観察方法であって，前記処理時間データには，試料を搭載したステージを駆動するための時間と前記試料を撮像して画像を取得する時間とを含むことを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の欠陥観察方法であって，前記画像データは前記試料上の欠陥の複数の画像に該欠陥の欠陥種類に関する情報を含み，前記各撮像条件ごとのスループットを算出することが、前記欠陥種類毎の欠陥検出性能とスループット性能とを算出することであることを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載の欠陥観察方法であって，前記撮像手段の撮像条件を変えて前記試料上の欠陥を撮像して画像データを得ることを、前記試料上の指定された欠陥を含む部位を含む領域を前記撮像手段の第一の視野サイズで撮像して該第１の視野サイズの画像を取得し，該取得した第１の視野サイズの画像から欠陥位置を検出し，該検出した欠陥位置について前記第一の視野サイズよりも小さい前記撮像手段の第二の視野サイズで画像を撮像することを含むことを特徴とする欠陥観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体ウェハ等の製造工程において発生する欠陥等の画像を観察するための欠陥観察装置，及び観察方法に関する技術についてものであり，特に，自動観察を行う際の条件設定を容易にするための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハに形成される回路パターンの微細化がますます進むにつれ，その製造工程で発生する欠陥が製品歩留まりに与える影響は大きくなってきており，製造段階において欠陥が発生しないようにプロセス管理を行うことはますます重要となっている。現在，半導体ウェハの製造現場では，ウェハ検査装置と観察装置とを用いて歩留り対策を行っている。検査装置とは，ウェハ上欠陥の有無を高速に調べるものである。光学的な手段（明視野型ウェハ検査装置、または暗視野型ウェハ検査装置）もしくは電子線を用いてウェハ表面の状態を画像化しその画像を処理することで，欠陥の有無を調べる。検査装置では，その高速性が重要であるため，可能な限り取得する画像の画素サイズを大きく（つまり低解像度化）することによる画像データ量の削減を行っており，多くの場合，検出した低解像度の画像からは欠陥の存在は確認できても，その欠陥の種類を詳細に判別することはできない。
【０００３】
一方，観察装置とは，検査装置によって検出された各欠陥について，画素サイズを小さくした状態で（つまり解像度の高い）画像を取得し観察するための装置である。ますます微細化が進む半導体製造プロセスにおいては，検査や観察の対象となる欠陥のサイズが数十ナノメートルのオーダに達していることもあり，欠陥の観察や分類を高精度に行うためには，ナノメートルオーダの分解能が必要になる。そのため，近年は，走査型電子顕微鏡を用いた観察装置（以下レビューＳＥＭと呼ぶ）が広く使われだしてきている。
【０００４】
欠陥検査装置は，その検出感度が近年向上しており1ウェハから多数（数百から数千欠陥，時には数万欠陥の場合も有る）の欠陥が検出される。その結果，検出された欠陥を観察するレビュー作業の効率化に対するニーズは従来にも増して高まっている。このようなニーズに対応すべく，近年市場に投入されているレビューＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ    Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の多くには，検査装置で検出された欠陥位置の画像を自動で撮像する機能（ＡＤＲ: Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｅｆｅｃｔ  Ｒｅｖｉｅｗ）や得られた画像を分類する機能(ＡＤＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｅｆｅｃｔ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ)が搭載されている。
【０００５】
レビューＳＥＭにおける自動画像収集や自動欠陥分類の機能についての従来技術に関しては，例えば，特許文献１（特開２００１−３３１７８４号公報）に開示されている。この特許文献１には，レビューＳＥＭの構成，自動画像収集や自動欠陥分類の機能及び動作シーケンス，また，取得した画像や分類結果の表示方法等について記載がされている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３１７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先ず，前述したレビューＳＥＭにおける欠陥画像の自動収集機能についてその概要を述べ，次に本発明が解決する課題について説明する。
【０００８】
レビューＳＥＭにおける欠陥画像自動収集機能とは，上述したとおり観察対象であるウェハについての検査装置で欠陥検査を行った結果得られた欠陥位置情報を入力として，その各部位の画像を自動取得する機能である。本機能の基本シーケンスは，
（１）検査装置で検査して検出した欠陥の位置情報を用いて観察したい欠陥がレビューＳＥＭの撮像視野に入るようにするための試料搭載ステージの移動
（２）レビューＳＥＭによる欠陥部位の高倍率（５万〜20万倍程度）画像撮像
であり，これらの処理を各欠陥に繰り返すことで機能が実現される。
【０００９】
ただし，欠陥部位の画像撮像では，検査装置の座標誤差を考慮する必要がある。なぜなら，通常検査装置には数マイクロメートル〜数十マイクロメートルの座標誤差が含まれる可能性があり，直接，欠陥座標位置において高倍率（例えば５万倍〜２０万倍）の画像を撮像すると，その視野内の欠陥が入らない恐れがあるためである。そこで，このケースに対しては，レビューＳＥＭで初めに欠陥が存在すると思われる領域を広い視野（例えば１５um〜１０um）で画像撮像し，その画像に対し画像処理により欠陥位置検出を行い，検出された位置が視野の中心になるように，狭視野（例えば１０um〜４um）で画像を撮像することで対応する。よって，この場合，上述の基本シーケンスにおいてレビューＳＥＭによる画像の撮像が２回行われることになる。
【００１０】
また，上述のシーケンスにおける欠陥位置検出を実現するための１手法として，欠陥が存在しない画像（参照画像）と欠陥部位を撮像した画像（欠陥画像）とを比較する方式がある。半導体ウェハは同一の回路パターンがチップ単位で繰返し形成されていることから，この比較方式により欠陥位置を検出する場合には，通常，欠陥存在部位と同一箇所の隣接チップ部位の画像を参照画像として用いる。よってこの場合には，上述のシーケンスに加え，さらに参照画像の撮像処理とそのためのステージ移動が必要になる。なお，画像取得の際には，焦点合わせや明度調整処理などの画質調整処理も必要である。
【００１１】
上述したように，欠陥画像以外に参照画像を取得するシーケンスや，欠陥画像を2種の異なる視野で撮像するシーケンスのように，1つの欠陥に対し複数回の画像撮像を行う際には，それぞれにおいて画質調整処理が必要となる場合もある。
【００１２】
ところで，この欠陥画像自動収集機能に対する重要な性能指標として、スループットがある。スループットが高いほど，単位時間により多くの欠陥を観察することが可能になり，欠陥発生状況の把握や対策方法の決定の精度が高まることが期待される。スループットを向上させるためには，ステージ移動の短縮や焦点合わせなどの画質調整機能に要する時間の短縮の他，画像撮像時間単体の短縮が必要である。
【００１３】
画像撮像の短縮化には様々なアプローチがある。例えば，画像平均化処理に用いる画像枚数の削減があげられる。SEM画像は，ショットノイズが多くS/N比が悪い為，同一箇所を複数回撮像し，それらの画像を平均化することで，S/N比の高い画像を取得することが一般的である。この平均化処理に用いる画像を削減すれば処理時間は短縮される。その他，試料に照射する電子ビームの電流量（以降プローブ電流）の増加も撮像時間短縮に効果的である。プローブ電流量が多ければ，同一の平均化枚数であっても，よりS/Nの高い画像が取得できるからである。また，画像サイズ（ピクセル数）を縮小した場合には，ピクセル数の削減による画像撮像時間の単体時間の短縮効果を見込めるほか，画像処理時間の短縮や，画像をシステム内で転送・格納するための時間の短縮効果も見込め，結果的にスループットの向上に効果がある。
【００１４】
一方，これまで述べた平均化処理のための画像枚数の削減や，プローブ電流の増加，画像サイズの縮小は，低倍（つまり広視野）で取得した画像に対する欠陥検出処理の視点でみると，検出がより困難になる方向に働く。例えば，画像枚数の削減は，より低S/Nな画像から欠陥検出を行うことになるため，ノイズなどを欠陥として誤検出が発生する恐れが高まる。
【００１５】
またプローブ電流の増加は，試料表面で起こる帯電現象や，また電子ビーム照射による試料へのコンタミネーション付着を引き起こす恐れがあり，この場合，欠陥部でない箇所であっても画像の明度に違いが生じ，正常部を欠陥部と誤検出する恐れが高くなる。また，撮像領域の視野を固定した場合においては，画像サイズの縮小は，画素寸法を大きくするのと等価であるため，その画素サイズに近いもしくは未満のサイズの欠陥を自動検出するのが困難になり，微小な欠陥の見逃しが発生する恐れがある。
【００１６】
このように，スループット向上を目的にした画像撮像条件の変更は，欠陥検出性能を低下させるリスクが増大する恐れがある。このスループットと欠陥検出性能の関係は，検査対象となるウェハの工程・品種などでも異なるため，現実には，スループットと欠陥検出性能を共に満たす撮像条件を見つけ出す作業は操作者のマニュアル作業に頼っている。この結果，多品種少量生産ラインなど，頻繁に条件設定を行う必要がある場合には，その作業に膨大な時間を要するという問題があった。
【００１７】
本発明の目的は、上記した課題を解決して、スループットを高く維持しながら高い検出性能を満たすような欠陥観察方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために，本発明では，レビューＳＥＭに対し，複数の撮像条件で取得された画像セットを記憶する手段と，各画像セットに対して欠陥位置情報を付与して記憶する手段と，撮像条件を構成する各パラメータ（加速電圧やプローブ電流などの光学パラメータや画像サイズ，平均化枚数などの撮像パラメータ等）について，その設定候補値と各候補値を設定した際の処理時間の対応関係を記憶する手段を設けた。
【００１９】
さらに，撮像条件を構成する各パラメータに対する候補値の組合せにより複数の撮像条件を設定する手段と，複数の撮像条件に対して，欠陥検出性能とスループット性能とを試算する手段を設けた。さらに，欠陥検出性能とスループット値とを基準に，複数個の撮像条件から１つ若しくは複数個の撮像条件を自動選択する手段を設けた。さらに，設定された複数の撮像条件毎に計算された欠陥検出性能とスループット値とを対応付けて表示する機能や設定された複数個の撮像条件の中から自動選択された撮像条件を選択的に表示する手段を設けた。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば，装置に設定される画像自動収集機能の各種条件に依存して変動する欠陥検出性能とスループット性能の２性能指標に関し，条件設定の内容と性能指標との関係をユーザが容易に把握できるようになる。その結果，自動レビューを行う際の条件設定が容易に行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下，本発明にかかる欠陥観察方法の具体的な実現形態について説明をする。
【実施例１】
【００２２】
図１は，本発明にかかる欠陥観察装置の構成図を示している。本装置は，欠陥画像を撮像する為の画像撮像部１０１，装置全体の制御を行う全体制御部１０２，装置に対する各種コマンドの入力や処理結果等の表示機能を持つ入出力部１０３，自動収集機能を実行する場合に各種設定条件（レシピ）を記憶するレシピ格納部１０４，レシピの設定に用いる評価用画像を格納する評価用画像格納部１０５，設定するレシピについてその欠陥検出率やスループットを評価するためのレシピ評価部１０６，設定条件に従って変動するスループットの試算を行う為に必要なデータである処理時間データを格納した処理時間データ格納部１０７からなる。画像撮像部１０１は，試料の局所部位の画像を取得するため機能を持つ。なお，以下で説明する本実施例では，この画像撮像部として走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope:ＳＥＭ）を用いた場合について説明するが，本発明はこの形態には限られず、光学式の欠陥画像取得手段であっても良い。
【００２３】
図２はＳＥＭを用いた画像撮像部１０１の構成例を示した図である。試料ウェハ２０１は，移動可能なステージ２０２に搭載されている。電子源２０３より射出され引き出し電極２０４で加速された電子ビーム２１５は，コンデンサレンズ２０５やアパーチャ２０６対物レンズ２０７によって集束されて試料表面に入射される。試料表面から発生する２次電子や反射電子などは検出器２０８で検出されて光電変換された後、アナログーデジタル（Ａ/Ｄ）変換器２０９等によってその量がデジタルデータに変換される。電子ビーム２１５を偏向器２１０により試料上で２次元走査することにより，試料上の２次元デジタル画像を取得することができ,取得された画像は画像記憶部２２０に格納される。各部位は，バス１１６を通じて，全体制御部１０２に接続されている。
【００２４】
この装置において，偏向器２１０によって走査する領域（視野）を変更することは，画像撮像時の視野を変更する（＝倍率を変更する）ことを意味する。また，アナログーデジタル（Ａ/Ｄ）変換器２０９においてデジタル信号に変換する際の変換クロック間隔（サンプリング間隔）の大小は，取得するデジタル画像の画像サイズの大小に対応する。例えば同一の視野であってもサンプリング間隔を細かくすることは，画素サイズを小さくすることと等価であり，この場合より微細な欠陥を画像として捕らえることが出来る様になる。この様な画像取得における各種の設定条件や，その他画像撮像における光学条件（照射する電子ビーム２０４の加速電圧や，電流量（プローブ電流量）等）は，全体制御部１０２からの指示でバス１１６を通じて設定される。
【００２５】
次に，図１に示した装置において実行される自動欠陥画像収集機能の処理ステップと設定すべき条件設定のパラメータ内容（レシピ内容）について述べる。また，条件設定の際に考慮すべき２つの性能指標（欠陥検出性能及びスループット）についてもあわせて説明する。
【００２６】
ここで、欠陥画像収集機能とは，試料上に存在する欠陥，もしくは欠陥が発生すると疑われる箇所等の画像を画像撮像部１０１で自動収集する機能である。画像撮像すべき欠陥の座標位置は，外部より入力される。具体的には，試料上の欠陥の存在位置を取得することを目的とした欠陥検査装置や，試料上に形成される回路パターンの形状を推定し，所望のパターンと異なるパターンが形成される恐れがある箇所を特定する露光シミュレータ等から与えられる。
【００２７】
画像収集のステップを示したのが図３である。本図は，画像収集シーケンスの一例として，ある１つの欠陥について，欠陥検査装置で得られた欠陥座標を用いて，欠陥部位を含む広視野画像と，欠陥部位と同一の回路パターンが形成されていると期待される参照部位の広視野画像と，欠陥部の狭視野の画像の計３画像を取得するステップを示している。
【００２８】
図３に示したフローにおいて、先ず，参照部位が画像撮像部の視野に入るようにステージを移動する（Ｔ１）。次に，その部位の広視野（例えば視野サイズが縦方向及び横方向共に十数マイクロメートル）画像を取得する（Ｔ２）。参照部位は，ダイ比較により欠陥を検出する場合には、欠陥座標に対し１チップ分ずらした箇所である。また，この処理には，鮮明で高画質な画像を取得するための，焦点合わせ（オートフォーカス）や画像明度値調整などの画質調整処理を含むものとする。その後，ステージを，欠陥部位がその視野に入るように移動する（Ｔ３）。次に，広視野の欠陥画像を撮像する（Ｔ４）。その後，取得した２種の広視野画像を比較することで，欠陥位置の検出を行う（Ｔ５）。その後，検出された位置について，狭視野（例えば、視野サイズが縦方向及び横方向共に数マイクロメートル）の欠陥画像を取得する（Ｔ６）。以上が，1欠陥についての撮像シーケンスであり，この処理をウェハ上の複数の欠陥について順次行う。
【００２９】
なお，参照画像を取得する目的は，前述したとおり，広視野の欠陥画像からの欠陥位置検出を参照画像との比較により行うためである。半導体の回路パターンには，例えばフラッシュメモリデバイスのメモリセル部などのように，同一の回路パターンが繰り返し形成されている箇所があるが，このような繰返しパターンに対しては，上述したように参照画像を欠陥座標に対して１チップ分ずらした半導体の回路パターンの欠陥が無い部分を撮像して取得する方法ではなく、欠陥を含む箇所を撮像して得た欠陥画像から回路パターンの繰返し性を利用することにより合成することが可能である。このようにして広視野の欠陥画像をこの欠陥画像から合成して作成した参照画像とを比較することにより欠陥の位置を検出することが可能である。よって，欠陥が発生している箇所がメモリセル部などのような繰返しパターン部であることを事前になんらかの方法で判定できれば，参照画像の取得やそのために発生するステージ移動などは不要となる。なお，広視野及び狭視野の２種の視野の画像を取得する理由は，前述したとおり，検査装置から出力される欠陥座標の誤差や，ステージの移動誤差などにより，狭視野の画像のみを取得すると視野内に欠陥が含まれることが保証されない場合があるからである。
【００３０】
ここまで述べた画像自動収集の処理シーケンス及び，先に述べたレビューＳＥＭの画像撮像原理から，欠陥画像自動収集機能を実現するために，設定すべき処理パラメータには，以下の５項目が含まれる。
（１）加速電圧
（２）プローブ電流
（３）平均化処理に用いる画像枚数（広視野画像と狭視野画像の各々）
（４）画像サイズ（広視野画像と狭視野画像の各々）
（５）視野サイズ（広視野画像と狭視野画像の各々）
これらの条件値は，レシピとして画像自動収集の実行時に先立って，レシピ格納部１０４に格納されていることが必要である。
【００３１】
ところで，欠陥画像の自動収集機能においては，欠陥検出性能とスループットが重要な性能指標である。まず欠陥検出性能であるが，これは，広視野の欠陥画像から欠陥位置を検出する処理の精度を意味する。欠陥検出に失敗した結果，欠陥部以外の箇所が欠陥と誤検出されると，その箇所を撮像した狭視野の画像は当然ながら意味が無いものとなる。そのため，欠陥検出率は通常９５％以上の精度を持つことが要求されている。
【００３２】
欠陥画像の自動収集における重要な性能指標のもう一つは，スループットであり，これは単位時間当たりの画像収集欠陥数である。スループットの向上には，図３に示した各ステップにおける処理時間，具体的には，狭視野，広視野の画像撮像時間，ステージの移動時間，欠陥検出処理の時間，その他画質調整処理の時間等を削減する必要がある。
【００３３】
次に，本発明におけるレシピ設定方法について述べる。図４に処理フローを示す。先ず上述した（１）から（５）の処理パラメータに異なる値を設定した，複数の撮像条件セットで取得された画像データを取得し，評価画像格納部１０５に格納する（Ｓ１）。
【００３４】
この具体的な実現形態の一つとして，評価画像格納部１０５に，図５に示すような各パラメータの設定候補値の一覧データをテーブル形式で保持しておく。全体制御部１０２は，各パラメータの候補値の組合せにより複数の撮像条件セットを作成し，各撮像条件セットの内容で，画像撮像部１０２にて画像を撮像する。
【００３５】
図５に示した例では，パラメータに対する設定候補値の一例として，（１）加速電圧  ３種，（２）プローブ電流  ３種，（３）平均化処理枚数  ４種，（４）画素サイズ ４種，（５）視野  ４種、の場合を示している。パラメータの候補値の数はテーブルに設定する内容に依存してその多少が変化するため，各パラメータに対する候補値を増やしていくと，その組合せの総数が爆発的に増加することになる。そのため，評価画像の取得時間の短縮するためには，パラメータの種類を事前に絞り込んでおくか，もしくは候補値の数を減らしておくことが効果的である。ステージ２０２の上には，画像データを収集するための試料ウェハを予め搭載しておき，全体制御部１０２が，上述した各パラメータについての候補値の組合せにより生成される撮像条件に基づいて，図３に示す処理ステップで，画像撮像部１０１にて画像取得を行うよう指示する。撮像する欠陥は，数個〜数十個の範囲が実用的ではあるが，これには限られない。撮像された画像は画像記憶部２１０に格納される。
【００３６】
次に，取得された評価用画像データの広視野の欠陥画像を対象として，画像内における各欠陥部の位置を教示する（Ｓ２）。図６は，教示処理を実行する入出力部１０３の表示画面の一例である。サムネイル部６０１は，収集した欠陥画像がサムネイル表示される部位である。画像記憶部２１０から，試料ウェハを撮像した画像の内，同一条件で撮像された画像データが読み出されその一覧がここに表示される。図６の例では、収集した欠陥画像の例として６０１１〜６０１４を示している。この領域にて６０１１〜６０１４の中から任意の画像をマウスカーソル６０５により選択することで，教示領域６０２にその画像を拡大表示することができる。
【００３７】
この教示領域６０２では，画面上に表示された画像に対し，マウスカーソル６０５を用いて欠陥部位６０３の位置を登録する。具体的には，欠陥の中心位置（図中＋）とその欠陥の範囲（図中○）を意味する欠陥定義領域６０４を，画面上でマウスカーソル６０５を操作することで定義し，登録する。サムネイル部６０１での画像選択と，教示領域６０２での教示処理を繰り返すことで，取得した画像データに対して教示を行う。なお，教示された画像データは，評価用画像格納部１０５に格納される。
【００３８】
各パラメータ項目（１）〜（５）についてそれぞれの設定値を選択して設定した一つの撮像条件セットに対してこの評価用画像データに登録する欠陥数をＮ個,  撮像条件セットの数をＭ個とすると，教示すべき欠陥の数は，Ｎ×Ｍ個となり，Ｍが多い場合には，全てを画面上から登録するのは非現実的となる。これに対応する方法として，画像撮像部１０１において取得した画像データの全てに対して教示を行うのではなく，ある一つの撮像条件で取得した画像データに対して登録した教示データを，その他の撮像条件で取得した画像データに対し適用することも可能である。
【００３９】
具体的手順としては，まず，予め試料上の各欠陥にＩＤを付しておく。そして，その試料ウェハからＮ個の欠陥画像セットを撮像条件セットの中の１つにより取得する。そして次に，このＮ個の画像に対し，図６に示す方法を用いて欠陥位置を登録する。次に，その他の撮像条件で同一欠陥の画像を撮像する。この際，先に撮像した欠陥と同一のＩＤを持つ欠陥のみを撮像する。このＩＤを利用することで，異なる撮像条件で取得した欠陥画像データの中から，同一欠陥を選択することが容易になる。次に，未だ教示を行っていない欠陥画像を選び，その欠陥のＩＤを取得する。そして，そのＩＤに対応する教示済みの欠陥画像を取得する。
【００４０】
異なる撮像条件で取得された２つの同一欠陥の画像は，撮像条件の違いにより画質が異なるのは当然であるが，それ以外にも，ステージ停止精度の誤差などに起因する，微妙な視野ずれが存在するのが通常である。そこで，教示済みの画像と，未だ教示がされていない同一欠陥の画像との視野ずれ量をパターンマッチングにより検出し，そのずれ量を，教示済みの欠陥画像の欠陥位置に加算することで，未教示画像における欠陥の位置を推定する。これによる欠陥位置の推定をＭ個の撮像画像セットに対し行う。この結果，教示処理をＮ回行うのみで，結果としてＮ×Ｍ枚の欠陥画像データの欠陥位置を求めることが可能になる。
【００４１】
次に，撮像条件セットから１つの条件を選択し（Ｓ３），その条件で撮像した画像データセット（Ｎ個）に対し欠陥検出処理を実行する（Ｓ４）。この欠陥検出処理は，レシピ評価部１０６内の欠陥検出実行部１０８により行われる。欠陥検出実行部１０８は，その内部に欠陥検出処理を実行するためのプログラムを格納しており，入力される広視野の画像に対し，図３の処理フローにて実行される欠陥検出処理（Ｔ５）と同一の処理をオフライン実行する機能を有する。この欠陥検出処理は，画像データセットのＮ個全てに対して行う。
【００４２】
次に，それらのＮ個の欠陥検出処理の結果データを用いた欠陥検出性能の算出が図１に示した欠陥観察装置におけるレシピ評価部１０６の内部の欠陥検出性能算出部１０９で，現在選択されている撮像条件でのスループット性能の算出が，スループット算出部１１０で，それぞれ行われる（Ｓ５）。この処理は，全ての撮像条件セットＭ個に対して行われる。
【００４３】
欠陥検出性能算出部１０９における欠陥検出性能の算出においては，欠陥検出実行部１０８での処理結果の欠陥検出位置と，教示された欠陥検出位置をと比較し，その位置の違いを評価する。評価方法としては例えば，教示時に定義された定義領域の円６０４の内側に，欠陥検出位置が存在すれば欠陥検出成功，存在しなければ，失敗と判定する方法がある。同一撮像条件における欠陥画像データセットＮ個全てについて，成功・失敗何れであるかを判定し，その成功数の割合を欠陥検出性能とする。
【００４４】
一方，スループットの算出では，処理時間データ格納部１０７に格納された処理時間に関数データを用いる。図７はその様な処理時間データの例である。図７には，図３に示す欠陥画像収集の各処理ステップＴ１〜Ｔ６について，図５に示した撮像条件パラメータの各候補値を設置した場合の処理時間を表形式で表現したものである。現在選択されている撮像条件について，その設定パラメータの値から，Ｔ１〜Ｔ６までの各処理の時間が図７に示した表から読み出され，その６つの値の和を計算することで，１欠陥の画像を収集するための時間が算出される。
【００４５】
例えば，現在選択されている撮像条件を以下とする。
（１）・広視野参照画像の画像サイズ：１０２４
広視野参照画像の加算枚数  ：８
（２）・狭視野欠陥画像の画像サイズ：５１２
・狭視野欠陥画像の加算枚数  ：１６
この場合，Ｔ１:６００ｍｓｅｃ, Ｔ２: ８００ｍｓｅｃ , Ｔ３:４００ｍｓｅｃ,   Ｔ４: ８００ｍｓｅｃ, Ｔ５：１０００ｍｓｅｃ，Ｔ６: ４００ｍｓｅｃとなるため，トータルの処理時間は，４０００ｍｓｅｃとなる。この値を換算することで，スループット（例えば一時間で自動観察可能な欠陥の数）約９００と算出される。
【００４６】
図７に示した各処理時間のデータは，装置に対して固有であるため，あらかじめ定めておくことが可能である。この場合，値としては平均的な値が設定されていれば良い。例えば，ステージ移動に要する時間は，ある欠陥についての欠陥部の位置と他の欠陥の参照部位間のステージ移動に要する時間であり，厳密には，欠陥の間の距離により，つまり欠陥分布に従って変化するが，一般的な基準（例えば，平均移動距離＝１０ｍｍ等）を設定し，その上での平均的な時間を示すものとする。
【００４７】
なお，ここでは，スループットの試算法として，図７に示すような各処理時間データを基にして積み上げにより推定する方法を示したが，この他にも，例えば，処理ステップS1における評価用の画像データ収集処理の際に，画像収集に要した時間を測定しておき，その値を使用することもできる。
【００４８】
最後に，レシピ評価部１０６にて算出された各種の撮像条件セットについての欠陥検出性能とスループットの算出値を入出力部１０３に出力する。図８はその表示画面の一例である。撮像条件セット毎に，設定されるパラメータの値と欠陥検出性能，スループット性能が整列表示されている。この画面では，任意のパラメータをキーとしたデータの並べ替えが可能であり，条件セット間の比較を容易に行うことができる。これらの表示結果を目視し，実際に用いる条件を複数選択し（チェックボックスで表示），登録ボタンをクリックすることで，選択された条件設定内容は，レシピ格納部１０４に記憶される。
【００４９】
なお，レシピ格納部１０４に登録される条件設定は，上述のように入出力部１０３における表示画面上でマニュアルにより指示する他，レシピ評価部１０６自身で事前に定めた基準にもとづいて自動決定することも可能である。例えば，「欠陥検出性能が９５％以上の撮像条件であって，かつスループット性能が最も高いもの」等が基準となる。この場合，図９のように表示画面上で，予め欠陥検出性能について所定の基準を満たす条件のみをハイライト表示（図９の例では該当する項目の欄をグレーで塗りつぶして表示している）しておき，それらハイライト表示されたものの中で最もスループットが高い条件に対し，自動でチェックマークを入れた状態で表示すれば，操作者による確認作業がより容易となる。この場合，操作者が確認後にレシピ格納部に登録することも可能であり，また，確認作業を行うことなく自動で登録するようにしても良い。いずれにせよ，図８に示すように，複数の撮像条件について，その欠陥検出性能とスループット性能という２つの性能指標を表示し，さらに，条件パラメータや性能指標に基づいて選択，整列する機能を持たせることで，自動収集に適した撮像条件の選択が容易化される。
【実施例２】
【００５０】
次に，本発明にかかる欠陥観察方法の第二の実施例について述べる。
第一の実施例においては，欠陥検出性能の評価に用いられる評価データの収集は，事前に設定した複数個の撮像条件セットに従い，画像撮像部１０１における画像撮像を通して行われていた。評価用画像データの収集において，このように全てのデータを実際に画像撮像するのではなく，既に収集済みの画像データを用いて，別の撮像条件での評価データをシミュレーション作成する機能をもつ本発明にかかるレビューＳＥＭを本実施例にて説明する。
【００５１】
本実施例のレビューＳＥＭの装置構成を図１０に示す。図1に示した装置構成に対し，画像作成の基になる基準画像をその撮像条件と対応づけて格納する基準画像格納部１００１と，基準画像から，画像をシミュレーション生成する画像生成部１００２をさらに備えている。画像生成部１００２の中には，基準画像の撮像条件をもとに，異なる撮像条件を生成する撮像条件生成部１００３と，それらの条件の画像を画像撮像部により撮像する必要があるのか，もしくはシミュレーション作成することが可能か否かを判定する判定部１００４，そしてシミュレーションによる画像生成を行うシミュレータ１００５から構成されている。
【００５２】
本発明にかかる処理フローを図１１に示す。本例は，図４に示した第一の実施例における処理フローに対し，異なる条件での画像セットの収集方法及び欠陥領域の教示フローについて違いがある。
【００５３】
先ず，事前に，撮像条件として設定される各パラメータの設定値候補一覧とそれらのパラメータについて設定値を変更した画像を撮像するのに，画像撮像部での画像撮像が必要か否かの情報を示した一覧データを基準画像格納部１００１に格納しておく。図１２はその例である。パラメータの種類は，加速電圧，プローブ電流，平均枚数，画像サイズ，視野サイズの５種であり，それぞれ３種，４種，４種，４種，４種の設定候補値があるとする。
【００５４】
また，図１２には，各パラメータに対し，像取得が，「要」「不要」のいずれであるかが示されている。これは，実際に撮像した画像から撮像条件を変更した画像を取得するのに，改めて像取得を行うことができるか否かを示すものである。例えば，平均枚数のパラメータについては，「不要」となっている。平均枚数を変更すると画像のＳ／Ｎが変化するが，このＳ／Ｎの変化はシミュレーションが可能であるため，ある撮像条件で取得した画像に対し，平均枚数の条件のみを変更した画像を得る際，実際に画像撮像を行うことなくシミュレーションを活用できるということを意味する。
【００５５】
そして，図１２に示すパラメータ候補一覧を基に，撮像条件生成の基となる基準撮像条件を定める。この際，像取得の要否が「要」となっているパラメータ，具体的には，加速電圧，プローブ電流，視野サイズについては，事前設定された値とする。一方，像取得の要否が「不要」となっているパラメータ，具体的には平均枚数と視野サイズについては，平均化枚数はできるだけ多い数（例えば図１２のようなパラメータ設定値候補候補一覧がある場合には，上限値の１６）,画像サイズについてもできるだけ多い数（図１２に示す場合では，上限値１４４８ピクセル）とする。このような上限値での画像データを取得しておけば，その他の条件での撮像データをシミュレーション作成するのが容易であるからである。
【００５６】
図１１に示したフロー図に沿って処理の流れを説明する。先ず，基準撮像条件にて，評価用欠陥画像データを画像撮像部１０１に取得する(Ｓ１１０１)。次に，取得した画像に対し，第一の実施例同様，図６に示す表示画面を通して欠陥位置を教示する(Ｓ１１０２)。その後，図１２に示す各パラメータの候補値を組合せることで，複数の撮像条件を設定する(Ｓ１１０３)。次に，設定された撮像条件を１つ選択し(Ｓ１１０４)，その条件での画像撮像の実行，若しくはシミュレーションでの画像生成を行う。
【００５７】
ここで，画像を撮像するかシミュレーション生成するかの判定（Ｓ１１０５）は，以下により行う。
Step1:
現在選択されている撮像条件と基準撮像条件とで，設定値に違いがあるパラメータの種類を取得する。このパラメータ種は1とは限らず，複数ある場合もある。
Step2:
Step1で抽出されたパラメータについて,図１２に示す表からそのパラメータについて「像取得の要否」の内容を取得する。
Step3:
Step2の結果，パラメータの中に「像取得の要否」について「要」となっているものが一つも無ければ，シミュレーション作成を行い，そうでない場合は画像撮像を行うこととする。
【００５８】
図１２に示したケースでは，例えばStep1で抽出された撮像条件パラメータに加速電圧の変更が含まれる場合は画像撮像部１０１による取得が必要となり，また，抽出されたパラメータ１つであって，平均枚数と画像サイズのいずれかである場合と，パラメータが２つであって，平均枚数と画像サイズである場合には，シミュレーションによる作成が行われる。
【００５９】
シミュレーション生成処理(Ｓ１１０６)の方式を以下に示す。まず，平均枚数に関するシミュレーション画像の作成については以下である。平均枚数を減少することはＳ／Ｎ比が低下する，信号（Ｓ）を一定とした場合には，ノイズ（Ｎ）が増大することを意味する。よって，取得した基準画像に対し，ランダムノイズを加える処理を行うことでより平均枚数が少ない場合の画像をシミュレーション作成することが可能である。
【００６０】
平均枚数とＳ／Ｎの間には，「平均枚数を２倍にすると，Ｓ／Ｎは√２倍向上」するという統計的な関係がある。よって，この関係を用い，基準画像から算出したＳ／Ｎの値と，指定された平均枚数の値とから，期待されるシミュレーション画像のＳ／Ｎを求め，実際にその様な画像が得られるように，シミュレータ１００５で加えるノイズ量を調整することで実現される。また，画像サイズに関するシミュレーションは，基準画像（画像サイズ１４４８）を間引くことで，例えば１０２４，７２４ピクセルの画像を生成する。なお，間引き処理においては，間引き前後で，画像Ｓ／Ｎが変化しないように行うことが重要である。
【００６１】
一方，選択されている撮像条件の画像取得のためには１０１画像撮像部での撮像が必要と判定された場合は，その条件で実際に画像撮像を行う（Ｓ１１０７）。この様に再撮像された画像は，既に教示データが設定されている欠陥画像とは，視野がずれて撮像される可能性が高いため，実施例一に示した方法と同様，パターンマッチングにより視野ずれ量を検出し，その値を加算することで取得画像上での欠陥位置を特定し教示データとする。なお，シミュレーション作成した場合には，視野ずれはないため，基準画像に対する教示結果をそのままシミュレーション作成結果の教示結果とすることができる。図１１の処理フローでの，Ｓ１１０６及びＳ１１０８以降の処理Ｓ１１０９からＳ１１１２までは，図４で説明した実施例１にかかる処理Ｓ４からＳ７までと同様となる。
【００６２】
この様に異なる撮像条件の画像データセットを全て画像撮像部１０１において撮像することなく，変更されるパラメータの種類に応じてシミュレーション作成で代用することで，画像セット作成の効率化が図れる。多品種少量生産のラインにおいては，作成すべきレシピの種類は多いため，このような１レシピの作成にかかる画像収集時間の効率化が与える影響は大きい。最も顕著な場合として，シミュレーション作成が可能な条件のみ，つまり加算枚数と画像サイズのみパラメータ変更を行った画像を取得する場合には，画像撮像は完全に不要となるため，本評価用画像データ作成は，画像撮像部１０１と切り離された場所，例えばネットワーク接続された別端末でのオフライン作業が可能となる。
【実施例３】
【００６３】
次に，本発明にかかる欠陥観察方法の第三の実施例について述べる。ここまで述べた第一及び第二の実施例においては，評価用の欠陥画像データセットに対する教示処理では，欠陥位置のみを教示していた。本実施例では，欠陥位置以外の他の欠陥情報を設定するという点で，先の実施例と異なる。
【００６４】
既に説明した教示処理画面（図６）における，欠陥情報入力部６０６が，各種の欠陥情報を入力するための領域である。各欠陥について，教示領域６０２における欠陥位置の登録に際して，その欠陥についての情報,その種類（異物付着，配線短絡等）や，サイズ，表面の凹凸状態，画像の明度，形状等の特徴のいずれか1つ以上を入力し登録することが可能である。
【００６５】
この様にして各欠陥について，欠陥位置以外の欠陥情報を与えた場合，それらの属性に応じて欠陥自動収集に適した撮像条件を設定することが可能となる。例えば，評価サンプルをその欠陥種や欠陥サイズで分類し，その分類結果毎に，撮像条件と欠陥検出性能及びスループットの関係を評価することが可能となる。例えば，欠陥サイズを例にとると，欠陥をあるサイズで（例えば1マイクロメートル）を基準に２つのクラスに分け，各クラスに対して適した撮像条件を設定することが可能になる。例えば，欠陥サイズが大きい場合には，一般的には画像処理による欠陥検出は容易であることから，欠陥サイズが基準値より大きいクラスに対しては，平均枚数が少ないもしくは画像サイズを小さいなどの，高スループット条件であっても欠陥検出率の低下を引き起こすリスクが低い。一方，微小な欠陥になればなるほど欠陥欠陥検出が難しくなるため，欠陥サイズが基準値より小さいクラスに対しては，より欠陥検出の性能が低下しにくい条件，即ちスループットを犠牲にしたる条件で画像収集を行うことが適することになる。
【００６６】
この様に欠陥のクラス別に欠陥検出性能とスループットを評価した結果の表示画面を図13に示す。本図では，上段にサイズ１um以上の欠陥用の撮像条件評価結果，下段にサイズ1um未満の欠陥用の撮像条件評価結果を示している。各結果において，撮像条件に与えられ手いる番号が同一のものは，同一内容である。
【００６７】
欠陥サイズの大小により，欠陥検出の容易さが異なるため，欠陥サイズが大きいものでは，４条件のうち，３条件（条件２,３,４）で９５％の欠陥検出性能が達成され,その中での最高スループットが２２５０であるのに対し，欠陥サイズが小さいものに対しては，条件４のみしか欠陥検出性能９５％を達成できるものが無く，しかもそのスループットは７８０と低くなっている例である。
【００６８】
欠陥検査装置は，欠陥の位置以外にも，そのサイズの概略値を出力する機能があるため，この結果を用いることで，各欠陥毎にその欠陥サイズに適した画像自動収集の撮像条件が設定することができるようになる。欠陥検査装置には，欠陥サイズの他，欠陥の自動分類結果を出力する機能を有するものもあり，その様な結果を用いれば，欠陥サイズのみならず欠陥種の情報を用いた撮像条件の切り替えも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第一の実施例にかかる欠陥観察装置の構成を示すブロック図である。
【図２】欠陥観察システムの画像撮像部の構成を示すブロック図である。
【図３】欠陥画像収集の処理の流れを示すフロー図である。
【図４】本発明の第一の実施例にかかる撮像条件評価方法の流れを示すフロー図である。
【図５】撮像条件パラメータ一覧の例を示す図である。
【図６】本発明の第一の実施例にかかる欠陥情報の教示画面の正面図である。
【図７】撮像条件パラメータの候補値と処理時間の対応関係の例を示す図である。
【図８】撮像条件評価結果を表示する画面の正面図である。
【図９】撮像条件評価結果を表示する画面の正面図である。
【図１０】本発明の第二の実施例にかかる欠陥観察装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第二の実施例にかかる撮像条件評価方法の流れを示すフロー図である。
【図１２】撮像条件パラメータ一覧の例を示す図である。
【図１３】本発明の第三の実施例にかかる撮像条件評価結果を表示する画面例の正面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０１…画像撮像部    １０２…全体制御部    １０３…入出力部    １０４…レシピ格納部    １０５…評価用画像格納部    １０６…レシピ評価部    １０７…処理時間データ格納部    １０８…欠陥検出実行部    １０９…欠陥検出性能算出部    １１０…スループット算出部    ２０１…試料    ２０２…ステージ    ２０３…電子源    ２０４…電子ビーム    ２０５…コンデンサレンズ    ２０６…対物レンズ    ２０７…検出器    ２０８…アナログ−デジタル変換器    ２０９…偏向器    ２１０…画像記憶部    
６０１…サムネイル部    ６０２…教示領域    ６０３…欠陥部位    ６０４…定義領域    ６０６…欠陥情報入力部    １００１…基準画像格納部    １００２…画像生成部    １００３…撮像条件生成部    １００４…判定部    １００５シミュレータ
【図１】
2010087322.tif 000003
【図２】
2010087322.tif 000004
【図３】
2010087322.tif 000005
【図４】
2010087322.tif 000006
【図５】
2010087322.tif 000007
【図６】
2010087322.tif 000008
【図７】
2010087322.tif 000009
【図８】
2010087322.tif 000010
【図９】
2010087322.tif 000011
【図１０】
2010087322.tif 000012
【図１１】
2010087322.tif 000013
【図１２】
2010087322.tif 000014
【図１３】
2010087322.tif 000015