(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の高さ方向のばらつきを検査する検査装置であって、
試料を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された試料を帯電処理する帯電処理手段と、
前記保持手段に保持された試料に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段により電圧が印加された試料に向けて電子線を照射して、試料の表面近傍で引き戻されたミラー電子を結像させる電子光学系と、
前記ミラー電子を結像させることで得られたミラー画像を画像処理する画像処理手段と、を有し、
前記画像処理手段は、
前記ミラー電子を結像することで得られたミラー画像と、前記標準品のミラー画像との差分を表す差画像を生成する処理と、
前記差画像を構成する各画素を２値化して２値化画像を生成し、前記２値化画像を構成する２値の画素の割合を計算し、当該２値化画像の前記画素の割合を前記差画像に応じた前記試料の高さ方向のばらつきの情報として出力する処理と、を行うこと
を特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置であって、
前記画像処理手段は、
前記２値化画像を構成する白画素と黒画素との割合を計算して出力する処理をさらに行うこと
を特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の検査装置であって、
前記電子光学系の光学条件を試料の高さ情報に対応付けて記憶する記憶手段と、
前記差に応じた情報から識別可能な高さ方向のばらつきがある試料の領域よりも低い解像度で試料の高さを計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された高さに対応付けられて前記記憶手段に記憶されている光学条件を前記電子光学系に設定する設定手段と、をさらに有すること
を特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の検査装置であって、
異なる高さを持つ試料片からなる高さ補正用標準品をさらに有し、
前記保持手段は、
前記高さ補正用標準品をさらに保持し、
前記記憶手段には、
前記保持手段に保持された高さ補正用標準品の各試料片のミラー画像を前記電子光学系で撮像した場合の光学情報が、各試料片に高さに対応付けられて記憶されること
を特徴とする検査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検査装置であって、
前記試料を保持するＡＦＭ用保持手段と、
前記ＡＦＭ用保持手段に保持された試料の高さ方向の形状を測定するＡＦＭと、をさらに有すること
を特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等の試料の高さばらつきを検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造ラインにおいて、工程の途中で回路パターンの状態を計測する技術が知られている。この技術は、製造の歩留り向上、品質管理に不可欠な技術として位置付けられている。回路パターンの状態を計測する技術の一つに、回路パターンの寸法を計測する測長ＳＥＭ（Scanning  Electron  Microscopy）がある。測長ＳＥＭは、ＳＥＭ特有の高い分解能と深い焦点深度とを利用して、回路パターンの横方向（回路パターンの面内方向）の寸法測定を行い、サブｎｍの測定精度を実現している。
【０００３】
また、回路パターンの状態を計測する技術の一つに、回路パターンの電気特性不良を検出するミラープロジェクション式検査装置がある（例えば特許文献１）。ミラープロジェクション式検査装置は、面状の電子線を半導体ウエハに照射して、電圧が印加された半導体ウエハの回路パターンの表面近傍で反発して引き戻された電子（以下、ミラー電子と呼ぶ）をレンズにより結像し、この撮像画像（以下、ミラー画像と呼ぶ）を観察する。回路パターンの電気特性不良箇所は、電気特性正常箇所と異なる帯電をする。このため、電気特性不良箇所近傍で引き戻されたミラー電子は、電気特性正常箇所で引き戻されたミラー電子と異なる軌道を描き結像する。したがって、このミラー画像を観察することで、電気特性不良箇所を検出することが可能である。
【０００４】
また、回路パターンの状態を計測する技術の一つに、回路パターンの高さ方向形状を測定するＡＦＭ（Atomic  Force  Microscopy）がある。ＡＦＭは先端曲率がサブμｍの細い針を用いて被検査物の表面を走査し、針の高さ方向の移動量を走査に同期させ画像化することで、被検査物の高さ方向の形状を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願平１１-１０８８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＡＦＭによれば被検査物の高さ方向のばらつきを検出することができる。しかし、ＡＦＭの測定精度は、針の走査速度に大きく依存し、走査速度を上げると精度が落ちる。このため、被検査物の高さ方向のばらつきを広範囲に亘り高精度に検出しようとすると、多くの時間を要する。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は被検査物の高さ方向のばらつきを検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、被検査物の帯電状態が均一になるように必要に応じて帯電制御処理を行い、ミラープロジェクション方式を用いて、この帯電状態が均一の被検査物の表面近傍で反発して引き戻されたミラー電子をレンズにより結像し、このミラー画像を観察する。
【０００９】
例えば、本発明は、試料の高さ方向のばらつきを検査する検査装置であって、
試料を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された試料を帯電処理する帯電処理手段と、
前記保持手段に保持された試料に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段により電圧が印加された試料に向けて電子線を照射して、試料の表面近傍で引き戻されたミラー電子を結像させる電子光学系と、
前記ミラー電子を結像させることで得られたミラー画像を画像処理する画像処理手段と、を有し、
前記画像処理手段は、
前記ミラー電子を結像することで得られたミラー画像と、前記標準品のミラー画像との差分を表す差画像を生成する処理と、
前記差画像を構成する各画素を２値化して２値化画像を生成し、前記２値化画像を構成する２値の画素の割合を計算し、当該２値化画像の前記画素の割合を前記差画像に応じた前記試料の高さ方向のばらつきの情報として出力する処理と、を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被検査物の表面に高低差がある場合、互いに高さの異なる箇所近傍で引き戻されたミラー電子は、互いに異なる軌道を描き、高低差に応じた異なる焦点位置で結像する。したがって、このミラー画像を観察することで、高低差を検出することが可能である。そこで、予め用意しておいた標準品のミラー画像が示す高低差と、被検査物のミラー画像が示す高低差とを比較することで、被検査物の高さ方向のばらつきを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、ミラー電子の半導体ウエハの回路パターン近傍での軌跡を模式的に示した図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の概略図である。
【図３】図３は本発明の第１実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の検査レシピ作成処理を説明するためのフロー図である。
【図４】図４はフィルタパターンの作成処理を説明するためのフロー図である。
【図５】図５は図３に示す検査レシピ作成処理においてコンソール端末２８が表示するレシピ作成ＧＵＩ画面の一例を示す図であり、図５（Ａ）は高さばらつき検査用テンプレートとしてフィルタパターンを登録する場合のＧＵＩ画面例を示しており、図５（Ｂ）は高さばらつき検査用テンプレートとして参照パターンを登録する場合のＧＵＩ画面例を示している。
【図６】図６は本発明の第１実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の高さバラツキの検出処理を説明するためのフロー図である。
【図７】図７はフィルタパターン方法を説明するためのフロー図である。
【図８】図８は参照パターン方法を説明するためのフロー図である。
【図９】図９は図６に示す高さばらつき検査処理においてコンソール端末２８が表示する検査結果ＧＵＩ画面の一例を示す図であり、図９（Ａ）はフィルタパターン方法による検査結果ＧＵＩ画面例を示しており、図９（Ｂ）は参照パターン方法による検査結果ＧＵＩ画面例を示している。
【図１０】図１０（Ａ）は高さ補正用標準品の一例の概略図（正面図および底面図）であり、図１０（Ｂ）は高さ補正用標準品を構成する標準試料５２の一例の概略図（正面図、底面図、および側面図）である。
【図１１】図１１は本発明の第２実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の電子光学系補正量算出処理を説明するためのフロー図である。
【図１２】図１２は図１１に示す電子光学系補正量算出処理においてコンソール端末２８が表示する光学系調節用ＧＵＩ画面の一例を示す図である。
【図１３】図１３は本発明の第３実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の概略図である。
【図１４】図１４（Ａ）は本発明の第３実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の高さバラツキの検査処理を説明するためのフロー図であり、図１４（Ｂ）は本発明の第３実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置のＡＦＭを用いた高低差のレビュー処理を説明するためのフロー図である。
【図１５】図１５はレビュー場所のミラー画像および測定結果を模式的に表した図である。
【図１６】図１６は図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す処理においてコンソール端末２８が表示するレビューＧＵＩ画面の一例を示す図である。
【図１７】図１７は半導体装置製造プロセスの一例を示す図である。
【図１８】図１８は検査結果のデータ管理において、コンソール端末２８が表示するデータ管理ＧＵＩ画面の一例を示す図であり、図１８（Ａ）は一つ検査結果をデータ解析するためのＧＵＩ画面であり、図１８（Ｂ）は同一工程の検査結果を統計的に解析するためのＧＵＩ画面である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜原理＞
発明の実施形態の説明に先立ち、ミラープロジェクション方式を用いて被検査物の高低差を検出する原理を説明する。
【００１３】
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、ミラー電子の半導体ウエハの回路パターン近傍での軌跡を模式的に示した図である。図１（Ａ）は、半導体ウエハ製造のコンタクト工程で発生する回路パターンの電気特性不良近傍でのミラー電子の軌跡を示しており、図１（Ｂ）は、高低差を持つ回路パターン近傍でのミラー電子の軌跡を示している。
【００１４】
図１（Ａ）に示すように、例えば回路パターンの電気特性正常部分１０が０Ｖに帯電し、電気特性不良部分１１が-１Ｖに帯電すると、電気特性不良部分１１近傍の等電位面１２ａが湾曲する。その結果、電気特性不良部分１１近傍で跳ね返されるミラー電子１３ａは、電気特性正常部分１０近傍で跳ね返されるミラー電子１３ｂと異なる軌跡を描き、ミラー電子１３ｂと高さ方向に異なる焦点位置に結像される。
【００１５】
同様に、図１（Ｂ）に示すように、回路パターンの高低差１４に応じて等電位面１２ｂが湾曲するため、ミラー電子１３ｃは、回路パターンの高低差１４に応じてそれぞれ異なる軌跡を描き、高さ方向に異なる焦点位置に結像される。
【００１６】
そこで、本発明では、回路パターンの帯電状態が均一となるように（電気特性正常部分および電気特性不良部分が同じ帯電状態となるように）、必要に応じて被検査物に帯電処理を行う。その上で、ミラープロジェクション方式を用いて被検査物のミラー画像を観察することで、被検査物の高低差を検出する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図２は本発明の第１実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の概略図である。
【００１８】
図示するように、本実施形態のミラープロジェクション式検査装置２は、電子光学系２０と、試料（半導体ウエハ）２９が置かれる試料室２１と、帯電制御部２３と、ステージ制御部２４と、電子光学系制御部２５と、システム制御部２６と、画像処理部２７と、オペレータからの指示を受付けたり、オペレータに情報を表示したりするためのコンソール端末２８と、を有する。
【００１９】
電子光学系２０は、照射光学系２０１と、結像光学系２０２と、投影光学系２０３と、を有する。電子光学系２０は、図示していない真空排気装置により常に真空排気された雰囲気内に置かれる。
【００２０】
照射光学系２０１は、電子源２０１１と、コンデンサレンズ２０１２と、絞り２０１３と、を有する。結像光学系２０２は、ビームセパレータ２０２１と、対物レンズ２０２２と、を有する。投影光学系２０３は、中間レンズ２０３１と、投影レンズ２０３２と、検出器２０３３と、を有する。
【００２１】
電子源２０１１より放出された電子線は、コンデンサレンズ２０１２により収束され、所望の照射領域となるように絞り２０１３で軌道が制限される。その後、ビームセパレータ２０２１周辺に位置する対物レンズ２０２２の焦点面に焦点を作る。対物レンズ２０２２の焦点面は、対物レンズ２０２２の励磁と、後述するリターディングによる静電レンズの作用によって決まる。この焦点面で焦点を作ることにより、ビームセパレータ２０２１により偏向された電子線は、対物レンズ２０２２を介して、照射方向が試料２９の表面に垂直な面状の電子線となる。
【００２２】
試料２９は、ステージ制御部２４の後述するリターディング電源２４２により、電子線の加速電圧より僅かに高い負の電位が印加される。このため、試料２９の表面近傍には、試料２９の表面に形成された回路パターンの形状および帯電状態が反映された電界が形成される。この電界が減速手段として機能し、電子線の大部分が試料２９に衝突する前に引き戻され、試料２９の回路パターンの形状および帯電状態に応じた方向に、試料２９の回路パターンの形状および帯電状態に応じた強度を持って移動するミラー電子となる。
【００２３】
ミラー電子は、対物レンズ２０２２によって収束され、ビームセパレータ２０２１で投影光学系２０３の光軸に合うように偏向される。その後、中間レンズ２０３１、投影レンズ２０３２によって検出器２０３３上に、試料２９の表面の局部的な帯電状態の変化および高低差を表す像を結像させる。ここで、電子源２０１１は、放出電子のエネルギー幅が狭いものが好ましい。試料２９の表面に形成された電界のどの等電位面で電子が引き戻されるかが試料２９に入射する電子のエネルギーで決まるため、放出電子のエネルギー幅が存在すると異なる等電位面で引き戻されたミラー電子が結像してしまう。これにより、画像の分解能が劣化してしまう。検出器２０３３は、例えばＴＤＩ（Time  Delay  Integration）センサあるいはＣＣＤ（Charge  Coupled  Devices）センサで構成され、検出面上に結像された像を高速に取得し、これをミラー電子の量に応じた電気信号に変換して画像処理部２７に送信する。
【００２４】
試料室２１には、試料２９を載せるホルダ２１１と、電子線の入射方向に対して垂直方向に試料２９を移動させるステージ２１２と、モータ等のステージ駆動装置２４４と、光学顕微鏡２１３と、を有する。
【００２５】
ホルダ２１１は、ホルダ２１１およびホルダ２１１に載置された試料２９にリターディング電圧を印加できるように、ステージ２１２と電気絶縁されている。ホルダ２１１には、図示していない高圧用フィードスルーを介して、試料室２１の外部（ステージ制御部２４）に配置されたリターディング電源２４２から出力されるリターディング電圧が印加される。また、試料室２１は、その内部が電子光学系２０と同様に、図示していない真空排気装置により常に真空排気されている。
【００２６】
光学顕微鏡２１３は、ホルダ２１１に載置された試料２９内の所望の場所を探したり、検査レシピを作成したりする場合に用いられる。
【００２７】
帯電制御部２３は、ホルダ２１１に載置された試料２９の帯電状態を計測し、この帯電状態が均一となるように試料２９を帯電処理する。帯電処理は、試料２９近傍に配置された帯電制御電極２３１に電位を印加することにより実施する。また、試料の帯電状態は、帯電制御電極２３１に流れる電流値を測定して計測する。この処理を行うことにより、他の電子線装置等で試料２９の表面に形成された電界から帯電状態の不均一に起因する電界の歪みを取り除くことができ、後述する高さばらつき検査処理で試料２９の表面の高低差による電界の歪みのみを検出することが可能となる。なお、試料２９の帯電状態の計測には、表面電位計等を利用してもよい。
【００２８】
ステージ制御部２４は、主制御装置２４１と、リターディング電源２４２と、ステージ位置測定装置２４３と、を有する。
【００２９】
主制御装置２４１は、システム制御部２６からステージ移動に関する制御信号を受信し、この受信した制御信号に基づいて、ステージ位置測定装置２４３が測定したステージ２１２の位置を基準として、ステージ駆動装置２４４を制御しステージ２１２を移動させる。その結果、ステージ２１２上に載置されたホルダ２１１は、電子線の入射角に対して垂直方向に移動し、ホルダ２１１上に載置された試料２９の所望の領域のミラー画像を取得することができる。また、主制御装置２４１は、ステージ位置測定装置２４３で測定したステージ２１２、帯電制御部２３、光学顕微鏡２１３、および電子光学系２０の位置を、システム制御部２６に送信する。なお、システム制御部２６は、主制御装置２４１から受け取ったステージ２１２、帯電制御部２３、光学顕微鏡２１３、および電子光学系２０の位置に基づいて、ホルダ２１１上に載置された試料２９の所望の領域が帯電制御部２３、光学顕微鏡２１３、および電子光学系２０のいずれかの真下にくるように、ステージ２１２を移動させるための制御信号を生成し、これを主制御装置２４１に送信する。これにより、主制御装置２４１は、ホルダ２１１上に載置された試料２９の所望の領域を帯電制御部２３、光学顕微鏡２１３、および電子光学系２０のいずれかの真下にくるように移動させることができる。
【００３０】
電子光学系制御部２５は、主制御装置２５１と、照射光学系制御装置２５２と、投影光学系制御装置２５３と、を有する。
【００３１】
主制御装置２５１は、システム制御部２６から電子線照射に関する制御信号を受信し、この受信した制御信号に基づいて、照射光学系制御装置２５２に照射光学系２０１、結像光学系２０２の各部位（電子源２０１１、レンズ２０１２、２０２２、ビームセパレータ２０２１、図示していない非点補正器、偏向器等）を制御させ、ミラー電子５が所望のコントラストで結像されるように、試料２９に向けて電子線を照射させる。これと共に、ステージ制御部２４のリターディング電源２４２を制御する。また、システム制御部２６からミラー画像の撮像に関する制御信号を受信し、この受信した制御信号に基づいて、投影光学系制御装置２５３に投影光学系２０３の各部位（レンズ２０３１、２０３２、検出器２０３３）を制御させ、試料２９の近傍で引き戻されたミラー電子を検出する。
【００３２】
画像処理部２７は、画像形成装置２７１と、画像処理演算装置２７２とを有する。
【００３３】
画像形成装置２７１は、投影光学系２０３の検出器２０３３で検出されたミラー電子の強度に対応する信号を、ステージ制御部２４の主制御装置２４１から送られてくるステージ２１２の座標信号に同期させて取り込む。そして、取り込んだ信号をＡＤ変換して画像処理演算装置２７２に伝送する。画像処理演算装置２７２は、画像形成装置２７１から受信した信号が表すミラー画像から高さ方向のばらつきを抽出する画像処理を行い、その結果を、必要に応じてミラー画像と共に、システム制御部２６に送信する。
【００３４】
システム制御部２６は、コンソール端末２８を介して受付けたユーザの指示に従い、ステージ２１２を移動させるための制御信号を生成しステージ制御部２４に送信すると共に、帯電制御部２３に、ホルダ２１１に載置された試料２９の帯電状態が均一となるように試料２９の帯電処理を行わせる。また、画像処理部２７から受信した高さばらつきの検出結果あるいはミラー画像および高さばらつきの検出結果を、コンソール端末２８の表示画面に表示して、オペレータに提示する。
【００３５】
上記構成のミラープロジェクション式検査装置において、帯電制御部２３、ステージ制御部２４、および電子光学系制御部２５は、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Inteｇrated  Circuits）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などの集積ロジックＩＣによりハード的に実現されるものでもよいし、あるいは、ＤＳＰ（Digital  Signal  Process
or）などの計算機によりソフトウエア的に実現されるものでもよい。また、システム制御部２６、画像処理部２７、およびコンソール端末２８には、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の外部記憶装置、ＣＤ-ＲＯＭやＤＶＤ-ＲＯＭ等の可搬性を有する記憶媒体４０９から情報を読み出す読取装置、キーボードやマウスなどの入力装置、ディスプレイなどの出力装置、通信回線を介して相手装置と通信を行なうための通信装置、およびこれらの各装置を接続するバスを備えた一般的なコンピュータにおいて、ＣＰＵがメモリ上にロードされた所定のプログラムを実行することにより実現することができる。
【００３６】
次に、上記構成のミラープロジェクション式検査装置の動作について説明する。上記構成のミラープロジェクション式検査装置の動作は、試料２９の高さばらつきを検査するために必要な情報（電子光学系２０のアラインメント情報、帯電制御装置２３の帯電制御情報、および高さばらつき検出のための標準とする試料２９の高低差情報）を含んで構成される検査レシピの作成処理と、検査レシピを用いた試料２９の高さバラツキの検出処理と、の２つに分類できる。
【００３７】
図３は本発明の第１実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の検査レシピ作成処理を説明するためのフロー図である。
【００３８】
システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより、測長する試料２９の基本情報の入力を受付ける（Ｓ１０１）。試料２９が半導体ウェハである場合、半導体ウェハの品種、製造工程の名称等が基本情報に相当する。システム制御部２６は、この基本情報を、これから作成する検査レシピを管理するために、メモリ等に記憶する。
【００３９】
次に、システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより、測長する試料２９の回路パターンのレイアウト情報の入力を受付け、これをＳ１０１で受付けた試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する（Ｓ１０２）。ここで、回路パターンのレイアウト情報は、オペレータが光学顕微鏡２１３で得られた光学画像を確認しながら、コンソール端末２８に入力してもよいし、あるいは、試料２９のＣＡＤデータに記述されている寸法を元に作成し、コンソール端末２８に入力してもよい。
【００４０】
次に、システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより、測長する試料２９に対する帯電制御処理の実施の要否を受付ける（Ｓ１０３）。ここで、帯電制御処理の要否は、オペレータが判断して設定する。しかし、Ｓ１０１で受付けた試料２９の基本情報から自動的に判断して設定することも可能である。自動的に判断する方法には２種類ある。一つは、メモリ等に記憶されている、過去に作成された同じ基本情報を持つ試料２９の検査レシピを参照し、この検査レシピに記述されている帯電制御処理の要否が「要」ならば、今回も帯電制御処理が必要であると判断する。もう一つは、試料の基本情報ごとに帯電制御処理の要否を示した対応表データを予めメモリ等に記憶しておき、この対応表データを使って帯電制御処理の要否を判断する。例えば試料２９が半導体ウェハの場合、ウェハ表面の構造および材料が工程の名称に反映される。そこで、工程の名称ごとに帯電制御処理の要否を示す対応表データを作成し、メモリ等に記憶する。システム制御部２６は、その対応表データから基本情報と同じ名称に対応付けられている帯電制御処理の要否に従い判断する。
【００４１】
さて、システム制御部２６は、帯電制御処理が不要ならば（Ｓ１０４でＮＯ）、Ｓ１０７に進む。一方、必要ならば（Ｓ１０４でＹＥＳ）、システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより、帯電制御処理に用いる設定電圧の入力を受付け、これをＳ１０１で受付けた試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録し（Ｓ１０５）、Ｓ１０６に進む。ここで、設定電圧は、試料２９の全体に亘り帯電状態が均一となるように、つまり、「回路パターンに帯電ムラが発生しない」且つ「高さバラつきの計測時の弊害となるパターンに依存した帯電コントラストが発生しない」ように決定される。撮像において回路パターンに電子が入射しないミラープロジェクション式検査装置では、除電処理により大部分の試料２９の帯電状態を均一にすることができる。
【００４２】
Ｓ１０６において、システム制御部２６は、ホルダ２１１に載置された試料２９の標準品（高さばらつき判定の基準となる試料）に、Ｓ１０５でこの試料２９の基本情報に対応付けて登録した設定電圧を印加して、この試料２９の標準品の帯電制御処理を行う。その後、Ｓ１０７に進む。
【００４３】
Ｓ１０７において、システム制御部２６は、ステージ２１２の座標と、ホルダ２１１に載置されている試料２９の回路パターンの座標との位置関係を調節するアラインメント工程に用いるアラインメント用テンプレートの登録処理を行う。本実施形態では、光学画像を使って大まかにアラインメントを行い（第１アラインメント工程）、その後、ミラー画像を使って詳細にアラインメントを行う（第２のアラインメント工程）。そこで、システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより受付けた指示に従い、予め撮像された試料２９の標準品の光学画像を入手し、これを第１アラインメント用テンプレートとして、Ｓ１０１で受付けた試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する。同様に、予め撮像された試料２９の標準品のミラー画像を入手し、これを第２アラインメント用テンプレートとして、Ｓ１０１で受付けた試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する。
【００４４】
次に、システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより受付けた指示に従い、ステージ制御部２４を制御してステージ２１２を移動させ、試料２９のアラインメント（第１アラインメント、第２アラインメント）を行う場所の位置座標をＳ１０１で受付けた試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する（Ｓ１０８）。ここで、ステージ２１２の座標と、ホルダ２１１に載置されている試料２９（回路パターン）の座標との位置関係を正確に調節するためには最低２つの場所でアラインメントを実行する必要がある。そこで、本実施形態では、上記のＳ１０７において、第１アラインメント用、第２アラインメント用２つのテンプレート（光学画像、ミラー画像）を登録し、Ｓ１０８において、アラインメントに用いる画像を取得するための最低２カ所の異なる試料２９上の座標を、第１アラインメント用、第２アラインメント用それぞれについて２つずつ登録しておく。当然ながら、第１アラインメント用、第２アラインメント用の画像を取得する位置座標は、テンプレート画像を取得した位置座標とは異なる必要がある。
【００４５】
次に、システム制御部２６は、ステージ制御部２４を制御して、Ｓ１０８で登録された２カ所の位置座標にステージ２１２を移動させ、光学顕微鏡２１３および検出器２０３３で、アラインメント用の画像をそれぞれ撮像する。そして、得られた画像（光学画像、ミラー画像）を、Ｓ１０７で試料２９の基本情報に対応付けて登録したアラインメント用テンプレートと比較することにより、アラインメントを行う（Ｓ１０９）。なお、アラインメント用画像の取得は、位置座標を登録するステップＳ１０８で実行してもよい。その場合は、得られた画像を、アラインメント画像用のインデックスと対応づけてメモリに格納しておき、ステップＳ１０９で画像を呼びだしてアラインメントを実行する。
【００４６】
具体的には、先ず、システム制御部２６は、第１アラインメント工程を行う。コンソール端末２８を介してオペレータより受付けた指示に従い、Ｓ１０７で登録した第１アラインメント用テンプレートの中から第１アラインメント用テンプレートを一つ選択すると共に、Ｓ１０９で撮像した２つ（或いは複数）の光学画像の中のいずれかの画像を選択する。そして、選択した第１アラインメント用テンプレートおよび光学画像をコンソール端末２８に表示する。オペレータは、コンソール端末２８に表示された第１アラインメント用テンプレートと光学画像とを比較し、両者のずれ（例えば回路パターンのエッジ部分等の特徴点のずれ）を観察する。この処理を、Ｓ１０９で取得した全ての光学画像について行い、かつ、第１アラインメント用テンプレートの全てについて行う。その結果得られたずれ量はコンソール端末２８に入力する。システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより受付けたずれ量を、試料２９の回路パターンの座標にステージ２１２の座標を合わせるための第１アラインメント量（オフセット量）として、Ｓ１０１で受付けた試料２９の基本情報に対応付けてシステム制御部２６に登録する。
【００４７】
次に、システム制御部２６は、第２アラインメント工程を行う。コンソール端末２８を介してオペレータより受付けた指示に従い、Ｓ１０７で登録した第２アラインメント用テンプレートの中から第２アラインメント用テンプレートを一つ選択すると共に、Ｓ１０９で撮像した２つ（或いは複数）のミラー画像の中のいずれかの画像を選択する。そして、選択した第２アラインメント用テンプレートおよびミラー画像をコンソール端末２８に表示する。このとき、試料２９の回路パターンの座標に第１アラインメント量を反映させて、ミラー画像を表示する。オペレータは、コンソール端末２８に表示された第２アラインメント用テンプレートとミラー画像とを比較し、両者のずれ（例えば回路パターンのエッジ部分等の特徴点のずれ）を観察する。この処理を、Ｓ１０９で取得した全ての光学画像について行い、かつ第２アラインメント用テンプレートの全てについて行う。結果得られたずれ量はコンソール端末２８に入力する。システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより受付けたずれ量を、試料２９の回路パターンの座標にステージ２１２の座標を合わせるための第２アラインメント量（オフセット量）として、Ｓ１０１で受付けた試料２９の基本情報に対応付けてシステム制御部２６に登録する。
【００４８】
上述のアラインメント終了後、システム制御部２６は、試料２９の回路パターンの測定場所を検索するために用いる測定場所検索用テンプレートの登録処理を行う（Ｓ１１０）。本実施形態では、測定場所検索用テンプレートとして、予め低倍で撮像した測定場所のミラー画像およびこの測定場所のステージ２１２の座標を、コンソール端末２８を介してオペレータより受付け、これをＳ１０１で受付けた試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する。ここで、ウェハ検査装置の場合には、低倍とは、ウェハ上に形成された回路パターンの繰り返し単位、例えば、露光ショット、ダイ、メモリマットなどの場所が、ウェハ上で特定できる程度の倍率を意味する。現時点の半導体ウェハにおいては、回路パターンの繰り返し単位は５０μｍ〜２００μｍ程度の大きさであり、取得画像の倍率で言えば５００倍〜２０００倍程度である。
【００４９】
次に、システム制御部２６は、試料２９上に形成された回路パターンの測定場所における高さばらつきを検査するための高さばらつき検査用テンプレートの登録処理を行う（Ｓ１１１）。具体的には、試料２９の基本情報に対応付けらて登録されている第１アラインメント量および第２アラインメント量を用いてステージ２１２の座標を補正する。次に、この補正されたステージ２１２の座標を用いてステージ制御部２４を制御し、Ｓ１１０で試料２９の基本情報に対応付けて登録したいずれかの測定場所検索用テンプレートの測定場所にステージ２１２を移動させ、電子光学系制御部２５を制御して、電子光学系２０に低倍のミラー画像を撮像させる。それから、撮像したミラー画像とテンプレートのミラー画像とのパターンマッチングを行い、測定場所のステージ２１２の座標を決定する。次に、電子光学系制御部２５を制御して、決定した座標により特定される測定場所のミラー画像を撮像する。このミラー画像は高さばらつきを検査する際に用いるミラー画像の撮像倍率と略同じ撮像倍率とする。そして、撮像したミラー画像から、この測定場所での高さばらつき検査用テンプレートを作成し、試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する。なお、高さばらつき検査用テンプレート作成処理の詳細は後述する。
【００５０】
さて、システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータに高さばらつき検査用テンプレートの登録を続行するか否かを問い合わせ、続行する場合（Ｓ１１２でＮＯ）はＳ１１０に戻り、続行しない場合（Ｓ１１２でＹＥＳ）、つまり全ての測定場所での高さばらつき検査用テンプレートの登録が終了した場合は、このフローを終了する。
【００５１】
以上により、試料２９の検査レシピ情報が、この試料２９の基本情報に対応付けられてメモリ等に登録される。
【００５２】
次に、高さばらつき検査用テンプレートの作成処理（図３のＳ１１１）を説明する。高さばらつき検査用テンプレートの作成処理には、試料２９の標準品のミラー画像から高低差に関する情報をフィルタリングするためのフィルタパターンを作成する処理（フィルタパターン作成処理）と、試料２９の標準品のミラー画像から検査試料２９のミラー画像と比較するための参照パターンを作成する処理（参照パターン作成処理）とがある。以下、フィルタパターン作成処理および参照パターン作成処理のそれぞれについて説明する。
【００５３】
先ず、フィルタパターン作成処理について説明する。
【００５４】
図４はフィルタパターンの作成処理を説明するためのフロー図である。
【００５５】
先ず、画像処理部２７は、投影光学系２０３の検出器２０３３で検出されたミラー電子の強度に対応する信号を、ステージ制御部２４の主制御装置２４１から送られてくるステージ２１２の座標信号に同期させて取り込む。そして、取り込んだ信号をＡＤ変換してミラー画像を生成する（Ｓ１１１１）。試料２９の標準品は、高さばらつきが極力小さいものが好ましい。高さばらつきが大きい試料２９でミラー画像を取得すると、基準となるフィルタパターンの特性が悪くなり、後の高さばらつきの測定精度が悪くなる。
【００５６】
次に、画像処理部２７は、ミラー画像から周期性の高い２ｎ×２ｎの画素サイズの領域（トリミングウインドウ）を選択してフーリエ変換（高速フーリエ変換）を行い、フーリエ変換画像を生成する（Ｓ１１１２）。そして、生成したフーリエ変換画像をシステム制御部２６に送信する。システム制御部２６は、画像処理部２７から受信したフーリエ変換画像をコンソール端末２８に表示する。
【００５７】
次に、システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより、フーリエ変換画像を元に作成されたフィルタパターンを受け付ける。オペレータは、コンソール端末２８に表示されたフーリエ変換画像を必要に応じて拡大し、元のミラー画像の周期性に起因したスポット３０１を確認する（Ｓ１１１３）。次に、オペレータは、マウス等のポインティングデバイスを用いてスポットの一つ一つを選択する。コンソール端末２８は、オペレータにより選択されたスポット各々をマスクするフィルタパターンを生成し（Ｓ１１１４）、システム制御部２６に送信する。ここで、マスクのサイズが大きすぎると、後述する逆フーリエ変換の際に高さばらつき情報が消失してしまう可能性がある。このため、コンソール端末２８に、一つのスポットを隠すマスクのサイズを用途に応じて複数取り揃えておくことが好ましい。そして、微妙な高さばらつきを高精度に測定したい場合には小さなマスクを使用し、突出した高さばらつきのみ抽出したい場合には大きなマスクを使用するとよい。フーリエ変換画像中に確認できるスポットの全てにマスクをかけて逆フーリエ変換を行うことで、試料２９の標準品が持つ高低差の周期成分（検査対象の回路パターンが本来持つ高さの周期成分）を除去することができる。
【００５８】
次に、システム制御部２６は、コンソール端末２８より受け付けたフィルタパターンを画像処理部２７に送信する。画像処理部２７は、システム制御部２６から受信したフィルタパターンとフーリエ変換画像とを合成して、フーリエ変換画像をマスクする（Ｓ１１１５）。そして、マスクされたフーリエ変換画像を逆フーリエ変換し、逆フーリエ変換画像をシステム制御部２６に送信する（Ｓ１１１６）。システム制御部２６は、画像処理部２７から受信した逆フーリエ変換画像をコンソール端末２８に表示する。試料２９の標準品が持つ高低差の周期成分（検査対象の回路パターンが本来持つ高さの周期成分）を除去できている場合、逆フーリエ変換画像はのっぺりした（均一な）画像となる。そこで、オペレータは、逆フーリエ変換画像のコントラストを評価し、その評価結果から上記のフィルタパターンを登録するか否かを判断する。そして、その判断結果をコンソール端末２８に入力する。システム制御部２６は、コンソール端末２に入力された判断結果がフィルタパターンの登録である場合、上記のフィルタパターンを試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する。一方、フィルタパターンを作り直す場合は、Ｓ１１１４に戻る。
【００５９】
次に、参照パターン作成処理について説明する。
【００６０】
参照パターンには、ミラー画像そのものと、ミラー画像のフーリエ変画像に含まれている回路パターンの周期成分のみを逆フーリエ変換して生成された逆フーリエ変換画像と、がある。
【００６１】
参照パターンがミラー画像そのものである場合、画像処理部２７は、投影光学系２０３の検出器２０３３で検出されたミラー電子の強度に対応する信号を、ステージ制御部２４の主制御装置２４１から送られてくるステージ２１２の座標信号に同期させて取り込む。そして、取り込んだ信号をＡＤ変換してミラー画像を生成し、これをシステム制御部２６に送信する。システム制御部２６は、画像処理部２７から受信したミラー画像を参照パターンとして、試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する。
【００６２】
一方、参照パターンが逆フーリエ変換画像である場合、画像処理部２７は、生成したミラー画像をフーリエ変換し、フーリエ変換画像をフィルタリングして回路パターンの周期成分を抽出し、抽出した回路パターンの周期成分を逆フーリエ変換する。そして、この逆フーリエ変換画像をシステム制御部２５に送信する。システム制御部２６は、画像処理部２７から受信した逆フーリエ変換画像を参照パターンとして、試料２９の基本情報に対応付けてメモリ等に登録する。
【００６３】
図５は、図３に示す検査レシピ作成処理においてコンソール端末２８が表示するレシピ作成ＧＵＩ画面の一例を示す図である。図５（Ａ）は高さばらつき検査用テンプレートとしてフィルタパターンを登録する場合のＧＵＩ画面例を示しており、図５（Ｂ）は高さばらつき検査用テンプレートとして参照パターンを登録する場合のＧＵＩ画面例を示している。
【００６４】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、高さばらつき検査用テンプレートの登録用ＧＵＩ画面は、試料２９（例えば半導体ウエハ）上に形成された回路パターンのレイアウトを表示するためのレイアウト表示窓４１と、高さばらつきの抽出方法および計測方法を指定するための画像処理指定欄４２と、ミラー画像および高さばらつき検査用テンプレートを含む各種画像を表示するための取得画像表示窓４３と、高さばらつきを抽出し計測する際の画像処理パラメータを設定するためのパラメータ設定欄４４と、を有する。
【００６５】
レイアウト表示窓４１は、回路パターンの測定場所の指定に用いられる。オペレータは、マウス等のポインティングデバイスを操作してポインタ４５を操作し、回路パターンの測定場所を指定すると、コンソール端末２８は、ポインタ４５で指定された測定場所の情報をシステム制御部２６に送信する。システム制御部２６は、ステージ制御部２４、光学顕微鏡２１３、および画像処理部２７を制御し、ポインタ４５で指定された測定場所の光学画像の画像データを取得し、これをコンソール端末２８に送信する。コンソール端末２８は、レイアウト表示子窓４６に取得した光学画像の画像データを表示する。コンソール端末２８は、取得画像表示窓４３にミラー画像が表示されていない場合、この表示子窓４６をアクティブにし、リアルタイムで光学画像を更新する。オペレータは、光学画像上の所望の領域をポインタ４５で指定することで測定場所（計測領域）を登録することができる。なお、大小様々なパターンについて所望の領域が光学画像から指定できるよう、表示子窓４６に表示される光学画像の倍率は変更することができる。登録された測定場所は、コンソール端末２８により、レイアウト表示窓４１上に、登録順を示すＩＤ番号と共にマーカ４７で表示される。
【００６６】
画像処理指定欄４２は、高さばらつきの抽出方法および計測方法を指定するためチェックボックスを有する。本実施形態では、高さばらつきの抽出方法として、高速フーリエ変換方法（上述のフィルタパターン作成処理）および差画像方法（上述の参照パターン作成処理）のいずれかを指定できる。また、高さばらつきの計測方法として、ヒストグラム方法および面積比率方法のいずれかを指定できる。図５（Ａ）は、高さばらつきの抽出方法として高速フーリエ変換方法が指定され、高さばらつきの計測方法としてヒストグラム方法が指定されている場合を、そして、図５（Ｂ）は、高さばらつきの抽出方法として差画像方法が指定され、高さばらつきの計測方法として面積比率方法が指定されている場合を例示している。なお、高さばらつきの計測方法については後述する。
【００６７】
取得画像表示窓４３には、測定場所の高さばらつき検査用テンプレートを作成する際にオペレータが参照する画像が表示される。高さばらつきの抽出方法として高速フーリエ変換方法が指定されている場合は、図５（Ａ）に示すように、ミラー画像、ミラー画像のフーリエ変換画像、フーリエ変換画像をトリミングするためのトリミングウインドウ４３１、フィルタパターン、およびフーリエ変換画像をフィルタパターンでマスクして逆フーリエ変換した逆フーリエ変換画像が表示される。また、高さばらつきの抽出方法として差画像方法が指定されている場合は、図５（Ｂ）に示すように、ミラー画像（参照パターン）のみ、あるいは、ミラー画像、ミラー画像のフーリエ変換画像、およびフーリエ変換画像から抽出した周期的成分を逆フーリエ変換した逆フーリエ変換画像（参照パターン）が表示される。取得画像表示窓４３の下部には、光学画像およびミラー画像の切替ボタンがあり、切替ボタンにより光学画像が選択されている場合は、レイアウト表示子窓４６に表示される光学画像がリアルタイムで更新される。一方、切替ボタンによりミラー画像が選択されている場合は、取得画像表示窓４３内のミラー画像がリアルタイムで更新される。
【００６８】
高さばらつきの抽出方法として高速フーリエ変換方法が指定されている場合、パラメータ設定欄４４は、図５（Ａ）に示すように、画像処理（「ＦＦＴ］、「ＩＦＦＴ」、「取消」、および「登録」のいずれか）の指定を受け付ける指定ボタン４４１と、フィルタパターンを作成する際に使用するフィルタパターン作成ウインドウ４４２と、取得画像表示窓４３に表示するフィルタパターンのマスクのサイズを指定するための指定ボタン４４３と、取得画像表示窓４３に表示されている逆ＦＦＴ変換画像のヒストグラムを表示するヒストグラム表示窓４４４と、を有する。コンソール端末２８は、取得画像表示窓４３に表示されているトリミングウインドウ４３１内のＦＦＴ変換画像を拡大して、フィルタパターン作成ウインドウ４４２に表示する。このトリミングウインドウ４３１は、オペレータの操作により任意の位置に動かすことができる。指定ボタン４４３は、オペレータがプルダウンすることによりそのサイズを段階的に指定できる。オペレータによりトリミングウインドウ４３１内の任意の箇所がポインタ４５で選択されると、コンソール端末２８は、ＦＦＴ変換画像の選択された箇所にマスクを設定し、このマスクをフィルタパターン作成ウインドウ４４２内に追加する。また、コンソール端末２８は、指定ボタン４４１によりＩＦＦＴが選択されると、フィルタパターン作成ウインドウ４４２に表示されているフィルタパターンを取得画像表示窓４３に表示すると共に、このフィルタパターンをＩＦＦＴの指示と共にシステム制御部２６に送信する。そして、システム制御部２６より受け取った逆ＦＦＴ変換画像を取得画像表示窓４３に表示すると共に、その周波数成分のヒストグラムをヒストグラム表示窓４４４に表示する。また、コンソール端末２８は、指定ボタン４４１により登録が選択された場合、フィルタパターン作成ウインドウ４４２に表示されているフィルタパターンを高さばらつき検査用テンプレートとしてシステム制御部２６に送信する。一方、指定ボタン４４１により取消が選択された場合は、取得画像表示窓４３に表示されているフィルタパターンおよび逆ＦＦＴ変換画像をクリアすると共に、フィルタパターン作成ウインドウ４４２およびヒストグラム表示窓４４４の内容をクリアする。
【００６９】
高さばらつきの抽出方法として差画像方法が指定されている場合、パラメータ設定欄４４は、図５（Ｂ）に示すように、画像処理（「取消」、および「登録」のいずれか）の指定を受け付ける指定ボタン４４５と、差画像の２値化に用いる閾値を設定するためのスライダ４４６と、を有する。コンソール端末２８は、指定ボタン４４５により登録が選択された場合は、取得画像表示窓４３に表示されている参照パターンを高さばらつき検査用テンプレートとして、スライダ４４６で設定された２値化の閾値と共に、システム制御部２６に送信する。一方、指定ボタン４４５により取消が選択された場合は、取得画像表示窓４３に表示されているミラー画像をクリアする。
【００７０】
図６は本発明の第１実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の高さバラツキの検出処理を説明するためのフロー図である。
【００７１】
システム制御部２６は、コンソール端末２８を介してオペレータより、測長する試料２９の基本情報の入力を受付けると、この基本情報に対応付けられてメモリ等に記憶されている検査レシピを読み出す（Ｓ２０１）。次に、システム制御部２６は、読み出した検査レシピに帯電制御処理の設定電圧が含まれているか否かを調べることで、帯電制御処理の要否を判断する（Ｓ２０２）。帯電制御処理が不要と判断した場合は（Ｓ２０３でＮＯ）、Ｓ２０６に進む。一方、帯電制御処理が必要と判断した場合は（Ｓ２０３でＹＥＳ）、検査レシピから帯電制御処理の設定電圧を読出す（Ｓ２０４）。それから、システム制御
部２６は、帯電制御部２３を制御することで、ホルダ２１１に載置された試料２９にこの設定電圧を印加して、この試料２９に対して帯電制御処理を行う。その後、Ｓ２０６に進む。
【００７２】
Ｓ２０６において、システム制御部２６は、検査レシピからアラインメント量（第１アラインメント量および第２アラインメント量）を読み出す。そして、このアラインメント量を用いてステージ２１２の座標を補正し、アラインメントを行う（Ｓ２０７）。なお、ここでいうアラインメントとは、レシピに格納されたアラインメント量分だけ、ステージ位置にオフセット量を加える制御を意味する。
【００７３】
上述のアラインメント終了後、システム制御部２６は、試料２９上に形成された回路パターンの測定場所を検索するために用いる測定場所検索用テンプレートを、検査レシピから読み出す（Ｓ２０８）。次に、システム制御部２６は、アラインメントされたステージ２１２の座標を用いてステージ制御部２４を制御して、Ｓ２０８で読み出した測定場所検索用テンプレートの測定場所にステージ２１２を移動させ、電子光学系制御部２５を制御して、電子光学系２０に低倍のミラー画像を撮像させる。それから、撮像したミラー画像と測定場所検索用テンプレートとのパターンマッチングを行い、測定場所のステージ２１２の座標を決定する（Ｓ２０９）。
【００７４】
次に、システム制御部２６は、Ｓ２０８で読み出した測定場所検索用テンプレートと同じ測定場所の高さばらつきを検査するための高さばらつき検査用テンプレートを、検査レシピから読み出す（Ｓ２１０）。それから、電子光学系制御部２５を制御して、Ｓ２０９で決定された測定場所で高さばらつき検査用のミラー画像を撮像させる。そして、撮像したミラー画像と高さばらつき検査用テンプレートとを用いて、Ｓ２０９で決定された測定場所の高さばらつきを検査する（Ｓ２１１）。なお、高さばらつき検査処理の詳細は後述する。
【００７５】
さて、システム制御部２６は、検査レシピに登録されている全ての測定場所検索用テンプレートを用いて高さばらつきの検査を実施したか否か判定する。高さばらつき検査に用いていない測定場所検索用テンプレートがあるならば（Ｓ２１２でＮＯ）、Ｓ２０８に戻ってこの測定場所検索用テンプレートを読み出す。一方、全ての測定場所検索用テンプレートを高さばらつき検査に用いたならば（Ｓ２１２でＹＥＳ）、このフローを終了する。
【００７６】
以上により、試料２９の高さばらつきが検査される。
【００７７】
次に、高さばらつき検査処理（図６のＳ２１１）を説明する。高さばらつき検査処理には、高さばらつき検査用テンプレートとしてフィルタパターンを用いるフィルタパターン方法と、参照パターンを用いる参照パターン方法とがある。以下、フィルタパターン方法および参照パターン方法のそれぞれについて説明する。
【００７８】
図７は、フィルタパターン方法を説明するためのフロー図である。
【００７９】
先ず、画像処理部２７は、投影光学系２０３の検出器２０３３で検出されたミラー電子の強度に対応する信号を、ステージ制御部２４の主制御装置２４１から送られてくるステージ２１２の座標信号に同期させて取り込む。そして、取り込んだ信号をＡＤ変換してミラー画像を生成する（Ｓ２１１１）。次に、画像処理部２７は、生成したミラー画像にフーリエ変換（高速フーリエ変換）を行い、フーリエ変換画像を生成する（Ｓ２１１２）。そして、生成したフーリエ変換画像を、システム制御部２６から受信したフィルタパターンと合成して、フーリエ変換画像をマスクする（Ｓ２１１３）。そして、マスクされたフーリエ変換画像を逆フーリエ変換し、逆フーリエ変換画像を生成する（Ｓ２１１４）。それから、画像処理部２７は、逆フーリエ変換画像に対してスペクトル解析処理を実施し、その結果を示すヒストグラム分布データを生成する（Ｓ２１１５）。次に、画像処理部２７は、ミラー画像、逆フーリエ変換画像、およびヒストグラム分布データをシステム制御部２６に送信する。システム制御部２６は、画像処理部２７から受信したこれらのデータをコンソール端末２８に送信する。試料２９の標準品に対して、試料２９の回路パターンの高さばらつきが小さい場合は、逆フーリエ変換画像はのっぺりした（均一な）画像となり、ヒストグラム分布データの幅が小さくなる。一方、試料２９の標準品に対して、試料２９の回路パターンの高さばらつきが大きい場合は、逆フーリエ変換画像はざらついた（不均一な）画像となり、ヒストグラム分布データの幅が大きくなる。したがって、オペレータは、ヒストグラム分布データの幅（例えば半値幅（頻度の半値における周波数成分の幅）で表すことができる）を確認することで試料２９の高さばらつきの程度を確認することができる。なお、コンソール端末２８がヒストグラム分布データの幅を計測し、これを高さばらつきデータとして表示してもよい。
【００８０】
図８は、参照パターン方法を説明するためのフロー図である。
【００８１】
先ず、画像処理部２７は、投影光学系２０３の検出器２０３３で検出されたミラー電子の強度に対応する信号を、ステージ制御部２４の主制御装置２４１から送られてくるステージ２１２の座標信号に同期させて取り込む。そして、取り込んだ信号をＡＤ変換してミラー画像を生成する（Ｓ２２１１）。次に、画像処理部２７は、生成したミラー画像と参照パターンとの差画像（ミラー画像-参照パターン）を生成する（Ｓ２２１２）。そして、差画像を構成する各画素の輝度値を所定の閾値で２値化処理する（Ｓ２２１３）。それから、画像処理部２７は、ミラー画像、差画像、および２値化画像をシステム制御部２６に送信する。システム制御部２６は、画像処理部２７から受信したこれらのデータをコンソール端末２８に送信する。試料２９の標準品に対して、試料２９の回路パターンの高さばらつきが小さい場合は、２値化画像はのっぺりした（均一な）画像となり、黒領域（または白領域）の白領域（または黒領域）に対する面積比率が小さくなる。一方、試料２９の標準品に対して、試料２９の回路パターンの高さばらつきが大きい場合、２値化画像はざらついた（不均一な）画像となり、黒領域（または白領域）の白領域（または黒領域）に対する面積比率が大きくなる。したがって、オペレータは、２値化画像における黒領域（または白領域）の白領域（または黒領域）に対する面積比率を確認することで試料２９の高さばらつきの程度を確認することができる。なお、コンソール端末２８が白画素（または黒画素）数に対する黒画素（または白画素）数の割合を計測し、これを高さばらつきデータとして表示してもよい。
【００８２】
図９は、図６に示す高さばらつき検査処理においてコンソール端末２８が表示する検査結果ＧＵＩ画面の一例を示す図である。図９（Ａ）はフィルタパターン方法による検査結果ＧＵＩ画面例を示しており、図９（Ｂ）は参照パターン方法による検査結果ＧＵＩ画面例を示している。
【００８３】
図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、検査結果ＧＵＩ画面は、試料２９（例えば半導体ウエハ）の回路パターンのレイアウトを表示するためのレイアウト表示窓５１と、検査レシピで指定されている高さばらつきの抽出方法および計測方法を表示するための画像処理方法表示欄５２と、処理の状況を表示する処理状況表示窓５３と、進捗状況を表示する結果表示窓５４と、を有する。
【００８４】
レイアウト表示窓５１には、試料２９のどの領域を計測しているかがリアルタイムで表示される。システム制御部２６は、図６のＳ２０９で設定した試料２９の測定位置の情報をコンソール端末２８に送信する。コンソール端末２８は、レイアウト表示窓５１において、測定場所にマーカ５１１を表示する。なお、検査開始に先立って、システム制御部２６が試料２９の全ての測定位置をコンソール端末２８に送信し、コンソール端末２８が、システム制御部２６から予め受け取った全ての測定位置と、リアルタイムで送られてくる測定中の測定位置とを用いて、測定済領域５１２と、測定予定領域５１３とを識別できるように例えば色分け表示してもよい。
【００８５】
画像処理方法表示欄５２には、検査レシピで指定されている高さばらつきの抽出方法および計測方法が表示される。本実施形態では、高さばらつきの抽出方法として、高速フーリエ変換方法（上述のフィルタパターン方法）および差画像方法（上述の参照パターン方法）のいずれかが表示される。また、高さばらつきの計測方法として、ヒストグラム方法および面積比率方法のいずれかが表示される。図９（Ａ）は、高さばらつきの抽出方法として高速フーリエ変換方法が検査レシピで指定され、高さばらつきの計測方法としてヒストグラム方法が検査レシピで指定されている場合を、そして、図９（Ｂ）は、高さばらつきの抽出方法として差画像方法が検査レシピで指定され、高さばらつきの計測方法として面積比率方法が検査レシピで指定されている場合を例示している。
【００８６】
処理状況表示窓５３には、高さばらつき検査で取得された画像および検査結果の統計値が表示される。高さばらつきの抽出方法として高速フーリエ変換方法が検査レシピで指定されている場合は、図９（Ａ）に示すように、ミラー画像、ミラー画像のフーリエ変換画像をフィルタパターンでマスクして逆フーリエ変換した逆フーリエ変換画像、逆フーリエ変換画像のヒストグラム、および、測定済領域のヒストグラムから得られる高さばらつきデータ（例えばヒストグラムの半値幅）の平均値が表示される。また、高さばらつきの抽出方法として差画像方法が検査レシピで指定されている場合は、図９（Ｂ）に示すように、ミラー画像、ミラー画像と参照パターンとの差画像、差画像の２値化画像、および、測定済領域の２値化画像から得られる高さばらつきデータ（例えば白領域（あるいは黒領域）の黒領域（あるいは白領域）に対する面積比率）の平均値が表示される。
【００８７】
そして、結果表示窓５４には、計測日時、検査レシピのファイル名、検査結果の保存ファイル名、計測の進行状況等が表示される。また、結果表示窓５４には、検査の開始および中止をオペレータから受け付けるための指定ボタン５４１が設けられている。オペレータは、指定ボタン５４１を操作することで随時、計測を中断、再開することができる。
【００８８】
以上、本発明の第１実施形態について説明した。
【００８９】
試料２９の回路パターンに高低差がある場合、高さの異なる箇所近傍で引き戻されたミラー電子は、互いに異なる軌道を描き、高低差に応じた異なる焦点位置で結像する。したがって、このミラー画像を観察することで、高低差を検出することが可能である。本実施形態によれば、予め用意しておいた標準品の撮像画像（フィルタパターン、参照パターン）が示す高低差と、被検査物の撮像画像が示す高低差とを比較することにより、試料２９の高さ方向のばらつきを検出できる。
【００９０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、上記の第１実施形態において、試料２９の回路パターンの高低差以外の高さ方向の変動（例えば半導体ウェハの反り等による巨視的な高さ変動）が、高さばらつき検査結果に影響しないように補正する。
【００９１】
本実施形態のミラープロジェクション式検査装置は、図２に示す第１実施形態において、試料２９とは別にホルダ２１１上に載置された高さ補正用標準品と、ホルダ２１１に載置された試料２９および高さ補正用標準品の高さを計測する高さセンサと、を設けたものである。
【００９２】
高さセンサは、試料２９および高さ補正用標準品の面内でミラープロジェクション式検査装置が検出可能な欠陥領域よりも低い解像度である数μｍ〜数ｍｍの領域の平均的な高さを計測できるようにしてある。これにより、試料２９の巨視的な高さ変動（例えば半導体ウエハの数１００μｍ程度の反り）を検出できる。このような高さセンサには、例えば光学式高さ検査装置（Ｚセンサ）等を用いることができる。
【００９３】
図１０（Ａ）は高さ補正用標準品の一例の概略図（正面図および底面図）である。図示するように、高さ補正用標準品は、表面に複数の段差５０が設けられており、各段差面５１には、標準試料５２が設けられている。ホルダ２１１の基準点から各標準試料５２までの高さは、高さ補正用標準品のホルダ２１１への取り付け時に高精度に測定されている。この例では、３つの標準試料５２を異なる段差面５１に配置しているが、標準試料５２の数は当然、この数に限定されない。
【００９４】
図１０（Ｂ）は高さ補正用標準品を構成する標準試料５２の一例の概略図（正面図、底面図、および側面図）である。図示するように、標準試料５２は、大きさおよび高さの異なる試料片５３がマトリックス状に配置されて構成されている。この例では、行毎に同じ大きさの試料片５３を配置し、そして、列毎に同じ高さの試料片５３を配置している。なお、異なる大きさの試料片５３を用意したのは、同じ高さであっても大きさが異なると、電子光学系２０のフォーカス条件が異なってくるからである。試料片５３の大きさは例えば試料２９が半導体ウエハの場合、半導体プロセスのデザインルールに合わせてもよい。
【００９５】
次に、上述の高さ補正用標準品を用いた電子光学系２０の補正量算出処理を説明する。
【００９６】
図１１は本発明の第２実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の電子光学系補正量算出処理を説明するためのフロー図である。
【００９７】
先ず、システム制御部２６は、帯電制御部２３、ステージ制御部２４、電子光学系制御部２５、および画像処理部２７を制御し、基準となる標準試料５２の試料片５３のうち、任意の大きさを持つ試料片５３の各々についてミラー画像を撮像する（Ｓ３０１）。
【００９８】
なお、ミラー画像は、対物レンズ２０２２の励磁を調整することにより、欠陥のコントラスト、大きさを任意に変更することができる。したがって、オペレータは、標準試料５２の所望の高低差が強調されるように対物レンズ２０２２の励磁を調整することができる。つまり、同じ大きさの試料片５３毎に、試料片５３の高さに応じてミラー画像のコントラストが連続的に変化するよう対物レンズ２０２２の励磁を調整することができる。例えば、回路パターンのハーフピッチが１００ｎｍの半導体ウエハを試料２９とする場合、大きさ１００ｎｍの試料片５３が、その高さに応じてミラー画像のコントラストが連続的に変化するように、対物レンズ２０２２の励磁を調整することが好ましい。
【００９９】
次に、システム制御部２６は、同じ大きさを持つ試料片５３各々のミラー画像を画像処理部２７から受信し、これらのミラー画像を、ミラー画像撮像の光学条件、予めメモリ等に登録されている基準となる標準試料５２の高さ情報、および試料片５３の大きさ情報に対応付けて登録する（Ｓ３０２）。
【０１００】
次に、システム制御部２６は、帯電制御部２３、ステージ制御部２４、電子光学系制御部２５、および画像処理部２７を制御し、基準とする標準試料５２と同じ光学条件で、Ｓ３０１で撮像した試料片５３と同じ大きさを持つ試料片５３各々のミラー画像を撮像する（Ｓ３０３）。そして、撮像したミラー画像を画像処理部２７から受信すると、これらの試料片５３のミラー画像と、Ｓ３０３で登録した基準とする標準試料５２の試料片５３各々のミラー画像とを、コンソール端末２８に送信する。コンソール端末２８は、これらのミラー画像を表示して、オペレータに光学条件の調整の必要性を判断させる（Ｓ３０４〜Ｓ３０８）。先ず、オペレータは、基準とする標準試料５２のミラー画像と、比較対象の標準試料５２のミラー画像とのコントラストを比較する。両者が異なる場合は（Ｓ３０４でＮｏ）、中間レンズ２０３１の励磁を調整する（Ｓ３０５）。システム制御部２６は、調整後の光学条件でミラー画像を撮像し（Ｓ３０８）、Ｓ３０４に戻る。この処理を、両者のコントラストが同じようになるまで繰り返す。
【０１０１】
次に、オペレータは、基準とする標準試料５２のミラー画像と、比較対象の標準試料５２のミラー画像との倍率、回転を比較する。両者が異なる場合は（Ｓ３０６でＮｏ）、投影レンズ２０３２の励磁を調整する（Ｓ３０７）。システム制御部２６は、調整後の光学条件でミラー画像を撮像し（Ｓ３０８）、Ｓ３０４に戻る。この処理を、両者の倍率、回転が同じようになるまで繰り返す。
【０１０２】
そして、コントラスト、倍率、回転のすべてにおいて、比較対象の標準試料５２のミラー画像が基準とする標準試料５２のミラー画像と同じようになったならば（Ｓ３０４、Ｓ３０６で共にＹＥＳ）、そのときの光学条件を、予めメモリ等に登録されている比較対象の標準試料５２の高さ情報および試料片５３の大きさ情報に対応付けて登録する（Ｓ３０９）。
【０１０３】
次に、システム制御部２６は、全ての標準試料５２について、光学条件の登録が終了したならば（Ｓ３１０でＹＥＳ）、このフローを終了する。終了していないならば（Ｓ３１０でＮＯ）、Ｓ３０３に戻って処理を続ける。
【０１０４】
図１２は、図１１に示す電子光学系補正量算出処理においてコンソール端末２８が表示する光学系調節用ＧＵＩ画面の一例を示す図である。
【０１０５】
図１２に示すように、光学系調節用ＧＵＩ画面は、ホルダ２１１の大まかな位置を示すレイアウト表示窓６１と、基準とする標準試料５２および調整対象の標準試料５２の画像を表示する試料画像表示窓６２と、電子光学系２０のパラメータを設定するためのパラメータ調整欄６３と、標準試料５２の画像モードの切替指示を受け付ける画像モード指示受付欄６４と、調整対象の標準試料５２の高さ、標準片５３の大きさ、および電子光学系２０のパラメータ設定値を表示すると共に、これらを登録するための登録指示受付欄６５と、を有する。
【０１０６】
レイアウト表示窓６１は、標準試料５１の指定に用いられる。オペレータは、マウス等のポインティングデバイスを操作してポインタ６６を操作し、基準とする標準試料５２の測定場所を指定すると、コンソール端末２８は、ポインタ６６で指定された測定場所をシステム制御部２６に送信する。システム制御部２６は、ステージ制御部２４、光学顕微鏡２１３、および画像処理部２７を制御し、ポインタ６６で指定された測定場所の光学画像あるいはミラー画像を取得し、これをコンソール端末２８に送信する。コンソール端末２８は、試料画像表示窓６２に、取得した基準とする標準試料５２の画像データを表示する。同様に、オペレータは、マウス等のポインティングデバイスを操作してポインタ６６を操作し、調整対象の標準試料５２の測定場所を指定すると、コンソール端末２８は、ポインタ６６で指定された測定場所をシステム制御部２６に送信する。システム制御部２６は、ステージ制御部２４、光学顕微鏡２１３、および画像処理部２７を制御し、ポインタ６６で指定された測定場所の光学画像あるいはミラー画像を取得し、これをコンソール端末２８に送信する。コンソール端末２８は、試料画像表示窓６２に、取得した調整対象の標準試料５２の画像データを表示する。
【０１０７】
試料画像表示窓６２には、基準とする標準試料５２の画像データと、調整対象の標準試料５２の画像データとが並べて表示される。電子光学系２０のパラメータ調整時には、調整対象の標準試料５２の画像データが、パラメータ調整欄６３でのパラメータ設定値が更新される毎に更新される。
【０１０８】
パラメータ調整欄６３は、電子光学系２０の各種レンズのパラメータを調整するためのスケールバーを有する。オペレータがマウス等のポインティングデバイスを操作してスケールバーを操作すると、コンソール端末２８は、スケールバーが示す電子光学系２０の各種レンズのパラメータ値をシステム制御部２６に送信する。システム制御部２８はコンソール端末２８から受け取ったパラメータ値を電子光学系制御部２５に送信して、電子光学系制御部２５に電子光学系２０を調整させる。これにより、調整対象の標準試料５２の画像データが調整される。オペレータはこのスケールバーを調整しながら、調整対象の標準
試料５２の画像データが基準となる標準試料５２の画像データと同じになるよう調整することができる。
【０１０９】
画像モード指示受付欄６４は、光学画像を選択するための焦点ボタンと、ミラー画像を選択するための焦点ボタンと、電子光学系２０の調整を受け付けるためのワブラボタンと、を有する。オペレータがマウス等のポインティングデバイスを操作して光学画像を選択するための焦点ボタンを操作すると、コンソール端末２８は、光学画像取得指示をシステム制御部２６に送信する。これを受けてシステム制御部２８は、光学顕微鏡２１３を制御して光学顕微鏡２１３に光学画像を撮像させる。この光学画像は画像処理部２７を介してシステム制御部２６に送信され、システム制御部２６からコンソール端末２８へ送信される。また、オペレータがマウス等のポインティングデバイスを操作してミラー画像を選択するための焦点ボタンを操作すると、コンソール端末２８は、ミラー画像取得指示をシステム制御部２６に送信する。これを受けてシステム制御部２８は、電子光学系２０を制御して電子光学系２０にミラー画像を撮像させる。このミラー画像は画像処理部２７を介してシステム制御部２６に送信され、システム制御部２６からコンソール端末２８へ送信される。また、オペレータがマウス等のポインティングデバイスを操作してワブラボタンを操作すると、コンソール端末２８は、パラメータ調整欄６３をアクティブにして、オペレータから電子光学系２０のパラメータの調節を受付可能とする。
【０１１０】
登録指示受付欄６５は、調整対象の標準試料５２の高さ、標準片５３の大きさ、および電子光学系２０のパラメータ設定値を表示するための今回値ボタンと、１つ前に登録した電子光学系２０のパラメータ設定値を表示するための前回値ボタンと、調整対象の標準試料５２の高さ、標準片５３の大きさ、および電子光学系２０のパラメータ設定値を登録するための保存ボタンと、を有する。オペレータがマウス等のポインティングデバイスを操作して保存ボタンを操作すると、コンソール端末２８は、調整対象の標準試料５２の高さ、標準片５３の大きさ、および電子光学系２０のパラメータ設定値（光学条件）をシステム制御部２６に送信する。これを受けてシステム制御部２８は、これらの情報を巨視的な高さ変動の補正情報としてメモリ等に記憶する。
【０１１１】
次に、本実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の検査レシピ作成処理、高さばらつき検出処理について説明する。
【０１１２】
本実施形態の検査レシピ作成処理は、図３に示す第１実施形態の検査レシピ作成処理のＳ１１１（高さばらつき検査用テンプレート受付・登録処理）において、高さセンサにより試料２９の高さが測定され、システム制御部２６が、電子光学系制御部２５に、この高さおよび試料２９の回路パターンの大きさに対応付けられてメモリ等に登録されている光学条件を用いて電子光学系２０を制御させ、ミラー画像を撮像させる。その他は、図３に示す第１実施形態の検査レシピ作成処理と同様である。
【０１１３】
また、本実施形態の高さばらつき検出処理は、図６に示す第１実施形態の高さばらつき検出処理のＳ２１１（高さばらつき検査）において、高さセンサにより試料２９の高さが測定され、システム制御部２６が、電子光学系制御部２５に、この高さおよび試料２９の回路パターンの大きさに対応付けられてメモリ等に登録されている光学条件を用いて電子光学系２０を制御させ、ミラー画像を撮像させる。その他は、図６に示す第１実施形態の高さばらつき検出処理と同様である。
【０１１４】
以上、本発明の第２実施形態について説明した。
【０１１５】
本実施形態によれば、上記の第１実施形態の効果に加え、試料２９の回路パターンの高低差以外の高さ方向の変動（例えば半導体ウェハの反り等による巨視的な高さ変動）が、高さばらつき検査結果に影響しないように補正することができる。
【０１１６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態では、上記の第１実施形態または第２実施形態において、試料２９の回路パターンの高低差をＡＦＭを用いて測定できるようにしている。
【０１１７】
図１３は本発明の第３実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の概略図である。図示するように、本実施形態のミラープロジェクション式検査装置は、図２に示す第１実施形態、あるいは第２実施形態において、ＡＦＭ用資料室３１を追加したものである。
【０１１８】
試料室３１には、ＡＦＭ３２と、試料２９を載せるホルダ３３と、ＡＦＭ３２の針に対して垂直方向に試料２９を移動させるステージ３４と、ＡＦＭ用光学顕微鏡３５と、試料２９をホルダ２１１からホルダ３３へ搬送する搬送部（不図示）と、ステージ３４を制御するステージ制御部（不図示）と、を有する。なお、試料室３１は、試料室２１と異なり、真空排気されている必要はない。資料室３１内は大気環境でもよい。
【０１１９】
ＡＦＭ３２は、先端曲率がサブμｍの細い針を用いて被検査物の表面を走査し、針の高さ方向の移動量を走査に同期させ画像化することで、被検査物の高さ方向の形状を測定する。ＡＦＭ３２には、既存の装置を用いることができる。ＡＦＭ用光学顕微鏡３５は、ＡＦＭ３２による測定箇所を探索するのに用いられる。
【０１２０】
次に、本発明の第３実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の検査処理について説明する。本実施形態のミラープロジェクション式検査装置の検査処理は、ミラー画像を用いた高さばらつきの検査処理と、ＡＦＭを用いた高低差のレビュー処理とに分けることができる。
【０１２１】
図１４（Ａ）は本発明の第３実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置の高さバラツキの検査処理を説明するためのフロー図であり、図１４（Ｂ）は本発明の第３実施形態が適用されたミラープロジェクション式検査装置のＡＦＭを用いた高低差のレビュー処理を説明するためのフロー図である。
【０１２２】
図１４（Ａ）を用いて、高さバラツキの検査処理を説明する。先ず、試料２９が図示していない搬送部によって試料室２１に搬入され、ホルダ２１１上に載置される（Ｓ４０１）。システム制御部２６は、図６に示すフローを実施して、試料２９の高さばらつきを検査する（Ｓ４０２）。そして、検査結果をコンソール端末２８に出力すると共に、コンソール端末２８を介してオペレータからＡＦＭによるレビューの要否を受け付ける（Ｓ４０３）。
【０１２３】
コンソール端末２８から受け取ったＡＦＭによるレビューの要否が「要」の場合（Ｓ４０３でＹＥＳ）、システム制御部２６はコンソール端末２８を介してオペレータから試料２９のレビュー場所の指定（例えばレビュー場所のミラー画像の指定）を受け付ける（Ｓ４０４）。それから、試料２９は、図示していない搬送部によって試料室２１から試料室３１へ搬送される（Ｓ４０５）。
【０１２４】
一方、コンソール端末２８から受け取ったＡＦＭによるレビューの要否が「否」の場合（Ｓ４０３でＮＯ）、残りの試料２９があるならば（Ｓ４０６でＹＥＳ）、Ｓ４０１に戻る。ないならば（Ｓ４０６でＮＯ）、このフローを終了する。
【０１２５】
図１４（Ｂ）を用いて、高低差のレビュー処理を説明する。先ず、試料２９が図示していない搬送部によって試料室３１に搬入され、ホルダ３３上に載置される（Ｓ４１１）。システム制御部２６は、図示していないステージ制御部を制御してステージ３４を移動させることにより、ＡＦＭ３２に試料２９のＳ４０４で受け付けたレビュー場所の高低差を測定させる。そして、測定結果を、図１４（Ａ）のフローで取得したレビュー場所のミラー画像と共に、コンソール端末２８に送信する。これを受けて、コンソール端末２８は、レビュー場所のミラー画像および測定結果を表示する（Ｓ４１２）。なお、ステージ２１２の座標系と、ステージ３４の座標系とは、予め対応関係がとれているものとする。
【０１２６】
ここで、ステージ２１２の座標系とステージ３４の座標系との対応関係の調整について説明する。
【０１２７】
ミラープロジェクション方式による高さばらつき検査では、ステージ２１２とホルダ２１１に載置された試料２９との座標補正、および光学顕微鏡２１３と電子光学系２０との座標補正が行われる。ステージ２１２とホルダ２１１に載置された試料２９との座標補正は、試料２９をホルダ２１１に載置する際に発生する位置ズレを補正することが目的であり、上記のアラインメント処理で座標補正値（ｄｘｉｏｐｔ，ｄｙｉｏｐｔ）が計測される。この処理はホルダ２１１に試料２９を載置する都度行う必要がある。一方、光学顕微鏡２１３と電子光学系２０との座標補正は、光学顕微鏡２１３と電子光学系２０との相対的な距離を計測することが目的であり、試料２９を交換する都度ごとに行う必要はない。この相対的な距離の計測は、光学顕微鏡２１３および電子光学系２０の調整時に行う測定である。ステージ２１２とホルダ２１１に載置された試料２９との座標補正値（ｄｘｉｏｐｔ，ｄｙｉｏｐｔ）は試料２９の検査レシピファイルの一部として、また、光学顕微鏡２１３と電子光学系２０との座標補正値（ｄｘｉｎｓ，ｄｙｉｎｓ）は、ミラープロジェクション式検査装置の調整データとして、システム制御部２６のメモリ等に個別に記憶される。
【０１２８】
ＡＦＭによる高低差の計測でも、ステージ３４とホルダ３３に載置された試料２９との座標補正、およびＡＦＭ用光学顕微鏡３５とＡＦＭ３２との座標補正が行われる。ステージ３４とホルダ３３に載置された試料２９との座標補正は、試料２９をホルダ３３に載置した際に発生する位置ズレを補正することが目的であり、上記のアラインメント処理と同様の処理を行うことで座標補正値（ｄｘａｏｐｔ，ｄｙａｏｐｔ）が計測される。この処理はホルダ３３に試料２９を搭載する都度行う必要がある。一方、ＡＦＭ用光学顕微鏡３５とＡＦＭ３２との座標補正は、ＡＦＭ用光学顕微鏡３５とＡＦＭ３２との相対的な距離を計測することが目的であり、試料２９を交換する都度行う必要はない。この相対的な距離の計測は、ＡＦＭ用光学顕微鏡２１３およびＡＦＭ３２の調整時に行う測定である。ステージ３４とホルダ３３に搭載された試料２９の座標補正値（ｄｘａｏｐｔ，ｄｙａｏｐｔ）は試料２９の検査レシピファイルの一部として、また、ＡＦＭ用光学顕微鏡３５とＡＦＭ３２との座標補正値（ｄｘａｆｍ，ｄｙａｆｍ）は、ＡＦＭの調整データとして、システム制御部２６のメモリ等に個別に記憶される。
【０１２９】
ステージ位置測定装置２４１は、ステージ２１１の座標を（Ｘｉ＋ｄｘｉｏｐｔ＋ｄｘｉｎｓ，Ｙｉ＋ｄｙｉｏｐｔ＋ｄｙｉｎｓ）と計測する。しかし、上記の補正値（ｄｘｉｏｐｔ，ｄｙｉｏｐｔ）、（ｄｘｉｎｓ，ｄｙｉｎｓ）を保存しておくことで、ステージ２４１の補正座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を算出することができる。ＡＦＭでレビューを行う場合、ステージ２１１の補正座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を、ステージ３４の座標（Ｘａ，Ｙａ）とし、上記の補正値（ｄｘａｏｐｔ，ｄｙａｏｐｔ）、（ｄｘａｆｍ，ｄｙａｆｍ）を用いて、ステージ３４の補正座標を算出する。これにより、高さばらつき検査で検知した欠陥部
の座標に基づいてＡＦＭでレビューを行うことが可能になる。
【０１３０】
さて、試料２９は、レビューが終了すると、図示していない搬送部によって試料室３１から搬出される（Ｓ４１３）。そして、Ｓ４１１に戻り、新しいレビュー対象の試料２９が試料室３１に搬入されるのを待つ（Ｓ４１１）。
【０１３１】
図１５はレビュー場所のミラー画像および測定結果を模式的に表した図である。ここで、符号７１はレビュー場所のミラー画像、符号７２はミラー画像７１中のＡ１-Ａ２区間のＡＦＭによる高低差の測定結果を示すグラフ（ラインプロファイル）、そして、符号７２はミラー画像７１中のＢ１-Ｂ２区間のＡＦＭによる高低差の測定結果を示すグラフ（ラインプロファイル）である。ミラー画像７１のコントラストは、ラインプロファイル７２、７３において、試料２９の表面の高低差として測定される。オペレータは、この測定結果から、高さばらつき検出処理により回路パターンの高さばらつきが検出された試料２９の表面の高低差を確認することができる。
【０１３２】
図１６は図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す処理においてコンソール端末２８が表示するレビューＧＵＩ画面の一例を示す図である。図１６（Ａ）は図１４（Ａ）のＳ４０４においてレビュー条件を設定する場合のレビュー条件設定ＧＵＩ画面例を示しており、図１６（Ｂ）は図１４（Ｂ）のＳ４１２においてレビュー結果を表示するレビュー結果表示ＧＵＩ画面例を示している。
【０１３３】
図１６（Ａ）に示すように、レビュー条件設定ＧＵＩ画面は、レビュー対象領域の位置を示すレイアウト表示窓８１と、高さばらつきの抽出方法および計測方法を指定するための画像処理指定欄８２と、レビュー条件を設定するためのレビュー条件設定欄８３と、結果を登録するための登録設定欄８４と、を有する。
【０１３４】
レイアウト表示窓８１には、高さばらつきの検査領域８１１およびアラインメント場所８１２が表示される。画像処理指定欄８２には、検査レシピ作成の際にオペレータが入力した結果がそのまま表示される。
【０１３５】
レビュー条件設定欄８３は、レビュー時間（レビューに要する時間で許容できる最大時間）を受け付けるための入力欄と、サンプリング率（高さばらつき検査処理で検出した全ての欠陥のうちのレビューする欠陥の割合）を受け付けるための入力欄と、サンプリング方法（高さばらつき検査処理で検出した欠陥のサンプリングの仕方）と、ＡＦＭモードの指定を受け付けるための入力欄と、サンプリング数（レビュー候補の欠陥数）を受け付けるための入力欄と、レビューできる最大の欠陥数（最大レビュー点数）を表示するための表示欄と、を有する。
【０１３６】
ここで、最大レビュー点数は、レビュー時間、サンプリング率、およびサンプリング数により定まる。オペレータが決めたサンプリング率でレビュー候補の欠陥を全てレビューできる場合は、サンプリング数とサンプリング率との積が最大レビュー点数となる。一方、コンソール端末２８は、レビュー時間以内にオペレータが決めたサンプリング率でサンプリング候補の欠陥を全てレビューできない場合、システム制御部２６は、レビュー時間以内にサンプリング候補の欠陥を全てレビューできるように、サンプリング率を自動調整する。なお、サンプリング方法で「Ｒａｎｄｏｍ」を指定すると、システム制御部２６は
、高さばらつき検査処理で検出した全ての欠陥の中から無作為にレビューする欠陥を決めレビューを行う。また、「特定ダイ」を指定すると、システム制御部２６は、指定されたダイのみ規定の時間以内でレビューが終了するようにサンプリング率を自動調整する。更に、このサンプリング方法で指定するコマンドは、オペレータが自由に作成できるようになっている。サンプリング方法を適切に選ぶことによって、より短時間で、効果的なレビューを行うことができる。
【０１３７】
登録設定欄８４は、高さばらつきの検査結果およびＡＦＭによるレビュー結果の保存方法の指定を受け付けるためのチェックボタンを有する。システム制御部２６は、コンソール端末２８に表示されている登録設定欄８４を介して、オペレータから受け付けた保存方法（データ形式）で、高さばらつきの検査結果およびＡＦＭによるレビュー結果をメモリ等に登録する。
【０１３８】
図１６（Ｂ）に示すように、レビュー結果表示ＧＵＩ画面は、レビュー位置を示すレイアウト表示窓８５と、高さばらつきの抽出方法および計測方法を指定するための画像処理指定欄８６と、計測結果をリアルタイムで表示する結果表示窓８７と、属性情報を表示する属性表示窓８８と、を有する。
【０１３９】
レイアウト表示窓８５には、試料２９のレビュー位置８５１が表示される。システム制御部２６は、レビュー中の位置情報をコンソール端末２８に送信する。コンソール端末２８は、システム制御部２６から送られてきた位置情報により特定されるレビュー位置９１１をレイアウト表示窓８５に表示する。なお、検査レシピで指定されている領域を識別できるようにレイアウト表示窓８５に表示してもよい。画像処理指定欄８６には、検査レシピ作成の際にオペレータが入力した結果が表示される。
【０１４０】
結果表示窓８７は、この表示窓に表示する結果の種別を選択するための選択欄８７１が設けられている。この選択欄８７１により、オペレータは、「ミラー画像」、「逆ＦＦＴ変換画像」、「光学画像」、「ヒストグラム」「ＡＦＭ画像」「ラインプロファイル」の中から、任意の画像を複数選択することができる。システム制御部２６は、オペレータが選択した結果を、コンソール端末２８の結果表示窓８７にリアルタイムで表示させる。図１６（Ｂ）に示す例では、高さばらつき検査処理で取得した「逆ＦＦＴ変換画像」、ＡＦＭ光学顕微鏡３５による「光学画像」、およびＡＦＭ３３による「ラインプロファイル」の３種類の結果が表示されている。
【０１４１】
属性表示窓８８には、レビューの実施日時、検査レシピのファイル名、検査結果の保存ファイル名、およびレビューの進行状況が表示される。これらの情報は、システム制御部２６からコンソール端末２８へ送信される。また、属性表示窓８８は、オペレータからレビュー開始および中止の指示を受け付けるための指示ボタンが設けられている。
【０１４２】
以上、本発明の第３実施形態について説明した。
【０１４３】
本実施形態によれば、上記の第１実施形態の効果に加え、高さばらつきが検出された試料２９の高低差を確認することができる。
【０１４４】
＜第４実施形態＞
本実施形態では、上記の第１乃至３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置をインラインプロセスモニタに適用する場合について説明する。
【０１４５】
図１７は半導体装置製造プロセスの一例を示す図である。この例では、Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＳＴＩ）工程における基板上でのパターン形成から埋め込み後の平坦化処理までの各工程Ｓ５０１〜Ｓ５１１を簡略化して示している。本実施形態では、図１７に示した半導体製造プロセス中で、パターンを形成するリソグラフィー工程（Ｓ５０２〜Ｓ５０４）と、埋め込み後の平坦化工程（Ｓ５０９〜Ｓ５１１）に、上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置を適用した場合を説明する。
【０１４６】
図１７に示した半導体装置製造プロセスについて簡単に説明する。
【０１４７】
先ず、基板エッチングの際マスクとなるハードマスクを形成する（Ｓ５０１）。このハードマスクは、平坦化工程（Ｓ５０９〜Ｓ５１１）におけるＣｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（以後、ＣＭＰと略す）処理の終点判定（ストッパー）としての役割も同時に果たす。次に、レジストを塗布した後（Ｓ５０２）、ステッパーを用いてパターンを露光し（Ｓ５０３）、現像処理によりエッチングする箇所のレジストを除去する（Ｓ５０４）。ここまで工程で基板表面にパターンが形成される。
【０１４８】
次に、レジストが除去された箇所をエッチングしてハードマスクを除去し（Ｓ５０５）、それから、基板のエッチングを行う（Ｓ５０６）。次に、酸化膜を形成した後（Ｓ５０７）、絶縁材料の埋め込み処理を行う（Ｓ５０８）。
【０１４９】
最後に、ＣＭＰによる平坦化処理を経てから（Ｓ５０９）、ウェットエッチングでハードマスクを除去し（Ｓ５１０）、洗浄を経て（Ｓ５１１）、次の工程へとウェハが進められる。
【０１５０】
上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置をリソグラフィー工程（Ｓ５０２〜Ｓ５０４）に適用する場合について説明する。
【０１５１】
リソグラフィー工程（Ｓ５０２〜Ｓ５０４）では、レジスト塗布時の微粒子混入（膜中異物）や、レジスト表面のスクラッチ、表面凹凸が問題となる。これらは露光の解像度劣化の原因になる。そこで、レジストを塗布した後、または現像後の工程において、上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置を用いて高さばらつきを検査することにより、膜中異物や表面凹凸を検知することができる。そして、検知結果をレジスト塗布の工程にフィードバックすることで半導体製造プロセスのモニタとしての機能を実現できる。
【０１５２】
上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置を平坦化工程（Ｓ５０９〜Ｓ５１１）に適用する場合について説明する。なお、本実施形態では、ＣＭＰ処理による平坦化工程後の洗浄工程で、上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置を用いて高さばらつきを検査する場合を説明する。しかし、エッチバック等のＣＭＰ以外の平坦化工程で、上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置を用いて高さばらつきを検査することもできる。
【０１５３】
さて、洗浄工程Ｓ５１１では、ＣＭＰ処理時に用いたスラリーの洗浄残りや、ＣＭＰ処理時に発生したスクラッチ、および基板のパターン形状に起因した局所的な表面凹凸が問題となる。これらは、この後のリソグラフィー工程での解像度劣化や、完成したデバイスでの電気特性不良の原因となる。上記のリソグラフィー工程の場合と同様に、平坦化工程において、上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置を用いて高さばらつきを検査することにより、半導体製造プロセスの高精度な管理を実現できる。例えば、スラリー残りは洗浄工程に原因があるため、これを検知した場合は洗浄工程の見直しが必要になる。一方、スクラッチや表面凹凸はＣＭＰ処理に原因があるため、これらを検知した場合はＣＭＰ処理を見直す必要がある。
【０１５４】
したがって、上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置を用いてこれらの不良を検知し、半導体製造プロセスにフィードバックすることにより、開発段階の半導体製造プロセスでは歩留りの向上を実現し、量産段階の半導体プロセスでは歩留りの劣化を早期に発見することができる。また、現在の半導体製造プロセスで用いられるレジスト材料、Ｌｏｗ−ｋ材料等は電子線照射による劣化が懸念されるが、ミラープロジェクション式検査装置ではウェハ表面のごく近傍で電子線を引き戻す為、材料の劣化が起こらないという利点がある。つまり、上記の第１乃至第３実施形態のいずれかのミラープロジェクション式検査装置を用いることでダメージレスインラインプロセスモニタを実現できる。
【０１５５】
図１８は検査結果のデータ管理において、コンソール端末２８が表示するデータ管理ＧＵＩ画面の一例を示す図である。図１８（Ａ）は一つ検査結果をデータ解析するためのＧＵＩ画面であり、半導体製造プロセスの開発段階のように、ウェハを大量に検査するよりも、検査結果を詳細に解析して、製造プロセスの問題点を早期に発見する場合に適している。一方、図１８（Ｂ）は同一工程の検査結果を統計的に解析するためのＧＵＩ画面であり、量産段階での半導体製造プロセスのプロセスモニタとして検査結果を解析するのに適している。なお、これらのデータ解析は、コンソール端末２８あるいはシステム制御部２６が行う。
【０１５６】
図１８（Ａ）に示すように、一つ検査結果をデータ解析するためのＧＵＩ画面は、検査対象領域の位置を示すレイアウト表示窓９１と、検査結果を選択するための検査結果指定欄９２と、レビューの結果を表示するためのレビュー結果表示窓９３と、検査結果の解析結果を表示するための解析結果表示窓９４と、を有する。
【０１５７】
レイアウト表示窓９１には、検査結果である欠陥のウェハ面内分布が表示される。オペレータがレイアウト表示窓９１に設けられている選択ボタンを操作して「ウェハ」および「ダイ」のどちらかを選択することで、ウェハ全体を表示したり、１つのダイを表示したり切り替えることができる。
【０１５８】
検査結果指定欄９２は、オペレータより表示する検査結果のファイルの選択を受け付ける。検査結果指定欄９２内のプルダウンボタンを選択すると過去の検査結果の一覧が表示され、オペレータは任意に検査結果を選択することができる。
【０１５９】
レビュー結果表示窓９３には、欠陥レビューの結果が、上述のレビュー条件設定ＧＵＩ画面で選択した項目と共に表示される。図１８（Ａ）では、レビュー条件として、ミラー画像の保存とＡＦＭによるラインプロファイルが選択された場合を示している。レビュー結果表示窓９３内のプルダウンボタンを選択することで、システム制御部２６に保存されたレビューの結果の一覧がＩＤナンバーごとに表示され、オペレータはこの一覧の表示から任意に表示したい欠陥を選択することができる。
【０１６０】
解析結果表示窓９４には、オペレータが検査結果の解析を行うのに必要な情報が表示される。図１８（Ａ）では、解析に用いる情報としてヒストグラムの半値幅と発生頻度の関係を表示している。ここで、ヒストグラム半値幅は上記のフィルタパターン方法による検査結果のヒストグラム半値幅を示しており、取得した画像領域のコントラストのバラつきを示す。また、発生頻度とは、ヒストグラム半値幅が同じ領域がどれだけあるかを示している。さらに、検査時に得られたミラー画像から、欠陥判定を行う機能を有効にしている場合、各欠陥の分布も重ねて表示される仕組みになっている。オペレータは、この解析結果表示窓９４とレビュー結果表示窓９３とを見ながら、欠陥判定の閾値を、グラフ上のマーカをスライドさせるか、プルダウンボタンで選択することで、任意に設定でき、その結果、欠陥発生箇所がレイアウト表示窓９１内の欠陥のウェハ面内分布に反映される仕組みになっている。
【０１６１】
図１８（Ｂ）に示すように、検査結果を統計的に解析するためのＧＵＩ画面は、検査結果のファイル構成を示すファイル構成表示窓９５と、検査結果を表示するための検査結果表示窓９６と、解析結果を表示するための解析結果表示窓９７と、統計・解析方法を選択するための統計・解析方法選択欄９８と、を有する。
【０１６２】
ファイル構成表示窓９５には、システム制御部２６のメモリ等に保存されている検査結果ファイルが階層表示される。図１８（Ｂ）では、Ｒｏｏｔ階層９５１、品種フォルダ９５２、工程フォルダ９５３のように品種、工程別にフォルダが設けられており。工程フォルダ９５３の下に同一品種、同一工程の検査結果ファイル９５４が保存されている。オペレータは、ファイル構成表示窓９５から解析したい所望の検査結果ファイル９５４を選択することができる。図１８（Ｂ）では、検査欠陥ファイル９５４の「Ａ」から「Ｄ」までが選択されており、その解析結果が解析結果表示窓９７に表示されている。
【０１６３】
検査結果表示窓９６には、ファイル構成表示窓９５で選択した検査結果ファイル９５４のうちの一つを選択するためのプルダウンボタンが設けられている。オペレータが検査結果ファイルをプルダウンボタンで選択すると、その内容が表示される。
【０１６４】
解析結果表示窓９７には、後述する解析方法選択欄９８で選択した統計・解析方法に従って、ファイル構成表示窓９５で選択された検査結果ファイル９５４の統計・解析結果が表示される。図１８（Ｂ）では、上段、下段に分離して２種類の統計・解析結果が表示されている。上段では、欠陥分類結果が検査結果ごとにテーブル表示され、下段では検査日時と欠陥分類との関係がグラフ表示されている。
【０１６５】
統計・解析方法選択欄９８には、上記の統計・解析結果表示窓９７へ表示する検査結果ファイルの統計・解析方法を指定するためのプルダウンボタン、チェックリストが設けられている。オペレータは、プルダウンボタンで統計・解析結果表示画面９７の窓数を任意に決めることができる。また、結果の表示方法として、テーブル表示およびグラフ表示のいずれかをチェックボックスで選択することができる。
【０１６６】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【０１６７】
なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、図１６や図１８で説明したＧＵＩ画面は、実施形態１〜４で説明した各装置に対して適用しても良い。また、上記の各実施形態で説明したＧＵＩ画面は一例に過ぎず、他の要素によりＧＵＩ画面を構成してもよい。あるいは、上記の各実施形態のミラープロジェクション式検査装置の各制御部は、１つのコンピュータシステムで実現してもよいし、あるいはまた、複数台のコンピュータシステムをネットワークで連携させることで実現するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１６８】
２０：電子光学系、２１：試料室、２３：帯電制御部、２４：ステージ制御部、２５：電子光学系制御部、２６：システム制御部、２７：画像処理部、２８：コンソール端末、２９：試料、３１：試料室、３２：ＡＦＭ、３３：ホルダ、３４：ステージ、３５：ＡＦＭ用光学顕微鏡、２０１：照射光学系、２０２：結像光学系、２０３：投影光学系、２１１：ホルダ、２１２：ステージ、２１３：光学顕微鏡、２３１：帯電制御電極、２４１：主制御装置、２４２：リターディング電源、２４３：ステージ位置測定装置、２４４：ステージ駆動装置、２５１：主制御装置、２５２：照射光学系制御装置、２５３：投影光学
系制御装置、２７１：画像形成装置、２７２：画像処理演算装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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