(57)【要約】      （修正有）【課題】微細な欠陥を自動分類するための電子顕微鏡を用いた撮像ユニットにおいて、画像取得時間，画像処理の計算コスト、および、計算機資源を抑えた撮像ユニットおよびその方法を提供する。【解決手段】電子顕微鏡を用いた欠陥分類用撮像ユニットにおいて、欠陥画像１７と参照画像１６を互いに異なる解像度で取得する仕組みを備え、かつ、参照画像の解像度を欠陥画像の解像度よりも少なくして取得することで解決されるため、微細な欠陥を自動分類するための電子顕微鏡を用いた撮像ユニットにおいて、参照画像の解像度を欠陥画像の解像度と比較して少なくすることで、画像取得時間，画像処理の計算コスト、および、計算機資源を抑えつつ、微細な欠陥を自動分類することが可能となる。【選択図】図５
2011192496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ステージ上に載置された試料上の所定領域の画像を取得し、前記試料上に存在する欠陥を観察する欠陥観察装置において、
前記所定領域内に一次荷電粒子ビームを走査し、検出される二次荷電粒子に基づく画像を出力する画像取得手段と、
当該画像取得手段の動作を制御する制御手段と、
前記所定領域の画像と参照画像とを比較して、前記所定領域内に存在する欠陥の中心位置を算出する欠陥判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記欠陥画像および前記参照画像の取得条件を、参照画像の解像度が欠陥画像の解像度よりも小さくなるように制御することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記欠陥画像および前記参照画像の取得条件を、参照画像の画素数が欠陥画像の画素数よりも小さくなるように制御することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項３】
請求項１に記載の欠陥観察装置において、
前記欠陥判定手段は、前記欠陥画像に対してダウンサンプリング処理を実行し、当該ダウンサンプリングされた欠陥画像と前記参照画像とを比較して、前記欠陥の中心位置を算出することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項４】
請求項１に記載の欠陥観察装置において、
前記欠陥判定手段は、前記参照画像に対してアップサンプリング処理を実行し、当該アップサンプリングされた欠陥画像と前記参照画像とを比較して、前記欠陥の中心位置を算出することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項５】
請求項１に記載の欠陥観察装置において、
前記制御手段は、前記欠陥画像と参照画像の画像取得条件を、更に両者の視野サイズあるいは走査面積がほぼ等しくなるように制御することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項６】
請求項１に記載の欠陥観察装置において、
前記制御手段は、
前記欠陥画像と前記参照画像とで前記一次荷電粒子ビームの走査速度を変えることにより、前記参照画像の解像度と前記欠陥画像の解像度とを変えることを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項７】
請求項１に記載の欠陥観察装置において、
前記欠陥観察装置は、
前記参照画像の解像度を前記欠陥画像の解像度よりも小さくして欠陥観察を実行する第１の動作モードと、
前記参照画像の解像度を前記欠陥画像の解像度と等しくして欠陥観察を実行する第２の動作モードが実行可能であることを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項８】
請求項７に記載の欠陥観察装置において、
前記第１の動作モードによる欠陥観察の所要時間が前記第２の動作モードによる欠陥観察の所要時間に比べて短いことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項９】
請求項１に記載の欠陥観察装置において、
前記参照画像と欠陥画像の画素数とを設定入力する入力画面が表示される管理コンソールを備えたことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の欠陥観察装置において、
前記試料上に存在する欠陥の欠陥ＩＤと、当該欠陥ＩＤに対応する欠陥の位置情報と、当該欠陥の属性情報とを含む欠陥ファイルを用いた情報処理を行う情報処理手段を備え、
前記欠陥の属性情報に基づき、所定欠陥ＩＤの欠陥に対する欠陥画像および参照画像の画素数を設定する機能を有する欠陥観察装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の欠陥観察装置において、
前記欠陥の属性情報として、欠陥の大きさに関する情報を用いることを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項１２】
試料ステージ上に載置された試料上の所定領域の画像を取得し、当該画像に基づき前記試料上に存在する欠陥の分類処理を行う欠陥観察装置において、
前記所定領域内に一次荷電粒子ビームを走査し、検出される二次荷電粒子に基づく画像を出力する荷電粒子光学カラムと、
当該荷電粒子光学カラムの動作を制御する制御手段と、
前記所定領域の画像と参照画像とを比較して、前記所定領域内に存在する欠陥の中心位置を算出する欠陥判定手段とを備え、
前記中心位置の算出処理に使用される欠陥画像を前記欠陥の分類処理に使用可能な解像度で取得することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の欠陥観察装置において、
前記欠陥判定手段での演算結果が格納される画像記憶手段とを備え
前記欠陥判定手段は、前記算出された中心位置を含む領域を前記欠陥画像から切出して、前記画像記憶手段に保存することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の欠陥観察装置において、
前記画像記憶手段に保存された切出し後の欠陥画像を用いて前記欠陥の分類処理を実行する欠陥分類処理手段を備えたことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項１５】
試料ステージ上に載置された試料上の所定領域内に一次荷電粒子ビームを走査し、検出される二次荷電粒子に基づく画像を形成し、
前記画像を所定の参照画像と比較し、前記所定領域内に存在する欠陥の中心位置を算出するステップとを有し、
前記所定領域の画像および前記参照画像の取得条件を、参照画像の解像度が欠陥画像の解像度よりも小さくなるように制御することを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の欠陥観察方法において、
前記算出された前記中心位置を含む領域を前記画像から切出し、
当該切出された画像を用いて欠陥の分類処理を行う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、工業製品の画像を取得する方法および装置に関するものであって、特に半導体製品の製造プロセス中に発生した微細な異物やパターン欠陥等を自動分類するために、電子顕微鏡を用いて画像を取得する装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品の製造過程において、製造装置が発生する異物による半導体形成パターンのショートや断線欠陥等により、歩留まりが低下するおそれがある。そこで、欠陥の発生原因を早期に特定し対策を施すことが、歩留まりを向上する上で重要となる。
【０００３】
これに対し、半導体ウェハ外観検査装置による検査後に、検査時に得られた画像を解析して自動的に欠陥を分類する技術、あるいは半導体ウェハ外観検査装置による検査後に、検査により得られた欠陥の位置情報を元に欠陥部のより高精細な画像を再取得し、この画像を自動的に分類する技術（ＡＤＣ：Automatic Defect Classification）が提案され、分類結果をもとにその欠陥の発生原因を早期に突き止めて対策を行うことで、歩留まりを向上する取組みが行われている。
【０００４】
近年、半導体ウェハ上に形成されるパターンは微細化の一途をたどり、それに伴い、発生する欠陥も微細になってきている。このため、欠陥を正しく分類するためには、分類処理が行われる欠陥画像を、電子顕微鏡などを利用して欠陥部を大きく捉える狭視野で取得する必要がある。一方で、半導体デバイスの製造ライン中で使用されるインライン検査装置についてはスループットに対する要求が厳しく、欠陥画像の取得から自動分類までに要する時間を少しでも短縮することが常に求められている。
【０００５】
ところが、電子顕微鏡のように拡大倍率が大きな撮像ユニットの場合、目的の欠陥が視野中心に位置するように視野領域を設定することはそれほど易しいことではない。よって、欠陥部を含む広視野の欠陥画像と、当該欠陥画像と同じ視野サイズの参照画像を取得し、欠陥画像と参照画像を画像処理することで欠陥の中心位置を計算し、当該中心位置を中心とした狭視野画像を取得するという、２つの視野で画像を取得することが従来から行われている。例えば、特許文献１には、上記の２段階の視野サイズで欠陥画像を取得する方法が開示されている。
【０００６】
上記の２段階の視野サイズによる欠陥画像の取得フローの詳細について、図７を用いて説明する。まず、既知の欠陥座標を元に、ステージ移動により欠陥座標近傍に視野を移動し（ステップ７０１）、適当な視野サイズで参照画像を取得する（ステップ７０２）。撮像の結果得られた画像データはデータ通信回線により転送される（ステップ７０３）。撮像に使用される画像検出器からの出力信号は連続データとして出力されるため、適当な手段によりキャプチャされ、メモリやハードディスクといった記憶手段に保存される（ステップ７０４）。ステップ７０３，７０４の実行と並行して、ステージ移動による視野移動も行われ（ステップ７０５）、参照画像と同様の光学条件（倍率，走査速度など）で低倍率欠陥画像（１段目の倍率の欠陥画像）を取得する（ステップ７０６）。撮像後はデータ転送が行われ（ステップ７０７）、低倍率欠陥画像がキャプチャ・保存される（ステップ７０８）。
【０００７】
ステップ７０８の実行と並行して、参照画像と欠陥画像の比較演算による欠陥位置の算出処理が実行され（ステップ７０９）、算出後、計算された欠陥中心が視野の中心になるようにイメージシフトあるいはステージ移動による視野移動が行われる（ステップ７１０）。市や移動後、光学系の撮像倍率を拡大し、目的とする欠陥の高倍率画像を撮像する（ステップ７１１）。撮像された高倍率画像は、データ転送を経て（ステップ７１２）外部記憶装置に保存され（ステップ７１３）、更に欠陥分類処理が行われる（ステップ７１３）。欠陥分類処理は、全欠陥点の撮像終了後に行われる場合もあれば、欠陥画像の撮像と並行して行われる場合もある。
【０００８】
より微細な欠陥では、ステップ７１３の実行時（狭視野画像の取得時）に、画像の解像度を高くする場合もある。ここで、解像度が高いとは、視野サイズ一定のまま画像の画素数を増やして取得することを意味する。画像の画素数を増やすことにより、画像内に含まれる欠陥部に該当する画素が増えるため、画像処理による微細な欠陥の検出が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−０３０６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
微細な欠陥を観察するためには、拡大倍率を高くして画像を取得する必要がある。ところが、欠陥観察装置が当初持っている欠陥の位置情報は、上流側の外観検査装置で取得された情報であり、自身の持つ座標系で表現される位置と一致するとは限らない。むしろ、欠陥観察装置が当初持っている欠陥の位置情報と真の欠陥位置との差（位置誤差）は、外観検査装置と欠陥画像観察装置との相対座標精度に依存して変動する。また、欠陥観察装置のもつステージ移動の制御精度も影響する。従って、欠陥部は必ずしも視野中心に撮像されるとは限らず、倍率が高くなるほど観察装置で設定される視野（すなわち観察装置がもつ欠陥位置の当初情報に基づき設定される視野）から外れる可能性が高くなる。このように、高倍率での撮像と確実な欠陥捕捉という技術課題はトレードオフの関係にある。
【００１１】
一方、欠陥分類を行うために最終的に必要な画像は、図７のステップ７１１で撮像される高倍率欠陥画像であるが、図７に示す従来の欠陥画像取得フローでは、参照画像の撮像時，低倍率欠陥画像の撮像時および高倍率欠陥画像の撮像時と、最終的に必要な画像を取得するまでに３回の視野移動を行っている。スループット向上の点では、これらの視野移動をなるべく無くすことが有効であるが、ステップ７０２の終了後に、直接ステップ７１１の高倍率欠陥画像ステップを実行するには装置の持つ座標精度が伴わない。
【００１２】
そこで本発明は、欠陥分類を行うために必要な画像の解像度を保ちつつ、撮像から欠陥分類までのトータルスループットを従来よりも向上することが可能な欠陥観察装置または欠陥画像取得方法を実現することを目的とする。
【００１３】
また従来の２段階視野切替え方式の場合、１段目の視野で取得する低倍欠陥画像の画素数を増やした場合、それに合わせて参照画像の画素数も増やさねばならず、それに伴って、データ転送時間や画像処理時間など参照画像の撮像に付随して発生する処理の処理時間が増大し、従って、低倍率欠陥画像あるいは高倍率欠陥画像の撮像開始タイミングが遅延するという問題がある。
【００１４】
そこで本発明の別な側面では、参照画像の撮像および付随する処理の終了から欠陥画像の撮像開始までのタイムラグを従来よりも低減することが可能な欠陥観察装置または欠陥画像取得方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、視野サイズを欠陥部が確実に捕捉できる程度の広いサイズに設定することで、従来の２段階の視野サイズ変更を行うことなく、トータルスループットを向上させることが可能な欠陥観察装置または欠陥画像取得方法を実現する。なお、「欠陥部が確実に捕捉できる程度のサイズ」の具体設定値については実施例で説明する。
【００１６】
参照画像の取得に際しては、画像の解像度を欠陥画像の解像度よりも低くしてもよい。参照画像の取得目的は欠陥中心の算出であり、要求される解像度は欠陥分類に必要とされるほど高くはなく、従って、欠陥画像と同じ解像度で参照画像を取得しても無駄であるためである。
【００１７】
なおここでいう「解像度」とは、画像データを構成する単位面積あたりの画素数、つまり画像データの画素密度のことであり、画素数一定で画素サイズを変えることによっても、あるいは画素サイズ一定で画素数を変えることによっても制御することができる。また、視野サイズとは電子線を走査する走査領域のことである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、微細な欠陥を自動分類するための電子顕微鏡を用いた撮像ユニットにおいて、参照画像の解像度を欠陥画像の画素数と比較して少なくすることで、参照画像の撮像および付随する処理の終了から欠陥画像の撮像開始までの待ち時間が従来よりも低減され、スループットが従来よりも向上した欠陥観察装置が実現される。
【００１９】
あるいは本発明によれば、欠陥画像の視野サイズを欠陥部が確実に捕捉できる程度の広いサイズに設定し、かつ解像度を欠陥分類に必要とされる程度の解像度に設定して撮像を行うため、１欠陥辺りの画像取得時間ないし複数の欠陥に対する欠陥画像取得から欠陥分類までの所要時間を抑えつつ、微細な欠陥の観察画像を取得することが可能な欠陥観察装置を実現することが可能となる。
【００２０】
更に、撮像処理と欠陥中心特定のための画像処理を完全に分離できるため、オフラインのＡＤＣが可能な欠陥観察装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１の欠陥観察装置の全体構成図である。
【図２（Ａ）】実施例１の欠陥観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図２（Ｂ）】実施例１の欠陥観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施例１の欠陥観察装置により取得される欠陥画像と参照画像の一例である。
【図４】実施例１の欠陥観察装置により参照される、付帯情報を格納したファイルの構成例を示す図である。
【図５】参照画像，欠陥画像，ダウンサンプリング画像，差分画像，欠陥観察画像の例を示す模式図である。
【図６】実施例２の欠陥観察装置の全体構成図である。
【図７】従来の２段階視野切替えによる欠陥画像の取得フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施例１）
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２３】
最初に、本実施例の電子顕微鏡を用いた欠陥分類用撮像ユニットの全体構成を図１に示す。図１において、１は、被検査対象となる半導体ウェハで、Ｘ−Ｙステージ２に固定されている。Ｘ−Ｙステージ２はコンピュータ３からの制御信号により、制御ユニット４を経由してＸ，Ｙ方向に移動が可能である。
【００２４】
５は走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと記す）を用いた撮像ユニットで、半導体ウェハ１を拡大撮像する。即ち、電子源５０１から発射した一次電子ビーム５０２を、電子光学系５０３で収束させて試料である半導体ウェハ１上に走査して、被観察試料である半導体ウェハ１に照射し、この照射により半導体ウェハ１から発生する２次電子あるいは反射電子などの二次荷電粒子を検出器５０４で検出して、半導体ウェハ１のＳＥＭ像を得る。検出器５０４は、プリアンプを介してＡＤ変換器５０５に接続されており、検出器５０４のアナログ出力信号は、当該ＡＤ変換器によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号がいわゆる画像信号であり、画像信号中の１画素に対応する信号成分は、複数の２値化符号列（パルス）により構成される。画素サイズは、一次電子ビーム５０２の走査速度あるいはＡＤ変換器の変換レートを調整することで変更でき、制御ユニット４により制御される。
【００２５】
撮像ユニット５では、Ｘ−Ｙステージ２を制御することによりＳＥＭの視野移動を行い、半導体ウェハ１上の任意の位置を観察することができる。撮像ユニット５の画像はコンピュータ３に入力されて欠陥抽出等の処理が行われる。処理結果は表示切替え装置６を介してモニタ７に表示される。表示切替え装置６の機能はコンピュータ３が行ってもよい。コンピュータ３には入力デバイス３０２が接続されており、欠陥の観察条件や画像の取得条件など、必要に応じて装置の動作条件の設定に用いられる。以上説明した検出器５０４，コンピュータ３，制御ユニット４，表示切替え装置６，モニタ７，入力デバイス３０２は、図１中に実線で示した信号伝送線で接続されている。
【００２６】
次に、図２（Ａ）および（Ｂ）を用いて図１に示した欠陥分類用撮像ユニットの動作について説明する。なお、検査対象となる半導体ウェハは、予め、図示しない異物検査装置や外観検査装置などの表面欠陥検査装置により検査され、異物・欠陥等の位置の座標データが得られているものとする。
【００２７】
本実施例の欠陥分類用撮像ユニットの動作フローは、大まかには図２（Ａ）に示す撮像フローと図２（Ｂ）に示す画像処理フローに分かれており、初めに撮像フローについて説明する。
【００２８】
ステップ２０１で撮像が開始されると、検査対象となる半導体ウェハ１がＸ−Ｙステージ２上にロードされ、半導体の設計データもしくは得られた欠陥位置データ等を用いて、Ｘ−Ｙステージ２の座標系と半導体ウェハ１上の座標系とのキャリブレーションが実行される。
【００２９】
次に、半導体ウェハ１の欠陥の位置座標データに基づいて、Ｘ−Ｙステージ２を駆動するための指令をコンピュータ３から制御ユニット４に送り、制御ユニット４はこの指令を受けてＸ−Ｙステージ２を駆動する。Ｘ−Ｙステージ２の駆動により、半導体ウェハ１上の撮像位置（欠陥観察位置）が電子光学系５０３の直下である電子ビーム照射位置に移動される（ステップ２０２）。その後、予め設定された視野サイズおよび画素数条件にしたがって電子ビーム走査が行われ、参照画像が取得される（ステップ２０３）。
【００３０】
参照画像の取得位置としては、基本的には、半導体ウェハ１上で、ステップ２０７で撮像される予定の欠陥画像と類似の回路パターンが存在する位置が選択される。例えば、ステップ２０７で撮像される欠陥画像の撮像位置に対応する隣接チップ上での位置や、欠陥画像の撮像位置に対応する隣接メモリマット上での位置などが選択される。
【００３１】
撮像により取得された参照画像の画像信号は信号伝送線を介してデータ転送され（ステップ２０４）、キャプチャ後、記憶手段３０１に保存される（ステップ２０５）。保存の際には、欠陥画像ファイル中の当該欠陥の欠陥ＩＤ（個々の欠陥に与えられた通し番号）に対応する位置に取得した画像データが登録される。
【００３２】
また、参照画像の撮像に際しては、撮像ユニット５の予め設定した視野内に表面検査装置で検出された欠陥が入るように、制御ユニット４によりＸ−Ｙステージ２の位置が制御され、予め設定された画素数および視野サイズにしたがって、電子光学系５０３の光学条件（電子ビームの走査速度や走査領域あるいはＡＤ変換器の変換レートなど）が制御される。
【００３３】
Ｘ−Ｙステージ２の移動先となる半導体ウェハ１上の欠陥の位置座標データは、図示しない表面欠陥検査装置で予め検査して得られた結果であり、コンピュータ３に接続された記憶手段３０１に、欠陥ＩＤと共に記憶されている。
【００３４】
参照画像が取得されると、データ転送と並行してイメージシフトまたはステージ移動による視野移動が行われ（ステップ２０６）、欠陥画像が取得される（ステップ２０７）。制御ユニット４は、選択された撮像位置が撮像ユニット５の予め設定した視野内にはいるようＸ−Ｙステージ２の位置を制御し、予め設定された画素数および視野サイズにしたがって電子光学系５０３を制御して、欠陥画像を得る。撮像された欠陥画像の画像データは、データ転送（ステップ２０８）の後、記憶手段３０１にキャプチャ・保存される（ステップ２０９）。
【００３５】
同時に、全欠陥の撮像が終了したかどうかの判定動作が実行される（ステップ２１０）。終了していなければステップ２０２に戻って、次欠陥の画像が撮像され、終了していれば、撮像フローは終了する（ステップ２１１）。
【００３６】
図３には、取得される欠陥画像９と参照画像１０の一例を示す。どちらもウェハ上の類似あるいは同一の回路パターンが形成された箇所で撮像されていることが分かる。
【００３７】
欠陥画像と参照画像の取得順はどちらが先でもよい。複数の検査対象よりそれぞれの欠陥分類用画像を取得する場合には、予め検査対象の画像撮像位置が最短距離で結ばれるように撮像経路を設定する。これにより、ステージの総移動距離が短くなりステージ移動時間を短縮できる。
【００３８】
さて、本実施例においては、欠陥画像の視野サイズは、欠陥部が確実に捕捉できる程度と、従来の２段階の視野サイズ切替えによる高倍画像の視野サイズよりも大きく設定される。同時に、欠陥画像の解像度は欠陥分類に使用できる程度の高解像度に設定される。ここで「従来の２段階の視野サイズ切替えによる高倍画像の視野サイズよりも大きなサイズ」とは、従来の低倍欠陥画像と同程度の視野サイズという意味であるが、より具体的には、例えば、外観検査装置で検出された欠陥サイズに外観検査装置と欠陥画像観察装置との位置ずれ量に基づき定まるマージンを加えた値に設定される。無論、これは設定値の一例であり、欠陥部が確実に捕捉できる程度のサイズである限り、他の設定値も使用できる。
【００３９】
欠陥画像および参照画像の視野サイズおよび画素数（ないしは画素サイズ）は、検査開始前の検査条件設定時に装置オペレータによって設定され、検査レシピとして記憶手段３０１に登録されている。
【００４０】
検査レシピは、コンピュータ３につながっている入力デバイス３０２を通して装置オペレータが入力することにより設定される。撮像時あるいは画像処理時には、設定したレシピ内容が制御ユニット４により参照され、各種の制御が行われる。以下、視野サイズおよび画素数の設定手順について説明する。
【００４１】
まず、欠陥画像および参照画像の視野サイズは、予め得られた欠陥座標データのもつ誤差、およびステージ位置決め誤差等を考慮して、欠陥位置に移動したときに欠陥が入るように装置が自動設定あるいは装置オペレータがマニュアル設定する。観察点がウェハ上に複数存在し、それぞれの欠陥分類用画像を連続的に取得する必要がある場合には、観察装置が視野サイズあるいは画素数を自動設定する方がスループットの点で有利である。
【００４２】
観察装置が視野サイズを自動設定する場合、視野サイズは、観察対象となる欠陥の属性情報（サイズや種類など）に応じて設定される。例えば、欠陥サイズが大きい場合には広視野，欠陥サイズが小さい場合には狭視野となるように設定される。装置実装上は、回路パターンの種類と欠陥属性毎に、視野サイズをテンプレートとして定めておき、コンピュータ３が検査レシピ設定時に記憶手段３０１内の欠陥ファイルを参照し、各欠陥ＩＤの欠陥に対する最適な視野サイズをテンプレートから選択する。欠陥属性と視野サイズとの対応関係を装置ユーザが変更できると使い勝手がよいので、装置ユーザが操作できるテンプレートの編集画面をモニタ７上に表示できるようにしても良い。欠陥属性と視野サイズとの対応関係とは、例えば、Ａ未満の欠陥サイズなら視野サイズａ、Ａ以上Ｂ未満のサイズなら視野サイズｂ、といった意味であり、テンプレートの編集画面上には、上記Ａ，Ｂといった欠陥属性の数値とａ，ｂといった視野サイズに関する数値の入力ウィンドウが表示される。コンピュータ３がテンプレートの編集機能を持つことで、これらＡ，ａ，Ｂ，ｂといった閾値をユーザが設定できるようになる。
【００４３】
欠陥の属性情報は、図示しない表面欠陥検査装置で予め検査して得られた結果を利用しており、記憶手段３０１に記憶されている。また、欠陥画像９と参照画像１０の視野サイズは同じでもよいし、異なってもよい。
【００４４】
撮像処理フローが終了すると、画像処理フローが実行される。画像処理フローは、各欠陥位置の画像を取得する毎に行っても良いし、全欠陥の撮像が終了する毎に行っても良い。図２に示す画像処理フローは、各欠陥位置の画像を取得する毎に画像処理フローを実行するフローであるが、全欠陥の撮像が終了後に画像処理フローを実行する場合には、ステップ２１１に達した後に画像処理フローが実行されることになる。以下、画像処理フローの詳細について説明する。
【００４５】
まず、記憶手段３０１から欠陥画像および参照画像が読み出される（ステップ２１２および２１３）。各欠陥位置の画像を取得する毎に画像処理フローを実行する場合、この読み出し動作は、ステップ２０９のキャプチャ処理終了後に行われる。
【００４６】
上述の通り、欠陥画像と参照画像の解像度は異なるので、このままでは欠陥中心を特定するための画素演算が実行できない。そこで、コンピュータ３は、欠陥画像または参照画像に対して解像度調整のためのリサンプリングを実行し、欠陥画像を参照画像の解像度が同じになるように調整する（ステップ２１４）。以降の説明では、欠陥画像をダウンサンプリングすることにより解像度を調整するものとする。
【００４７】
ステップ２１４の実行時には、コンピュータ３は付帯情報８（後述）を参照し、欠陥画像と参照画像の設定画素数を読み出して、ダウンサンプリングを実行する。ダウンサンプリングの手法としては、単純間引きや線形近似などの画像処理手法がある。
【００４８】
図５には、視野サイズを互いに同一とし、画素数を変えた参照画像と欠陥画像および欠陥画像をダウンサンプリングして得られるダウンサンプリング欠陥画像の模式図を示した。図５に示す例の場合、参照画像１６の画素数はＸＹ両方向に５００ピクセル、欠陥画像１７の画素数はＸＹ両方向に２０００ピクセルである。視野サイズつまり電子ビームの走査領域は両者とも等しいため、参照画像の１画素のサイズは、欠陥画像の画素サイズよりも４倍ほど大きくなっている。
【００４９】
ダウンサンプリング欠陥画像１８と参照画像１６の視野サイズと画素数は同一となるが、ダウンサンプリング欠陥画像の場合、画素サイズが大きいため、黒い点で示されている欠陥も欠陥画像１７よりも大きく表現されている。また、欠陥の輪郭形状も、欠陥画像１７に比べて多少変形して表現されている。
【００５０】
次にコンピュータ３は、ダウンサンプリング欠陥画像１８と参照画像１６に対してパターンマッチングを実行し、差分画像情報１９を抽出することで、ダウンサンプリング欠陥画像１８上の欠陥位置や大きさを特定する。本実施例の場合、参照画像の画素数を欠陥画像の画素数よりも減らし、ダウンサンプリング欠陥画像と参照画像の間でパターンマッチングを実行するため、パターンマッチングに要する演算時間を低減することができる。このとき、ダウンサンプリング欠陥画像と参照画像を構成する画素数が少なければ少ないほど、マッチングに要する計算コストが低減される。
【００５１】
差分画像情報１９により得られたダウンサンプリング欠陥画像１８上の欠陥位置をもとに、欠陥画像１７の欠陥位置を特定し（ステップ２１５）、欠陥画像１７の欠陥位置を中心として、欠陥の大きさを考慮して画像を切出す（ステップ２１６）。これにより、欠陥特徴を観察するのに適した欠陥観察画像２０が取得される。ステップ２１６で得られる欠陥観察画像は、図８に示す従来の画像取得フローで最終的に取得される高倍欠陥画像と何ら変わりない。切出された欠陥観察画像２０は、記憶手段３０１に格納され、欠陥サイズや欠陥種類などの欠陥特徴を取得するために使用される（ステップ２１７）。
【００５２】
次に、欠陥画像および参照画像の画素数の設定について説明する。本実施例の欠陥観察装置の場合、欠陥中心探しのための低倍率欠陥画像取得からＡＤＣ用の高倍率欠陥画像取得という２段階の視野切替えを行わないため、図２のステップ２０３で撮像される欠陥画像９の解像度は、そのまま欠陥分類に使用できる程度の解像度が必要である。
【００５３】
欠陥画像の画素数は、必要な解像度と設定した視野サイズに応じて、コンピュータ３により自動設定あるいは装置オペレータにより、欠陥観察開始前の検査レシピ作成段階でマニュアル設定される。ここで、検査レシピとは、装置が欠陥観測を行うために必要な情報や動作手順などが記述されたファイルデータのことである。
【００５４】
コンピュータ３が画素数を自動設定する場合、画素数は、記憶手段３０１に記憶された欠陥ファイルに格納されている欠陥の属性情報、例えば、欠陥サイズ情報をもとに、欠陥サイズが大きい場合には画素数が少なく、欠陥サイズが小さい場合には画素数が多くなるように設定される。
【００５５】
参照画像１０の画素数は欠陥画像９の画素数よりも少なく設定される。原理的には、参照画像と欠陥画像の画素数が同じであっても装置は動作するが、参照画像は欠陥中心探索のためだけに用いる画像であり、欠陥画像と同じ解像度で取得しても無駄な場合が多い。従って、参照画像の画素数を減らすことで、画像を取得する際の撮像時間および欠陥中心探索時の画素演算時間が短縮される。また、画像を登録しておくファイルサイズも小さくて済み、よって、メモリや画像演算プロセッサなどの計算機資源の使用量を抑えることができる。なお、装置実装上は、視野サイズの自動設定と同様、回路パターンの種類と欠陥属性毎に欠陥画像と参照画像の画素数をテンプレートとして定めておき、コンピュータ３が検査レシピ設定時に記憶手段３０１内の欠陥ファイルを参照し、各欠陥ＩＤの欠陥に対する最適な画素数をテンプレートから選択する。
【００５６】
設定した視野情報および画素数情報は、後段の画像処理フローで再利用できるよう、図４に示すように、取得した画像とともに付帯情報８として記憶手段３０１内の付帯情報ファイルに格納しておくとよい。図４には、付帯情報８として、欠陥画像のＸ方向，Ｙ方向の視野サイズ，参照画像のＸ方向，Ｙ方向の視野サイズ，欠陥画像のＸ方向，Ｙ方向の画素数および参照画像のＸ方向，Ｙ方向の画素数をそれぞれ記憶した例を示した。
【００５７】
次に、図２（Ａ）および図２（Ｂ）と図７を対比しながら、本実施例の欠陥観察装置の作用効果について説明する。
【００５８】
まず本実施例の場合、参照画像の画素数を減らしているため、参照画像取得のための走査時間，検出器５０４から記憶手段３０１へのデータ転送時間および画像キャプチャ・保存に要する時間、つまりステップ２０３，２０４，２０５の各ステップの実行時間がステップ７０２，７０３，７０４の各実行時間に比べて短縮され、ステップ２０３，２０４，２０５全体の実行時間も、ステップ７０２，７０３，７０４全体の実行時間の１／５程度と非常に短縮される。
【００５９】
欠陥画像の取得時間に関しては、欠陥画像の視野サイズ，解像度が大きくなる分、ビーム走査時間と画像保存時間、つまりステップ２０７，２０８，２０９の実行時間は、ステップ７０６〜７０８の所要時間あるいはステップ７１１〜７１３の所要時間に比べて増大している。ただし図７のフローとは異なり欠陥画像の撮像回数が１回で済むため、欠陥画像の撮像時間はステップ７０６〜７０８の所要時間とステップ７１１〜７１３の所要時間の合計に比べてかなり短縮される。
【００６０】
また、参照画像の画素数が減ったことによりステップ２０４での参照画像のデータ転送の所要時間が短縮されるため、撮像シーケンス上、ステップ２０６の視野移動後にステップ２０７で実行するビーム走査をすぐに開始することができる。ステップ２０４のデータ転送とステップ２０６の視野移動とは並行して実行されるが、データ転送時間が長い場合には、視野移動が先に終了する場合がある。ところが、参照画像のデータ転送中は、信号伝送線が参照画像の画像データに占有されているため、ステップ２０７（欠陥画像の撮像）の実行を行っても、撮像した欠陥画像の画像データが伝送できず、ステップ２０６の完了からステップ２０７の実行開始までに待ち時間が発生することになる。本実施例の場合、ステップ２０６の終了からステップ２０７の実行開始までの待ち時間を、少なくとも従来よりも短縮できるかあるいはゼロにできるため、従来問題であった欠陥画像の撮像開始の遅延を防止し、撮像フロー全体の所要時間を短縮することができる。
【００６１】
以上の要因により、本実施例の撮像方式によれば、従来方式に比べて１欠陥辺りの撮像時間が短縮される。半導体デバイスの製造ラインで使用される欠陥観察装置は、数十点から数千点といった非常に多数の欠陥を自動分類することが求められているため、１欠陥あたりの実効的撮像時間を短縮できる効果が全体のスループットに与える影響は非常に大きい。
【００６２】
また、本実施例の欠陥画像取得シーケンスは従来の欠陥画像取得シーケンスよりも全体の管理が容易である。
【００６３】
図７に示す従来方式の欠陥画像取得シーケンスの場合、ステップ７１１での高倍率欠陥画像の取得後、ステップ７１２のデータ転送処理とステップ７０１の次欠陥位置への視野移動が並行して実行される。ところが、前述の通り、ステップ７１２の実行中は信号伝送線が前の欠陥の画像データ転送に占有されているため、ステップ７０１のステージ移動が完了しても、ステップ７０２の処理が開始されるまでに（ステップ７１２の処理が完了する間）待ち時間が発生する。
【００６４】
一方、本実施例の撮像フローの場合、１欠陥辺りの撮像時間、つまりステップ２０２から２０７全体の処理時間が短縮されているためフロー全体の処理に余裕があり、図２（Ａ）に示すように、ステップ２０８でのデータ転送完了後に次欠陥への視野移動（ステップ２０２）を開始するというシーケンスを組むことができる。従って、ある欠陥の撮像と次欠陥の撮像との間に余計な待ち時間が発生することがなく、撮像フローが効率化され、撮像フローを構成する各ステップのタイミング制御も従来よりも容易化される。この結果、撮像フローのタイミング制御を行うプログラムなども簡略化される。
【００６５】
更にまた、本実施例の欠陥画像取得シーケンスでは、撮像と画像処理とを切離して実行することが可能であるという特徴も有する。
【００６６】
図７に示す従来フローでは、低倍率の視野で欠陥画像と参照画像を取得し、両者の比較演算処理により欠陥中心を特定することで高倍率欠陥画像の視野中心を決定している。従って、ステップ７０９が終了しなければ、ステップ７１１の高倍率欠陥画像の取得ステップを実行できない。
【００６７】
一方、図２（Ａ）（Ｂ）に示す本実施例のフローでは、ＡＤＣに使用するための高倍率欠陥画像は、ステップ２０７で取得した欠陥画像から欠陥中心を含む所望領域を切出すことにより得られるものであり（図２のステップ２１４）、新たに電子線を走査して撮像を行う必要がない。
【００６８】
つまり、本実施例のフローでは、画像の撮像と画像処理とを完全に切離して実行することが可能であり、撮像と画像処理とを並列処理できる分、全体のスループットを従来よりも高速化することができる。また、撮像ユニット５を画像の撮像に専念させ、欠陥中心特定および欠陥画像切出しのための画像処理を、最適なタイミングで実行するといった柔軟な装置運用が可能となる。
【００６９】
なお、以上の説明では、欠陥画像をダウンサンプリングすることにより、欠陥中心探索用画像を形成した例について説明したが、原理的には、参照画像をアップサンプリング（補間近似）、あるいは参照画像の画素数＜画素数Ｘ＜欠陥画像の画素数となるような画素数Ｘを使って、欠陥画像をダウンサンプリング、参照画像をアップサンプリングして、欠陥中心を探索する方法もあるが、欠陥画像をダウンサンプリングさせた方が、計算コストを低減できるメリットがある。また、以上の実施例では、画素サイズ一定で画素数を変えることにより参照画像と欠陥画像の解像度を変えるという前提で説明を行ったが、画素数を一定で画素サイズを変えることによっても同様の制御ができることは言うまでもない。
【００７０】
（実施例２）
図２（Ａ）（Ｂ）に示したように、実施例１で説明したフローでは、ＡＤＣに使用される高倍率欠陥画像は、取得した欠陥画像から欠陥中心を含む所望領域を切出すことにより得られるものであり、撮像と画像処理とを切離すことが可能である。すなわち、ＡＤＣのための画像処理は、必ずしも観察試料を試料室に格納した状態で実行する必要はない。そこで本実施例では、ＡＤＣのための画像処理と撮像を完全に切離したオフラインＡＤＣの構成例について説明する。
【００７１】
図６には、本実施例の欠陥観察装置の全体構成を示す。なお、図６は、図１と同じ部分については引出番号を省略してあり、異なる部分についてのみ引出番号を付している。
【００７２】
図６に示す欠陥観察装置においては、ネットワークケーブル１２によりコンピュータ３に接続された欠陥特徴取得ユニット１１と、コンピュータ３とは切離された欠陥特徴取得ユニット１３とを備えている。
【００７３】
コンピュータ３に接続された記憶手段３０１には、欠陥観察で取得された参照画像、欠陥画像および図４に示す付帯情報８が格納されており、欠陥特徴取得ユニット１１および１３は、取得画像および付帯情報８を参照する機能を備えている。
【００７４】
本実施例の場合は、画像処理のリアルタイム性が不要であるので、コンピュータ３と欠陥特徴取得ユニット１３は、それぞれに可般型記録媒体の駆動装置１４，１５を取り付けることが可能であり、その可般型記録媒体を介して、記憶手段３０１に格納された参照画像，欠陥画像および付帯情報を欠陥特徴取得ユニット１３に移す。
【００７５】
欠陥特徴取得ユニット１３は、上記の可般型記録媒体に記録された参照画像，欠陥画像および付帯情報８を使ってＡＤＣおよび欠陥特徴抽出を実行する。
【００７６】
なお、欠陥特徴取得ユニット１１のように、コンピュータ３からネットワークケーブル１２経由で参照画像，欠陥画像および付帯情報を取得して（すなわち可般型記録媒体を介さずに）、ＡＤＣおよび欠陥特徴抽出を実行できることは言うまでもない。
【００７７】
本実施例の場合、ＡＤＣ処理の完了を待たずに、ウェハ検査（画像撮像，収集）を進められるため、単位時間に検査できるウェハ数を増やすことができる。また、オフラインＡＤＣ環境は装置本体と比べて、ハードウェア構成が単純で増強しやすいため、ＡＤＣ処理時間を容易に短縮することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１  半導体ウェハ
２  Ｘ−Ｙステージ
３  コンピュータ
４  制御ユニット
５  撮像ユニット
６  表示切替え装置
７  モニタ
８  付帯情報
９，１７  欠陥画像
１０，１６  参照画像
１１，１３  欠陥特徴取得ユニット
１２  ネットワークケーブル
１４，１５  可般型記録媒体の駆動装置
１８  ダウンサンプリング欠陥画像
１９  差分情報画像
２０  欠陥観察画像
３０１  記憶手段
３０２  入力デバイス
５０１  電子銃
５０２  一次電子ビーム
５０３  電子光学系
５０４  検出器
【図１】
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【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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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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