(57)【要約】【課題】  本発明は高精度、高スループットな画像処理装置及びＳＥＭ式計測装置を実現することを目的とする。【解決手段】  走査型電子顕微鏡装置を用い、電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して該検査対象領域の画像情報を取得するＳＥＭ式計測装置であって、電子ビームを任意の方向に走査し、被対象物上の離散的な位置に照射する照射部と、前記照射部を制御するスキャン制御部と、前記電子ビームが照射された前記被対象物上の離散的な位置から順次二次電子を検出する検出部と、前記検出された二次電子の信号を画像データに変換する変換部と、前記画像データを取込む画像取込み部と、前記離散的な位置から変換された画像データを並び替える並び替え部と、前記並び替えられた画像データを表示する表示部とを備え、前記スキャン制御部と前記変換部と前記並び替え部を前記走査型電子顕微鏡装置の筺体内に搭載したことを特徴とする。【選択図】  図１
2015015161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型電子顕微鏡装置を用い、電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して該検査対象領域の画像情報を取得するＳＥＭ式計測装置であって、
電子ビームを任意の方向に走査し、被対象物上の離散的な位置に照射する照射部と、
前記照射部を制御するスキャン制御部と、
前記電子ビームが照射された前記被対象物上の離散的な位置から順次二次電子を検出する検出部と、
前記検出された二次電子の信号を画像データに変換する変換部と、
前記画像データを取込む画像取込み部と、
前記離散的な位置から変換された画像データを並び替える並び替え部と、
前記並び替えられた画像データを表示する表示部とを備え、
前記スキャン制御部と前記変換部と前記並び替え部を前記走査型電子顕微鏡装置の筺体内に搭載したことを特徴とするＳＥＭ式計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＳＥＭ式計測装置であって、
前記スキャン制御部からのスキャン制御信号により、前記画像取込み部は、画像データの有効期間であるスキャン中のみデータ取り込みを行い、画像データの無効期間中はデータを取り込まないことを特徴とするＳＥＭ式計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＳＥＭ式計測装置であって、
前記変換部から出力されるアナログデータをデジタルデータに変換して出力するＡＤ変換部と、
スキャン制御部からのスキャン制御信号と、
前記ＡＤ変換部から出力される画像データとスキャン制御信号のタイミングを合わせるためのタイミング調整部と、
画像データの無効期間を検出する無効期間検出部と、
画像データの取込みのオンオフを切り替える切替え部と、を有し、
前記無効期間検出部で検出された画像データの無効期間は、前記切替え部で画像データ固定データの取込みをオフに切り替えることを特徴とするＳＥＭ式計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＳＥＭ式計測装置であって、
前記切替え部の画像データ取込みのオフ時は、前記画像取込み部において画像データとは異なる所定のデータを取込むよう構成したことを特徴とするＳＥＭ式計測装置。
【請求項５】
請求項３に記載のＳＥＭ式計測装置であって、
前記切替え部の画像データ取込みのオフ時は、前記画像取込み部において画像取込み部の動作をオフする構成したことを特徴とするＳＥＭ式計測装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＳＥＭ式計測装置であって、
前記スキャン制御部は、基本となる座標を生成する基本座標生成手段と、
基本座標生成手段からの基本座標を水平（Ｘ）方向及び垂直（Ｙ）方向毎に個別に座標変換する座標変換手段と、を有することを特徴とするＳＥＭ式計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＥＭ式計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の微細化、高集積化が進む中で、半導体集積回路の製造過程における異常や不良発生を早期に、あるいは事前に検知するため、各製造過程の終了時に半導体ウエハ上のパターンを観測し測長及び検査が行われる。これらは電子ビーム技術を用いた走査電子顕微鏡（Scanning  Electron  Microscope、以下ＳＥＭと略す）などを用いて検査対象領域の画像情報を取得することで行われる。
【０００３】
半導体集積回路の製造におけるプロセスパターンの寸法管理においても、電子ビーム技術を用いたＳＥＭを半導体専用に特化した測長ＳＥＭが用いられる。測長ＳＥＭはプロセスパターンの観察や、精度の高い寸法測定を行うものである。
【０００４】
また、半導体集積回路の歩留り等のプロセス管理においても、電子ビーム技術を用いたＳＥＭによりチップの素子パターン上の欠陥を検出するために、例えば欠陥レビューＳＥＭといった検査装置が使用されている。
【０００５】
ＳＥＭに関する従来技術として特開２００３−１４２０１９（特許文献１）がある。この公報には、「本発明に係る基板検査方法では、電子ビームを照射することにより検査対象領域Ｓ内の所定材料から出射される二次電子の収率が１より大きくなる第１の加速電圧と、二次電子の収率が１より小さくなる第２の加速電圧とを用いる。そして、一の走査ラインに沿って第１の加速電圧で電子ビームを照射し、一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射しておく。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４２０１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた装置においては、近年の半導体ウエハの大口径化と回路パターンの微細化に追随して装置の大画像対応と高スループット化が求められている。
【０００８】
従来のＳＥＭでは複数の走査ラインに沿って所定の加速電圧で順次電子ビームを照射して、半導体ウエハ上の検査対象領域を走査（スキャン）し、出射される二次電子を検出して検査対象領域の検査を行っているが、電子ビームを用いて画像取得を行うため、帯電（チャージアップ）現象による影響が問題となっており、これにより高精度な画像情報を取得することが難しくなっている。
【０００９】
帯電現象とは、電子ビームを試料に照射した場合に、試料に入射した電子はエネルギーを失って試料中に吸収される。試料が導体であれば、電子はそのまま試料ステージに流れるが、非導電性試料の場合は試料中に止まり、帯電が起こる。
【００１０】
帯電が起こると、電子ビームを試料に照射した際に帯電した電荷の反発を受けて曲げられ、本来の照射位置からずれてしまい、この結果、取得した画像が歪んでしまう。また帯電によって二次電子の発生量が変化するため、二次電子の検出効率の違いや、軌道の乱れによって取得した画像が部分的に明るくなったり暗くなったりする、いわゆる電位コントラストが生じる。
【００１１】
これら帯電を抑制する方法として特許文献１に記載の技術があり、電子ビームを照射する際に２つの加速電圧を用いて、走査ライン上の画像取得をする前に、少なくともその走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射しておくことで二次電子を出射されやすくしている。しかし、この場合には検査対象領域の部分が不自然に帯電される可能性があり、また、２つの加速電圧を用いるため装置における制御が複雑になり高価となる可能性がある。
【００１２】
また、任意の座標に走査（スキャン）することが有効であるが、このとき従来のラスタースキャンと呼ばれるスキャン座標を順次一定方向に更新するスキャン時に入力された画像データを順次処理する回路に加え、任意スキャンされた場合の画像データを処理するため、スキャン制御回路からスキャン座標を受け取り、ラスタースキャン時と同様の画像データへの並び替え（画像再構成）が必要であり、また、高速任意スキャンを行うためにはスキャン制御でスキャン座標を生成する必要がある。従来例のようにＳＥＭ筐体とは別のラックにスキャン制御系統を含む画像処理システムを搭載している構成では、スキャン制御で生成したスキャン座標をＳＥＭ筐体へ高速に転送する必要があり、これはラックとＳＥＭ筐体間を数ｍのケーブルで接続した際の信号の損失やスキャン座標の複数の信号線間の時間差（スキュー）の影響のため困難である。
【００１３】
また、スキャン座標を基にした画像並び替え（画像再構成）においてもラックとＳＥＭ筐体間が数ｍのケーブルで接続されるため、スキャン制御で生成されたスキャン座標とＳＥＭ筐体からの画像データのタイミングを合わせることが困難である。
【００１４】
そこで、本発明は、高精度、高スループットなＳＥＭ式計測装置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】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【００１６】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、走査型電子顕微鏡装置を用い、電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して該検査対象領域の画像情報を取得するＳＥＭ式計測装置であって、電子ビームを任意の方向に走査し、被対象物上の離散的な位置に照射する照射部と、前記照射手段を制御するスキャン制御部と、前記電子ビームが照射された前記被対象物上の離散的な位置から順次二次電子を検出する検出部と、前記検出された二次電子の信号を画像データに変換する変換部と、前記画像データを取込む画像取込み部と、前記離散的な位置から変換された画像データを並び替える並び替え部と、前記並び替えられた画像データを表示する表示部とを備え、前記スキャン制御部と前記変換部と前記並び替え部を前記走査型電子顕微鏡装置の筺体内に搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば高精度、高スループットなＳＥＭ式計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子ビーム装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像取込み及び画像並び替え手段のデータ固定の例である。
【図３】本発明の実施の形態に係る画像取込み及び画像並び替え手段のクロック固定の例である。
【図４】本発明の実施の形態に係るスキャン制御手段の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るスキャン制御と画像データ取込みの例である。
【図６】本発明の実施の形態に係るスキャン制御とジャンクション温度を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る画像取得フローを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１では、本発明の測長ＳＥＭを代表とした電子ビーム装置の構成を示している。ＳＥＭ装置１０１には、ＳＥＭ１、画像生成部２、電子ビーム制御部３、ＡＤ変換器４、画像取込み部５、画像データ並び替え部６、画像メモリ７、スキャン制御部８、座標メモリ９を備え、ラック１０２には、画像処理部１０、画像転送部１１、ＰＣ１２を備えている。
【００２１】
ＳＥＭ１では電子ビーム制御部３からのスキャン座標制御信号に基づき、半導体ウエハ等の被対象物に電子ビームを照射し、被対象物から出射された二次電子を検出し、検出信号を画像生成部２に出力する。画像生成部２では、検出信号を画像情報としての画像信号に変換してＡＤ変換器４に入力する。ＡＤ変換器４では入力された画像信号がアナログ信号であるためデジタル信号に変換して画像データとする。変換された画像情報である画像データは画像取込み部５に入力され、画像データ並び替え部６及び画像メモリ７によって並び替えられる。
【００２２】
次ぎに任意のスキャンを実現するスキャン制御部の構成について説明する。図４は、スキャン制御部の構成を示した図である。スキャン制御部８は、基本座標を生成する基本座標生成部２４、スキャンの水平方向であるＸ座標を変換するＸ座標変換部２２、スキャンの垂直方向であるＹ座標を変換するＹ座標変換部２３、制御回路２５、出力部２１で構成される。
【００２３】
スキャン制御部８では、基本座標生成部２４により生成された基本座標をＸ及びＹ座標変換回路により座標変換を行い出力する。これらスキャン制御部８をＳＥＭ筺体に搭載することで、スキャン制御で生成した任意のスキャン座標をＳＥＭ筐体内の電子ビーム制御部３へ高速転送することができる。これについては、後段で詳述する。
【００２４】
ここで、通常のラスタスキャンでは入力された画像データを並び替える必要がないため、そのまま画像処理部１０に出力するが、任意の方向にスキャンした場合、スキャン制御部８及び座標メモリ９で生成されたスキャン座標に基づいて通常の順番に並び替えを行う。
【００２５】
画像処理部１０では、入力された画像データを演算して画像処理を行い、画像転送部１１を経由してＰＣ１２に画像データを転送する。ＰＣ１２では画像処理された画像データを表示部であるディスプレイ画面上に表示して、異常や不良発生の検知、プロセスパターン寸法測定等、取得された画像情報に基づいて観察を行う。
【００２６】
以上説明した本発明の基本構成により、ＳＥＭ筺体１０１に、スキャン制御８及び画像並び替え部６を搭載することで、ＳＥＭ筐体１０１内でスキャン制御８と電子ビーム制御部３を接続することができ、信号の転送距離を短くすることができる。これにより、信号の損失やスキャン座標の複数信号間の時間差（スキュー）を低減し、高速転送することができる。これにより、従来構成のラック１０２に搭載されたスキャン制御で生成したスキャン座標をＳＥＭ筐体へ高速転送する課題を解決し、また、スキャン座標を基にした画像並び替え（画像再構成）を実現することができる。これにより、高速任意スキャンが実現でき、装置の高スループット化と共に、帯電現象による影響を低減することができる。
【００２７】
ただし、スキャン制御部８及び画像並び替え部５をＳＥＭ筺体へ搭載すると、高速スキャンを行うために回路の動作周波数が上がることで、消費電力が増大し、発熱することが考えられる。ここで、ＳＥＭ筐体において冷却ファン等を搭載して冷却を行うと、冷却ファンの振動の影響のため測長値の安定性や面内均一性を低下させてしまうという問題がある。よって、上記のような冷却手段を搭載しない構成とするためには、ＳＥＭ筐体側の消費電力を低減することが必要となる。
【００２８】
当該課題に対し、本実施例ではＳＥＭ筐体内に画像取込み部５を備える構成をとる。画像取込み部５は、スキャン制御部からのスキャン制御信号に同期して画像データを取り込む手段であり、画像データの有効期間であるスキャン中のみデータ取り込みを行い、画像データの無効期間中であるブランキング期間はデータが変化しないように固定（保持）する。ここで、データを固定することによって、回路の動作率が下がるため消費電力を低減することができる。
【００２９】
図５は、スキャン制御と画像データ取込みの動作概要を示した図である。スキャン制御信号は画像データの有効期間であるスキャン期間と画像データの無効期間を示すものである。従来は画像データが無効であっても常に画像データを取込むため、回路の消費電力が増加していた。ただし、スキャン速度が低速であるため消費電力が低いことと、ＳＥＭ筺体ではなくラックに搭載されているため冷却ファンを搭載してもＳＥＭ筐体への振動の影響がないため問題にはならない。しかし、帯電の影響を低減するための高速任意スキャンが困難である。
【００３０】
そこで、本実施例では、画像データの有効期間であるスキャン中のみデータ取り込みを行い、画像データの無効期間中はデータが変化しないように固定（保持）する。これにより回路の動作率を下げて低消費電力化することで、ＳＥＭ筺体にスキャン制御手段と並び替え手段を搭載し、高速任意スキャンを実現することができる。
【００３１】
図６は、スキャン制御とジャンクション温度イメージを示した図である。スキャン制御手段と並び替え手段はＦＰＧＡを代表とするハードウエアデバイスで実現するが、回路の消費電力が増大するとデバイスのジャンクション温度が上昇し、デバイスの放熱対策のために放熱フィンや冷却ファンが必要になる。
【００３２】
このとき、ＳＥＭ筐体では測長値の安定性や面内均一性を向上するため振動の影響がある冷却ファンの搭載が難しい。本発明では、画像データの有効期間であるスキャン中のみデータ取り込みを行い、画像データの無効期間中はデータを固定（保持）する。これにより回路を低消費電力化することでデバイスのジャンクション温度を低減することができ、これにより冷却ファンを非搭載とすることができる。
【００３３】
図２は画像取込み及び画像並び替えにおける画像データを固定（データ取込みを禁止）し、回路の動作率低減により低消費電力する例を示す図である。画像取込み部５は、セレクタ１３、無効期間検出部１４で構成され、画像データ並び替え部６は、画像メモリ７のライト制御１６、画像メモリのリード制御１７、アドレスカウンタ１８で構成される。
【００３４】
まず、タイミング調整部１５では、スキャン制御信号によるスキャンタイミングとそのスキャンタイミングにより取得された画像とが一致（マッチ）するようにタイミング調整する。具体的には、画像取込み部５へ入力される画像データは、電子ビーム制御部３、ＳＥＭ１、画像生成部２、ＡＤ変換器４を経由した分だけ遅れて入力されるため、スキャン制御部８からのスキャン制御信号とスキャン座標を遅らせて画像データのタイミングと一致するように調整する。
【００３５】
スキャン制御信号は、取得画像のスキャン期間を示すものであり、‘１’の場合、スキャン期間であるデータの有効期間であり、‘０’の場合、スキャン停止中であるデータの無効期間である。タイミング調整されたスキャン制御信号について無効期間検出部１４では、スキャン制御信号がスキャン停止中である‘０’であることで、画像データの無効期間を検出する。
【００３６】
無効期間検出部１４にて画像データの無効期間を検出した場合、セレクタ１３を切り替えて画像データの入力を例えば、‘０’にする。このようにすることで、画像取込部５での画像データの取り込み時に、画像データの無効期間については画像データの取り込みを行わないため、不要な無効画像データの処理を行わなくて済む。
【００３７】
画像データ並び替え部６のライト制御部１６では入力された画像データを、スキャン座標をメモリアドレスとして画像メモリ７に格納する制御を行う。リード制御部１７は、アドレスカウンタ１８を基に、画像メモリ７から画像データを読み出す。これにより任意スキャンされた画像データを通常のラスタスキャンの画像データに変換し、この後の画像処理を従来と同様の処理とすることができる。
以上の構成により、画像データの無効期間ではセレクタ１３の出力データは変化しないため、画像データ並び替え部６以降の回路の動作率が下がり、消費電力を低減することができる。
【００３８】
図７に画像取得フローを示す。本発明では、画像データの有効期間であるスキャン期間のみ有効データ取り込みを行い、画像データの無効期間中はデータが変化しないように固定（保持）する。これにより回路の動作率を下げて低消費電力化することで、ＳＥＭ筺体にスキャン制御手段と並び替え手段を搭載し、高速任意スキャンを実現することができる。
【実施例２】
【００３９】
実施例１では、図２を用いて画像取込み及び画像並び替えにおける画像データ固定の例を示したが、他の方法として、図３に、画像取込み及び画像並び替えにおけるクロック固定の例を示す。画像取込み部５、画像データ並び替え部６、画像メモリ７、無効期間検出部１４、タイミング調整部１５、クロック生成部２６、セレクタ１３を備え、クロック生成部２６出力のクロックは、タイミング調整部１５、無効期間検出部１４に接続される。
【００４０】
セレクタ１３出力のクロックは、画像取込み部５、画像データ並び替え部６、画像メモリ７に接続される。スキャン制御部からのスキャン制御信号をタイミング調整に無効期間検出部１４にてスキャン制御信号がスキャン停止中である‘０’を検出した場合、この例ではクロックを‘０’に固定する。これにより、画像取込み部５、画像データ並び替え部６、画像メモリのクロックは停止されるため回路の消費電力を低減することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１      ＳＥＭ
２      画像生成部
３      電子ビーム制御部
４      ＡＤ変換器
５      画像取込み部
６      画像データ並び換え部
７      画像メモリ
８      スキャン制御部
９      座標メモリ
１０    画像処理部
１１    画像転送部
１２    ＰＣ
１３    セレクタ
１４    無効期間検出部
１５    タイミング調整部
１６    ライト制御部
１７    リード制御部
１８    アドレスカウンタ
１９    画像処理システム
２０    座標生成部
２１    出力部
２２    Ｘ座標変換部
２３    Ｙ座標変換部
２４    基本座標生成部
２５    制御回路
２６    クロック生成部
１０１  ＳＥＭ筺体
１０２  ラック
【図１】
2015015161.tif 000003
【図２】
2015015161.tif 000004
【図３】
2015015161.tif 000005
【図４】
2015015161.tif 000006
【図５】
2015015161.tif 000007
【図６】
2015015161.tif 000008
【図７】
2015015161.tif 000009