(57)【要約】【課題】顕微鏡装置の理論分解能を超える細密なパターンを解像可能な顕微鏡装置および顕微鏡装置を用いた解像検査方法を提供する。【解決手段】複数の画素を有する固体撮像素子と、観察対象の少なくとも一部の拡大像を前記固体撮像素子の画素上に形成する拡大光学系と、固体撮像素子によって得られた画像に微分効果を持つエッジ強調フィルタを適用して、前記画像に対応するエッジ強調画像を得る画像処理手段とを備え、拡大光学系は、前記観察対象の物体表面の観察領域に含まれる線状の部分を、前記固体撮像素子を構成する個々の画素のサイズを超える幅であって前記エッジ強調フィルタによる処理エリアの幅以下の幅を持つ像として結像する倍率可変光学系を備える。【選択図】      図１
2008107557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する固体撮像素子と、
観察対象の少なくとも一部の拡大像を前記固体撮像素子の画素上に形成する拡大光学系と、
前記固体撮像素子によって得られた画像に微分効果を持つエッジ強調フィルタを適用して、前記画像に対応するエッジ強調画像を得る画像処理手段とを備え、
前記拡大光学系は、前記観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、前記固体撮像素子を構成する個々の画素のサイズを超える幅であって前記エッジ強調フィルタによる処理エリアの幅以下の幅を持つ像として結像する倍率可変光学系を備えた
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡装置において、
前記倍率可変光学系は、前記観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、前記固体撮像素子上において、２画素以上の幅を持つ像として結像すること
を特徴とする顕微鏡装置。
【請求項３】
請求項１に記載の顕微鏡装置において、
前記画像処理手段は、前記固体撮像素子によって得られた画像に対して、微分効果とともに前記画像における画素値の分布を反映する効果をもつエッジ強調フィルタを適用する
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項３に記載の顕微鏡装置において、
前記画像処理手段は、前記エッジ強調フィルタによる強調結果について、前記エッジ強調フィルタを示すマトリクスよりも小さいサイズの平均化マトリクスを用いた平均化処理を行う平均化処理手段を備えた
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項５】
観察対象の少なくとも一部の拡大像を、拡大光学系によって複数の光電変換素子を配置して構成される前記固体撮像素子の光電変換面上に形成する拡大像形成手順と、
前記固体撮像素子によって得られた画像に微分効果を持つエッジ強調フィルタを適用して、前記画像に対応するエッジ強調画像を得る画像処理手順とを備え、
前記拡大像形成手順は、前記観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、前記固体撮像素子を構成する個々の光電変換素子に対応する画素のサイズを超える幅であって前記エッジ強調フィルタによる処理エリアの幅以下の幅を持つ像として結像する倍率可変手順を備えた
ことを特徴とする顕微鏡画像の解像方法。
【請求項６】
請求項５に記載の顕微鏡画像の解像方法において、
前記倍率可変手順は、前記観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、前記固体撮像素子上において、２画素以上の幅を持つ像として結像すること
を特徴とする顕微鏡画像の解像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の光電変換面上に拡大像を形成して観察に供する顕微鏡装置およびこのような顕微鏡装置を用いた解像検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程や半導体製品の検査段階では、ウェハなどに形成された微細パターンを高解像度の顕微鏡装置を用いてミクロ検査装置によって観察し、微小な欠陥などの検出が行われている。
一般に、半導体ウェハ観察用の顕微鏡装置における分解能Ｒは、波長ｌと定数ｋおよび対物レンズの開き角ＮＡを用いて式(１)に示すRayleighの理論分解能の式で示された値に制限される。
【０００３】
Ｒ＝ｋ×ｌ／ＮＡ        ・・・（１）
このため、細密化が進んだウェハ上に形成される微細パターンの観察に対応するために、波長の短い紫外線を照明光源として、顕微鏡装置の分解能の向上が図られている。例えば、対物レンズのＮＡ＝０.９で波長２４８ｎｍの紫外光を用いた顕微鏡装置では、観察面における２点に関する分解能Ｒは、上にあげた式(１)に定数ｋ＝０.６１を適用することにより、分解能Ｒ＝１６８ｎｍと求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような従来の顕微鏡装置では、高々、個々の回路パターンを構成する線と線との間隔が顕微鏡の理論分解能Ｒ程度であるような回路パターンが観察できるに過ぎない。
このため、微細パターンの更なる細密化に対応するためには、照明光源を更に短波長化したり、液浸技術などを適用して対物レンズのＮＡを大きくしたりといった極めて高いコストを要する技術の適用が必要となってしまう。
【０００５】
本発明は、顕微鏡装置の理論分解能を超える細密なパターンを解像可能な顕微鏡装置および顕微鏡装置を用いた解像検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかわる第１の顕微鏡装置の原理は、以下の通りである。
固体撮像素子は、複数の画素を有する。拡大光学系は、観察対象の少なくとも一部の拡大像を固体撮像素子の画素上に形成する。画像処理手段は、固体撮像素子によって得られた画像に微分効果を持つエッジ強調フィルタを適用して、画像に対応するエッジ強調画像を得る。拡大光学系において、倍率可変光学系は、観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、固体撮像素子を構成する個々の画素のサイズを超える幅であってエッジ強調フィルタによる処理エリアの幅以下の幅を持つ像として結像する。
【０００７】
本発明にかかわる第２の顕微鏡装置の原理は、以下の通りである。
上述した第１の顕微鏡装置において、倍率可変光学系は、観察領域に含まれる線状の部分を、固体撮像素子上において、２画素以上の幅を持つ像として結像する。
本発明にかかわる第３の顕微鏡装置の原理は、以下の通りである。
上述した第１の顕微鏡装置において、画像処理手段は、固体撮像素子によって得られた画像に対して、微分効果とともに画像における画素値の分布を反映する効果をもつエッジ強調フィルタを適用する。
【０００８】
本発明にかかわる第４の顕微鏡装置の原理は、以下の通りである。
上述した第３の顕微鏡装置において、画像処理手段は、エッジ強調フィルタによる強調結果について、エッジ強調フィルタを示すマトリクスよりも小さいサイズの平均化マトリクスを用いた平均化処理を行う平均化処理手段を備える。
本発明にかかわる第１の顕微鏡画像の解像方法の原理は、以下の通りである。
【０００９】
拡大像形成手順は、観察対象の少なくとも一部の拡大像を、拡大光学系によって複数の光電変換素子を配置して構成される固体撮像素子の光電変換面上に形成する。画像処理手順は、固体撮像素子によって得られた画像に微分効果を持つエッジ強調フィルタを適用して、画像に対応するエッジ強調画像を得る。拡大像形成手順において、倍率可変手順は、観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、固体撮像素子を構成する個々の光電変換素子に対応する画素のサイズを超える幅であってエッジ強調フィルタによる処理エリアの幅以下の幅を持つ像として結像する。
【００１０】
本発明にかかわる第２の顕微鏡画像の解像方法は、以下の通りである。
上述した第１の顕微鏡画像の解像方法において、倍率可変手順は、観察領域に含まれる線状の部分を、固体撮像素子上において、２画素以上の幅を持つ像として結像する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかわる顕微鏡装置では、顕微鏡装置の対物レンズのＮＡおよび照明光の波長から導かれる理論分解能よりも微細なパターンについて、解像可能なエッジ強調画像を得て観察に供することができる。
同様に、本発明にかかわる顕微鏡画像の解像方法では、顕微鏡装置の対物レンズのＮＡおよび照明光の波長から導かれる理論分解能よりも微細なパターンについて、解像可能なエッジ強調画像を得て、上述した微細なパターンを持つ物体の観察や検査に供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
（顕微鏡装置の実施形態）
図１に、本発明にかかわる顕微鏡装置の実施形態を示す。
図１に示した顕微鏡装置の顕微鏡鏡基１には、倍率ｍ１の対物レンズ２が備えられている。また、顕微鏡鏡基１には、ＸＹステージ９、Ｚステージ１０および回転ステージ１１からなる可動機構が備えられている。この可動機構上に備えられたホルダ１２には、ウェハなどの被検査物３が載せられており、この被検査物３の表面には、例えば、間隔ｄ１で形成された幅ｄ１の線状のパターンが形成されている。
【００１３】
また、図１に示した照明光学系１３において、例えば、ハロゲンランプなどの光源１５から放射された光は、コレクタレンズ１６によってほぼ平行光束化され、開口絞り１７、リレーレンズ１８、視野絞り１９、ハーフミラー１４を介して対物レンズ２に導かれ、被検査物３の表面上に開口絞り１７の像が投影される。
このようにして被検査物３の表面を照明した際の反射光は、対物レンズ２、ハーフミラー１４、ミラー２０、倍率ｍ２の中間変倍レンズ４および結像レンズ２１からなる結像光学系によってＣＣＤなどの固体撮像素子５上に導かれ、上述した被検査物３の表面に形成された線状のパターンの像がこの固体撮像素子５上に形成される。
【００１４】
図１において、被検査物３としてホルダ１２に載せられたウェハ上で幅ｄ１の線状のパターンは、対物レンズ２の倍率ｍ１と中間変倍レンズ４の倍率ｍ２とを乗算して得られる投影総合倍率ｍで固体撮像素子５上に拡大投影され、幅ｄ１×ｍの幅を持つ線状のパターンとして固体撮像素子５に捉えられる。そして、固体撮像素子５が画素サイズａのＣＣＤである場合に、このＣＣＤで得られた画像データにおいて、上述した線状のパターンは、ＣＣＤ上でのパターンの幅ｄ１×ｍを画素サイズａで除算して得られる画素幅を持つ画像として捉えられる。
【００１５】
このようにして固体撮像素子５によって得られた画像データは、モニタ装置６による表示処理に供されるとともに、パーソナルコンピュータ７に送られ、このパーソナルコンピュータ７に備えられた画像処理部８による後述する画像処理に供される。
以下、この画像処理部８による画像処理とこの画像処理結果として得られる強調画像について説明する。
【００１６】
顕微鏡光学系における回折の影響による解像限界を考慮しなければ、例えば、ウェハ上で線幅８０ｎｍの線状のパターンは、投影像導倍率４００倍で拡大投影することにより、画素サイズ８μｍのＣＣＤ上では、幅４画素の画像として捉えられる。
しかしながら、実際の顕微鏡光学系では、観察対象の線状のパターンの間隔ｄ１が、上述した式(１)に示したRayleighの理論分解以下である場合には、投影倍率の大きさにかかわらず、ＣＣＤ上に投影された像の強度分布を示す生画像では解像することはできない。
【００１７】
図２(ａ)に、波長２４８ｎｍの紫外光を照明光として用い、ＮＡが０.９である対物レンズによって、線幅１１０ｎｍ，１００ｎｍ，９０ｎｍおよび８０ｎｍの線状のパターンをそれぞれ同等の間隔で配置したラインアンドスペースパターンをＣＣＤ上に拡大投影して得られた画像の例を示す。
図２(ａ)に示した例から、上述した条件での理論分解能よりも若干大きい９０ｎｍラインアンドスペースパターンでは、辛うじてラインパターンとその間隙であるスペースとを見分けられるものの、線状パターン中央の距離が理論分解能以下となる８０ｎｍラインアンドスペースパターンでは、ラインパターンとスペースとが全く見分けられなくなっていることが分かる。
【００１８】
図１に示した画像処理部８では、このような生画像データに、図３(ａ)、(ｂ)に示すような３×３マトリクスあるいは５×５マトリクスで示されるラプラシアンフィルタを適用することにより、エッジ強調処理を行う。
図２(ｂ)に、図１に示した顕微鏡装置により、図２(ａ)の例と同等のラインアンドスペースパターンを投影総合倍率４００倍でＣＣＤ上に投影して得られた画像に、上述した５×５マトリクスのラプラシアンフィルタを適用したエッジ強調処理を施して得られた強調画像を示す。
【００１９】
図２(ｂ)においては、理論分解能に近い９０ｎｍラインアンドスペースパターンが十分なコントラストをもって解像しているばかりでなく、理論分解能以下の８０ｎｍラインアンドスペースパターンでも、個々のラインパターンとスペースとを見分けられる程度に解像していることが分かる。
このことは、図２(ｃ)、(ｄ)に示すプロファイルからも明らかである。
【００２０】
図２(ｃ)、(ｄ)は、それぞれ図２(ａ)、(ｂ)において、水平方向の線状パターンからなる９０ｎｍラインアンドスペースに対応する画像データについて、垂直方向の強度分布を示している。いずれのプロファイルにおいても、強度分布のピーク相互の間隔は、ラインパターンの中央の間隔である１８０ｎｍに対応する９画素間隔となっており、生画像において辛うじて解像しているラインパターンの各ラインパターンと強調画像における強度分布とが対応していることは明らかである。そして、強調画像においては、プロファイルの中央部に表れた３つの極小点に対応する強度値(Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５)の平均値Ｉｍｉｎおよび２つの極大点に対応する強度値(Ｉ２、Ｉ４)の平均値Ｉｍａｘとを、式(２)に代入して計算することにより、コントラストの大きさを示す指標の一例であるＣＴＦの値は０.３５となり、同様にして生画像について求めたＣＴＦ＝０.０５に比べて大幅にコントラストが改善されていることが分かる。
【００２１】
ＣＴＦ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）      ・・・(２)
このように、生画像に適切なエッジ強調処理を適用することにより、生画像においては解像することができなかった理論分解能以下の間隔を持つラインアンドスペースパターンを解像させた強調画像を得ることができる。
このような強調画像における解像効果は、ＣＣＤ上におけるラインパターンの幅とエッジ強調のためのフィルタマトリクスのサイズとが適切な関係を満たすときに、エッジ強調の効果がラインパターンそのものの像の一部として合成されて、コントラストの高い像が形成されることから得られると考えられる。
【００２２】
本出願人は、強調画像における解像効果を得るために満たされるべき条件を特定するために、様々な線幅を持つラインアンドスペースパターンを図１に示した顕微鏡装置によってＣＣＤ上拡大投影して得られる画像データに５×５マトリクスで表されるラプラシアンフィルタを適用した強調画像を生成する実験を行った。
図４(ａ)、(ｂ)、(ｃ)に、それぞれ線幅２００ｎｍ、１２０ｎｍ、８０ｎｍのラインアンドスペースパターンに対応する生画像データのプロファイルを示し、図４(ｄ)、(ｅ)、(ｆ)に、これらの生画像データに対応する強調画像データのプロファイルを示す。同様に、図５(ａ)、(ｂ)、(ｃ)に、それぞれ線幅６０ｎｍ、４０ｎｍ、２０ｎｍのラインアンドスペースパターンに対応する生画像データのプロファイルを示し、図５(ｄ)、(ｅ)、(ｆ)に、これらの生画像データに対応する強調画像データのプロファイルを示す。
【００２３】
また、図６、図７に、それぞれ図４，図５に示した各ラインアンドスペースパターンを構成するラインパターンについて、ＣＣＤ上に投影されたラインパターンの像の幅とエッジ強調フィルタのマトリクスサイズとの関係を示す。
図６(ａ)、(ｂ)に示したように、ＣＣＤ上に投影されたラインパターン像の幅(それぞれ１０画素と６画素)がエッジ強調フィルタのマトリクスサイズである５画素を超えている場合は、図４(ｄ)、(ｅ)に示したように、ラインパターンに対応する強度変化とエッジ強調効果による強度変化とが分離して現れており、エッジ強調効果によるラインパターンの視認性の向上効果が見られる。
【００２４】
一方、図６(ｃ)および図７(ａ)、(ｂ)に示したように、ＣＣＤ上に投影されたラインパターン像の幅(それぞれ４画素、３画素および２画素)がエッジ強調フィルタのマトリクスサイズ以下である場合は、図４(ｆ)および図５(ｄ)、(ｅ)に示したように、ラインパターンに対応する強度変化とエッジ強調効果による強度変化とが合成され、コントラストの増強効果が現れている。
【００２５】
その一方、図７(ｃ)に示したように、ＣＣＤ上に投影されたラインパターン像の幅が１画素となった場合は、図５(ｆ)に示したように、ラインパターンの周辺におけるエッジ強調効果のみが現れ、コントラストの増強効果は消滅している。この場合のように、線幅がＣＣＤ上で１画素幅以下に投影される場合には、画像データに含まれるラインアンドスペースに関する情報と量子化処理などにおいて発生するノイズとが区別できなくなるために、エッジ強調処理を適用してもコントラスト増強効果を得ることができなくなると考えられる。
【００２６】
これらの結果から、本出願人は、強調画像における解像効果を得るために満たされるべき条件として、顕微鏡装置の総合投影倍率ｍと、観察対象の線幅ｄと、固体撮像素子(ＣＣＤ)の画素サイズａと、エッジ強調フィルタのマトリクスサイズｓとを用いて、式(３)で示されるような条件を抽出した。
１＜ｍ×ｄ／ａ≦ｓ          ・・・（３）
つまり、観察対象の線幅ｄと観察用の固体撮像素子の画素サイズａとに対して、上式(３)で示す適切な総合投影倍率ｍを設定した顕微鏡装置を用い、マトリクスサイズｓのエッジ強調フィルタを適用することにより、照明光の波長および対物レンズのＮＡで決定される理論分解能よりも細い線幅を持つラインアンドスペースパターンを高いコントラストで観察することが可能である。
【００２７】
図８に、固体撮像素子として画素サイズ８μｍの矩形の光電変換素子を碁盤の目状に配列したＣＣＤを用い、５×５のマトリクスサイズのラプラシアンフィルタをエッジ強調フィルタとして用いる場合に、顕微鏡装置の総合投影倍率ｍと観察に適するラインアンドスペース(Ｌ＆Ｓ)パターンおよびエッジ強調による画像強調処理の効果を示す。
図８に示すように、例えば、可視光による観察では、総合投影倍率を２００倍とすることにより、５×５ピクセル(１ピクセルサイズ：８μｍ×８μｍ)のマトリクスは、観察対象(ウェハ)上では２００ｎｍ×２００ｎｍの範囲が対応する。つまり、２００ｎｍよりも小さいラインアンドスペースに対して画像強調処理が有効となり、上述したマトリクスの１辺の７５パーセントに相当する大きさ(１５０ｎｍ)位までのラインアンドスペースでは良好なＣＴＦ値が得られる。この条件では、１５０ｎｍよりも小さいラインアンドスペースについても解像は得られるもののＣＴＦ値は次第に小さくなり、１２５ｎｍよりも小さいラインアンドスペースでは解像が得られなくなる。
【００２８】
観察対象のラインアンドスペース(Ｌ＆Ｓ)に応じて光源を選ぶ必要があるが、図8に示すように、いずれの光源においても画像強調処理を施すことにより、一般的な光学的限界解像度を超えた解像を得ることができる。例えば、ＡｒＦエキシマレーザを光源とし、対物レンズを液浸(純水)することによってＮＡを１．２３まで向上させても、従来の光学系では光学的限界解像度の制限によって３５ｎｍのラインアンドスペースを解像することはできなかったが、本発明にかかわる顕微鏡装置では、総合投影倍率６４０倍を適用し、上述した画像強調処理を施すことにより、同じ光源と対物レンズ(液浸)を用いて理論上観察可能となる。また、従来方式では、７０ｎｍのラインアンドスペースを観察するためには、高価なＡｒＦエキシマレーザを光源として用いる必要があったが、本発明にかかわる顕微鏡装置では、廉価な水銀ランプを光源(波長２４８ｎｍ)として用いた光学系で得られた像に対して画像強調処理を施すことにより、理論上観察可能となる。
【００２９】
また、一般に、対物レンズなどの光学部材を設計値どおりに製造することは難しいため、通常は理論上の解像度を得ることが困難である。しかし、図８に示した最適観察ラインアンドスペース(Ｌ＆Ｓ)は、画像強調処理によって観察可能となるラインアンドスペースの範囲に対して余裕を持っているため、画像強調処理を施すことにより光学部材が多少の製造誤差を有していても最適観察Ｌ＆Ｓ程度の観察対象については解像を得ることができる。これにより、観察用の光学系を構成する個々の光学部材にかかわる製造コストを抑えることができる。
【００３０】
なお、ＣＣＤによって得られた画像を強調するためのエッジ強調フィルタとして、例えば、図３(ａ)に示したような３×３マトリクスのラプラシアンフィルタを用いることもできる。また、ラインアンドスペースパターンにおける線幅のみを確認すれば足りる用途では、微分効果のみをもつフィルタを適用することもできる。
また、一般的なＣＣＤに代えて、ハニカム状に素子が配置されている固体撮像素子を利用することも可能である。このような固体撮像素子を用いた場合には、更に増強効果が得られる可能性があり、例えば、ラインアンドスペースパターンを構成する一つのラインパターンが固体撮像素子上で１画素に近い幅を持つような条件でも、十分な画像強調効果が期待される。
（別の実施形態）
図９に、本発明にかかわる顕微鏡装置を適用したウェハ検査装置の実施形態を示す。
【００３１】
なお、図９に示す構成要素のうち、図１に示した各部と同等のものについては、図１に示した符号を付して示し、その説明を省略する。
図９に示したパーソナルコンピュータ７は、中間変倍レンズ４の倍率を変化させるためのレンズ駆動機構(図示せず)を制御して、中間変倍レンズ４の可変範囲内で所望の倍率を設定する。
【００３２】
図１０に、図９に示したウェハ検査装置によるウェハ検査動作を表す流れ図の一例を示す。
図１０に示した例では、例えば、ウェハに形成される回路パターンに関する情報に基づいて、予め、検査対象となる少なくとも一つの観察ポイントを決定しておき、パーソナルコンピュータ７に備えられたキーボード(図示せず)などの入力装置を介して、これらの観察ポイントのウェハ上での座標を入力し、パーソナルコンピュータ７内のメモリなどに登録する(ステップＳ１)。またこのとき、これらの観察ポイントにおいて対物レンズ２の視野内に捉えられる回路パターンの線幅に基づいて、上述した式(３)の条件を満たす総合投影倍率を求め、得られた総合投影倍率を各観察ポイントに対応して登録しておく。
【００３３】
次いで、パーソナルコンピュータ７は、上述したようにして登録された情報から各観察ポイントにかかわる登録情報を順次に読み出し、この登録情報に基づいて可動機構に備えられたＸＹステージなどの調整を行い、指定されたウェハ３上の座標を対物レンズ２の視野の中心部に移動させる(ステップＳ２)。
その後、パーソナルコンピュータ７は、ステップＳ２において観察ポイントの座標とともに読み出した総合投影倍率に基づいて、中間変倍レンズ４の倍率を調整し、ＣＣＤ５上に投影される観察ポイントの像について、最適投影倍率を設定する(ステップＳ３)。
【００３４】
このようにして、最適投影倍率が設定された後に、適切な合焦処理を経て、観察ポイントの拡大投影画像が取得され(ステップＳ４)、取得された拡大投影画像は、パーソナルコンピュータ７に備えられたハードディスク(図示せず)などの記憶装置に一旦保持された後、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の画像解析処理に供される。
上述したようにして各観察ポイントの拡大投影画像を取得するごとに、パーソナルコンピュータ７は、全ての観察ポイントについての画像取得が完了したか否かを判定し(ステップＳ５)、否定判定の場合に、ステップＳ２に戻って、新たな観察ポイントに関する画像取得処理を開始する。
【００３５】
このようにして、上述したステップＳ１で登録した全ての観察ポイントについての拡大投影画像の取得が完了したときに、ステップＳ５の肯定判定として、パーソナルコンピュータ７は、画像取得処理を終了する。
次に、画像解析処理について説明する。
パーソナルコンピュータ７に備えられた画像処理部８は、上述した画像取得処理において保存された各観察ポイントにかかわる拡大投影画像を読み込み(ステップＳ１１)、適切なエッジ強調フィルタ(例えば、５×５マトリクスのラプラシアンフィルタ)を適用して、エッジ強調処理を行う(ステップＳ１２)。
【００３６】
上述したように、ステップＳ１２で得られるエッジ強調画像では、ウェハ３上の観察ポイントに形成された回路パターンが高コントラストで解像しているので、ステップＳ１３において、このエッジ強調画像を画像モニタ６に表示させて、このエッジ強調画像に現れた回路パターンの像を検査作業者による欠陥検出作業に提供することにより、このエッジ強調画像に基づいて、微細な回路パターンの欠損などの欠陥を確実に検出することができる。
【００３７】
このようにして、各観察ポイントに関するエッジ強調処理および欠陥検出処理が終了するごとに、パーソナルコンピュータは、全ての観察ポイントにかかわる拡大投影画像についての画像解析処理が完了したか否かを判定する(ステップＳ１４)。未処理の拡大投影画像がある場合には、このステップＳ１４の否定判定となり、ステップＳ１１に戻って次の観察ポイントに対応する拡大投影画像を読み込み、この拡大投影画像に関する画像解析処理を行う。
【００３８】
上述したようにして、全ての観察ポイントに対応する拡大投影画像に関する処理が終了したときに(ステップＳ１４の肯定判定)、パーソナルコンピュータ７は、例えば、上述したステップＳ１３で欠陥が検出された観察ポイントの位置をウェハ上で特定する情報とともに、検出された欠陥に関する情報を表示する欠陥マップを作成し、画像モニタ６に表示して、検査作業者に提供して(ステップＳ１５)、画像解析処理を終了する。
【００３９】
このようにして、拡大投影画像にエッジ強調フィルタを適用することで得られる強調画像における解像効果を、ウェハに形成された回路パターンの検査に適用することができる。
なお、図１０に示したステップＳ４において取得した拡大投影画像について、即座にエッジ強調処理および欠陥検出処理を行うことも可能である。
【００４０】
また、検査作業者が任意に抽出した観察ポイントについて、強調画像における解像効果を利用した欠陥検査を行うことも可能である。
図１１に、図９に示したウェハ検査装置による別のウェハ検査動作を表す流れ図を示す。
図１１に示したウェハ検査動作では、ステップＳ２１において、例えば、検査作業者によってウェハ３上の任意の個所が観察ポイントとして決定されると、パーソナルコンピュータ７により、顕微鏡装置に備えられた中間変倍レンズ４に最低倍率が設定される(ステップＳ２２)。
【００４１】
次いで、パーソナルコンピュータ７は、画像処理部８を介してＣＣＤ５から拡大投影画像を仮に取得し(ステップＳ２３)、取得した仮画像について、エッジ強調処理を実行する(ステップＳ２４)。このとき、パーソナルコンピュータ７により、画像処理部８によって得られた強調画像に含まれる適切なラインプロファイルから、上述した仮画像に対応して得られた強調画像における解像効果の度合いを示す指標として、図２で説明したコントラスト値が算出され、このコントラスト値を中間変倍レンズ４の設定倍率に対応して記憶される。
【００４２】
その後、パーソナルコンピュータ７は、現在の中間変倍レンズ４の倍率が可変範囲の最大値であるか否かを判定し(ステップＳ２５)、否定判定の場合は、中間変倍レンズ４の倍率を、例えば、現在の倍率より１割大きい値に設定した後に(ステップＳ２６)、ステップＳ２３に戻って仮画像の取得を繰り返す。
このようにして、中間変倍レンズ４の倍率を上げながら取得された各仮画像に対応する強調画像について得られたコントラスト値を比較することにより、パーソナルコンピュータ７は、最も適切な中間変倍レンズ４の倍率を探索する(ステップＳ２７)。
【００４３】
この探索結果に基づいて、パーソナルコンピュータ７は、例えば、最も大きいコントラスト値を与えた中間変倍レンズ４の倍率を最適倍率として設定し(ステップＳ２８)、この再的倍率を適用してＣＣＤ５に拡大投影された画像を検査用の画像として取得し(ステップＳ２９)、この検査用画像に改めてエッジ強調処理を実行し、強調画像を欠陥検出用画像として保存する(ステップＳ３０)。
【００４４】
このようにして、検査作業者が指定した観察ポイントについて欠陥検出用画像を取得するごとに、パーソナルコンピュータ７は、検査作業者に検査を終了するか否かを問い合わせ(ステップＳ３１)、検査を続ける旨が指示された場合は、ステップＳ３１の否定判定としてステップＳ２１に戻って新たな観察ポイントについての処理を開始する。
一方、検査を終了する旨が指示された場合は(ステップＳ３１)の肯定判定)、欠陥検出用画像の取得処理を完了し、保存された欠陥検出用画像は欠陥検出処理に供される。
【００４５】
ところで、エッジ強調画像では、図２(ｂ)に示したように、センサ対象のラインパターンを高コントラストで解像する効果に伴って、ＣＣＤ５における量子化誤差などによって生じるノイズ成分が増強される。
このような増強されたノイズ成分は、例えば、３×３マトリクスで示される平均化フィルタを強調画像に適用することによって軽減することができる。
【００４６】
ノイズ軽減効果を得るためには、エッジ強調処理に適用したエッジ強調フィルタのマトリクスサイズよりも小さいマトリクスサイズの平均化フィルタを適用することが有効である。
図１２(ｂ)に、図２(ｂ)に示したエッジ強調画像に上述した平均化フィルタを適用することにより、強調画像に現れたノイズ成分を抑圧した画像の例を、また、図１２(ａ)に、図４(ｆ)と同等のプロファイルを示す。
【００４７】
図１２(ａ)から、平均化フィルタの適用後も、強調画像に表れたラインアンドスペースパターンのコントラストに変化がなく、図１２(ｂ)からも明らかなように、それぞれ８０ｎｍの線幅を有するラインアンドスペースパターンが明確に解像していることが分かる。
一方、図１２(ａ)において、ラインアンドスペースパターンの両側に現れたエッジ強調に伴うパターンがなまされていることが分かり、また、図１２(ｂ)では、図２(ｂ)においては目立って現れていた画面上のノイズが大幅に軽減されていることが分かる。
【００４８】
なお、本実施形態では、ラインアンドスペースパターンを例に用いたが、コンタクトホール状の被検物に対しても同様の効果がある。また、光電変換素子の配置は、碁盤の目状に限らず、ハニカム形状に画素を並べても良いし、画素ずらしなどを行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上に説明したように、本発明にかかわる顕微鏡装置によれば、照明光源の波長や対物レンズのＮＡなどで制限される理論分解能にかかわらず、ウェハ上に形成された微細な回路パターンなどの観察対象を明確に解像可能な強調画像を得ることができる。
したがって、半導体製造分野にけるウェハの欠陥検査分野など微細なパターンを観察する分野において、極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明にかかわる顕微鏡装置の実施形態を示す図である。
【図２】強調画像における解像効果を説明する図である。
【図３】エッジ強調フィルタの例を示す図である。
【図４】線幅と強調画像における解像効果の関係を説明する図（１）である。
【図５】線幅と強調画像における解像効果の関係を説明する図（２）である。
【図６】ラインパターンの像の幅とエッジ強調フィルタのマトリクスサイズとの関係を示す図である。
【図７】ラインパターンの像の幅とエッジ強調フィルタのマトリクスサイズとの関係を示す図である。
【図８】エッジ強調による画像強調処理の効果を示す図である。
【図９】本発明にかかわるウェハ検査装置の実施形態を示す図である。
【図１０】ウェハ検査動作を表す流れ図である。
【図１１】別のウェハ検査動作を表す流れ図である。
【図１２】平均化フィルタの効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…顕微鏡鏡基、２…対物レンズ、３…ウェハ、４…中間変倍レンズ、５…ＣＣＤ、６…画像モニタ、７…パーソナルコンピュータ(ＰＣ)、８…画像処理部、９…ＸＹステージ、１０…Ｚステージ、１１…回転ステージ、１２…ホルダ、１３…照明光学系、１４…ハーフミラー、１５…照明光源、１６…コレクタレンズ、１７…開口絞り、１８…リレーレンズ、１９…視野絞り、２０…ミラー、２１…結像レンズ。
【図１】
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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２】
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