(57)【要約】【課題】欠陥検出精度を向上し、欠陥検出を短時間で容易に行える電子顕微鏡を提供することにある。【解決手段】走査電子顕微鏡本体１１０は、試料上に荷電粒子線を照射するために設けた電子光学系と、画像作成のために上記荷電粒子線を走査する偏向系と、上記電子光学系から上記試料に荷電粒子を照射した際に試料から発生する二次電子やその他の信号を検出する検出系とを備える。画像処理部１２４は、検出系により検出した信号から、上記荷電粒子偏向系の走査毎に、二次電子やその他の信号を切り替えて信号を取り込むことにより、１フレーム画像内に二次電子信号やその他の信号が交互に備えられ、複数の情報を備えた画像を作成する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に荷電粒子線を照射するために設けた電子光学系と、画像作成のために上記荷電粒子線を走査する偏向系と、上記電子光学系から上記試料に荷電粒子を照射した際に試料から発生する二次電子やその他の信号を検出する検出系と、この検出系により検出した信号から画像を作成する画像生成手段を有する電子顕微鏡において、
上記画像生成手段は、１フレーム画像内に二次電子信号やその他の信号が交互に備えられ、複数の情報を備えた画像を作成することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載の電子顕微鏡において、
上記画像生成手段は、上記荷電粒子偏向系の走査毎に、二次電子やその他の信号を切り替えて信号を取り込むことにより、両方の情報を備えた画像を作成することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１記載の電子顕微鏡において、
上記画像生成手段は、作成される画像の画素毎に、二次電子やその他の信号を切り替えて信号を取り込むことにより、両方の情報を備えた画像を作成することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１記載の電子顕微鏡において、
試料上に存在する欠陥位置の情報に基づいて、試料の欠陥を含む検査個所の欠陥画像と、それと同一の表面構造を有する欠陥が無い個所の参照画像を比較し、欠陥に関する情報を抽出して検査することを特徴とする電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡等の電子顕微鏡に係り、特に、試料の構造・組成等の特徴や試料上の異物・欠陥を観察・検査・識別するに好適な電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、走査電子顕微鏡で異物、欠陥の検査、識別をするには、例えば、特開平２００１−１５６１３２号公報に記載されているように、まず、事前に光学式またはＳＥＭ式の検査装置（以下、「事前検査装置」と称する）などで異物、欠陥の位置を検査し、事前検査装置から出力された異物・欠陥の位置情報に基づいて走査電子顕微鏡で視野を移動し、観察画像を取得して検査，識別している。
【０００３】
観察画像から欠陥を識別するには、例えば、異物・欠陥等の無い位置の二次電子画像を参照画像として取得し、さらに、事前検査装置から得た異物・欠陥位置における二次電子画像を欠陥画像として取得し、この２つの画像の差画像を作成し、２値化処理により欠陥のみが抽出された画像を作成している。
【０００４】
ここで、二次電子画像は、例えば、凹凸が少なくなだらかな欠陥を観察に適しているが、細かな欠陥の観察には不向きである。そこで、二次電子画像の他に、その他（例えば、反射電子）の信号から観察画像を得ることも知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２００１−１５６１３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、欠陥の種類（なだらかな欠陥か細かな欠陥か等）が判明していないとき、もし、二次電子と反射電子の内一方だけで観察すると、欠陥を検出できず、欠陥検出精度が低下するという問題が生じる。一方、二次電子と反射電子のそれぞれで観察すれば、欠陥検出の漏れは防止できるものの、欠陥検出に２倍の時間を要するという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、欠陥検出精度を向上し、欠陥検出を短時間で容易に行える電子顕微鏡を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、試料上に荷電粒子線を照射するために設けた電子光学系と、画像作成のために上記荷電粒子線を走査する偏向系と、上記電子光学系から上記試料に荷電粒子を照射した際に試料から発生する二次電子やその他の信号を検出する検出系と、この検出系により検出した信号から画像を作成する画像生成手段を有する電子顕微鏡において、上記画像生成手段は、１フレーム画像内に二次電子信号やその他の信号が交互に備えられ、複数の情報を備えた画像を作成するようにしたものである。
かかる構成により、欠陥検出精度を向上し、欠陥検出を短時間で容易に行えるものとなる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記画像生成手段は、上記荷電粒子偏向系の走査毎に、二次電子やその他の信号を切り替えて信号を取り込むことにより、両方の情報を備えた画像を作成するようにしたものである。
【００１０】
（３）上記（１）において、好ましくは、上記画像生成手段は、作成される画像の画素毎に、二次電子やその他の信号を切り替えて信号を取り込むことにより、両方の情報を備えた画像を作成するようにしたものである。
【００１１】
（４）上記（１）において、好ましくは、試料上に存在する欠陥位置の情報に基づいて、試料の欠陥を含む検査個所の欠陥画像と、それと同一の表面構造を有する欠陥が無い個所の参照画像を比較し、欠陥に関する情報を抽出して検査するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成及び周辺構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成及び周辺構成を示すブロック図である。
【００１３】
走査電子顕微鏡１００は、走査電子顕微鏡本体１１０と、走査電子顕微鏡制御装置１２０と、ステージ制御部１３０と、コンピュータ１４０と、陰極線管等の画像表示器１５０と、文字入力装置であるキーボード１６０と、ポインティング装置であるマウス１６５とから構成されている。
【００１４】
走査電子顕微鏡本体１１０は、電子源１１１と、電子ビーム絞り１１２と、第１の収束レンズ１１３と、偏向コイル１１４Ｘ，１１４Ｙと、電気的視野移動コイル１１５と、第２の収束レンズ１１６と、二次電子線検出器１１７Ａと、その他の信号検出器である反射電子検出器１１７Ｂと、試料ステージＳＳなどから構成されており、走査電子顕微鏡制御装置１２０によって制御される。
【００１５】
走査電子顕微鏡制御装置１２０は、電子ビーム制御部１２１と、切替器１２２と、増幅器１２３と、画像処理部１２４と、各構成要素を制御するシステム制御手段１２５などから構成される。試料ステージＳＳは、ステージ制御部１３０により駆動される。
【００１６】
試料上に荷電粒子線を照射するために設けた電子光学系では、電子銃１１１から放出された電子ビームＥＢは、電子ビーム絞り１１２，第１の集束レンズ１１３，第２の収束レンズ１１６よって細く絞って、ウェハーなどの検査対象の試料Ｓに照射される。画像作成のために荷電粒子線を走査する偏向系では、試料Ｓに照射される電子ビームＥＢは、偏向コイル１１４Ｘ，１１４Ｙによって、Ｘ方向Ｙ方向に走査される。
【００１７】
電子ビームＥＢは、走査電子顕微鏡制御装置１２０のシステム制御手段１２５が、高圧電源，レンズ電源，偏向アンプなどで構成する電子ビーム制御部１２１を制御することによって行われる。電子ビーム制御部１２１には、第１の集束レンズ駆動部１２１Ａ，偏向コイル駆動部１２１Ｂ，電気的視野移動コイル駆動部１２１Ｃ，第２の収束レンズ駆動部１２１Ｄが備えられている。試料Ｓの照射する電子ビームの位置の走査は、システム制御部１２５から入力する走査信号に基づき、偏向コイル駆動部１２１Ｂ，１２１Ｃを制御し、偏向コイル１１４Ｘ，１１４Ｙに流す電流を変化させて行われる。試料Ｓに照射する電子ビームＥＢの焦点位置は、第２収束レンズ駆動部１２１Ｄを制御し、第２の収束レンズ１１６に流す電流を変化させて調整する。
【００１８】
電子光学系から試料に荷電粒子を照射した際に、試料から発生する二次電子やその他の信号を検出する検出系において、電子ビームＥＢの照射により試料Ｓから発生する二次電子は、二次電子検出器１１７Ａによって検出され、試料Ｓからの反射電子は、反射電子検出器１１７Ｂによって検出される。二次電子検出器１１７Ａ及び反射電子検出器１１７Ｂの出力信号は、切替器１２２によって交互に切り替えられ、増幅器１２３によって増幅される。切替器１２２による２つの検出器１１７Ａ，１１７Ｂからの信号の切替動作については、図２を用いて後述する。増幅器１２３の出力信号は、図示しないＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換された後、画像処理部１２４に入力する。
【００１９】
検出した信号から画像を作成する画像生成手段である画像処理部１２４は、画像メモリ１２４Ａ，画像演算部１２４Ｂ，画像データベース１２４Ｃなどから構成される。画像メモリ１２４Ａは、システム制御部１２５から入力する走査信号に同期して、検出器１１７Ａ，１１７Ｂから入力するの信号を所定のアドレスに記憶して、１フレーム分の画像データを形成する。後述するように、画像データとしては、参照画像データと欠陥画像データがある。
【００２０】
画像演算部１２４Ｂは、画像メモリ１２４Ａに生成された画像データから欠陥抽出等の画像の演算を行い、画像演算の行われた画像データは画像データベース１２４Ｃに蓄積される。画像データベース１２４Ｃに蓄積された画像データは、コンピュータ１４０によって読み出され、画像表示器１５０に表示される。
【００２１】
画像表示器１５０に表示する観察視野は、ステージ制御部１３０により試料ステージＳＳを駆動するか、電気的視野移動コイル１１５で、試料Ｓ上に照射するの電子線ＥＢの照射位置を変化させて移動する。観察視野の回転は、ステージ制御部１３０により試料ステージＳＳを回転させるか、偏向コイル１１４Ｘ，１１４Ｙの電流を変調して電子線ＥＢの走査方向を回転させて行う。試料の傾斜像は、ステージ制御部１３０により試料ステージＳＳを傾斜して得ることができる。
【００２２】
さらに、走査電子顕微鏡１００の周辺装置として、製造データ管理システム２００や、事前検査装置であるＳＥＭ２１０や光学顕微鏡２２０が備えられている。通常、走査電子顕微鏡で異物・欠陥の検査・観察を行うには、まず、事前に事前検査装置であるＳＥＭ２１０や光学顕微鏡２２０で検出したデータを基に行われる。周辺の装置である事前検査装置２１０，２２０は、試料上の異物や欠陥の位置や大きさ等を検査してその結果を出力する。製造データ管理システム２００は、事前検査装置２１０，２２０や、走査電子顕微鏡１００による検査情報や観察情報を蓄積，処理し、製造データの管理等を行う。各装置間のデータの受け渡しは磁気ディスク等の記憶媒体のほか、通信ネットワークＮＷを経由して行うこともできる。
【００２３】
次に、図２及び図３を用いて、本実施形態による走査電子顕微鏡を用いた画像データの生成方法について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡を用いて画像データを生成する構成を示すブロック図である。図３は、本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡を用いて生成された画像データのイメージ図である。
【００２４】
本実施形態においては、電子ビームＥＢの照射により試料Ｓから発生する二次電子は、二次電子検出器１１７Ａによって検出され、試料Ｓからの反射電子は、反射電子検出器１１７Ｂによって検出される。二次電子検出器１１７Ａ及び反射電子検出器１１７Ｂの出力信号は、切替器１２２によって１走査毎に交互に切り替えられ、増幅器１２３によって増幅される。増幅器１２３の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１２５によりディジタル信号に変換された後、画像メモリ１２４Ａは、システム制御部１２５から入力する走査信号に同期して、画像処理部の画像メモリ１２４Ａに、１フレーム画像データとして蓄積される。
【００２５】
図３（Ａ）は、画像メモリ１２４Ａに形成された画像データの状態を示している。図中黒いラインが２次電子像を示しており、白いラインが反射電子像を示している。Ｘ方向の１ラインが１走査ラインを示している。すなわち、図３（Ａ）に示す例では、第１走査ラインは、二次電子検出器１１７Ａの出力信号を画像メモリ１２４Ａに蓄積し、Ｙ方向に１走査ラインだけずれた第２走査ラインは、反射電子検出器１１７Ｂの出力信号を蓄積し、次の第３走査ラインは、二次電子検出器１１７Ａの出力信号を画像メモリ１２４Ａに蓄積するというように、切替器１２３によって、二次電子検出器１１７Ａ及び反射電子検出器１１７Ｂの出力信号を１走査毎に交互に切り替えて、画像メモリ１２４Ａに蓄積して、１フレーム画像データを生成する。したがって、１フレーム画像データの中には、２次電子像と反射電子像とが混在しており、両方の情報が存在する。ここで、１フレーム画像データを生成するに要する時間は、例えば、２次電子像だけで１フレーム画像データを生成するのに要する時間と同じであり、従来と同じ時間で、２つの画像情報を得ることができる。
【００２６】
なお、図３（Ａ）の例では、１走査ライン毎に、２次電子像と反射電子像とを切り替えて１フレーム画像データを生成するものとしたが、２走査ライン毎に切り替えたり、３走査ライン毎に切り替えるように、複数走査ライン毎に切り替えるようにしてもよいものである。
【００２７】
図３（Ｂ）は、画像メモリ１２４Ａに形成された別の例の画像データの状態を示している。図中黒い丸が２次電子像の画素を示しており、黒丸の間の白い部分が反射電子像の画素を示している。例えば、Ｘ方向の１走査ラインについて見ると、図３（Ｂ）に示す例では、第１走査ラインは、二次電子検出器１１７Ａの１画素分の出力信号と、反射電子検出器１１７Ｂの１画素分の出力信号を交互に蓄積している。次の第２走査ラインは、反射電子検出器１１７Ｂの１画素分の出力信号と、二次電子検出器１１７Ａの１画素分の出力信号とを交互に蓄積している。このように、切替器１２３によって、二次電子検出器１１７Ａ及び反射電子検出器１１７Ｂの出力信号を１画素毎に交互に切り替えて、画像メモリ１２４Ａに蓄積して、１フレーム画像データを生成する。したがって、１フレーム画像データの中には、２次電子像と反射電子像とが混在しており、両方の情報が存在する。ここで、１フレーム画像データを生成するに要する時間は、例えば、２次電子像だけで１フレーム画像データを生成するのに要する時間と同じであり、従来と同じ時間で、２つの画像情報を得ることができる。
【００２８】
なお、図３（Ｂ）の例では、１画素毎に、２次電子像と反射電子像とを切り替えて１フレーム画像データを生成するものとしたが、２画素毎に切り替えたり、３画素毎に切り替えるように、複数画素毎に切り替えるようにしてもよいものである。
【００２９】
また、検出器としては、２次電子検出器１１７Ａと、他の検出器（反射電子検出器１１７Ｂ）を用いているが、さらに、他の検出器１１７Ｃ，…，１１７Ｎを用い、これらを順次切り替えたり、複数の検出器の中の２つの検出器の出力を交互に切り替えるようにしてもよいものである。
【００３０】
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態による走査電子顕微鏡を用いた欠陥検出処理の内容について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡を用いた欠陥検出処理の内容を示すフローチャートであり、図５は、本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡を用いて検出された欠陥の画像データのイメージ図である。
【００３１】
ステップｓ１０において、システム制御部１２５は、ステージ制御部１３０を用いて、参照座標に試料ステージＳＳを移動する。試料Ｓがウェハーである場合、ウェハー上には複数のチップが形成されている。例えば、事前検査装置であるＳＥＭ２１０や光学顕微鏡２２０によって第１番目のチップの座標（ｘ０，ｙ０）に欠陥が検出されており、第２番目のチップの同じ座標位置（ｘ０，ｙ０）には欠陥が検出されていない場合、第２番目のチップの座標位置（ｘ０，ｙ０）が参照座標となり、この座標位置が視野の中心にくるように、試料ステージＳＳを移動する。
【００３２】
次に、ステップｓ２０において、システム制御部１２５は、ビーム制御部１２１により操作信号を出力して、偏向コイル駆動部１２１Ｂ，１２１Ｃを制御し、偏向コイル１１４Ｘ，１１４Ｙに流す電流を変化させて第２番目のチップの所定範囲内に電子ビームＥＢを走査しながら照射する。このとき、電子ビームＥＢの照射により試料Ｓから発生する二次電子は、二次電子検出器１１７Ａによって検出され、試料Ｓからの反射電子は、反射電子検出器１１７Ｂによって検出され、切替器１２２によって１走査毎に交互に切り替えられ、システム制御部１２５から入力する走査信号に同期して、画像処理部の画像メモリ１２４Ａに、図３（Ａ）に示すように１フレーム画像データとして蓄積して、参照画像を取得する。
【００３３】
次に、ステップｓ３０において、システム制御部１２５は、ステージ制御部１３０を用いて、欠陥座標に試料ステージＳＳを移動する。第２番目のチップの座標位置（ｘ０，ｙ０）が参照座標であり、第１番目のチップの座標（ｘ０，ｙ０）に欠陥が検出されている場合、第１番目のチップの座標位置（ｘ０，ｙ０）が欠陥座標となり、この座標位置が視野の中心にくるように、試料ステージＳＳを移動する。
【００３４】
次に、ステップｓ４０において、システム制御部１２５は、ビーム制御部１２１により操作信号を出力して、偏向コイル駆動部１２１Ｂ，１２１Ｃを制御し、偏向コイル１１４Ｘ，１１４Ｙに流す電流を変化させて第１番目のチップの所定範囲内に電子ビームＥＢを走査しながら照射する。このとき、電子ビームＥＢの照射により試料Ｓから発生する二次電子は、二次電子検出器１１７Ａによって検出され、試料Ｓからの反射電子は、反射電子検出器１１７Ｂによって検出され、切替器１２２によって１走査毎に交互に切り替えられ、システム制御部１２５から入力する走査信号に同期して、画像処理部の画像メモリ１２４Ａに、図３（Ａ）に示すように１フレーム画像データとして蓄積して、欠陥画像を取得する。
【００３５】
次に、ステップｓ５０において、画像演算部１２４Ｂは、ステップｓ２０において得られた参照画像と、ステップｓ４０において得られた欠陥画像の画像データの差を求めて、差分画像を作成する。
【００３６】
次に、ステップｓ６０において、画像演算部１２４Ｂは、ステップｓ５０において得られた差分画像のデータを、所定のスライスレベルと比較して、２直化し、２直化画像データを作成する。２直化画像データは、画像データベース１２４Ｃに蓄積される。画像データベース１２４Ｃに蓄積された画像データは、コンピュータ１４０によって読み出され、画像表示器１５０に表示される。画像表示器１５０に表示される画像データは、例えば、図５（Ａ）に示すようになっている。図５（Ａ）に示す中央の長円部分が欠陥であるとすると、この中には、１走査ライン毎に、２次電子像と反射電子像とが混在しており、両方の情報が存在する。同様にして、図３（Ｂ）に示したように、１画素毎に切り替えた場合には、図５（Ｂ）に示すような画像データが得られている。
【００３７】
次に、ステップｓ７０において、オペレータは、画像表示器１５０に表示された画像データに基づいて、欠陥か否かの判定を行う。図５（Ａ）に示した画像データは、差分画像を求めて、２直化したことにより、欠陥部分のみを表示しており、しかも、その中には２次電子像と反射電子像とが混在しているため、どのような欠陥であっても、容易に欠陥か否かの判定を行うことができる。例えば、二次電子画像は、ウェハーの表面などに凹凸がある場合、凹部と凸部の境界の部分が明るく観察できるため、凹凸が少なくなだらかな欠陥を観察に適している。一方、ウェハーの表面などに凹凸がある場合、凸部の陰になっている部分が暗く観察できるため、細かな欠陥の観察には不向きである。二次電子画像は細かな欠陥の観察には不向きであり、一方、反射電子画像は陰のできにくいなだらかな欠陥の観察には不向きである。本実施形態では、図５（Ａ）に示したように、二次電子画像と反射電子画像の画像データが混在しているため、なだらかな欠陥に対しては、二次電子画像の画像データにより欠陥を判別が可能であり、細かな欠陥に対しては、反射電子画像の画像データにより欠陥の判別が可能である。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態においては、１フレーム画像を、二次電子信号と反射電子信号を交互に用いて形成するようにしているため、両方の情報を備えた画像データを得ることができ、欠陥の種類に拘わらず、容易に欠陥と判定でき、欠陥検出精度を向上することができる。またこのとき、１フレーム画像データを得るのに要する時間は従来の１フレーム画像データを得るのに要する時間と変わらないため、効率的に欠陥検出を行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、欠陥検出精度を向上し、欠陥検出を短時間で容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成及び周辺構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡を用いて画像データを生成する構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡を用いて生成された画像データのイメージ図である。
【図４】本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡を用いた欠陥検出処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による走査電子顕微鏡を用いて検出された欠陥の画像データのイメージ図である。
【符号の説明】
１００…走査電子顕微鏡
１１０…走査電子顕微鏡本体
１１１…電子源
１１２…電子ビーム絞り
１１３…第１の収束レンズ
１１４Ｘ，１１４Ｙ…偏向コイル
１１５…電気的視野移動コイル
１１６…第２の収束レンズ
１１７Ａ…二次電子検出器
１１７Ｂ…反射電子検出器
１２０…走査電子顕微鏡制御装置
１２１…電子ビーム制御部
１２１Ａ…第１の収束レンズ駆動部
１２１Ｂ…偏向コイル駆動部
１２１Ｃ…電気的視野移動コイル駆動部
１２１Ｄ…第２収束レンズ駆動部
１２３…増幅器
１２４…画像処理部
１２４Ａ…画像メモリ
１２４Ｂ…画像演算部
１２４Ｃ…画像データベース
１２５…システム制御部
１３０…ステージ制御部
１４０…コンピュータ
１５０…画像表示器
１６０…キーボード
１６５…マウス
２００…製造データ管理システム
２１０…走査電子顕微鏡
２２０…光学顕微鏡
ＥＢ…電子ビーム
ＮＷ…通信ネットワーク
Ｓ…試料
ＳＳ…試料ステージ
【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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