(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物を撮像して一次画像を取得する顕微鏡と、
検量用サンプルの低解像画像と前記低解像画像よりも画素サイズが小さい高解像画像との関係を規定する関数が記憶された記憶部と、
前記関数を用いて、前記一次画像から前記一次画像よりも画素サイズが小さい二次画像を作成する画像処理部と、
前記二次画像を用いて前記検査対象物を検査する検査部と、
を備え、
前記記憶部には、前記低解像画像の各部分及び前記高解像画像の各部分が組合せとして記憶されており、
前記画像処理部は、前記一次画像の各部分と前記低解像画像の各部分との類似度を判定し、前記一次画像の複数の部分のうち、類似度が高い前記低解像画像の部分が存在する部分は、前記類似度が高い低解像画像の部分に対応する前記高解像画像の部分に置き換え、前記一次画像の複数の部分のうち、類似度が高い前記低解像画像の部分が存在しない部分は、前記関数を用いて変換する検査装置。
【請求項２】
前記関数は、前記低解像画像の画素の画素値に基づいて、前記画素間の位置における画素値を補間して前記高解像画像を生成する補間関数である請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記関数は、前記低解像画像の画素値及び前記高解像画像の画素値に基づいて値が決定された係数を含む請求項１または２に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴い、半導体デバイスの製造ラインにおける欠陥検査の感度とスループットに対する要求は年々厳しくなっている。このような欠陥検査には、従来からＤＵＶ光やＡｒＦ光等の光や、電子線（ＥＢ）が利用されている。光を用いた検査はスループットが高く、リソグラフィ工程において使用されるマスクの検査、及び露光を行った後のウェーハの検査等に広く適用されている。このような光による検査は、従来のパターンサイズにおいて、半導体デバイスの電気的な不良を引き起こす欠陥を検出することは可能であるが、ハーフピッチが１０ｎｍ程度の微細なパターンになると、パターンを鮮明に解像させることが困難となるため、欠陥を検出することが難しくなる。
【０００３】
一方、電子線を用いた検査は、これらの微細なパターンを解像する能力があるため、感度は良く、ハーフピッチが１０ｎｍ程度のパターンを検査する技術として期待されているが、スループットが低いという問題がある。スループットを高めるためには、検査倍率を低くすることが考えられるが、その場合は、画像が粗くなり、感度が低下する。一方、検査倍率を高くすると、感度は向上するが、スループットは低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９２４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態の目的は、高い感度と高いスループットを両立させた検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る検査装置は、検査対象物を撮像して一次画像を取得する顕微鏡と、検量用サンプルの低解像画像と前記低解像画像よりも画素サイズが小さい高解像画像との関係を規定する関数が記憶された記憶部と、前記関数を用いて、前記一次画像から前記一次画像よりも画素サイズが小さい二次画像を作成する画像処理部と、前記二次画像を用いて前記検査対象物を検査する検査部と、を備える。前記記憶部には、前記低解像画像の各部分及び前記高解像画像の各部分が組合せとして記憶されている。前記画像処理部は、前記一次画像の各部分と前記低解像画像の各部分との類似度を判定し、前記一次画像の複数の部分のうち、類似度が高い前記低解像画像の部分が存在する部分は、前記類似度が高い低解像画像の部分に対応する前記高解像画像の部分に置き換え、前記一次画像の複数の部分のうち、類似度が高い前記低解像画像の部分が存在しない部分は、前記関数を用いて変換する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る検査方法を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る検査装置を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における関数の作成方法を示すフローチャート図である。
【図４】ある画像における画素間の任意の点と、その点の周囲に配置された４行４列の画素を示す図である。
【図５】横軸に画素値を推定する点からの距離をとり、縦軸に重み付関数の値をとって、重み付関数の距離依存性を示すグラフ図である。
【図６】第１の実施形態に係る検査方法を示すフローチャート図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係る検査方法を概略的に示す図である。
【図８】第２の実施形態における予備データの作成方法を示すフローチャート図である。
【図９】第２の実施形態に係る検査方法を示すフローチャート図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態に係る検査方法を概略的に示す図である。
【図１１】第３の実施形態に係る検査方法を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。
先ず、本実施形態に係る検査方法を概略的に説明する。
図１は、本実施形態に係る検査方法を概略的に示す図である。
本実施形態に係る検査装置は、例えば、電子線を用いて検査対象物の欠陥の有無を評価する電子線欠陥検査装置である。また、本実施形態の検査対象物は、リソグラフィ用のマスク、ナノインプリント用のテンプレート又は集積回路が形成された半導体ウェーハ等である。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態においては、予め、検査対象物Ｓと同じ種類の検量用サンプルＤを用意する。例えば、検査対象物Ｓがあるパターンの集積回路が形成された半導体ウェーハである場合は、検量用サンプルＤにも同様なパターンの集積回路が形成された半導体ウェーハを用いる。なお、検量用サンプルＤは検査対象物Ｓ自体でもよい。そして、検量用サンプルＤの同じ部分を電子顕微鏡で観察することにより、低解像画像ＩＭＬ及び高解像画像ＩＭＨを取得する。このとき、検量用サンプルＤの複数の部分、又は、複数の検量用サンプルＤを撮像することにより、低解像画像ＩＭＬ及び高解像画像ＩＭＨからなる対を複数取得する。
【００１１】
そして、低解像画像から高解像画像を作成するための関数を作成する。例えば、低解像画像における隣り合う画素間の任意の点における画素値を推定する補間関数であって値が未知の係数を含む補間関数の原型に、上述の検量用サンプルＤの低解像画像ＩＭＬ及び高解像画像ＩＭＨにおける各画素の画素値を代入することにより、係数の値を統計的な手法で決定し、補間関数を完成させる。そして、完成した補間関数を組み込んだ検査プログラムを、記憶部２０に記憶させる。
【００１２】
その後、電子顕微鏡により、検査対象物Ｓの一次画像ＩＭ１を取得する。検査対象物Ｓと検量用サンプルＤは、同じ電子顕微鏡を用いて観察する。また、一次画像ＩＭ１の画素サイズ、すなわち解像度は、低画質画像ＩＭＬの画素サイズと同じとする。そして、上述の補間関数を用いて一次画像ＩＭ１から二次画像ＩＭ２を作成する。二次画像ＩＭ２の画素サイズは、高解像画像ＩＭＨの画素サイズと同じとする。そして、二次画像ＩＭ２を用いて、検査対象物Ｓの検査を行う。
【００１３】
このように、本実施形態によれば、解像度が低く短時間で取得できる一次画像に基づいて、解像度が高い二次画像を作成し、この二次画像を用いて欠陥の有無を検査することにより、高感度な検査が可能となる。これにより、高い感度と高いスループットを両立させることができる。また、検査対象物Ｓと同種の検量用サンプルＤを用いて関数を完成させることにより、検査対象物Ｓの種類に応じた関数を得ることができ、二次画像の精度を高め、検査の精度を高めることができる。
【００１４】
次に、本実施形態の構成及び動作をより詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る検査装置を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施形態に係る検査装置１においては、走査型の電子顕微鏡１０、記憶部２０及び制御部３０が設けられている。
【００１５】
電子顕微鏡１０においては、減圧容器１１０、真空ポンプ１１１及びロードポーター１１２が設けられている。真空ポンプ１１１は減圧容器１１０に接続されており、真空ポンプ１１１が減圧容器１１０の内部を排気することにより、減圧容器１１０の内部を周囲よりも低い気圧に保つことができる。ロードポーター１１２は減圧容器１１０内にサンプルを出し入れするため機構である。また、電子顕微鏡１０には、アライメント用の光学顕微鏡１１３が付属している。減圧容器１１０内には、検査対象物Ｓを保持して位置を制御するＸＹステージ１２０、電子線を出射する点照射型の電子線源１３０、電子線源１３０から出射した電子線を集束させつつ検査対象物Ｓに導く電子線光学系１４０、及び、検査対象物Ｓから出射した電子線を検出して一次画像を取得する検出部１５０が設けられている。
【００１６】
検査対象物Ｓは、ＸＹステージ１２０の上面上に搭載される。ＸＹステージ１２０には、駆動部（図示せず）が設けられている。駆動部はＸＹステージ１２０を、検査対象物Ｓに入射する電子線の光軸に対して直交し且つ相互に直交する２方向に平行移動させると共に、光軸を中心軸として回転させることができる。
【００１７】
電子線源１３０は、例えば、六ほう化ランタン（ＬａＢ６）等からなるフィラメントを高温に熱して、対向して配置した金属板にプラスの高電圧を印加することにより、電子線を出射する。フィラメントと金属板の間に電極を配置し、この電極にマイナスの電圧を印加すると、電子線の電流量を調整することができる。
【００１８】
電子光学系１４０においては、電子線の経路に沿って、電子線を収束させる電子レンズ１４１、収差成分を除去するアパーチャー１４２、電子線を走査させる走査コイル１４３、及び、電子線を再び収束させる電子レンズ１４４等が設けられている。また、電子光学系１４０には、収差を補正する為の収差補正機等が設けられていてもよい。電子顕微鏡１０においては、この電子光学系１４０によって絞られた電子線のビーム径により、検査対象物Ｓの解像度が決定される。また、走査コイル１４３が電子線を走査させる領域のサイズにより、倍率が決定される。
【００１９】
検出部１５０は、減圧容器１１０内におけるＸＹステージ１２０よりも電子光学系１４０側の位置に配置されている。検出部１５０は検査対象物Ｓから出射した電子線を光電子倍増管（図示せず）等によって増幅させ、信号量の違いによりその輝度を変調することにより、一次画像を取得する。
【００２０】
記憶部２０には、画素サイズが大きく解像度が低い一次画像を、画素サイズが小さく解像度が高い二次画像に変換する関数が組み込まれた画像処理プログラムが記憶されている。この画像処理プログラムに組み込まれた関数は、低解像画像と高解像画像との関係を規定する関数であり、１つ以上の係数を含む。この係数の値は、検査対象物Ｓの種類に依存する。また、記憶部２０には、検査部１５０が取得した一次画像、及び、検査部１５０又は外部から入力された参照画像も記憶される。更に、記憶部２０には、測定対象物Ｓの設計データ、アライメント情報、キャリブレーション情報、検査領域、検査モード等の情報も記憶されている。更にまた、記憶部２０には、後述するコントローラ１８３から入力された欠陥の位置情報も記憶される。
【００２１】
制御部３０には、画像処理部１７０が設けられている。画像処理部１７０は、記憶部２０からプログラムを読み込み、このプログラムを実行して検出部１５０が取得した一次画像を変換することにより、一次画像よりも解像度が高い二次画像を生成する。また、必要に応じて、一次画像及び二次画像に対してノイズ除去等の処理を施す。なお、上述の画像処理プログラムを制御部３０に記憶させ、記憶部２０には係数を記憶させ、制御部３０は検査対象物Ｓの種類に応じた係数を記憶部２０から読み出し、画像処理プログラムを実行してもよい。
【００２２】
また、制御部３０には、参照画像生成部１８１、画像比較部１８２、コントローラ１８３及びステージ制御部１８４が設けられている。
参照画像生成部１８１は、二次画像と比較するための参照画像を準備し、画像比較部１８２に対して出力する。例えば、検査モードが、検査対象物Ｓの同一の単位パターン内の相互に異なる２つの領域同士を比較する「Ｃｅｌｌ  ｔｏ  ｃｅｌｌ」モードであるか、検査対象物Ｓに形成された複数の単位パターンのうちの２つのパターンにおける対応する領域同士を比較する「Ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ」モードである場合は、参照画像生成部１８１は記憶部２０に蓄積された撮像画像を読み出し、これを参照画像として画像比較部１８２に対して出力する。一方、検査モードが、検査対象物Ｓの撮像画像と検査対象物Ｓの設計データに基づいて作成された疑似画像とを比較する「Ｄｉｅ  ｔｏ  ｄａｔａｂａｓｅ」モードである場合は、参照画像生成部１８１は記憶部２０から検査対象物Ｓの設計データを読み出し、この設計データに基づいて参照画像を作成し、画像比較部１８２に対して出力する。
【００２３】
検査部としての画像比較部１８２は、画像処理部１７０から入力された二次画像を、参照画像生成部１８１から入力された参照画像と比較する。これにより、検査対象物Ｓの欠陥を検出し、その結果をコントローラ１８３に対して出力する。
【００２４】
コントローラ１８３は、画像比較部１８２から入力された欠陥の情報及びステージ制御部１８４から入力されたＸＹステージ１２０に関する情報に基づいて、検出された各欠陥の位置情報を作成する。また、コントローラ１８３は、画像比較部１８２から取得した画像及び欠陥の位置情報を記憶部２０に対して出力し、記憶部２０に記憶させる。更に、コントローラ１８３は、記憶部２０に保持された検査位置、検査条件、検査領域、検査モード等の情報をステージ制御部１８４に対して出力する。なお、これらの情報は、必ずしも記憶部２０に保持されている必要はなく、外部から入力してもよい。
【００２５】
また、コントローラ１８３は、外部との間のインターフェースとしても機能する。例えば、コントローラ１８３には、検査装置１の外部から、各種のコマンド及び情報が入力される。また、コントローラ１８３は、検出された欠陥に関する情報を検査装置１の外部に対して出力する。
【００２６】
ステージ制御部１８４は、コントローラ１８３から入力される信号に基づいて、ＸＹステージ１２０の駆動部を動作させ、ＸＹステージ１２０を移動させる。また、ＸＹステージの位置情報を、コントローラ１８３に対して出力する。
【００２７】
記憶部２０は、例えば、ハードディスクドライブ又はフラッシュメモリ等の不揮発性メモリによって構成することができる。また、制御部３０は、例えば、各部分を専用のハードウェアによって構成してもよく、全体を１つのＬＳＩ（large scale integrated circuit：大規模集積回路）によって構成してもよい。例えば、汎用のコンピュータのＣＰＵ（central processing unit：中央演算処理装置）にソフトウェアをインストールすることにより、制御部３０を構成してもよい。
【００２８】
次に、上述の画像処理プログラムに組み込まれた関数の作成方法について説明する。
図３は、本実施形態における関数の作成方法を示すフローチャート図である。
先ず、図３のステップＳ１１に示すように、関数の原型を設定する。本実施形態においては、例えば、一次画像における画素と画素との間の位置の画素値を計算により補間して、一次画像よりも画素サイズが小さい二次画像を作成する。すなわち、関数として、ある画像における隣り合う画素間の任意の位置の画素値を推定する補間関数を用いる。なお、画素値とは、画素の輝度を規格化した値である。
【００２９】
図４は、ある画像における画素間の任意の点と、その点の周囲に配置された４行４列の画素を示す図である。
図４に示すように、対象となる画像において、画素が配列されている方向をＸ方向及びＹ方向とし、Ｘ方向においてｊ番目でありＹ方向においてｋ番目の画素の画素値をＰｘｊｙｋとする。ｊ、ｋは共に整数である。そして、重み付関数をｗｘｊ及びｗｙｋとする。また、推定しようとする画素値、すなわち、対象となる画像における隣り合う画素間の任意の点Ｐにおける画素値をＰｉとする。この場合、上述の補間関数は、例えば、下記数式１のように周囲の画素の画素値の加重平均として表すことができる。
【００３０】
【数１】
0006391170.tif 000002
【００３１】
重み付関数をｗｘｊ及びｗｙｋは、下記数式２及び３に示すように、点Ｐと周囲の画素との距離ｄｘｊ及びｄｙｋの関数ｆ（ｄｘｊ）及びｆ（ｄｙｋ）として定義される。
【００３２】
【数２】
0006391170.tif 000003
【００３３】
【数３】
0006391170.tif 000004
【００３４】
重み付関数としては、種々の関数を設定することができる。以下の例では、いくつかの例について説明する。
図５は、横軸に画素値を推定する点からの距離をとり、縦軸に重み付関数の値をとって、重み付関数の距離依存性を示すグラフ図である。
図５及び下記数式４に示すように、ｂｉｌｉｎｅａｒ補間を採用する場合は、重み付関数をｗｘｊ及びｗｙｋは距離ｄに関する１次関数となる。下記数式４に示す係数αは、数式の切替点を示す係数である。図５においては、α＝１の場合を示している。
【００３５】
【数４】
0006391170.tif 000005
【００３６】
一方、図５及び下記数式５に示すように、ｂｉｃｕｂｉｃ補間を採用する場合は、重み付関数をｗｘｊ及びｗｙｋは距離ｄに関する３次関数となる。下記数式５に示す係数ａは、シャープさに影響する係数である。係数ａの値が未知である場合には、一般的には、（−０．５）又は（−１）が用いられることが多い。
【００３７】
【数５】
0006391170.tif 000006
【００３８】
上記数式４及び５に示すように、重み付関数は、点Ｐからの距離によって、式を分けてもよい。また、パターンのエッジなどは急峻に画素値が変化することもあるため、重み付関数を設定する前にエッジ判定を行い、周囲にエッジがある場合とない場合で重み付関数を分けてもよい。
【００３９】
また、下記数式６に示すように、重み付関数として、距離ｄに関する４次式を採用してもよい。この場合は、係数ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑの値が未知である。
【００４０】
【数６】
0006391170.tif 000007
【００４１】
更に、下記数式７に示すように、重み付関数として、正弦関数を採用してもよい。この場合は、係数Ａが未知である。
【００４２】
【数７】
0006391170.tif 000008
【００４３】
ステップＳ１１においては、例えば上記数式４〜７のうち、１つを選択する。上記数式４〜７に示すような重み付関数は、従来から、定型式として用いられているが、本実施形態においては、高解像画像を取得することにより画素値Ｐｉが既知となり、低解像画像を取得することにより画素値Ｐｘｊｙｋが既知となるため、重回帰分析等により、重み付関数ｗ（ｄ）の各係数を決定することができる。
【００４４】
例えば、上記数式４に示すｂｉｌｉｎｅａｒ補間を採用した場合は、関数を切り分ける距離αの最適値を決定することができる。上記数式５に示すＢｉＣｕｂｉｃ補間を採用した場合は、係数ａの最適値を決定することができる。上記数式６に示す４次関数を採用した場合には、係数ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑの最適値を決定することができる。上記数式７に示す正弦関数を採用した場合には、係数Ａの最適値を決定することができる。なお、重み付関数は上記数式４〜７に示すものには限定されず、任意に設定することができる。
【００４５】
次に、図３のステップＳ１２に示すように、電子顕微鏡１０により、検量用サンプルＤの高解像画像を取得する。検量用サンプルＤは、検査対象物Ｓと同じ種類のサンプルとする。なお、検量用サンプルＤは検査対象物Ｓ自体でもよい。例えば、検査対象物Ｓとして、同じ設計の集積回路が形成された半導体ウェーハを多数連続して検査する場合には、最初の１枚の半導体ウェーハを検量用サンプルＤとして用いてもよい。
【００４６】
検量用サンプルＤの高解像画像を取得する場合には、検査対象物Ｓを検査する場合よりも電子線を絞ってビーム径を小さくし、画素サイズが小さくなるような条件で撮像する。取得した高解像画像は、検出部１５０から記憶部２０に対して出力し、記憶部２０に保存する。なお、ノイズによる精度の低下を抑制するために、高解像画像について、平均化処理又はガウシアンフィルタ等の画像処理を行ってもよい。また、エッジを強調させるために、ラプラシアンフィルタ又は鮮鋭化フィルタ等の画像処理も組み合わせてもよい。
【００４７】
次に、ステップＳ１３に示すように、高解像画像を撮像した検量用サンプルＤの同じ領域について、高解像画像よりも解像度が低い低解像画像を取得する。このとき、電子線のビーム径をより大きくし、画素サイズがより大きくなるような条件で撮像する。取得した低解像画像は、検出部１５０から記憶部２０に対して出力し、記憶部２０に保存する。なお、高解像画像と同様に、低解像画像についても、ノイズを抑制するために、平均化処理又はガウシアンフィルタ等の画像処理を行ってもよい。また、エッジを強調させるために、ラプラシアンフィルタ又は鮮鋭化フィルタ等の画像処理を行ってもよい。
【００４８】
そして、ステップＳ１２及びＳ１３を繰り返すことにより、１つの検量用サンプルＤにおける複数の領域又は複数の検量用サンプルＤについて、高解像画像及び低解像画像を取得し、記憶部１２０に記憶させる。すなわち、同じ領域を撮像した高解像画像及び低解像画像からなる対を、複数対蓄積する。そして、統計的な処理を行うために十分な量の画像が蓄積されたら、ステップＳ１４に進む。なお、１対の画像から十分な量の情報が得られる場合は、ステップＳ１２及びＳ１３は１回ずつ実施すればよい。また、ステップＳ１３をステップＳ１２よりも先に実施してもよい。
【００４９】
ステップＳ１４においては、ステップＳ１２において取得した高解像画像とステップＳ１３において取得した低解像画像を用いて、重み付関数の係数を決定する。具体的には、同じ領域を撮像した高解像画像と低解像画像の位置合わせを行い、検量用サンプルＤの同じ領域について、高解像画像から画素値Ｐｉを求め、低解像画像から画素値Ｐｘｊｙｋを求める。次に、画素値Ｐｉ及び画素値Ｐｘｊｙｋを、ステップＳ１１において設定した補間関数の原型に代入し、例えば重回帰分析等の統計的な手法により、重み付関数の各係数の最適値を決定する。このようにして決定された係数の値のセットを、記憶部２０に記憶させる。このようにして、係数の値が最適化された補間関数が作成される。
【００５０】
なお、検量用サンプルＤの種類毎に係数の値のセットを求めて、記憶部２０に記憶させてもよい。例えば、検量用サンプルＤがリソグラフィ用のマスクである場合の係数の値のセット、検量用サンプルＤがナノインプリント用のテンプレートである場合の係数の値のセット、検量用サンプルＤが集積回路が形成された半導体ウェーハである場合の係数の値のセットをそれぞれ求め、記憶部２０に記憶させておいてもよい。また、同じ検量用サンプルＤについても、形成されているパターンの種類毎に係数の値のセットを求めて、記憶部２０に記憶させてもよい。例えば、検量用サンプルＤが集積回路が形成された半導体ウェーハである場合において、水平方向に延びるラインアンドスペース状のパターンが形成された領域と、垂直方向に延びるラインアンドスペース状のパターンが形成された領域と、斜め方向に延びるラインアンドスペース状のパターンが形成された領域と、多数のドット状のパターンがマトリクス状に配列された領域と、ランダムなパターンが形成された領域とで、係数の値が異なっていてもよい。更に、電子顕微鏡１０の撮像条件毎に係数の値のセットを求めて、記憶部２０に記憶させてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態に係る検査装置の動作、すなわち、本実施形態に係る検査方法について説明する。
図６は、本実施形態に係る検査方法を示すフローチャート図である。
【００５２】
先ず、図２及び図６のステップＳ２１に示すように、検査対象物Ｓを測定装置１のロードポーター１１２にセットする。
【００５３】
次に、ステップＳ２２に示すように、測定装置１のコントローラ１８３に対して、検査レシピを入力する。検査レシピには、アライメント用の光学顕微鏡１１３によって測定された検査対象物Ｓの角度及び直交度を含むアライメントの座標情報、輝度の範囲及び検出部１５０の輝度ムラ等のキャリブレーション情報を含む検査条件決定パターン情報、検査領域、検査モード等が含まれる。
【００５４】
次に、ステップＳ２３に示すように、検査対象物ＳをＸＹステージ１２０上に搬送する。また、真空ポンプ１１１を作動させて減圧容器１１０内を減圧し、電子顕微鏡１０を作動させる。
【００５５】
次に、ステップＳ２４に示すように、ステージ制御部１８４がＸＹステージ１２０を駆動することにより、検査対象物ＳをステップＳ２２で入力したアライメント座標に搬送し、光学顕微鏡１１３により、Ｘ方向及びＹ方向について、アライメントを行う。なお、光学顕微鏡１１３によるアライメントがなされた後、電子像やその他の画像を用いて、より高精度なアライメントを行ってもよい。
【００５６】
次に、ステップＳ２５に示すように、検査条件決定パターン情報に基づいてステージ制御部１８４がＸＹステージ１２０を駆動し、検査対象物Ｓを電子顕微鏡１０による観察が可能な位置に移動させる。その後、電子線照射を行い、検出部１５０で得られた画像を基に、画像の明るさ調整、センサゲインの調整等のキャリブレーションを行う。
【００５７】
次に、ステップＳ２６に示すように、ステップＳ２２で設定された検査領域に基づき、ＸＹステージ１２０を駆動し、検査対象物Ｓを検査開始位置に移動させる。
【００５８】
次に、ステップＳ２７に示すように、ステージ制御部１８４がＸＹステージ１２０を動作させると共に、電子線源１３０から電子線を出射させ、電子光学系１４０を介して検査対象物Ｓに照射する。これにより、検査対象物Ｓの検査領域が電子線によってスキャンされる。そして、検査対象物Ｓから出射した電子を検出部１５０が検出し、電子像を取得する。このとき、電子像の画素サイズは、低解像画像ＩＭＬの画素サイズと同じにする。なお、同じ領域を繰り返しスキャンして、積算することにより、積算画像を生成してもよい。このようにして得られた画像を、一次画像ＩＭ１とする。検出部１５０は一次画像ＩＭ１を画像処理部１７０に対して出力する。
【００５９】
次に、ステップＳ２８に示すように、画像処理部１７０が記憶部１２０から画像処理プログラムを読み込み、この画像処理プログラムを実行することにより、一次画像ＩＭ１の画素間の画素値を補間して、二次画像ＩＭ２を作成する。二次画像ＩＭ２の画素サイズは一次画像ＩＭ１の画素サイズよりも小さくし、高解像画像ＩＭＨの画素サイズと同じとする。このプログラムには、図３に示す手順で求めた補間関数が組み込まれており、補間関数には、低解像画像ＩＭＬ及び高解像画像ＩＭＨから重回帰分析により決定された係数の値のセットが代入されている。なお、二次画像ＩＭ２を作成する際には、一次画像ＩＭ１の画素間の画素値だけでなく、一次画像に元々含まれる画素の画素値も、補間関数を用いて補正してもよい。これにより、全ての画素の画素値を近似曲線にフィッティングさせることができるため、より滑らかな二次画像を作成できる。
【００６０】
本実施形態において、記憶部１２０に記憶させた画像処理プログラムは、以下のように表現することができる。すなわち、画像処理プログラムは、コンピュータにより構成された画像処理部１７０に、検量用サンプルＤの低解像画像ＩＭＬ及びこの低解像画像ＩＭＬよりも画素サイズが小さい高解像画像ＩＭＨに基づいて作成された関数を用いて、検査対象物Ｓの一次画像ＩＭ１からこの一次画像ＩＭ１よりも画素サイズが小さい二次画像ＩＭ２を作成する手順を実行させるプログラムである。この関数は、低解像画像ＩＭＬの画素の画素値に基づいて、画素間の位置における画素値を補間して高解像画像ＩＭＨを生成する補間関数であり、低解像画像ＩＭ１の画素値及び高解像画像ＩＭＨの画素値に基づいて値が決定された係数を含む。
【００６１】
次に、ステップＳ２９に示すように、参照画像生成部１８１が参照画像を用意する。参照画像の画素サイズは、二次画像の画素サイズと同じである。検査モードが「Ｃｅｌｌ  ｔｏ  ｃｅｌｌ」モード又は「Ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ」モードである場合は、参照画像生成部１８１は、電子顕微鏡１０によって撮像され、記憶部２０に蓄積された検査対象物Ｓの画像を読み出し、これを参照画像として画像比較部１８２に対して出力する。一方、検査モードが「Ｄｉｅ  ｔｏ  ｄａｔａｂａｓｅ」である場合には、参照画像生成部１８１は記憶部２０に蓄積された検査対象物Ｓの設計データを読み出し、この設計データに基づいて疑似画像を作成し、これを参照画像として画像比較部１８２に対して出力する。
【００６２】
次に、ステップＳ３０に示すように、画像比較部１８２が二次画像ＩＭ２と参照画像の差画像を生成し、この差画像において、あらかじめ設定した閾値よりも大きな差信号を持つ領域がある場合には、この領域に欠陥があると判定する。また、ステージ制御部１８４から入力されたＸＹステージ１２０の情報により、この欠陥の座標を特定する。コントローラ１８３は、欠陥の座標及び画像を含む欠陥情報を一旦蓄積する。
【００６３】
次に、ステップＳ３１に示すように、検査領域の検査が終了した後、コントローラ１８３が記憶部２０に対して欠陥情報を転送し、記憶部２０がこの欠陥情報を記憶する。
【００６４】
次に、ステップＳ３２に示すように、ステージ制御部１８４がＸＹステージ１２０を制御して、検査対象物Ｓをアンロード位置まで搬送する。その後、検査対象物Ｓをポートローダー１１２まで搬送して、検査対象物Ｓを回収する。これにより、検査を終了する。
【００６５】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、検査対象物Ｓを撮像する際には、画素サイズが大きく解像度が低い一次画像を取得するため、検査の効率が高い。一次画像の取得後、補間関数を用いて、画素サイズがより小さい二次画像を作成する。そして、二次画像を参照画像と比較して、欠陥の有無を判定する。このため、一次画像は粗くても、二次画像はより精細になるため、欠陥信号と周囲のノイズとのＳＮ比が大きくなり、検査の感度が向上する。従って、本実施形態によれば、感度が高い検査を高いスループットで実施することができる。
【００６６】
また、本実施形態においては、検査対象物Ｓと同じ種類の検量用サンプルＤを用いて低解像画像及び高解像画像を取得し、これらの画像に基づいて補間関数の係数を決定しているため、補間関数の検査対象物Ｓに対する適合性が高い。このため、より精度が高い二次画像を作成することができ、より感度が高い検査が可能となる。この結果、検査対象物Ｓの歩留まり及び生産性が向上する。
【００６７】
特に、検査対象物Ｓ自体を検量用サンプルＤとして用いれば、補間関数の検査対象物Ｓに対する適合性をより向上させることができる。この場合は、電子顕微鏡１０内に検査対象物Ｓを装入したまま、補間関数を作成する工程及び検査対象物Ｓを検査する工程を続けて実施することができる。より具体的には、図６に示すステップＳ２６とステップＳ２７との間に、図３に示すステップＳ１２〜Ｓ１４を実施する。
【００６８】
また、多数の検査対象物Ｓを続けて検査する場合には、最初の１個又は複数個の検査対象物Ｓを検量用サンプルＤとして用い、これらの検査対象物Ｓについては補間関数の作成と検査の双方を実施し、残りの検査対象物Ｓについては、検査だけを行ってもよい。これにより、高精度な検査を効率よく実施することができる。
【００６９】
更に、本実施形態に係る画像処理プログラムを従来の検査装置に付随したコンピュータにインストールすることにより、従来の検査装置によっても本実施形態を実施することができる。これにより、従来の検査感度を維持しつつ、スループットを向上させることができる。若しくは、従来のスループットを維持しつつ、検査感度を向上させることができる。又は、解像度が高い画像を撮像できず、所定の基準を満たす検査ができなかった低スペックな検査装置に適用して、画像の解像度を向上させることができる。これにより、低スペックな検査装置によっても、上記所定の基準を満たす検査が可能となり、検査装置のコストを低減することができる。この結果、検査対象物Ｓの製造コストを低減できる。
【００７０】
なお、本実施形態においては、検査光源として点照射型の電子線源を用いる例を説明したが、これには限定されず、複数の点照射型又は面照射型の電子線源を用いてもよい。又は、単数若しくは複数の点照射型又は面照射型の可視光又は紫外線の光源を用いてもよい。
【００７１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態に係る検査装置のハードウェアの構成は、図１に示す検査装置１と同様である。但し、本実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、記憶部２０に記憶させるデータ及びプログラムが異なっている。
【００７２】
先ず、本実施形態における予備データの作成方法について説明する。
図７（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る検査方法を概略的に示す図である。
図８は、本実施形態における予備データの作成方法を示すフローチャート図である。
【００７３】
先ず、図８のステップＳ１１に示すように、前述の第１の実施形態と同様な方法により、関数の原型を設定する。
次に、図８のステップＳ１２及び図２に示すように、電子顕微鏡１０により検量用サンプルＤを撮像して、高解像画像ＩＭＨを取得する。
【００７４】
次に、図８のステップＳ５１及び図７（ａ）に示すように、高解像画像ＩＭＨを同じ画素数の複数の部分ｉｍＨ＿１〜ｉｍＨ＿ｎ（ｎは２以上の整数）に分割し、各部分の画像を記憶部２０に記憶させる。
【００７５】
次に、図８のステップＳ１３に示すように、電子顕微鏡１０により検量用サンプルＤを撮像して、低解像画像ＩＭＬを取得する。高解像画像ＩＭＨ及び低解像画像ＩＭＬは、検量用サンプルＤの同じ部分を異なる倍率で撮像する。
【００７６】
次に、図８のステップＳ５２及び図７（ａ）に示すように、低解像画像ＩＭＬを同じ画素数の複数の部分ｉｍＬ＿１〜ｉｍＬ＿ｎに分割し、各部分の画像を記憶部２０に記憶させる。このとき、ステップＳ５１において記憶した高解像画像ＩＭＨの部分ｉｍＨ＿ｋ（ｋは１〜ｎの整数）と、ステップＳ５２において記憶した低解像画像ＩＭＬの部分ｉｍＬ＿ｋは、検量用サンプルＤの同じ微小部分の画像とし、両部分を組合せとして保存する。換言すれば、検量用サンプルＤの各微小部分に相当する高解像画像ＩＭＨの一部と低解像画像ＩＭＬの一部を、対として記憶する。以後の作成方法は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７７】
次に、本実施形態に係る検査方法について説明する。
図９は、本実施形態に係る検査方法を示すフローチャート図である。
なお、図９においては、「開始」とステップ「Ｓ２７」との間に、図６に示すステップＳ２１〜Ｓ２６が省略されている。また、ステップ「Ｓ３０」と「終了」との間に、図６に示すステップＳ３１〜Ｓ３２が省略されている。
先ず、前述の第１の実施形態と同様な方法により、図６のステップＳ２１〜Ｓ２７を実施して、一次画像ＩＭ１を取得する。
【００７８】
次に、図９のステップＳ６１及び図７（ｂ）に示すように、画像処理部１７０が、一次画像ＩＭ１を複数の部分ｉｍ１＿１〜ｉｍ１＿ｎに分割する。一次画像ＩＭ１の各部分ｉｍ１＿ｋの画素数は、低解像画像ＩＭＬの各部分ｉｍＬ＿ｋの画素数と同じとする。次に、画像処理部１７０が、一次画像ＩＭ１の各部分ｉｍ１＿ｋと、低解像画像ＩＭＬの全ての部分ｉｍＬ＿１〜ｉｍＬ＿ｎとの類似度をそれぞれ評価する。
【００７９】
類似度は、例えば、一次画像ＩＭ１の部分ｉｍ１＿ｋの画素値と低解像画像ＩＭＬの部分ｉｍＬ＿ｋの画素値との差の二乗の逆数の総和として定義する。すなわち、ある点における高解像画像の画素値をＰＨとし、低解像画像の画素値をＰＬとし、判定の閾値をβとしたとき、下記数式８を満たす部分は類似度が高いと判断し、満たさない部分は類似度が低いと判断する。
【００８０】
【数８】
0006391170.tif 000009
【００８１】
そして、一次画像の複数の部分ｉｍ１＿１〜ｉｍ１＿ｎのうち、低解像画像ＩＭＬのいずれかの部分ｉｍＬ＿ｋと類似度が高いと判定された部分ｉｍ１＿ｓについては、欠陥が存在しないと判定し、ステップＳ６２に示すように、対応する高画質画像の部分ｉｍＨ＿ｋで置き換える。
【００８２】
一方、一次画像の複数の部分ｉｍ１＿１〜ｉｍ１＿ｎのうち、類似度が高い低解像画像ＩＭＬの部分ｉｍＬ＿ｋが存在しない部分ｉｍ１＿ｔについては、欠陥が存在する可能性があると判定する。ステップＳ６３に示すように、この部分ｉｍ１＿ｔは、補間関数によって変換し、解像度を増加させる。この変換の方法は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００８３】
このようにして、ステップＳ６４に示すように、二次画像ＩＭ２が作成される。二次画像ＩＭ２の少なくとも一部分は、一次画像の一部が高解像画像の一部に置換された部分であり、残りの部分は一次画像が補間関数によって変換された部分である。
以後の工程は、前述の第１の実施形態と同様である。すなわち、ステップＳ２９に示すように参照画像を用意し、ステップＳ３０に示すように、二次画像と参照画像と比較して、欠陥の有無を判定する。
【００８４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、一次画像のうち、低解像画像との類似性が高い部分については高解像画像の一部で置換し、低解像画像との類似性が低い部分についてのみ、補間関数を用いた高解像度化処理を行っている。このため、一次画像の全体について高解像度化処理を行う場合と比較して、演算の総量を低減することができる。これにより、検査のスループットが更に向上する。
本実施形態における上記以外の構成、方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００８５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態は、前述の第２の実施形態と比較して、記憶部２０に多様なパターンについての低解像画像と高解像画像の対を記憶させておき、検査の際には関数を用いた変換を行わず、置換のみにより二次画像を作成する点が異なっている。
【００８６】
本実施形態に係る検査方法について説明する。
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る検査方法を概略的に示す図である。
図１１は、本実施形態に係る検査方法を示すフローチャート図である。
なお、図１１においても、図９と同様に、「開始」とステップ「Ｓ２７」との間に、図６に示すステップＳ２１〜Ｓ２６が省略されている。また、ステップ「Ｓ３０」と「終了」との間に、図６に示すステップＳ３１〜Ｓ３２が省略されている。
【００８７】
本実施形態においては、図１０（ａ）に示すように、検査に先立ち、様々なパターンの低解像画像の部分ｉｍＬ＿１〜ｉｍＬ＿ｎと、それらに対応する高解像画像の部分ｉｍＨ＿１〜ｉｍＨ＿ｎを記憶部２０に記憶させておく。低解像画像の部分ｉｍＬ＿ｋと高解像画像の部分ｉｍＨ＿ｋとは、検量用サンプルＤの同じ部分を撮像した画像であり、組み合わせて記憶させる。例えば、部分ｉｍＬ＿１及び部分ｉｍＨ＿１は、垂直方向に延びる配線を撮像したものであり、部分ｉｍＬ＿２及び部分ｉｍＨ＿２は、斜め方向に延びる配線を撮像したものであり、部分ｉｍＬ＿３及び部分ｉｍＨ＿３は、水平方向に延びる配線を撮像したものである。
【００８８】
先ず、前述の第１の実施形態と同様な方法により、図６のステップＳ２１〜Ｓ２７を実施して、一次画像ＩＭ１を取得する。
【００８９】
次に、図１１のステップＳ７１及び図１０（ｂ）に示すように、画像処理部１７０が、一次画像ＩＭ１を複数の部分ｉｍ１＿１〜ｉｍ１＿ｎに分割する。一次画像ＩＭ１の各部分ｉｍ１＿ｋの画素数は、低解像画像ＩＭＬの各部分ｉｍＬ＿ｋの画素数と同じとする。
【００９０】
次に、ステップＳ７２に示すように、画像処理部１７０が記憶部２０から、低解像画像の部分ｉｍＬ＿１〜ｉｍＬ＿ｎ、及び、高解像画像の部分ｉｍＨ＿１〜ｉｍＨ＿ｎを読み込む。
【００９１】
次に、ステップＳ７３に示すように、画像処理部１７０が、一次画像ＩＭ１の各部分ｉｍ１＿ｋと、低解像画像ＩＭＬの全ての部分ｉｍＬ＿１〜ｉｍＬ＿ｎとの類似度をそれぞれ評価し、一次画像ＩＭ１の各部分と類似度が高い低解像画像ＩＭＬの部分を探索する。類似度の評価は、前述の第２の実施形態と同様な方法で行う。
【００９２】
例えば、一次画像ＩＭ１のうち、垂直に延びる配線部分であって欠陥が無い部分を撮像した部分ｉｍ１＿ａは、低解像画像ＩＭＬにおける垂直配線を示す部分ｉｍＬ＿１と類似度が高い。また、一次画像ＩＭ１のうち、垂直に延びる配線間であって短絡欠陥がある部分を撮像した部分ｉｍ１＿ｂは、低解像画像ＩＭＬにおける斜め方向に延びる配線を示す部分ｉｍＬ＿２と類似度が高い。このようにして、一次画像ＩＭ１の全ての部分について、類似度が高い低解像画像ＩＭＬの部分を探索する。
【００９３】
次に、ステップＳ７４に示すように、一次画像の各部分を、その部分と類似度が高い低解像画像の部分に対応する高解像画像の部分で置換する。例えば、一次画像ＩＭ１の部分ｉｍ１＿ａは、低解像画像ＩＭＬの部分ｉｍＬ＿１と類似度が高いため、部分ｉｍＬ＿１に対応する高解像画像ＩＭＨの部分ｉｍＨ＿１に置換する。すなわち、部分ｉｍ１＿ａを部分ｉｍＨ＿１に置換する。また、一次画像ＩＭ１の部分ｉｍ１＿ｂは、低解像画像ＩＭＬの部分ｉｍＬ＿２と類似度が高いため、部分ｉｍＬ＿２に対応する高解像画像ＩＭＨの部分ｉｍＨ＿２に置換する。すなわち、部分ｉｍ１＿ｂを部分ｉｍＨ＿２に置換する。
【００９４】
このようにして、一次画像ＩＭ１の全ての部分を高解像部分ＩＭＨの部分に置換することにより、ステップＳ７５に示すように、二次画像ＩＭ２が作成される。
以後の工程は、前述の第１の実施形態と同様である。すなわち、ステップＳ２９に示すように参照画像を用意し、ステップＳ３０に示すように、二次画像と参照画像と比較して、欠陥の有無を判定する。
【００９５】
本実施形態において、画像処理部１７０が実行するプログラムは、以下のように表現できる。すなわち、本実施形態に係る画像処理プログラムは、コンピュータにより構成された画像処理部１７０に、
検査対象物Ｓの一次画像ＩＭ１を複数の部分に分割する手順（ステップＳ７１）と、
同じ検量用サンプルＤの低解像画像ＩＭＬの各部分及び低解像画像ＩＭＬよりも画素サイズが小さい高解像画像ＩＭＨの各部分を読み込む手順（ステップＳ７２）と、
検査対象物Ｓの一次画像ＩＭ１の各部分と類似度が高い低解像画像ＩＭＬの部分を探索する手順（ステップＳ７３）と、
一次画像ＩＭ１の各部分を、その部分と類似度が高い低解像画像ＩＭＬの部分ｉｍＬ＿ｋに対応する高解像画像ＩＭＨの部分ｉｍＨ＿ｋで置換する手順（ステップＳ７４）と、
を実行させるプログラムである。
【００９６】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、補間関数を作成することなく、画素サイズが大きい一次画像を画素サイズが小さい二次画像に置き換えることができる。従って、欠陥検査においては、顕微鏡により画素サイズが大きい一次画像を取得するためスループットが高く、画素サイズが小さい二次画像を用いて検査を行うため感度が高い。
本実施形態における上記以外の構成、方法及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。
【００９７】
以上説明した実施形態によれば、高い感度と高いスループットを両立させた検査装置、検査方法及び画像処理プログラムを実現することができる。
【００９８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１：検査装置、１０：電子顕微鏡、２０：記憶部、３０：制御部、１１０：減圧容器、１１１：真空ポンプ、１１２：ロードポーター、１１３：光学顕微鏡、１２０：ＸＹステージ、１３０：電子線源、１４０：電子線光学系、１４１：電子レンズ、１４２：アパーチャー、１４３：走査コイル、１４４：電子レンズ、１５０：検出部、１７０：画像処理部、１８１：参照画像生成部、１８２：画像比較部、１８３：コントローラ、１８４：ステージ制御部、Ｄ：検量用サンプル、ＩＭ１：一次画像、ＩＭ２：二次画像、ＩＭＨ：高解像画像、ＩＭＬ：低解像画像、Ｓ：検査対象物
【図１】
0006391170.tif 000010
【図２】
0006391170.tif 000011
【図３】
0006391170.tif 000012
【図４】
0006391170.tif 000013
【図５】
0006391170.tif 000014
【図６】
0006391170.tif 000015
【図７】
0006391170.tif 000016
【図８】
0006391170.tif 000017
【図９】
0006391170.tif 000018
【図１０】
0006391170.tif 000019
【図１１】
0006391170.tif 000020