(57)【要約】【課題】フォーカシング方向ｚにおいて様々な深度にある対象物平面について撮影した成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）の評価方法【解決手段】各成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）は多数の画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）から構成されている。各画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）毎に、またはこれら複数の画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）から成る画像領域毎に強度値が決定され、ｚ方向でそれぞれの位置が重なる画像点（Ａij、Ｂij、Ｃij、Ｄij、Ｅij）または画像領域の強度値が互いに関連づけられ、これらの画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域の特性パラメータが求められ、画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）のラスタに相当するラスタに組み込まれ、例えば対象物のトポグラフィに関する情報を取得および表示することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物のフォーカシング方向ｚでの様々な深度位置にある平面において顕微鏡撮影された成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）の評価のための方法であって、
各成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）がラスタ状に配置された多数の画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）から構成され、
各画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）につき、またはこれらの複数の画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）から成る画像領域につき１つの強度値が決定され、
それぞれｚ方向に位置の重なる画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域の強度値が予備設定された基準に従って互いに関連づけられ、
これらの画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域に対する特性パラメータが求められ、および
これらの画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域に関するパラメータが、成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）内の画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）のラスタに相当するラスタのエレメントに組み込まれる方法。
【請求項２】
位置の重なる画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域それぞれについて、まず強度極値が決定され、次にこの強度極値に対応するｚ方向のポジションを表わす大きさが決定され、その値が特性パラメータに組み込まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）が、生成されるフォーカシング方向ｚの各深度に対応して、強度推移近似曲線が形成され、その場合、位置の重なる画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域の強度値が基点として用いられ、これに基づき近似曲線の極値が決定され、次にこの極値に対応するｚ方向のポジションを表わす大きさが決定され、その値が特性パラメータに組み込まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
位置の重なる画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域の強度極値が、特性パラメータに組み込まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）によって表わされる対象物高さ領域内の近似曲線の極値が、特性パラメータに組み込まれ、その場合、近似曲線が位置の重なる画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域の強度値を基点として持っていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
近似曲線の関数公式が、較正法で求められることを特徴とする請求項３または５に記載の方法。
【請求項７】
ラスタ構造が、横列および縦列から構成されていることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項８】
成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）の撮影される平面間で測定したｚ方向の距離が、同じであることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項９】
強度値が単色光を対象にしたものであることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【請求項１０】
画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域の強度値が、ニポーディスク付き共焦点走査型顕微鏡またはレーザ走査型顕微鏡によって得られることを特徴とする前記請求項の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカシング方向ｚにおいて様々な深度にある対象物平面について撮影した成層画像の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型顕微鏡による検査の場合、検査対象物は所定の測定光条件下で点状に走査される。その場合、対象物の個々の点毎に測定光の強度が捕捉され、それぞれ同一値の強度が画像の対応画像点に組み込まれる。
【０００３】
通常、このようにして、殆どの場合、ｚ方向に相当するフォーカシング方向での異なった複数の平面から、対象物空間の画像または様々な対象物深度からの画像が生成される。次に、測定された強度値から検査対象物の特性情報を得ることができる。例えば、表面微細構造についての、または対象物の層構成についての情報を取得することができる。これは、なかでも半導体構成成分の検査、それも特にウェハの検査では重要である。
【０００４】
当分野で利用できる可視光の領域で、または近ＵＶ領域で操作される共焦点走査型顕微鏡は既に公知になっている。この場合、撮像は、例えばニポー・ディスクによって行われる。このような共焦点走査型顕微鏡のことはドイツ特許１９５ １１ ９３７に記述されている。
【０００５】
多色式共焦点走査型顕微鏡の場合では、成層画像の撮影には様々な波長の可視光帯域幅が利用される。その場合、様々な波長の光が様々な深度位置にある観察平面に結像する。この場合、様々な平面からの強度値が一計測過程で捕捉することができる。
【０００６】
しかしこれとは違って、単色式共焦点走査型顕微鏡またはレーザ走査型顕微鏡によって成層画像を撮影することも可能である。それらの場合では個々の平面に次々とフォーカシングされ、測定光の強度が個別に捕捉される。
【特許文献１】
ＵＳ  Ｈ１５３０  Ｈ
【特許文献２】
ＵＳ  ５７９８８３０Ａ
【特許文献３】
ＷＯ  ９６  ４１１３７Ａ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこの現状技術から出発して、走査型顕微鏡による検査で得られた成層画像の評価用として、対象物の特性についての精確な情報を効果的に取得することが可能な改良評価法を提供することを基本課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、以下の方法によって解決される。
各成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）が、ラスタ状に配置された多数の画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）から構成されていて、各画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）毎に、またはこれら複数の画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）から成る画像領域毎に、強度値が決定され、ｚ方向でそれぞれの位置が重なっている画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域の強度値が、設定基準に従って互いに関連づけられ、その場合これらの画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域の特徴的なパラメータが求められ、これらの画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）または画像領域についてのパラメータが、成層画像（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ）における画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）のラスタに相当するラスタのエレメントに組み込まれる方法によって解決される。
【０００９】
画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）とは、例えばＬＣディスプレーのピクセルまたはサブピクセルと理解することができる。したがって、画像領域はそのようなディスプレーの隣接する複数のピクセルまたはサブピクセルを包含することになる。換言すれば、画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）は、画像情報を表わすことのできる、または画像情報を検出することのできる最小の単位であるが、一方前記の画像領域は、その平面的な広がりが画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）よりも大きい。
【００１０】
その場合、画像領域はｚ方向で位置の重なる様々な平面において様々な大きさを取ることができる。すなわち、それは様々な平面において様々な数の画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）から構成することができる。画像領域の大きさは、例えば測定値決定時のデフォーカシングに依存する。
【００１１】
分かり易くするために、以下では単一画像点（Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij）だけを用いて本発明を説明する。
対象物の測定特性は、予め定めた基準に従って撮影された対象物の各点毎に、あるいは対象物点の近傍領域毎に求めることができる。例えば強度値から、対象物表面の幾何学構造または界面の幾何学構造についての情報を導き出すことができる。次に、そのような情報の意図的な濃縮化または選択によって成層画像のラスタ構造と同種の、例えば図式化されたデータフィールドを生成することができる。
【００１２】
本発明の有利な実施態様では、位置の重なる画像点について強度の極値が測定される。強度の極値に対応するｚ方向のポジションを表わす値が求められ、特性パラメータに組み込まれる。このように、ｚ方向ポジションの分かっている位置の重なる対象物点を基に、当該位置で最大の強度を持つ成層画像が決定される。
【００１３】
強度から界面層または表面層の存在が推定できるので、特性パラメータで構成される画像が生成される。この画像は検査対象物の表面トポグラフィまたは特定の反射特性を持つ界面層のトポグラフィを再現している。
【発明の効果】
【００１４】
好ましい例では、個々の画像平面にあって互いに位置の重なる画像点について、基点としてのこれら画像点の強度値を示す強度推移近似曲線が生成される。ある深度領域内での近似曲線の極値に対応する、ｚ方向のポジションを表わす値が求められ、特性パラメータに組み込まれる。この操作方法は、２隣接成層画像のｚポジション間に来ることもある、一対象物点における強度最高値の位置について、より精確な測定を可能にする。これにより、ｚ方向において非常に高い分解が実現される。
【００１５】
本発明のまた別な有利な実施態様では、位置の重なる画像点の強度値のうちの極値が、ｚポジションに依存することなく特性パラメータに組み込まれる。従って、個々の対象物点についての特性パラメータは、検査対象物の場所別反射特性に関する情報を表わしている。
【００１６】
好ましい例では、成層画像によって表わされる対象物高さ領域において、互いに位置の重なる基点としての画像点の強度値を示す近似曲線の極値が特性パラメータに組み込まれる。このようにして、個々の対象物点につき位置特定された最高強度が極めて精確に測定することができる。
【００１７】
近似曲線の作成に使用される数学的方法は一般に知られており、ここでは詳しく説明しない。ただし、全対象物点に対して同じ基準、すなわち同じ近似計算法に基づいて特性パラメータを求めることが重要である。
【００１８】
評価精度を非常に高くするには、近似曲線の関数公式を較正法で求めるのが有利であることが実証されている。その場合では特に、成層画像の生成に使用される光学系の機械特性も考慮される。基本にする較正曲線は実験で求めることも、あるいは理論的観点から計算で求めることもできる。
【００１９】
エレメントのラスタ構造は、できる限り精確で信頼度の高い結果を得るために、成層画像の画像点構造に適合させる。走査型顕微鏡による検査の場合、画像情報または強度値の生成には通例ＣＣＤカメラが使用される。それに対応して、個々の対象物点に対する特性パラメータが割り当てられるエレメントのラスタ構造は、横列および縦列から成っていれば非常に有利である。
【００２０】
本発明のまた別な有利な実施態様では、成層像が上下に等間隔の位置にある対象物平面で撮影される。このことは、個々の対象物平面にあって位置の重なる画像点を評価する場合に、特に近似曲線およびその最大値を決定する場合に、その計算労力が低く抑えられるという点で有利である。
【００２１】
また、互いに異なった距離の対象物平面からの成層画像を評価の基礎にすることも勿論可能である。これは、等間隔での成層画像の生成が困難であると判明している場合では特に有利になることがある。この場合では評価の際に距離についての追加情報を考慮に入れなければならない。例えば成層画像の生成に使用される光学系の場合、分解能は特に測定光の波長に依存する。成層画像が異なった波長の測定光によって生成されたのであれば、ｚ方向での分解能が異なってくる。
【００２２】
従って、本発明の有利な実施態様として、成層画像の強度値を単色光について求める場合がある。そうすることによって、ｚ方向にも、ｚ方向に垂直なｘｙ平面でも、検査対象空間全体に亘って均一な分解が達成される。この種の成層画像は、例えば単光色共焦点走査型顕微鏡またはレーザ走査型顕微鏡によって得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下では本発明を実施例に基づきより詳しく説明する。
図１には、それぞれの強度値を持つ多数の画像点を有する位置の重なる成層画像が図示されている。
共焦点走査型顕微鏡によって、検査対象空間のｚ方向に、それぞれ異なった対象物深度で複数の成層画像が生成される。これに使用される走査型顕微鏡としては、例えばＵＶ領域の測定光で操作する共焦点走査型顕微鏡がある。この場合では、測定光の波長領域が非常に狭いので、ｚ方向に個別成層画像を得るためには、フォーカスシリーズの一環として別々に複数回の撮影を行わなければならない。それらの成層画像は図１に示した通りで、Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅの符号が付けてある。成層画像の数は図１に描かれた数に限定されるわけでなく、基本的には自由に選択できる。
【００２４】
それぞれの成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅは、横列ｉと縦列ｊで構成される多数の画像点から成るラスタ構造を有している。図１には、距離ｄＡＢ〜ｄＤＥの合計に相当するｚ方向での深度全体に亘る対象物領域において、位置の重なる画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijが描かれている。
これらの画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijがそれぞれに、各成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅの生成時に走査型顕微鏡の受光器で測定された強度値が組み込まれている。この受光器としては通例ＣＣＤカメラのマトリックスが使用される。
【００２５】
ＵＶ領域で作動する前記共焦点走査型顕微鏡に代えて、単色測定光で作動する共焦点走査型顕微鏡も使用することができる。その場合では、ｚ方向の全成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅについて非常に均一な分解が達成される。そのほか、レーザ走査型顕微鏡で代用することもできる。
【００２６】
ｚ方向の異なった対象物平面にフォーカシングすることによって、成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅを順次撮影する場合では、いずれにおいても、それだけでなく、それぞれ隣接する成層画像間の距離ｄＡＢ,ｄＢＣ,ｄＣＤおよびｄＤＥも記録される。これに代わって、予備設定した参照点（図には描かれていない）から各個別成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅまでの、つまり対応の対象物平面までの距離を記録することもできる。
【００２７】
以上のほか、ｚ方向のフォーカシングが波長選択を通じて行われる、広帯幅の多色共焦点走査型顕微鏡によって、成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅを生成させることも考えられる。得られた画像が深度情報の組み込まれた色度値に分解される限り、これはまた、共焦点走査型顕微鏡を可視分光光線域で作動させることでも同様に可能である。
【００２８】
個別成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ中の画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijについて記録された強度値は、対象物の特性に関する情報取得のために、以下に詳しく説明するような様々な方法で評価することができる。
【００２９】
検査対象物のトポグラフィ表示のため、成層画像から「ベストフォーカス画像」が生成される。その場合、走査型顕微鏡の界面へのフォーカシングでは明瞭な強度ピークが現われるという効果が利用される。この現象は特に対象物表面では極めて明瞭に現われる。半透明物体の場合は、そのほかに、それほど目立たない副強度ピークも現われることがある。
【００３０】
「ベストフォーカス画像」の生成には、位置の重なる成層画像中の画像点、すなわち同インデックスの画像点を、それぞれ特性パラメータ使用のもとで予備設定基準に従って評価する。当実施例での基準は、成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅによって表わされる対象物深度領域において、強度推移の近似化または適合化に用いられる類型別に予備設定された近似曲線である。
【００３１】
その場合、個々の画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijで測定した強度値が近似曲線の基点になる。近似曲線のパラメータ化では、その上、成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ間のｚ方向における距離ｄＡＢ,ｄＢＣ,ｄＣＤおよびｄＤＥが考慮される。隣接成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ間のこの距離ｄＡＢ,ｄＢＣ,ｄＣＤ,ｄＤＥがすべて同じである限り、それは既に関数公式の中で考慮できるので、近似曲線は強度値だけをもとにしてパラメータ化することができる。
【００３２】
当近似曲線について、前記の対象物深度領域内で強度の極値を決定し、この極値に対応するｚ方向のポジションを求める。それにより、強度値とｚ値から一対の値が得られる。「ベストフォーカス画像」を生成するためには、このｚ値および成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ内の画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijのラスタと同種構造を持つラスタのエレメントを特性パラメータに組み込む。
【００３３】
このようにして、全インデックスについて、特性パラメータを決定して、データフィールドに集約することができる。このデータフィールドは、次に、合成された「ベストフォーカス画像」として、例えば視覚表示される。
【００３４】
画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijとのラスタ構造の類似性から、等級分類されたトポグラフィ情報を含む画像が得られることになる。表示された情報の根拠付けは、実際に測定された対象物点に依拠するので、色観察のなされる共焦点走査型顕微鏡とは異なり定量的等級分類が得られることになる。
【００３５】
上記の近似曲線は、個々の画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijおよび対応の対象物点における強度極値に関しても評価の対象になり、合成画像の形に集約することができる。この場合では、成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅによって表わされる対象物深度領域における近似曲線のそれぞれ強度最高値が特性パラメータに組み込まれる。その合成画像から、強度極値の等量線分布が得られ、それをまた評価の対象にすることができる。
【００３６】
反射特性の異なる異種素材から成る構造化表面の場合、当該素材および構造化平面はそれに対応して表わすことができる。そのようにして作られた合成画像の定量測定には、必要に応じ、例えば鏡など一定した反射性を持つ面を基準に予め較正を行っておく。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
上記作業過程を簡易化した変法では近似曲線の形成は省略される。「ベストフォーカス画像」形態でのトポグラフィ表示目的には、むしろ、位置の重なる画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijについて強度最高値を決定する際の測定対象である対応成層画像Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅのｚ値がそれぞれ直接、対象物点の特性パラメータに組み込まれる。
【００３８】
それに対して等強度面の表示には、位置の重なる画像点Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅijから得られた強度最高値が直接特性パラメータに組み込まれる。
同じ属性および反応性を持つ複数の層から成る成層系を上記方法で検査する場合、例えば深層構造における等量分布を表わすために、および成層系の構造化を分解するために、「ベストフォーカス画像」および等強度面の表示を併せて情報取得に利用することができる。
【００３９】
さらには、例えば参照曲線による調整の上、近似曲線または評価関数から、対象物の特性について追加情報を導き出すことができる。例えば、少なくとも半透明対象物の場合では、副極大値の決定を手掛かりに、対象物内での界面層の存在を推定することができる。測定対象物の構造が基本的に分かっている場合では、このようにして確認された強度偏差を基に欠陥箇所を推定することができる。
本発明に基づく方法は投射光操作方式によっても透過光操作方式によっても実行できる。
本発明は、例えば対象物のトポグラフィに関する情報を取得および表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】異なる強度値を持つ多数の画像点を有する位置の重なる成層画像を示す
【符号の説明】
【００４１】
Ａ,Ｂ,C,D,Ｅ        成層画像
ｉ                 画像点の横列
ｊ                 画像点の縦列
Ａij,Ｂij,Ｃij,Ｄij,Ｅij        画像点
ｄＡＢ,ｄＢＣ,ｄＣＤ,ｄＤＥ        隣接成層画像間の距離
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2004526963.tif 000007
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2004526963.tif 000013
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2004526963.tif 000018
2004526963.tif 000019
2004526963.tif 000020
2004526963.tif 000021
2004526963.tif 000022
【国際調査報告】
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2004526963.tif 000025
2004526963.tif 000026
2004526963.tif 000027
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