ＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法及びＳＥＭ装置
【課題】
撮像する度に発生する異なる歪を算出し、画像毎に異なる歪補正をすることによって、高感度での欠陥検出を可能とし、かつ、歪の無い検査画像を出力する。
【解決手段】
検査画像をビーム走査方向に長い小領域に分割し，領域毎に参照画像と位置合せを行い，検査画像と参照画像の歪状態を補正し、歪補正した検査画像と参照画像の差分を演算して欠陥を検出し、欠陥箇所の歪補正した検査画像と参照画像とをＧＵＩ上に表示するようにした。
撮像する度に発生する異なる歪を算出し、画像毎に異なる歪補正をすることによって、高感度での欠陥検出を可能とし、かつ、歪の無い検査画像を出力する。
【解決手段】
検査画像をビーム走査方向に長い小領域に分割し，領域毎に参照画像と位置合せを行い，検査画像と参照画像の歪状態を補正し、歪補正した検査画像と参照画像の差分を演算して欠陥を検出し、欠陥箇所の歪補正した検査画像と参照画像とをＧＵＩ上に表示するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハをＳＥＭを用いて撮像して取得した画像の処理方法及びＳＥＭ装置に関し、特にＳＥＭを用いて試料を検査又は観察又は計測するのに好適な方法及びＳＥＭ装置関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡を用いて半導体ウェハ上に形成した回路パターンを撮像し、この撮像して得た画像を処理して回路パターンの欠陥を検出する検査装置（以下、ＳＥＭ式の半導体ウェハ検査装置と記す）における撮像は，電子ビームを偏向させて半導体ウェハを走査し、ウェハから発生する２次電子、反射電子を検出器で取得して画像化する。ここで、偏向制御を行う回路のわずかな不安定さや機械的振動等によって、ウェハ上の電子ビームの走査位置が揺らぐ状態、いわゆる偏向ジッタが発生する。このため、画像化した際に偏向ジッタに起因する画像歪が発生する。検査を行うために検査画像と参照画像とを比較して欠陥を検出するが、検査画像と参照画像とでは歪状態が異なるため，検査・参照画像の比較の際に，歪の差異を虚報として検出する。虚報を抑えるため感度を下げることを余儀なくされ，実欠陥見逃しが発生する。ジッタ歪は、半導体のプロセスノードの微細化に伴い，取得する画像の画素寸法が縮小することによって顕在化する方向にある。これを解決するためには、電子ビームの偏向ジッタに起因する画像歪に対して，歪補正画像処理を行なうことにより，欠陥検出感度の向上が必要である。
【０００３】
ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡）で試料を撮像した画像の歪補正を行う従来の技術としては、特開平１１―１９４１５４号公報(特許文献１)に、第１の連続画像データと第２の連続画像データとを各々について画像上に生じる歪みを無視出来る程度の小さい領域単に分割して切り出し、この分割して切り出した画像の差画像を求め、この差画像から欠陥を抽出することについて記載されている。
【０００４】
また、特開２００８−１４７１４３号公報 (特許文献２)には、ＳＥＭを用いてパターンの寸法を計測する装置において、同じパターンを複数回走査して得た複数枚の画像を重ね合わせてノイズを低減した画像を得ることについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１―１９４１５４号公報
【特許文献２】特開２００８−１４７１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
偏向ジッタ歪は偏向制御を行う回路のわずかな不安定さや機械的振動等によって生じる。よって歪状態は撮像する度に異なる。上記特許文献１による方法では、予め既知の試料の画像を撮像角度を変えて複数回取得して歪を算出する。しかし，これは同じ角度で撮像する場合には同じ歪が発生することが前提となっている。偏向ジッタ歪は撮像する度に異なるため、予め歪を求めることはできない。
【０００７】
本発明の目的は、撮像する度に発生する異なる歪を算出し、画像毎に異なる歪補正をすることによって、高感度での欠陥検出を可能とするＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法及びＳＥＭ装置を提供することである。また、参照画像に歪の無い画像を用いた場合、参照画像に合わせて検査画像を補正することで歪の無い検査画像に画質を改善することを可能とするＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法及びＳＥＭ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面に本来同一形状となるパターンが複数形成された試料に電子ビームを照射して走査することにより前記試料を撮像し、該撮像して得た本来同一形状となるパターンの画像を複数枚重ねて処理するＳＥＭを用いて取得した画像を処理する方法において、前記重ね合わせる複数枚の画像をそれぞれ前記電子ビームの走査方向に長い複数の小領域に分割するための前記走査方向に直角な方向の分割サイズを入力画面上で設定し、該設定した分割サイズで前記複数枚の画像をそれぞれ複数の小領域に分割して各小領域ごとの前記複数枚の各画像間のずれを補正し、該各画像間のずれを補正した複数の小領域の画像を統合して前記複数枚の画像を再構成し、該再構成した複数の画像を重ね合わせて該重ね合わせた複数の画像を処理するようにした。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、本発明では、収束させた電子ビームを試料に照射して走査することにより試料から発生する二次電子を検出して試料の画像を取得する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、走査型電子顕微鏡で撮像して得た表面にパターンが形成された試料の画像を処理する画像処理手段と、走査型電子顕微鏡で試料を撮像する条件及び画像処理手段で画像を処理する条件を設定する条件設定手段と、走査型電子顕微鏡と画像処理手段と条件設定手段とを制御する制御手段とを備えたＳＥＭ装置において、条件設定手段は、走査型電子顕微鏡で撮像して得た試料の本来同一形状となるように形成されたパターンの複数枚の画像をそれぞれ電子ビームの走査方向に長い複数の小領域に分割するための走査方向に直角な方向の分割サイズを入力する入力画面を備え、制御手段は画像処理手段を制御して条件設定手段の入力画面から入力された小領域の分割サイズの情報に基づいて試料の本来同一形状となるように形成されたパターンの複数枚の画像をそれぞれ小領域に分割させ、分割させたそれぞれの小領域ごとの画像間のずれを補正させ、画像間のずれを補正させた小領域の画像を統合して複数枚の画像に再構成させ、再構成させた複数の画像を重ね合わせて処理をさせるように構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像する度に発生する異なる歪を算出し、画像毎に異なる歪補正をすることによって、高感度でＳＥＭ画像の処理、即ち、欠陥の検出、欠陥画像の特徴量抽出、パターン寸法の計測などを行えるようにした。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施例におけるＳＥＭ式の半導体ウェハ検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】偏向ジッタの概念の例を表すウェハ上を走査する電子ビームの斜視図である。
【図３】ウェハ上の電子ビームの走査範囲と取得した画像にジッタ歪が乗っている状態の概念を説明する図である。
【図４】検査画像と参照画像との間のジッタ歪の差異を概念的に説明する図である。
【図５Ａ】検査画像と参照画像との間のジッタ歪による画像ずれを補正するために、参照画像のジッタ歪を検査画像のジッタ歪に合わせる例を示す参照画像である。
【図５Ｂ】検査画像と参照画像との間のジッタ歪による画像ずれを補正するために、参照画像に対する検査画像のジッタ歪を補正する例を示す検査画像である。
【図５Ｃ】検査画像と参照画像との間のジッタ歪による画像ずれを補正するために、参照画像のジッタ歪に対する検査画像のジッタ歪を半分修正し、参照画像に対する検査画像のジッタ歪を半分修正する例を示す検査画像と参照画像である。
【図６Ａ】従来技術における検査画像と参照画像との間の差分画像を算出する例を示す図である。
【図６Ｂ】検査画像との間のジッタ歪にとる画像ずれを補正したジッタ補正参照画像を検査画像との間の差分画像を算出した例を示す図である。
【図７】マップ上で指定した領域の検査画像と参照画像及びそれらの画像の差画像とを表示したＧＵＩの一例を示す図である。
【図８】参照画像に対する検査画像のジッタ歪による画像のずれを補正してから参照画像との差画像を算出し画面上に表示する手順の処理の流れを説明する図である。
【図９】マップ上で指定した領域の検査画像と参照画像及びそれらの画像の差画像とが表示された画面上でジッタ補正パラメータの入力部が表示されたＧＵＩの一例を示す図である。
【図１０】対物レンズに収差が有る場合に格子状の対象物１００１を撮像して得られる周辺が縮小した画像１００２の例を示す図である。
【図１１】ＧＵＩ上で入力したパラメータに基づいてジッタ歪を補正した検査画像と参照画像及びそれらの差画像を確認のために表示した状態を示すＧＵＩの一例を示す図である。
【図１２】第１の実施例における、ウェハを撮像して得た画像に対して予め設定したジッタ歪補正パラメータを用いて画像歪補正をした検査画像と参照画像とを比較して欠陥を検出する処理の流れを示したフロー図である。
【図１３】第２の実施例におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１４】第３の実施例におけるＳＥＭを用いた形状計測装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１５】第３の実施例においてマップ上で指定した領域の検査画像と参照画像及びそれらの画像の差画像とが表示された画面上でジッタ補正パラメータの入力部が表示されたＧＵＩの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明による検査装置の構成の例を図１に示す。この検査装置は、操作型電子顕微鏡で半導体ウェハを撮像して得た画像を画像処理回路で処理して欠陥の判定を行うものである。
装置の主な構成は、電子線１０２を発生させる電子線源１０１、及び電子線源１０１からの電子線１０２をＸ方向に偏向させる偏向器１０３、及び電子線１０２を半導体ウェハ１０５に収束させる対物レンズ１０４、及び電子線１０２の偏向と同期して半導体ウェハ１０５をＹ方向に連続的に移動させるステージ１０６、及び半導体ウェハ１０５からの二次電子等１０７を検出する検出器１０８、及び検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル画像とするＡ／Ｄ変換器１０９、及び検出したデジタル画像を本来同一である事が期待できる場所のデジタル画像とを処理してジッタ歪を補正し両者を比較して差がある場所を欠陥候補と判定する複数のプロセッサとＦＰＧＡ等の電気回路で構成された画像処理回路１１０、及び電子線源１０１と偏向器１０２と対物レンズ１０４と検出器１０８とステージ１０６等の画像を形成することに関与する部分を制御する検出条件制御部１１１、及び画像処理回路を制御する画像処理制御部１１２、及び全体を制御する全体制御部１１３、および検査条件と検査画像とを記憶しておくデータ記憶部１１４と、歪補正パラメータを入力し検査画像をＧＵＩの画面１１５０上に表示するユーザインターフェース部１１５とを備えて構成される。必要に応じてデータのやり取りが行えるように接続されている。
【００１４】
上記した構成を備えたＳＥＭ式の半導体ウェハ検査装置を用いて試料である半導体ウェハ１０５を撮像する際は，電子線源１０１から発射された電子ビーム１０２を偏向器１０３でＸ方向に一定の周期で繰り返し偏向させ対物レンズで収束させて、ステージ１０６によりＹ方向に一定の速度で移動している半導体ウェハ１０５の表面に焦点を合わせて、ステージ１０６によるＹ方向への移動と同期させて走査する。このようにして電子ビーム１０２が照射され走査された半導体ウェハ１０５から発生した二次電子（反射電子も含む）子１０７を検出器１０８で検出しＡ/Ｄ変換器１０９でデジタル信号に変換して検査画像を得、画像処理回路１１０でこの検査画像を記憶しておいた参照画像と比較して差異を抽出する画像処理を行い、欠陥を検出する。
【００１５】
電子ビーム１０２を偏向器１０３でＸ方向に一定の周期で繰り返し偏向させＹ方向に一定の速度で移動している半導体ウェハ１０５の表面をＹ方向への移動と同期させて走査して照射させる場合、電子ビーム１０２は半導体ウェハ１０５の表面を一定の速度でかつ直線状に走査するのが理想だが、実際には偏向器１０３を制御する制御回路(図示せず)のわずかな不安定さやステージ１０６のピッチング、ヨーイングなどの移動量のばらつき、走査型電子顕微鏡本体の機械的振動などによって、現実には走査位置に揺らぎが生じる。この揺らぎは周期性がある。
【００１６】
図２に、この周期性がある揺らぎの原因の一つである偏向ジッタの概念を示す。
Ｙ方向に一定の速度で移動しているステージ１０６に載置された半導体ウェハ１０５の表面を電子ビーム２０１でＸ方向に走査する場合、電子ビーム２０１がある時点で半導体ウェハ１０５上の点（X1,Y1）に照射され、Ｘ方向に走査されて時間Δｔの後に理想的には点（X2,Y2）を照射する。電子ビーム２０１が照射された半導体ウェハ１０５ (図２では走査部のみ示す)からの発生電子２０３を図１に示した検出器１０８で検出して画像化する。しかし、実際には、偏向器１０３を制御する制御回路(図示せず)のわずかな不安定さステージ１０６のピッチング、ヨーイングなどの移動量のばらつき、走査型電子顕微鏡本体の機械的振動などの原因により時間Δｔの後の電子ビーム２０１の照射位置は（X2±ΔX,Y2±ΔY）の範囲でばらついてしまう。
【００１７】
電子ビーム走査から得られるジッタ画像の概念を図３に示す。
半導体ウェハ１０５を図ではＸ方向に電子ビーム１０２を走査してＹ方向にステージ１０６を連続移動させる際に、電子ビーム１０２のＸ方向の走査範囲をある走査幅３０１で帯型に区切って試料を撮像する。即ち、先ずＹ方向にステージ１０６を連続移動させながら電子ビーム１０２を走査幅３０１で走査して帯状の領域３０１１の帯状画像３０２１を取得し、次にステージ１０６をＸ方向に走査幅３０１の分だけ移動した後にステージ１０６をＹ方向で前回とは逆方向に連続的に移動させながら電子ビーム１０２を走査幅３０１で走査して帯状の領域３０１２の帯状画像３０２２を取得する。この操作をＸ方向に走査幅３０１ずつずらしながら順次行うことで半導体ウェハ１０５の全面の走査を行う。このようにして得た複数の帯状画像３０２１〜３０２ｎを得る。これらの帯状の画像には偏向ジッタによる歪が生じている。そこで、検査を行う際には、電子ビーム１０２を走査幅３０１で走査して取得した半導体ウェハ１０５の各帯状画像３０２ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を格子状に小さい区画、すなわち処理単位画像３０３ｉｊ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ）に分割して画像処理を行なう。
【００１８】
例えば、電子ビーム１０２の走査幅３０１に渡る領域を検出器１０８の２０４８画素でサンプリングするとし、１画素あたりのサンプリング周波数を１００ＭHzとすると、1ライン走査分の周波数は 100M(Hz)/2048≒50k(Hz) となる。一方、偏向ジッタは例えば４００Hz程度の周期を持っているとする。よって、1ライン走査分のジッタの位相差は 400(Hz)/50kHz＝0.008 となる。更に、処理単位画像を例えば128×128画素とすると各処理単位画像ごとの1ライン走査分のジッタの位相差は 0.008×128/2048＝0.0005 となり、各処理単位画像ごとの1ライン走査内（１２８画素）ではほとんど変わらない。一方、走査送り方向(Ｙ方向)の処理単位画像一個分のジッタの位相は１２８ライン分の走査が加算されることになるので 0.008×128≒1 となり、隣接する処理単位画像とのジッタの位相は1週期分変動する。
【００１９】
このように、偏向ジッタは、ビーム走査方向（Ｘ方向）では位相差が小さく、走査送り方向（Ｙ方向）では位相差が大きいことから、本発明では、検査画像と参照画像のそれぞれの１２８×１２８画素の処理単位画像を、Ｘ方向は１２８画素のままとして、Ｙ方向に細分化することにより複数の小領域画像に分割し、この分割したそれぞれの小領域画像ごとに偏向ジッタによる位相のずれを補正するようにした。
【００２０】
ジッタ歪補正手法の概念を図４に示す。半導体ウェハ１０５を撮像して得られた帯状画像３０２ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を格子状に小さく分割した処理単位画像３０３ｉｊ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ）に相当する検査画像４０１ｉｊ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ）を、Ｙ方向に細分化してビーム走査方向（Ｘ方向）に長い小領域４０２ｉｊｋ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ：ｋ＝１，２，３・・・ｌ）に分割する。この小領域４０２ｉｊｋの中ではジッタ位相はほぼ一定とみなせる。一方、参照画像４０３ｉｊについても同様に小領域４０４ｉｊｋ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ：ｋ＝１，２，３・・・ｌ）に分割する。このようにして分割した検査画像４０１の小領域４０２ｉｊｋと対応する参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋの位置ずれ量(δ)の算出を行う。
【００２１】
参照画像４０３ｉｊとは検査画像４０１ｉｊと本来同一である事が期待できる場所の画像である。例えば、ウェハ１０５上に形成された本来同一形状のパターンを有する複数ダイのうちの前記検出画像４０１ｉｊを取得したダイとは別のダイの同一箇所の画像でも良く(ダイ比較)、対象の半導体ウェハがメモリデバイスである場合にはメモリセルに周期性があるため検出画像を同じダイ内の1周期または複数周期ずらした位置の画像でも良い（セル比較）。また、特開２００６−２２０６４４号公報に記載の方法のように、検出画像の周期性を利用して加算平均をとりジッタ歪の無い状態の合成画像でも良い。更に、複数ダイの同一箇所の画像を加算平均したジッタ歪の無い状態の合成画像でも良い。
ここで位置ずれ量(δ)の算出には、例えば、検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋと対応する参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋ(以下、参照画像の小領域４０４ｉｊｋと記す)との整合度が最良となるように、例えば、小領域４０２ｉｊｋの位置をずらす。整合度をあらわす式としては例えば次式などが考えられる。
Ｅ＝ΣΣ|f-g| ・・・・(数１)
Ｅは検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋ中の点f(x,y)と、この点f(x,y)に対応する参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋ中の点g(x,y)との差の絶対値を小領域４０２ｉｊｋ内について合計したものである。Ｅが小さいほど整合度が良い。あるいはよく知られているfとgの相互相関式を用いても良く、その他の式でも良い。
（数１）のＥを用いた場合、例えば小領域f(x,y)のx方向のずらし量をmx、y方向のずらし量をmyとすると、整合度は次式であらわされる。
【００２２】
Ｅ(m)＝ΣΣ|f(x+mx,y+my))-g(x,y)| ・・・・(数２)
ここで求めたいのはＥ(m)が最小となるmx、myである。つまり、mx、myを少しずつずらしてそれぞれのＥ(m)を算出する。そしてＥ(m)が最小となるmx、myを求める。また、小領域の中の点f(x,y)のかわりに参照画像の小領域の中の点g(x,y)側をずらしても良い。なおずらし量mx、myの最大値はジッタ歪量を包含するように、ジッタ歪量が大きいほど大きくする必要がある。
【００２３】
このようにして検査画像４０１ｉｊの各小領域４０２ｉｊｋについて対応する参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋとのずれ量を補正したのち、ずれ量を補正後の各小領域４０２ｉｊｋを統合して検査画像４０１ｉｊを再合成することにより、参照画像４０３ｉｊに対して偏向ジッタによる画像歪が補正された検査画像４１１ｉｊを取得することができる。
【００２４】
図５Ａ乃至図５Ｃにジッタ歪補正の例を示す。ここで図５Ａは参照画像のジッタを検査画像のジッタに合わせる場合を示したもので、図４で説明した検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋを固定にして、小領域４０２ｉｊｋと参照画像の小領域４０４ｉｊｋとの整合度を表すＥ(m)が最小となるように参照画像の小領域４０４ｉｊｋをずらしてジッタ合わせ参照画像５０１ｉｊを合成した場合を示す。この場合には、検査画像４０１ｉｊのジッタ歪と同じジッタ歪がジッタ合わせ参照画像５０１ｉｊに生じる。
【００２５】
図５Ｂは検査画像のジッタを除去する場合を示したもので、図４で説明した参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋを固定にして、検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋと参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋとの整合度を表すＥ(m)が最小となるように検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋをずらしてジッタを除去した検査画像５０２ｉｊを合成した場合を示す。この場合には、参照画像４０３ｉｊのジッタ歪と同じジッタ歪が合成した検査画像５０２ｉｊに生じる。このとき、ジッタ歪の無い理想的な参照画像４０３ｉｊを用いた場合は、合成した検査画像５０２ｉｊもジッタ歪の無いジッタ除去検査画像５０２ｉｊとなる。ここで理想的な参照画像は、前述の、特開２００５−２７４１７２号公報に記載されている方法で合成しても良い。
また、図５Ｃに示すように、ジッタ歪量の一部、例えば半分だけ小領域４０２ｉｊｋをずらしてジッタ半除去検査画像５０３ｉｊｋを合成し、ジッタ歪量の残り、半分だけ参照画像４０３ｉｊｋをずらしてジッタ半合わせ参照画像５０４ｉｊｋを合成しても良い。
【００２６】
次に、上述のように歪補正した検査画像と参照画像の差分画像を演算する。図６Ａに従来技術における差分画像の算出の例を、また、図６Ｂに本実施例による差分画像算出の例を示す。検査画像６０１に対して従来、例えば特開２００２−７４３３５号公報に開示されている方法では、図６Ａに示したように参照画像６０２をそのまま用いて参照画像６０２との差分画像６０３を算出していた。これに対して本発明では図６Ｂに示すように、図５Ａで説明したようなジッタ補正参照画像６０４（図５Ａのジッタ合わせ参照画像５０１ｉｊに相当）を用いて差分画像６０５を算出する。ここで差分画像は例えば次式であらわされる。
Sub(x,y)＝|f(x,y)-g(x,y)| ・・・・(数３)
従来方法では検査画像と参照画像とのジッタ歪の差異が差分値となってあらわれるが、本発明では検査画像と参照画像とのジッタ歪の差分値を低減させてから差画像を求めているので、検査画像と参照画像とのジッタ歪の差異の影響が低減された差画像を得ることができる。
【００２７】
図６Ｂに示した例では、図５Ａで説明したような検査画像に合わせたジッタ補正を行った参照画像６０４を用いて差分画像６０５を算出する場合について説明したが、図５Ｂで説明したような参照画像に合わせたジッタ除去を行った検査画像を用いて差分画像を算出してもよいし、又は図５Ｃで説明したように検査画像と参照画像とをそれぞれジッタ補正した後に差分画像を算出してもよい。
【００２８】
欠陥の検出は例えば、算出した差分画像に対して、予め設定した欠陥判定しきい値thを適用し、次式が成立する画素を欠陥として検出する。
Sub(x,y)＞th ・・・・(数４)
欠陥を検出したらユーザが確認できるように、歪補正した欠陥箇所の検査画像と参照画像とをＧＵＩ上に表示する。ＧＵＩの例を図７に示す。本ＧＵＩは欠陥検出結果確認機能を有する。本画面７００はＧＵＩ１１５０上で検査ボタン７０１をユーザが選択すると表示される。欠陥マップ欄７０２の欠陥マップ７０３上に欠陥を表すドット７０４がプロットされる。ドット７０４のうちの一つをユーザが選択すると、欠陥画像欄７０５に該当する欠陥の検査画像７０６、参照画像７０７、差分画像７０８が表示される。これにより歪補正された画像をユーザが確認することができる。終了ボタン７０９を押すと、一連の動作を終了する。以上はＧＵＩ表示の一例であり他の表示形態でも良い。
【００２９】
以上をまとめて、ジッタ歪補正検査方法の手順の例を図８に示す。半導体ウェハ１０５を電子ビーム２０１で偏向ジッタ８００を伴った状態で走査して取得した検査画像４０１ｉｊと参照画像４０３ｉｊとをビーム操作方向に長い小領域４０２ｉｊｋと４０４ｉｊｋとに分割してそれぞれジッタ歪による両画像間の差異が無視できる程度にし，分割した小領域毎に検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋと参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋとの位置ずれ算出８０５を行い，検査画像４０１ｉｊの各小領域４０２ｉｊｋごとの参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋとの歪状態について歪補正８０６を行い、この参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋに対して位置ずれ量を補正した検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋの画像を再構成して補正検査画像４１１ｉｊを得る。次に、歪補正した補正検査画像と４１１ｉｊ参照画像４０２ｉｊとの差分８０７ｉｊを演算して欠陥検出８０８を行う。欠陥箇所のマップ表示８１０と欠陥の画像８１１と歪補正した補正検査画像４１１と参照画像４０３とのＧＵＩ表示８１４を行う。
【００３０】
ところで、図４に示したようなビーム走査方向に長い小領域４０２で位置ずれ算出８０５を行うためには、小領域４０２中に半導体のパターンを含むようにすることが望ましい。小領域４０２が細すぎると半導体パターンを含まない場合が出てくる。そこで、小領域４０２は走査送り方向にある程度以上のライン数を持つことが望ましい。例えば、対象の半導体がメモリデバイスである場合には、このメモリデバイスを撮像して得られる画像上で分割する小領域のステージ送り方向（Ｙ方向）の画素数、即ちビームスキャン回数は、メモリセルのピッチの画素数以上であることが望ましい。例えば走査送り方向（Ｙ方向）のセルピッチが４ラインなら、小領域４０２のライン数は４ライン以上であることが望ましい。また、小領域４０２の幅が太すぎると小領域４０２内でのジッタ歪を無視できなくなり、このような状態では分割した領域ごとにジッタ歪補正を行っても検査画像と参照画像との間のジッタ歪を補正することができない。
【００３１】
分割する小領域４０２の走査送り方向(Ｙ方向)のライン数はジッタ歪の周期の１／４程度以下が望ましい。前述の例では、ジッタ周期は約１２８ラインなので小領域４０２のライン数は３２ライン以下であることが望ましい。このように、検査対象のセルピッチ、ジッタ周期によって、小領域の適したライン数が異なるため、ユーザが設定できるようにＧＵＩ上にジッタ歪補正パラメータ設定欄を設けても良い。
【００３２】
ジッタ歪補正パラメータ設定欄を設けたＧＵＩの例を図９に示す。本ＧＵＩはジッタ歪補正パラメータ設定機能を有する。本画面９００はＧＵＩ１１５０上で設定ボタン９０１をユーザが選択すると表示される。ジッタ歪補正のパラメータ設定欄９０２に、小領域のライン数設定欄９０３を設けて、ユーザが小領域ライン数(画素)を設定する。ここで、セルピッチ画素数は予め設定されるセルピッチ寸法と画素寸法から次式で求められる。
セルピッチ画素数＝セルピッチ寸法/画素寸法 ・・・・(数５)
そのため設定した小領域ライン数が次式を満たすかを判定し、満たさない場合はユーザに注意を喚起するためアラーム９０４を表示しても良い。
小領域ライン数設定≧セルピッチ画素数 ・・・・・・・・・(数６)
また、偏向ジッタ周期設定欄９０５を設けて、ユーザが補正したい偏向ジッタ周期(画素)を設定しても良い。設定した小領域ライン数が次式を満たすかを判定し、満たさない場合はユーザに注意を喚起するためアラーム９０６を表示しても良い。ここで除数の値は上記したジッタ歪の周期の１／４程度以下に基づいて４にしたが、４に限定するものではなく他の値でも良い。
小領域ライン数設定≦偏向ジッタ周期/4 ・・・・・・・・・(数７)
また、ジッタ補正ＯＮＮ／ＯＦＦのラジオボタン９０７を設けて、ジッタ補正を行う場合はＯＮを選択し、ジッタ補正を行わない場合はＯＦＦを選択するようにしても良い。ユーザが保存ボタン９０８を選択すると現在表示されているジッタ歪補正パラメータが保存される。これによりジッタ歪補正のパラメータをユーザが設定することができる。
【００３３】
ところで、検査装置の対物レンズ１０４に収差があると収差による歪が発生する。例えば、図１０に示すような格子状の対象物１００１を撮像した場合に、周辺が縮小したような画像１００２が得られる場合がある。この場合、画像の周辺部のジッタ周期は中央部のジッタ周期より短くなる。このため、偏向ジッタ周期設定欄に設定した周期より短くなると(数7)式を満たしてもジッタ補正を正しく行えない可能性がある。そこで、図９において収差による画像縮小率設定欄９０９を設けて、ユーザが収差による画像縮小率を設定し、小領域ライン数が次式を満たすかを判定しても良い。
小領域ライン数設定≦偏向ジッタ周期×画像縮小率/４ ・・・・・・・・・(数８)
以上はＧＵＩ表示の一例であり他の表示形態でも良い。
【００３４】
また、ジッタ歪補正が正しく行われるかをユーザが確認するためのＧＵＩを設けても良い。ＧＵＩの例を図１１に示す。本ＧＵＩはジッタ歪補正確認機能を有する。ＧＵＩの画面１１５０上のジッタ歪補正タブ１１０１をユーザがクリックすると、本画面１１００が表示される。ウェハマップ１１０２にはウェハ上のチップレイアウトが表示される。ウェハマップ上でジッタ歪補正確認に使用する箇所１１０３をユーザがクリックして指定する。ジッタ歪補正確認箇所を指定した状態で図７の例と同様にユーザが検査ボタン７０１を選択すると、全体制御部１１３はステージ１０６と偏向器１０３及び対物レンズ１０７を制御して指定された箇所の画像を取得して画像処理部１１２でジッタ歪補正と欠陥検出処理を行なった結果の確認画像１１０４としてＧＵＩの画面１１５０上に表示される。
【００３５】
確認画像には図７の場合と同様に検査画像７０６、参照画像７０７、差分画像７０８が含まれている。ユーザは確認画像１１０４上に表示された検査画像７０６、参照画像７０７、差分画像７０８を見て、ジッタ歪補正が正しくない場合は図９の例と同様にジッタ歪補正のパラメータ設定欄９０２でジッタ歪補正パラメータ、すなわち、小領域のライン数設定欄９０３、偏向ジッタ周期設定欄９０５、収差による画像縮小率設定欄９０９を設定し直す。
このようにしてジッタ歪補正パラメータを設定し直した後に前述と同様にユーザが検査ボタン７０１を選択すると、全体制御部１１３は再度、ステージ１０６と偏向器１０３及び対物レンズ１０７を制御して指定された箇所の画像を取得して画像処理部１１２でジッタ歪補正と欠陥検出処理を行ない、その結果の各画像が確認画像１１０４に表示される。ユーザは確認画像１１０４を見て、ジッタ歪補正が正しければ、図９の例と同様に保存ボタン９０８をクリックしてジッタ歪補正のパラメータ設定欄９０２で設定し直されたジッタ歪補正パラメータを保存する。これによりジッタ歪補正の結果をユーザが確認、修正することができる。以上はＧＵＩ表示の一例であり他の表示形態でも良い。
以上をまとめて、ジッタ歪補正を行って欠陥を検査する方法の手順の例を図１２に示す。まず、ジッタ歪補正のパラメータ設定ステップ（Ｓ１２０１）において、図９に示したＧＵＩ画面１１５０のジッタ歪補正パラメータ設定画面９００上で小領域のライン数９０３、ジッタ周期９０５を入力し（Ｓ１２０２）、入力されたデータに基づいてライン数過小の評価９０４及びジッタ周期過小の評価９０６等の分割サイズの確認（Ｓ１２０３）を行う。次に、画像の歪補正状態を確認するステップ（Ｓ１２０４）において、図９のジッタ歪補正パラメータが設定されたＧＵＩ画面上で検査ボタン７０１をクリックすると全体制御部１１３はステージ１０６と偏向器１０３及び対物レンズ１０７を制御して指定された箇所の画像を取得し、画像処理部１１２で取得した検査画像７０６を図９のジッタ歪補正パラメータ設定のＧＵＩ画面上で設定された条件に基づいてビーム走査方向に長い小領域４０２に分割し（Ｓ１２０５），分割した小領域毎に参照画像の小領域との位置ずれ算出を行い，検査画像と参照画像の歪状態について歪補正を行う（Ｓ１２０６）。歪補正した補正検査画像と参照画像及びそれらの差画像を図１１に示したＧＵＩの画面１１００に表示し、画面上でジッタ歪補正の状態を確認し、ジッタ歪補正が正しければ、保存ボタン９０８をクリックしてジッタ歪補正のパラメータ設定欄９０２で設定し直されたジッタ歪補正パラメータを保存する（Ｓ１２０７）。
【００３６】
次に検査対象の半導体ウェハ１０５をステージ１０６に載置して（Ｓ１２０８）、図３で説明したようにステージ１０６を駆動してＹ方向に連続的に移動させながら電子ビーム１０２をＸ方向に走査幅３０１で走査させて、半導体ウェハ１０５の帯状画像３０２１，３０２２・・・３０２ｎを取得し（Ｓ１２０９）、画像処理回路１１０においてＳ１２０７で保存されたジッタ歪補正パラメータを用いて検査画像について参照画像とのジッタ歪を補正した歪補正検査画像を作成し（Ｓ１２１０）、この歪補正検査画像と参照画像とを比較して差分画像を算出し（Ｓ１２１１）、算出した差分画像を予め設定しておいた欠陥判定しきい値と比較して欠陥を検出する（Ｓ１２１２）。
【００３７】
本実施例に拠れば、ジッタによる画像歪を補正した画像同士を比較して欠陥を検出することができるので、従来のジッタ成分に埋もれてしまっていた微細な結果を検出することが可能になった。
【実施例２】
【００３８】
本発明をＳＥＭを用いた欠陥観察装置に適用した実施例を説明する。
図１３に、本実施例におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置(欠陥レビューＳＥＭ装置)の構成の例を示す。
【００３９】
欠陥観察装置は、電子線式顕微鏡１３００と、Ａ／Ｄ変換器１３１０、処理手段１３１１、ユーザインターフェース部１３１２、記憶装置１３１３、全体制御部１３１４を備えて構成される。
【００４０】
電子線式顕微鏡１３００は、筐体１３０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１３０２と、電子線１３０５を発射する電子線源１３０４、電子線源１３０４から発射された電子線１３０５を偏向させる偏向器１３０６、電子線１３０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１３０７、電子レンズ１３０７でフォーカス位置を調整された電子線１３０５が走査して照射された半導体ウェハ１３０３から発生する二次電子１３０８を偏向器１３０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１３０９を備えている。検出器１３０９で検出された二次電子は、電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１３１０によりデジタル画像信号に変換され、処理手段１３１１に入力されて画像処理される。
【００４１】
上記した構成を備えた欠陥観察装置において、予め他の検査装置で検出されて記憶装置１３１３に記憶された半導体ウェハ１３０３上の欠陥の位置情報に基づいて全体制御部１３１４はテーブル１３０２を駆動して半導体ウェハ１３０３上の欠陥が電子線式顕微鏡１３００の検出器１３０９による観察視野の中に入るように設定する。次に、全体制御部１３１４は電子線式顕微鏡１３００を制御してこの観察視野の内部で比較的低い倍率で欠陥を含む領域の検査画像と同じ倍率で欠陥を含まない参照画像を取得し、比較的低い倍率の検査画像と参照画像とを比較して欠陥の位置を抽出する。次にこの抽出した欠陥の位置を電子線式顕微鏡１３００の比較的高い倍率で撮像して高倍率の欠陥を含む画像を取得し、次に同じ高い倍率で本来欠陥を含む領域に形成されているパターンを同じ形状のパターンが形成されている欠陥を含まない領域を撮像して高倍率の参照画像を取得する。更に、取得した高倍率の欠陥を含む画像と高倍率の参照画像とを比較して欠陥を抽出する。最後に、この抽出した欠陥の画像上の特徴量を抽出して予め設定されたルールに基づいて欠陥を分類する。
【００４２】
ここで、高倍率の欠陥を含む画像と高倍率の参照画像とを比較して欠陥を抽出する工程において、従来のジッタ歪成分を除去する処理を行わない場合、ジッタ歪がある高倍率の欠陥を含む画像と参照画像とを比較して抽出される欠陥の画像には歪成分が乗った状態になり、より微細な欠陥について正確な画像を抽出することが難しくなり、その次の欠陥を分類する工程において欠陥を正しく分類できなくなってしまい、欠陥分類の正解率を低下させる原因の一つになっていた。
【００４３】
そこで、本実施例においては、高倍率の欠陥を含む画像と参照画像とを比較して欠陥を抽出する工程において、高倍率の欠陥を含む画像に対して図９で説明したようなジッタ補正を行って高倍率の欠陥を含む画像と参照画像とのジッタ歪の差を補正し、このジッタ歪の差を補正した高倍率の欠陥を含む画像と参照画像とを比較することにより、ジッタ成分を含まない高倍率の欠陥の画像を抽出できるようにした。
【００４４】
本実施例に拠れば、ジッタ成分を含まない高倍率の欠陥の画像を抽出できるので、欠陥の分類の正解率をより高くすることができるようになった。
【実施例３】
【００４５】
本発明をＳＥＭを用いた形状計測装置に適用した例を説明する。
図１４に、本実施例におけるＳＥＭを用いた形状計測装置の構成の例を示す。ＳＥＭを用いた形状計測装置は、電子線式顕微鏡１４００と、Ａ／Ｄ変換器１４１０、処理手段１４１１、ユーザインターフェース部１４１２、記憶装置１４１３、全体制御部１４１４を備えて構成される。
【００４６】
電子線式顕微鏡１４００は、筐体１４０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１４０２と、電子線１４０５を発射する電子線源１４０４、電子線源１４０４から発射された電子線１４０５を偏向させる偏向器１４０６、電子線１４０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１４０７、電子レンズ１４０７でフォーカス位置を調整された電子線１４０５が走査して照射された半導体ウェハ１４０３から発生する二次電子１４０８を偏向器１４０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１４０９を備えている。検出器１４０９で検出された二次電子は、電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１４１０によりデジタル画像信号に変換され、処理手段１４１１に入力されて画像処理され、所望の部分のパターンの寸法が計測されてユーザインターフェース部１４１２に計測されたデータが表示されるとともに、記憶装置１４１３に記憶される。
【００４７】
上記した構成において、全体制御部１４１４はテーブル１４０２を制御して、テーブル１４０２に載置された半導体ウェハ１４０３の所望のパターンが電子線式顕微鏡１４００の観察視野の内部に位置するように設定する。次にテーブル１４０２を固定した状態で全体制御部１４１４は電子線式顕微鏡１４００の偏向器１４０６を制御して電子線源１４０４から発射された電子線１４０５を半導体ウェハ１４０３の表面でＸ方向にスキャンさせてＹ方向に１スキャンライン分ずつ移動させるラスタスキャンを行い所望のパターンを含む領域の電子線画像を取得する。
【００４８】
この取得した電子線画像には、ジッタ歪を含むノイズ成分が含まれているために１枚の電子線画像から所望のパタンの正確な寸法情報を得ることは難しい。そこで通常は、例えば特開２００８−１４７１４３号公報に記載されているように同じ箇所を繰り返して撮像し、毎回得られた画像を重ね合わせる（フレーム加算）ことによりランダムに発生するノイズ成分を平均化させてパターン信号のＳ/Ｎを向上させ寸法の計測を行っている。しかし、より高い精度で寸法計測を行うためにはこの重ね合わせの回数を１０数回も行わなければならず、全体のスループットを低下させる原因となっている。
【００４９】
そこで、本実施例においては、図１５に示すように、初回に電子線１４０５をラスタスキャンして得られた電子線画像１５０６と２回目に電子線１４０５をラスタスキャンして得られた電子線画像１５０７とその差画像１５０８をＧＵＩ１１５０のジッタ歪補正画面１５００上に並べて表示し、この画面１５００上で初回に電子線１４０５をラスタスキャンして得られた電子線画像１５０６と２回目に電子線１４０５をラスタスキャンして得られた電子線画像１５０７とジッタ補正を行うようにした。
【００５０】
すなわち、ＧＵＩ１１５０の設定ボタン１５０１をクリックしてジッタ歪補正画面１５００を表示させ、ジッタ歪補正画面１５００上にウェハマップ１５０３を表示し、このウェハマップ１５０３上で計測対象のパターン１５０４を指定する。つぎに、全体制御部１４１４はテーブル１４０２を制御して、テーブル１４０２に載置された半導体ウェハ１４０３上の指定されたパターン１５０４が電子線式顕微鏡１４００の観察視野の内部に位置するように設定する。次にテーブル１４０２を固定した状態で全体制御部１４１４は電子線式顕微鏡１４００の偏向器１４０６を制御して電子線１４０５を半導体ウェハ１４０３の表面でラスタスキャンさせて指定されたパターン１５０４含む領域の１回目の電子線画像を取得する。全体制御部１４１４は偏向器１４０６を制御して電子線１４０５を再度ラスタスキャンさせて指定されたパターン１５０４含む領域の２回目の電子線画像を取得する。
【００５１】
次に１回目の電子線画像１５０６と２回目の電子線画像１５０７との差画像１５０８を算出し、１回目の電子線画像１５０６、２回目の電子線画像１５０７及び差画像１５０８を画面１５００上に表示する。
【００５２】
この３つの画像が表示された画面１５００上で、オペレータがジッタ歪補正のパラメータ設定欄１５１２でジッタ歪補正パラメータ、すなわち、小領域のライン数設定欄１５１３、偏向ジッタ周期設定欄１５１５、画像重ね合わせ枚数１５１７を設定する。このとき、設定された小領域のライン数１５１３、ジッタ周期１５１５のデータに基づいてライン数過小の評価１５１４及びジッタ周期過小の評価１５１６等の分割サイズの確認を行う。
【００５３】
次に検査ボタン１５０５をクリックすると、全体制御部１４１４で電子線式顕微鏡１４００を制御して指定されたパターン１５０４含む領域の１回目の電子線画像１５０６’、２回目の電子線画像１５０７’を取得し、２回目の電子線画像１５０７’に対して設定されたジッタ歪補正パラメータに基づいて補正した２回目の電子線画像１５０７’’(図示せず)と差画像１５０８’ (図示せず)を画面１５００上に表示する。なお、ジッタ歪補正のパラメータ設定前に取得した１回目の電子線画像１５０６と２回目の電子線画像１５０７とを全て記憶手段１４１３に記憶しておけば、検査ボタン１５０５をクリックしても再度電子線画像を取得する必要は無く、記憶手段に記憶しておいた１回目の電子線画像１５０６と２回目の電子線画像１５０７とに対してジッタ歪補正のパラメータ設定欄１５１２で設定した条件で小領域画像を作成しジッタ補正後に再構成して２回目の電子線画像１５０７’’’ (図示せず)と差画像１５０８’’ (図示せず)とを作成し画面上に表示することもできる。
【００５４】
このようにして設定されたジッタ歪補正のパラメータを用いて、電子線１４０５をラスタスキャンして毎回得られる電子線画像について、初回のラスタスキャンにより得られた所望のパターンの電子線画像を基準として２回目以降のラスタスキャンにより得られた所望のパターンの電子線画像について図１５で説明したようなジッタ歪補正のパラメータを用いてジッタ補正を行い、この初回に得られた電子線画像に対するジッタ歪の差を補正した２回目以降のジッタ歪補正画像を作成し、このジッタ歪の差を補正した電子線画像を初回に得られた電子線画像に指定された枚数分順次重ね合わせるようにした。これにより、ジッタ歪成分が除去された画像を重ね合わせることができ、従来に比べて約半分の画像の重ね合わせで従来と同程度のＳ/Ｎのパターンの画像を得ることができるようになり、スループットを大幅に向上させることが可能になった。
【００５５】
この従来に比べて約半分の画像の重ね合わせで得られた画像からパターンを抽出し、この抽出したパタンーンの予め設定された箇所または特徴的な箇所の寸法を計測することにより、ＳＥＭ画像からパターンの寸法情報を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
106・・・GUI画面 201・・・電子ビーム 202・・・半導体ウェハ 302・・・帯状画像 303・・・処理単位画像 401・・・検査画像 402・・・小領域 403・・・参照画像 501・・・ジッタ合わせ参照画像 502・・・ジッタ除去検査画像 503・・・ジッタ半除去検査画像504・・・ジッタ半合わせ参照画像 601・・・検査画像 602・・・参照画像 603・・・差分画像 604・・・ジッタ補正参照画像 605・・・差分画像 701・・・検査ボタン 702・・・欠陥マップ欄 703・・・欠陥マップ 704・・・ドット 705・・・欠陥画像欄 706・・・検査画像 707・・・参照画像 708・・・差分画像 801・・・設定ボタン 802・・・パラメータ設定欄 803・・・ライン数設定欄 805・・・偏向ジッタ周期設定欄 901・・・電子線源903・・・偏向器 904・・・対物レンズ 905・・・半導体ウェハ 906・・・ステージ 908・・・検出器 909・・・Ａ／Ｄ変換器 910・・・画像処理回路 911・・・検出条件制御部、912・・・画像処理制御部 913・・・全体制御部 914・・・データ記憶部 915・・・ユーザインターフェース部 1300,1400・・・走査型電子顕微鏡 1309,1409・・・検出器 1310，1410・・・A/D変換器 1311,1411・・・画像処理部 1312,1412・・・ユーザインターフェース部 1314,1414・・・全体制御部 1313,1413・・・記憶部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハをＳＥＭを用いて撮像して取得した画像の処理方法及びＳＥＭ装置に関し、特にＳＥＭを用いて試料を検査又は観察又は計測するのに好適な方法及びＳＥＭ装置関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡を用いて半導体ウェハ上に形成した回路パターンを撮像し、この撮像して得た画像を処理して回路パターンの欠陥を検出する検査装置（以下、ＳＥＭ式の半導体ウェハ検査装置と記す）における撮像は，電子ビームを偏向させて半導体ウェハを走査し、ウェハから発生する２次電子、反射電子を検出器で取得して画像化する。ここで、偏向制御を行う回路のわずかな不安定さや機械的振動等によって、ウェハ上の電子ビームの走査位置が揺らぐ状態、いわゆる偏向ジッタが発生する。このため、画像化した際に偏向ジッタに起因する画像歪が発生する。検査を行うために検査画像と参照画像とを比較して欠陥を検出するが、検査画像と参照画像とでは歪状態が異なるため，検査・参照画像の比較の際に，歪の差異を虚報として検出する。虚報を抑えるため感度を下げることを余儀なくされ，実欠陥見逃しが発生する。ジッタ歪は、半導体のプロセスノードの微細化に伴い，取得する画像の画素寸法が縮小することによって顕在化する方向にある。これを解決するためには、電子ビームの偏向ジッタに起因する画像歪に対して，歪補正画像処理を行なうことにより，欠陥検出感度の向上が必要である。
【０００３】
ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡）で試料を撮像した画像の歪補正を行う従来の技術としては、特開平１１―１９４１５４号公報(特許文献１)に、第１の連続画像データと第２の連続画像データとを各々について画像上に生じる歪みを無視出来る程度の小さい領域単に分割して切り出し、この分割して切り出した画像の差画像を求め、この差画像から欠陥を抽出することについて記載されている。
【０００４】
また、特開２００８−１４７１４３号公報 (特許文献２)には、ＳＥＭを用いてパターンの寸法を計測する装置において、同じパターンを複数回走査して得た複数枚の画像を重ね合わせてノイズを低減した画像を得ることについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１―１９４１５４号公報
【特許文献２】特開２００８−１４７１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
偏向ジッタ歪は偏向制御を行う回路のわずかな不安定さや機械的振動等によって生じる。よって歪状態は撮像する度に異なる。上記特許文献１による方法では、予め既知の試料の画像を撮像角度を変えて複数回取得して歪を算出する。しかし，これは同じ角度で撮像する場合には同じ歪が発生することが前提となっている。偏向ジッタ歪は撮像する度に異なるため、予め歪を求めることはできない。
【０００７】
本発明の目的は、撮像する度に発生する異なる歪を算出し、画像毎に異なる歪補正をすることによって、高感度での欠陥検出を可能とするＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法及びＳＥＭ装置を提供することである。また、参照画像に歪の無い画像を用いた場合、参照画像に合わせて検査画像を補正することで歪の無い検査画像に画質を改善することを可能とするＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法及びＳＥＭ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面に本来同一形状となるパターンが複数形成された試料に電子ビームを照射して走査することにより前記試料を撮像し、該撮像して得た本来同一形状となるパターンの画像を複数枚重ねて処理するＳＥＭを用いて取得した画像を処理する方法において、前記重ね合わせる複数枚の画像をそれぞれ前記電子ビームの走査方向に長い複数の小領域に分割するための前記走査方向に直角な方向の分割サイズを入力画面上で設定し、該設定した分割サイズで前記複数枚の画像をそれぞれ複数の小領域に分割して各小領域ごとの前記複数枚の各画像間のずれを補正し、該各画像間のずれを補正した複数の小領域の画像を統合して前記複数枚の画像を再構成し、該再構成した複数の画像を重ね合わせて該重ね合わせた複数の画像を処理するようにした。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、本発明では、収束させた電子ビームを試料に照射して走査することにより試料から発生する二次電子を検出して試料の画像を取得する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、走査型電子顕微鏡で撮像して得た表面にパターンが形成された試料の画像を処理する画像処理手段と、走査型電子顕微鏡で試料を撮像する条件及び画像処理手段で画像を処理する条件を設定する条件設定手段と、走査型電子顕微鏡と画像処理手段と条件設定手段とを制御する制御手段とを備えたＳＥＭ装置において、条件設定手段は、走査型電子顕微鏡で撮像して得た試料の本来同一形状となるように形成されたパターンの複数枚の画像をそれぞれ電子ビームの走査方向に長い複数の小領域に分割するための走査方向に直角な方向の分割サイズを入力する入力画面を備え、制御手段は画像処理手段を制御して条件設定手段の入力画面から入力された小領域の分割サイズの情報に基づいて試料の本来同一形状となるように形成されたパターンの複数枚の画像をそれぞれ小領域に分割させ、分割させたそれぞれの小領域ごとの画像間のずれを補正させ、画像間のずれを補正させた小領域の画像を統合して複数枚の画像に再構成させ、再構成させた複数の画像を重ね合わせて処理をさせるように構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像する度に発生する異なる歪を算出し、画像毎に異なる歪補正をすることによって、高感度でＳＥＭ画像の処理、即ち、欠陥の検出、欠陥画像の特徴量抽出、パターン寸法の計測などを行えるようにした。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施例におけるＳＥＭ式の半導体ウェハ検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】偏向ジッタの概念の例を表すウェハ上を走査する電子ビームの斜視図である。
【図３】ウェハ上の電子ビームの走査範囲と取得した画像にジッタ歪が乗っている状態の概念を説明する図である。
【図４】検査画像と参照画像との間のジッタ歪の差異を概念的に説明する図である。
【図５Ａ】検査画像と参照画像との間のジッタ歪による画像ずれを補正するために、参照画像のジッタ歪を検査画像のジッタ歪に合わせる例を示す参照画像である。
【図５Ｂ】検査画像と参照画像との間のジッタ歪による画像ずれを補正するために、参照画像に対する検査画像のジッタ歪を補正する例を示す検査画像である。
【図５Ｃ】検査画像と参照画像との間のジッタ歪による画像ずれを補正するために、参照画像のジッタ歪に対する検査画像のジッタ歪を半分修正し、参照画像に対する検査画像のジッタ歪を半分修正する例を示す検査画像と参照画像である。
【図６Ａ】従来技術における検査画像と参照画像との間の差分画像を算出する例を示す図である。
【図６Ｂ】検査画像との間のジッタ歪にとる画像ずれを補正したジッタ補正参照画像を検査画像との間の差分画像を算出した例を示す図である。
【図７】マップ上で指定した領域の検査画像と参照画像及びそれらの画像の差画像とを表示したＧＵＩの一例を示す図である。
【図８】参照画像に対する検査画像のジッタ歪による画像のずれを補正してから参照画像との差画像を算出し画面上に表示する手順の処理の流れを説明する図である。
【図９】マップ上で指定した領域の検査画像と参照画像及びそれらの画像の差画像とが表示された画面上でジッタ補正パラメータの入力部が表示されたＧＵＩの一例を示す図である。
【図１０】対物レンズに収差が有る場合に格子状の対象物１００１を撮像して得られる周辺が縮小した画像１００２の例を示す図である。
【図１１】ＧＵＩ上で入力したパラメータに基づいてジッタ歪を補正した検査画像と参照画像及びそれらの差画像を確認のために表示した状態を示すＧＵＩの一例を示す図である。
【図１２】第１の実施例における、ウェハを撮像して得た画像に対して予め設定したジッタ歪補正パラメータを用いて画像歪補正をした検査画像と参照画像とを比較して欠陥を検出する処理の流れを示したフロー図である。
【図１３】第２の実施例におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１４】第３の実施例におけるＳＥＭを用いた形状計測装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１５】第３の実施例においてマップ上で指定した領域の検査画像と参照画像及びそれらの画像の差画像とが表示された画面上でジッタ補正パラメータの入力部が表示されたＧＵＩの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明による検査装置の構成の例を図１に示す。この検査装置は、操作型電子顕微鏡で半導体ウェハを撮像して得た画像を画像処理回路で処理して欠陥の判定を行うものである。
装置の主な構成は、電子線１０２を発生させる電子線源１０１、及び電子線源１０１からの電子線１０２をＸ方向に偏向させる偏向器１０３、及び電子線１０２を半導体ウェハ１０５に収束させる対物レンズ１０４、及び電子線１０２の偏向と同期して半導体ウェハ１０５をＹ方向に連続的に移動させるステージ１０６、及び半導体ウェハ１０５からの二次電子等１０７を検出する検出器１０８、及び検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル画像とするＡ／Ｄ変換器１０９、及び検出したデジタル画像を本来同一である事が期待できる場所のデジタル画像とを処理してジッタ歪を補正し両者を比較して差がある場所を欠陥候補と判定する複数のプロセッサとＦＰＧＡ等の電気回路で構成された画像処理回路１１０、及び電子線源１０１と偏向器１０２と対物レンズ１０４と検出器１０８とステージ１０６等の画像を形成することに関与する部分を制御する検出条件制御部１１１、及び画像処理回路を制御する画像処理制御部１１２、及び全体を制御する全体制御部１１３、および検査条件と検査画像とを記憶しておくデータ記憶部１１４と、歪補正パラメータを入力し検査画像をＧＵＩの画面１１５０上に表示するユーザインターフェース部１１５とを備えて構成される。必要に応じてデータのやり取りが行えるように接続されている。
【００１４】
上記した構成を備えたＳＥＭ式の半導体ウェハ検査装置を用いて試料である半導体ウェハ１０５を撮像する際は，電子線源１０１から発射された電子ビーム１０２を偏向器１０３でＸ方向に一定の周期で繰り返し偏向させ対物レンズで収束させて、ステージ１０６によりＹ方向に一定の速度で移動している半導体ウェハ１０５の表面に焦点を合わせて、ステージ１０６によるＹ方向への移動と同期させて走査する。このようにして電子ビーム１０２が照射され走査された半導体ウェハ１０５から発生した二次電子（反射電子も含む）子１０７を検出器１０８で検出しＡ/Ｄ変換器１０９でデジタル信号に変換して検査画像を得、画像処理回路１１０でこの検査画像を記憶しておいた参照画像と比較して差異を抽出する画像処理を行い、欠陥を検出する。
【００１５】
電子ビーム１０２を偏向器１０３でＸ方向に一定の周期で繰り返し偏向させＹ方向に一定の速度で移動している半導体ウェハ１０５の表面をＹ方向への移動と同期させて走査して照射させる場合、電子ビーム１０２は半導体ウェハ１０５の表面を一定の速度でかつ直線状に走査するのが理想だが、実際には偏向器１０３を制御する制御回路(図示せず)のわずかな不安定さやステージ１０６のピッチング、ヨーイングなどの移動量のばらつき、走査型電子顕微鏡本体の機械的振動などによって、現実には走査位置に揺らぎが生じる。この揺らぎは周期性がある。
【００１６】
図２に、この周期性がある揺らぎの原因の一つである偏向ジッタの概念を示す。
Ｙ方向に一定の速度で移動しているステージ１０６に載置された半導体ウェハ１０５の表面を電子ビーム２０１でＸ方向に走査する場合、電子ビーム２０１がある時点で半導体ウェハ１０５上の点（X1,Y1）に照射され、Ｘ方向に走査されて時間Δｔの後に理想的には点（X2,Y2）を照射する。電子ビーム２０１が照射された半導体ウェハ１０５ (図２では走査部のみ示す)からの発生電子２０３を図１に示した検出器１０８で検出して画像化する。しかし、実際には、偏向器１０３を制御する制御回路(図示せず)のわずかな不安定さステージ１０６のピッチング、ヨーイングなどの移動量のばらつき、走査型電子顕微鏡本体の機械的振動などの原因により時間Δｔの後の電子ビーム２０１の照射位置は（X2±ΔX,Y2±ΔY）の範囲でばらついてしまう。
【００１７】
電子ビーム走査から得られるジッタ画像の概念を図３に示す。
半導体ウェハ１０５を図ではＸ方向に電子ビーム１０２を走査してＹ方向にステージ１０６を連続移動させる際に、電子ビーム１０２のＸ方向の走査範囲をある走査幅３０１で帯型に区切って試料を撮像する。即ち、先ずＹ方向にステージ１０６を連続移動させながら電子ビーム１０２を走査幅３０１で走査して帯状の領域３０１１の帯状画像３０２１を取得し、次にステージ１０６をＸ方向に走査幅３０１の分だけ移動した後にステージ１０６をＹ方向で前回とは逆方向に連続的に移動させながら電子ビーム１０２を走査幅３０１で走査して帯状の領域３０１２の帯状画像３０２２を取得する。この操作をＸ方向に走査幅３０１ずつずらしながら順次行うことで半導体ウェハ１０５の全面の走査を行う。このようにして得た複数の帯状画像３０２１〜３０２ｎを得る。これらの帯状の画像には偏向ジッタによる歪が生じている。そこで、検査を行う際には、電子ビーム１０２を走査幅３０１で走査して取得した半導体ウェハ１０５の各帯状画像３０２ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を格子状に小さい区画、すなわち処理単位画像３０３ｉｊ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ）に分割して画像処理を行なう。
【００１８】
例えば、電子ビーム１０２の走査幅３０１に渡る領域を検出器１０８の２０４８画素でサンプリングするとし、１画素あたりのサンプリング周波数を１００ＭHzとすると、1ライン走査分の周波数は 100M(Hz)/2048≒50k(Hz) となる。一方、偏向ジッタは例えば４００Hz程度の周期を持っているとする。よって、1ライン走査分のジッタの位相差は 400(Hz)/50kHz＝0.008 となる。更に、処理単位画像を例えば128×128画素とすると各処理単位画像ごとの1ライン走査分のジッタの位相差は 0.008×128/2048＝0.0005 となり、各処理単位画像ごとの1ライン走査内（１２８画素）ではほとんど変わらない。一方、走査送り方向(Ｙ方向)の処理単位画像一個分のジッタの位相は１２８ライン分の走査が加算されることになるので 0.008×128≒1 となり、隣接する処理単位画像とのジッタの位相は1週期分変動する。
【００１９】
このように、偏向ジッタは、ビーム走査方向（Ｘ方向）では位相差が小さく、走査送り方向（Ｙ方向）では位相差が大きいことから、本発明では、検査画像と参照画像のそれぞれの１２８×１２８画素の処理単位画像を、Ｘ方向は１２８画素のままとして、Ｙ方向に細分化することにより複数の小領域画像に分割し、この分割したそれぞれの小領域画像ごとに偏向ジッタによる位相のずれを補正するようにした。
【００２０】
ジッタ歪補正手法の概念を図４に示す。半導体ウェハ１０５を撮像して得られた帯状画像３０２ｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）を格子状に小さく分割した処理単位画像３０３ｉｊ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ）に相当する検査画像４０１ｉｊ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ）を、Ｙ方向に細分化してビーム走査方向（Ｘ方向）に長い小領域４０２ｉｊｋ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ：ｋ＝１，２，３・・・ｌ）に分割する。この小領域４０２ｉｊｋの中ではジッタ位相はほぼ一定とみなせる。一方、参照画像４０３ｉｊについても同様に小領域４０４ｉｊｋ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ：ｊ＝１，２，３・・・ｍ：ｋ＝１，２，３・・・ｌ）に分割する。このようにして分割した検査画像４０１の小領域４０２ｉｊｋと対応する参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋの位置ずれ量(δ)の算出を行う。
【００２１】
参照画像４０３ｉｊとは検査画像４０１ｉｊと本来同一である事が期待できる場所の画像である。例えば、ウェハ１０５上に形成された本来同一形状のパターンを有する複数ダイのうちの前記検出画像４０１ｉｊを取得したダイとは別のダイの同一箇所の画像でも良く(ダイ比較)、対象の半導体ウェハがメモリデバイスである場合にはメモリセルに周期性があるため検出画像を同じダイ内の1周期または複数周期ずらした位置の画像でも良い（セル比較）。また、特開２００６−２２０６４４号公報に記載の方法のように、検出画像の周期性を利用して加算平均をとりジッタ歪の無い状態の合成画像でも良い。更に、複数ダイの同一箇所の画像を加算平均したジッタ歪の無い状態の合成画像でも良い。
ここで位置ずれ量(δ)の算出には、例えば、検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋと対応する参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋ(以下、参照画像の小領域４０４ｉｊｋと記す)との整合度が最良となるように、例えば、小領域４０２ｉｊｋの位置をずらす。整合度をあらわす式としては例えば次式などが考えられる。
Ｅ＝ΣΣ|f-g| ・・・・(数１)
Ｅは検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋ中の点f(x,y)と、この点f(x,y)に対応する参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋ中の点g(x,y)との差の絶対値を小領域４０２ｉｊｋ内について合計したものである。Ｅが小さいほど整合度が良い。あるいはよく知られているfとgの相互相関式を用いても良く、その他の式でも良い。
（数１）のＥを用いた場合、例えば小領域f(x,y)のx方向のずらし量をmx、y方向のずらし量をmyとすると、整合度は次式であらわされる。
【００２２】
Ｅ(m)＝ΣΣ|f(x+mx,y+my))-g(x,y)| ・・・・(数２)
ここで求めたいのはＥ(m)が最小となるmx、myである。つまり、mx、myを少しずつずらしてそれぞれのＥ(m)を算出する。そしてＥ(m)が最小となるmx、myを求める。また、小領域の中の点f(x,y)のかわりに参照画像の小領域の中の点g(x,y)側をずらしても良い。なおずらし量mx、myの最大値はジッタ歪量を包含するように、ジッタ歪量が大きいほど大きくする必要がある。
【００２３】
このようにして検査画像４０１ｉｊの各小領域４０２ｉｊｋについて対応する参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋとのずれ量を補正したのち、ずれ量を補正後の各小領域４０２ｉｊｋを統合して検査画像４０１ｉｊを再合成することにより、参照画像４０３ｉｊに対して偏向ジッタによる画像歪が補正された検査画像４１１ｉｊを取得することができる。
【００２４】
図５Ａ乃至図５Ｃにジッタ歪補正の例を示す。ここで図５Ａは参照画像のジッタを検査画像のジッタに合わせる場合を示したもので、図４で説明した検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋを固定にして、小領域４０２ｉｊｋと参照画像の小領域４０４ｉｊｋとの整合度を表すＥ(m)が最小となるように参照画像の小領域４０４ｉｊｋをずらしてジッタ合わせ参照画像５０１ｉｊを合成した場合を示す。この場合には、検査画像４０１ｉｊのジッタ歪と同じジッタ歪がジッタ合わせ参照画像５０１ｉｊに生じる。
【００２５】
図５Ｂは検査画像のジッタを除去する場合を示したもので、図４で説明した参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋを固定にして、検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋと参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋとの整合度を表すＥ(m)が最小となるように検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋをずらしてジッタを除去した検査画像５０２ｉｊを合成した場合を示す。この場合には、参照画像４０３ｉｊのジッタ歪と同じジッタ歪が合成した検査画像５０２ｉｊに生じる。このとき、ジッタ歪の無い理想的な参照画像４０３ｉｊを用いた場合は、合成した検査画像５０２ｉｊもジッタ歪の無いジッタ除去検査画像５０２ｉｊとなる。ここで理想的な参照画像は、前述の、特開２００５−２７４１７２号公報に記載されている方法で合成しても良い。
また、図５Ｃに示すように、ジッタ歪量の一部、例えば半分だけ小領域４０２ｉｊｋをずらしてジッタ半除去検査画像５０３ｉｊｋを合成し、ジッタ歪量の残り、半分だけ参照画像４０３ｉｊｋをずらしてジッタ半合わせ参照画像５０４ｉｊｋを合成しても良い。
【００２６】
次に、上述のように歪補正した検査画像と参照画像の差分画像を演算する。図６Ａに従来技術における差分画像の算出の例を、また、図６Ｂに本実施例による差分画像算出の例を示す。検査画像６０１に対して従来、例えば特開２００２−７４３３５号公報に開示されている方法では、図６Ａに示したように参照画像６０２をそのまま用いて参照画像６０２との差分画像６０３を算出していた。これに対して本発明では図６Ｂに示すように、図５Ａで説明したようなジッタ補正参照画像６０４（図５Ａのジッタ合わせ参照画像５０１ｉｊに相当）を用いて差分画像６０５を算出する。ここで差分画像は例えば次式であらわされる。
Sub(x,y)＝|f(x,y)-g(x,y)| ・・・・(数３)
従来方法では検査画像と参照画像とのジッタ歪の差異が差分値となってあらわれるが、本発明では検査画像と参照画像とのジッタ歪の差分値を低減させてから差画像を求めているので、検査画像と参照画像とのジッタ歪の差異の影響が低減された差画像を得ることができる。
【００２７】
図６Ｂに示した例では、図５Ａで説明したような検査画像に合わせたジッタ補正を行った参照画像６０４を用いて差分画像６０５を算出する場合について説明したが、図５Ｂで説明したような参照画像に合わせたジッタ除去を行った検査画像を用いて差分画像を算出してもよいし、又は図５Ｃで説明したように検査画像と参照画像とをそれぞれジッタ補正した後に差分画像を算出してもよい。
【００２８】
欠陥の検出は例えば、算出した差分画像に対して、予め設定した欠陥判定しきい値thを適用し、次式が成立する画素を欠陥として検出する。
Sub(x,y)＞th ・・・・(数４)
欠陥を検出したらユーザが確認できるように、歪補正した欠陥箇所の検査画像と参照画像とをＧＵＩ上に表示する。ＧＵＩの例を図７に示す。本ＧＵＩは欠陥検出結果確認機能を有する。本画面７００はＧＵＩ１１５０上で検査ボタン７０１をユーザが選択すると表示される。欠陥マップ欄７０２の欠陥マップ７０３上に欠陥を表すドット７０４がプロットされる。ドット７０４のうちの一つをユーザが選択すると、欠陥画像欄７０５に該当する欠陥の検査画像７０６、参照画像７０７、差分画像７０８が表示される。これにより歪補正された画像をユーザが確認することができる。終了ボタン７０９を押すと、一連の動作を終了する。以上はＧＵＩ表示の一例であり他の表示形態でも良い。
【００２９】
以上をまとめて、ジッタ歪補正検査方法の手順の例を図８に示す。半導体ウェハ１０５を電子ビーム２０１で偏向ジッタ８００を伴った状態で走査して取得した検査画像４０１ｉｊと参照画像４０３ｉｊとをビーム操作方向に長い小領域４０２ｉｊｋと４０４ｉｊｋとに分割してそれぞれジッタ歪による両画像間の差異が無視できる程度にし，分割した小領域毎に検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋと参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋとの位置ずれ算出８０５を行い，検査画像４０１ｉｊの各小領域４０２ｉｊｋごとの参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋとの歪状態について歪補正８０６を行い、この参照画像４０３ｉｊの小領域４０４ｉｊｋに対して位置ずれ量を補正した検査画像４０１ｉｊの小領域４０２ｉｊｋの画像を再構成して補正検査画像４１１ｉｊを得る。次に、歪補正した補正検査画像と４１１ｉｊ参照画像４０２ｉｊとの差分８０７ｉｊを演算して欠陥検出８０８を行う。欠陥箇所のマップ表示８１０と欠陥の画像８１１と歪補正した補正検査画像４１１と参照画像４０３とのＧＵＩ表示８１４を行う。
【００３０】
ところで、図４に示したようなビーム走査方向に長い小領域４０２で位置ずれ算出８０５を行うためには、小領域４０２中に半導体のパターンを含むようにすることが望ましい。小領域４０２が細すぎると半導体パターンを含まない場合が出てくる。そこで、小領域４０２は走査送り方向にある程度以上のライン数を持つことが望ましい。例えば、対象の半導体がメモリデバイスである場合には、このメモリデバイスを撮像して得られる画像上で分割する小領域のステージ送り方向（Ｙ方向）の画素数、即ちビームスキャン回数は、メモリセルのピッチの画素数以上であることが望ましい。例えば走査送り方向（Ｙ方向）のセルピッチが４ラインなら、小領域４０２のライン数は４ライン以上であることが望ましい。また、小領域４０２の幅が太すぎると小領域４０２内でのジッタ歪を無視できなくなり、このような状態では分割した領域ごとにジッタ歪補正を行っても検査画像と参照画像との間のジッタ歪を補正することができない。
【００３１】
分割する小領域４０２の走査送り方向(Ｙ方向)のライン数はジッタ歪の周期の１／４程度以下が望ましい。前述の例では、ジッタ周期は約１２８ラインなので小領域４０２のライン数は３２ライン以下であることが望ましい。このように、検査対象のセルピッチ、ジッタ周期によって、小領域の適したライン数が異なるため、ユーザが設定できるようにＧＵＩ上にジッタ歪補正パラメータ設定欄を設けても良い。
【００３２】
ジッタ歪補正パラメータ設定欄を設けたＧＵＩの例を図９に示す。本ＧＵＩはジッタ歪補正パラメータ設定機能を有する。本画面９００はＧＵＩ１１５０上で設定ボタン９０１をユーザが選択すると表示される。ジッタ歪補正のパラメータ設定欄９０２に、小領域のライン数設定欄９０３を設けて、ユーザが小領域ライン数(画素)を設定する。ここで、セルピッチ画素数は予め設定されるセルピッチ寸法と画素寸法から次式で求められる。
セルピッチ画素数＝セルピッチ寸法/画素寸法 ・・・・(数５)
そのため設定した小領域ライン数が次式を満たすかを判定し、満たさない場合はユーザに注意を喚起するためアラーム９０４を表示しても良い。
小領域ライン数設定≧セルピッチ画素数 ・・・・・・・・・(数６)
また、偏向ジッタ周期設定欄９０５を設けて、ユーザが補正したい偏向ジッタ周期(画素)を設定しても良い。設定した小領域ライン数が次式を満たすかを判定し、満たさない場合はユーザに注意を喚起するためアラーム９０６を表示しても良い。ここで除数の値は上記したジッタ歪の周期の１／４程度以下に基づいて４にしたが、４に限定するものではなく他の値でも良い。
小領域ライン数設定≦偏向ジッタ周期/4 ・・・・・・・・・(数７)
また、ジッタ補正ＯＮＮ／ＯＦＦのラジオボタン９０７を設けて、ジッタ補正を行う場合はＯＮを選択し、ジッタ補正を行わない場合はＯＦＦを選択するようにしても良い。ユーザが保存ボタン９０８を選択すると現在表示されているジッタ歪補正パラメータが保存される。これによりジッタ歪補正のパラメータをユーザが設定することができる。
【００３３】
ところで、検査装置の対物レンズ１０４に収差があると収差による歪が発生する。例えば、図１０に示すような格子状の対象物１００１を撮像した場合に、周辺が縮小したような画像１００２が得られる場合がある。この場合、画像の周辺部のジッタ周期は中央部のジッタ周期より短くなる。このため、偏向ジッタ周期設定欄に設定した周期より短くなると(数7)式を満たしてもジッタ補正を正しく行えない可能性がある。そこで、図９において収差による画像縮小率設定欄９０９を設けて、ユーザが収差による画像縮小率を設定し、小領域ライン数が次式を満たすかを判定しても良い。
小領域ライン数設定≦偏向ジッタ周期×画像縮小率/４ ・・・・・・・・・(数８)
以上はＧＵＩ表示の一例であり他の表示形態でも良い。
【００３４】
また、ジッタ歪補正が正しく行われるかをユーザが確認するためのＧＵＩを設けても良い。ＧＵＩの例を図１１に示す。本ＧＵＩはジッタ歪補正確認機能を有する。ＧＵＩの画面１１５０上のジッタ歪補正タブ１１０１をユーザがクリックすると、本画面１１００が表示される。ウェハマップ１１０２にはウェハ上のチップレイアウトが表示される。ウェハマップ上でジッタ歪補正確認に使用する箇所１１０３をユーザがクリックして指定する。ジッタ歪補正確認箇所を指定した状態で図７の例と同様にユーザが検査ボタン７０１を選択すると、全体制御部１１３はステージ１０６と偏向器１０３及び対物レンズ１０７を制御して指定された箇所の画像を取得して画像処理部１１２でジッタ歪補正と欠陥検出処理を行なった結果の確認画像１１０４としてＧＵＩの画面１１５０上に表示される。
【００３５】
確認画像には図７の場合と同様に検査画像７０６、参照画像７０７、差分画像７０８が含まれている。ユーザは確認画像１１０４上に表示された検査画像７０６、参照画像７０７、差分画像７０８を見て、ジッタ歪補正が正しくない場合は図９の例と同様にジッタ歪補正のパラメータ設定欄９０２でジッタ歪補正パラメータ、すなわち、小領域のライン数設定欄９０３、偏向ジッタ周期設定欄９０５、収差による画像縮小率設定欄９０９を設定し直す。
このようにしてジッタ歪補正パラメータを設定し直した後に前述と同様にユーザが検査ボタン７０１を選択すると、全体制御部１１３は再度、ステージ１０６と偏向器１０３及び対物レンズ１０７を制御して指定された箇所の画像を取得して画像処理部１１２でジッタ歪補正と欠陥検出処理を行ない、その結果の各画像が確認画像１１０４に表示される。ユーザは確認画像１１０４を見て、ジッタ歪補正が正しければ、図９の例と同様に保存ボタン９０８をクリックしてジッタ歪補正のパラメータ設定欄９０２で設定し直されたジッタ歪補正パラメータを保存する。これによりジッタ歪補正の結果をユーザが確認、修正することができる。以上はＧＵＩ表示の一例であり他の表示形態でも良い。
以上をまとめて、ジッタ歪補正を行って欠陥を検査する方法の手順の例を図１２に示す。まず、ジッタ歪補正のパラメータ設定ステップ（Ｓ１２０１）において、図９に示したＧＵＩ画面１１５０のジッタ歪補正パラメータ設定画面９００上で小領域のライン数９０３、ジッタ周期９０５を入力し（Ｓ１２０２）、入力されたデータに基づいてライン数過小の評価９０４及びジッタ周期過小の評価９０６等の分割サイズの確認（Ｓ１２０３）を行う。次に、画像の歪補正状態を確認するステップ（Ｓ１２０４）において、図９のジッタ歪補正パラメータが設定されたＧＵＩ画面上で検査ボタン７０１をクリックすると全体制御部１１３はステージ１０６と偏向器１０３及び対物レンズ１０７を制御して指定された箇所の画像を取得し、画像処理部１１２で取得した検査画像７０６を図９のジッタ歪補正パラメータ設定のＧＵＩ画面上で設定された条件に基づいてビーム走査方向に長い小領域４０２に分割し（Ｓ１２０５），分割した小領域毎に参照画像の小領域との位置ずれ算出を行い，検査画像と参照画像の歪状態について歪補正を行う（Ｓ１２０６）。歪補正した補正検査画像と参照画像及びそれらの差画像を図１１に示したＧＵＩの画面１１００に表示し、画面上でジッタ歪補正の状態を確認し、ジッタ歪補正が正しければ、保存ボタン９０８をクリックしてジッタ歪補正のパラメータ設定欄９０２で設定し直されたジッタ歪補正パラメータを保存する（Ｓ１２０７）。
【００３６】
次に検査対象の半導体ウェハ１０５をステージ１０６に載置して（Ｓ１２０８）、図３で説明したようにステージ１０６を駆動してＹ方向に連続的に移動させながら電子ビーム１０２をＸ方向に走査幅３０１で走査させて、半導体ウェハ１０５の帯状画像３０２１，３０２２・・・３０２ｎを取得し（Ｓ１２０９）、画像処理回路１１０においてＳ１２０７で保存されたジッタ歪補正パラメータを用いて検査画像について参照画像とのジッタ歪を補正した歪補正検査画像を作成し（Ｓ１２１０）、この歪補正検査画像と参照画像とを比較して差分画像を算出し（Ｓ１２１１）、算出した差分画像を予め設定しておいた欠陥判定しきい値と比較して欠陥を検出する（Ｓ１２１２）。
【００３７】
本実施例に拠れば、ジッタによる画像歪を補正した画像同士を比較して欠陥を検出することができるので、従来のジッタ成分に埋もれてしまっていた微細な結果を検出することが可能になった。
【実施例２】
【００３８】
本発明をＳＥＭを用いた欠陥観察装置に適用した実施例を説明する。
図１３に、本実施例におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置(欠陥レビューＳＥＭ装置)の構成の例を示す。
【００３９】
欠陥観察装置は、電子線式顕微鏡１３００と、Ａ／Ｄ変換器１３１０、処理手段１３１１、ユーザインターフェース部１３１２、記憶装置１３１３、全体制御部１３１４を備えて構成される。
【００４０】
電子線式顕微鏡１３００は、筐体１３０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１３０２と、電子線１３０５を発射する電子線源１３０４、電子線源１３０４から発射された電子線１３０５を偏向させる偏向器１３０６、電子線１３０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１３０７、電子レンズ１３０７でフォーカス位置を調整された電子線１３０５が走査して照射された半導体ウェハ１３０３から発生する二次電子１３０８を偏向器１３０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１３０９を備えている。検出器１３０９で検出された二次電子は、電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１３１０によりデジタル画像信号に変換され、処理手段１３１１に入力されて画像処理される。
【００４１】
上記した構成を備えた欠陥観察装置において、予め他の検査装置で検出されて記憶装置１３１３に記憶された半導体ウェハ１３０３上の欠陥の位置情報に基づいて全体制御部１３１４はテーブル１３０２を駆動して半導体ウェハ１３０３上の欠陥が電子線式顕微鏡１３００の検出器１３０９による観察視野の中に入るように設定する。次に、全体制御部１３１４は電子線式顕微鏡１３００を制御してこの観察視野の内部で比較的低い倍率で欠陥を含む領域の検査画像と同じ倍率で欠陥を含まない参照画像を取得し、比較的低い倍率の検査画像と参照画像とを比較して欠陥の位置を抽出する。次にこの抽出した欠陥の位置を電子線式顕微鏡１３００の比較的高い倍率で撮像して高倍率の欠陥を含む画像を取得し、次に同じ高い倍率で本来欠陥を含む領域に形成されているパターンを同じ形状のパターンが形成されている欠陥を含まない領域を撮像して高倍率の参照画像を取得する。更に、取得した高倍率の欠陥を含む画像と高倍率の参照画像とを比較して欠陥を抽出する。最後に、この抽出した欠陥の画像上の特徴量を抽出して予め設定されたルールに基づいて欠陥を分類する。
【００４２】
ここで、高倍率の欠陥を含む画像と高倍率の参照画像とを比較して欠陥を抽出する工程において、従来のジッタ歪成分を除去する処理を行わない場合、ジッタ歪がある高倍率の欠陥を含む画像と参照画像とを比較して抽出される欠陥の画像には歪成分が乗った状態になり、より微細な欠陥について正確な画像を抽出することが難しくなり、その次の欠陥を分類する工程において欠陥を正しく分類できなくなってしまい、欠陥分類の正解率を低下させる原因の一つになっていた。
【００４３】
そこで、本実施例においては、高倍率の欠陥を含む画像と参照画像とを比較して欠陥を抽出する工程において、高倍率の欠陥を含む画像に対して図９で説明したようなジッタ補正を行って高倍率の欠陥を含む画像と参照画像とのジッタ歪の差を補正し、このジッタ歪の差を補正した高倍率の欠陥を含む画像と参照画像とを比較することにより、ジッタ成分を含まない高倍率の欠陥の画像を抽出できるようにした。
【００４４】
本実施例に拠れば、ジッタ成分を含まない高倍率の欠陥の画像を抽出できるので、欠陥の分類の正解率をより高くすることができるようになった。
【実施例３】
【００４５】
本発明をＳＥＭを用いた形状計測装置に適用した例を説明する。
図１４に、本実施例におけるＳＥＭを用いた形状計測装置の構成の例を示す。ＳＥＭを用いた形状計測装置は、電子線式顕微鏡１４００と、Ａ／Ｄ変換器１４１０、処理手段１４１１、ユーザインターフェース部１４１２、記憶装置１４１３、全体制御部１４１４を備えて構成される。
【００４６】
電子線式顕微鏡１４００は、筐体１４０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１４０２と、電子線１４０５を発射する電子線源１４０４、電子線源１４０４から発射された電子線１４０５を偏向させる偏向器１４０６、電子線１４０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１４０７、電子レンズ１４０７でフォーカス位置を調整された電子線１４０５が走査して照射された半導体ウェハ１４０３から発生する二次電子１４０８を偏向器１４０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１４０９を備えている。検出器１４０９で検出された二次電子は、電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１４１０によりデジタル画像信号に変換され、処理手段１４１１に入力されて画像処理され、所望の部分のパターンの寸法が計測されてユーザインターフェース部１４１２に計測されたデータが表示されるとともに、記憶装置１４１３に記憶される。
【００４７】
上記した構成において、全体制御部１４１４はテーブル１４０２を制御して、テーブル１４０２に載置された半導体ウェハ１４０３の所望のパターンが電子線式顕微鏡１４００の観察視野の内部に位置するように設定する。次にテーブル１４０２を固定した状態で全体制御部１４１４は電子線式顕微鏡１４００の偏向器１４０６を制御して電子線源１４０４から発射された電子線１４０５を半導体ウェハ１４０３の表面でＸ方向にスキャンさせてＹ方向に１スキャンライン分ずつ移動させるラスタスキャンを行い所望のパターンを含む領域の電子線画像を取得する。
【００４８】
この取得した電子線画像には、ジッタ歪を含むノイズ成分が含まれているために１枚の電子線画像から所望のパタンの正確な寸法情報を得ることは難しい。そこで通常は、例えば特開２００８−１４７１４３号公報に記載されているように同じ箇所を繰り返して撮像し、毎回得られた画像を重ね合わせる（フレーム加算）ことによりランダムに発生するノイズ成分を平均化させてパターン信号のＳ/Ｎを向上させ寸法の計測を行っている。しかし、より高い精度で寸法計測を行うためにはこの重ね合わせの回数を１０数回も行わなければならず、全体のスループットを低下させる原因となっている。
【００４９】
そこで、本実施例においては、図１５に示すように、初回に電子線１４０５をラスタスキャンして得られた電子線画像１５０６と２回目に電子線１４０５をラスタスキャンして得られた電子線画像１５０７とその差画像１５０８をＧＵＩ１１５０のジッタ歪補正画面１５００上に並べて表示し、この画面１５００上で初回に電子線１４０５をラスタスキャンして得られた電子線画像１５０６と２回目に電子線１４０５をラスタスキャンして得られた電子線画像１５０７とジッタ補正を行うようにした。
【００５０】
すなわち、ＧＵＩ１１５０の設定ボタン１５０１をクリックしてジッタ歪補正画面１５００を表示させ、ジッタ歪補正画面１５００上にウェハマップ１５０３を表示し、このウェハマップ１５０３上で計測対象のパターン１５０４を指定する。つぎに、全体制御部１４１４はテーブル１４０２を制御して、テーブル１４０２に載置された半導体ウェハ１４０３上の指定されたパターン１５０４が電子線式顕微鏡１４００の観察視野の内部に位置するように設定する。次にテーブル１４０２を固定した状態で全体制御部１４１４は電子線式顕微鏡１４００の偏向器１４０６を制御して電子線１４０５を半導体ウェハ１４０３の表面でラスタスキャンさせて指定されたパターン１５０４含む領域の１回目の電子線画像を取得する。全体制御部１４１４は偏向器１４０６を制御して電子線１４０５を再度ラスタスキャンさせて指定されたパターン１５０４含む領域の２回目の電子線画像を取得する。
【００５１】
次に１回目の電子線画像１５０６と２回目の電子線画像１５０７との差画像１５０８を算出し、１回目の電子線画像１５０６、２回目の電子線画像１５０７及び差画像１５０８を画面１５００上に表示する。
【００５２】
この３つの画像が表示された画面１５００上で、オペレータがジッタ歪補正のパラメータ設定欄１５１２でジッタ歪補正パラメータ、すなわち、小領域のライン数設定欄１５１３、偏向ジッタ周期設定欄１５１５、画像重ね合わせ枚数１５１７を設定する。このとき、設定された小領域のライン数１５１３、ジッタ周期１５１５のデータに基づいてライン数過小の評価１５１４及びジッタ周期過小の評価１５１６等の分割サイズの確認を行う。
【００５３】
次に検査ボタン１５０５をクリックすると、全体制御部１４１４で電子線式顕微鏡１４００を制御して指定されたパターン１５０４含む領域の１回目の電子線画像１５０６’、２回目の電子線画像１５０７’を取得し、２回目の電子線画像１５０７’に対して設定されたジッタ歪補正パラメータに基づいて補正した２回目の電子線画像１５０７’’(図示せず)と差画像１５０８’ (図示せず)を画面１５００上に表示する。なお、ジッタ歪補正のパラメータ設定前に取得した１回目の電子線画像１５０６と２回目の電子線画像１５０７とを全て記憶手段１４１３に記憶しておけば、検査ボタン１５０５をクリックしても再度電子線画像を取得する必要は無く、記憶手段に記憶しておいた１回目の電子線画像１５０６と２回目の電子線画像１５０７とに対してジッタ歪補正のパラメータ設定欄１５１２で設定した条件で小領域画像を作成しジッタ補正後に再構成して２回目の電子線画像１５０７’’’ (図示せず)と差画像１５０８’’ (図示せず)とを作成し画面上に表示することもできる。
【００５４】
このようにして設定されたジッタ歪補正のパラメータを用いて、電子線１４０５をラスタスキャンして毎回得られる電子線画像について、初回のラスタスキャンにより得られた所望のパターンの電子線画像を基準として２回目以降のラスタスキャンにより得られた所望のパターンの電子線画像について図１５で説明したようなジッタ歪補正のパラメータを用いてジッタ補正を行い、この初回に得られた電子線画像に対するジッタ歪の差を補正した２回目以降のジッタ歪補正画像を作成し、このジッタ歪の差を補正した電子線画像を初回に得られた電子線画像に指定された枚数分順次重ね合わせるようにした。これにより、ジッタ歪成分が除去された画像を重ね合わせることができ、従来に比べて約半分の画像の重ね合わせで従来と同程度のＳ/Ｎのパターンの画像を得ることができるようになり、スループットを大幅に向上させることが可能になった。
【００５５】
この従来に比べて約半分の画像の重ね合わせで得られた画像からパターンを抽出し、この抽出したパタンーンの予め設定された箇所または特徴的な箇所の寸法を計測することにより、ＳＥＭ画像からパターンの寸法情報を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
106・・・GUI画面 201・・・電子ビーム 202・・・半導体ウェハ 302・・・帯状画像 303・・・処理単位画像 401・・・検査画像 402・・・小領域 403・・・参照画像 501・・・ジッタ合わせ参照画像 502・・・ジッタ除去検査画像 503・・・ジッタ半除去検査画像504・・・ジッタ半合わせ参照画像 601・・・検査画像 602・・・参照画像 603・・・差分画像 604・・・ジッタ補正参照画像 605・・・差分画像 701・・・検査ボタン 702・・・欠陥マップ欄 703・・・欠陥マップ 704・・・ドット 705・・・欠陥画像欄 706・・・検査画像 707・・・参照画像 708・・・差分画像 801・・・設定ボタン 802・・・パラメータ設定欄 803・・・ライン数設定欄 805・・・偏向ジッタ周期設定欄 901・・・電子線源903・・・偏向器 904・・・対物レンズ 905・・・半導体ウェハ 906・・・ステージ 908・・・検出器 909・・・Ａ／Ｄ変換器 910・・・画像処理回路 911・・・検出条件制御部、912・・・画像処理制御部 913・・・全体制御部 914・・・データ記憶部 915・・・ユーザインターフェース部 1300,1400・・・走査型電子顕微鏡 1309,1409・・・検出器 1310，1410・・・A/D変換器 1311,1411・・・画像処理部 1312,1412・・・ユーザインターフェース部 1314,1414・・・全体制御部 1313,1413・・・記憶部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面に本来同一形状となるパターンが複数形成された試料に電子ビームを照射して走査することにより前記試料を撮像し、該撮像して得た本来同一形状となるパターンの画像を複数枚重ねて処理するＳＥＭを用いて取得した画像を処理する方法であって、
前記重ね合わせる複数枚の画像をそれぞれ前記電子ビームの走査方向に長い複数の小領域に分割するための前記走査方向に直角な方向の分割サイズを入力画面上で設定し、
該設定した分割サイズで前記複数枚の画像をそれぞれ複数の小領域に分割して各小領域ごとの前記複数枚の各画像間のずれを補正し、
該各画像間のずれを補正した複数の小領域の画像を統合して前記複数枚の画像を再構成し、
該再構成した複数の画像を重ね合わせて該重ね合わせた複数の画像を処理する
ことを特徴とするＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項２】
前記補正する各小領域ごとの各画像間のずれが周期的に繰り返すジッター歪であることを特徴とする請求項１記載のＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項３】
前記重ね合わせる複数枚の画像が、それぞれ前記試料上に形成されたパターンのうちの隣接する同一形状のパターン又は隣接する領域の本来同一形状に形成されたパターンの画像であり、前記再構成した複数の画像を重ね合わせて処理することが、該重ね合わせたパターンの画像間の差を抽出して欠陥を検出することであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項４】
前記再構成した複数の画像を重ね合わせて処理を施すことが、前記重ね合わせた画像間の差から欠陥の画像を抽出し、該抽出した欠陥の画像の特徴量を算出することであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項５】
前記重ね合わせる複数枚の画像が、前記試料上の同一の箇所の画像であり、前記再構成した複数の画像を重ね合わせて処理を施すことが、前記重ね合わせた試料上の同一の箇所の画像からパターンを抽出し、該抽出したパターンの寸法を計測することであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項６】
収束させた電子ビームを試料に照射して走査することにより前記試料から発生する二次電子を検出して前記試料の画像を取得する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、該走査型電子顕微鏡で撮像して得た表面にパターンが形成された試料の画像を処理する画像処理手段と、前記走査型電子顕微鏡で前記試料を撮像する条件及び前記画像処理手段で画像を処理する条件を設定する条件設定手段と、前記走査型電子顕微鏡と前記画像処理手段と前記条件設定手段とを制御する制御手段とを備えたＳＥＭ装置であって、
前記条件設定手段は、前記走査型電子顕微鏡で撮像して得た前記試料の本来同一形状となるように形成されたパターンの複数枚の画像をそれぞれ前記電子ビームの走査方向に長い複数の小領域に分割するための前記走査方向に直角な方向の分割サイズを入力する入力画面を備え、
前記制御手段は、前記画像処理手段を制御して前記条件設定手段の入力画面から入力された前記小領域の分割サイズの情報に基づいて前記試料の本来同一形状となるように形成されたパターンの複数枚の画像をそれぞれ小領域に分割させ、該分割させたそれぞれの小領域ごとの画像間のずれを補正させ、該画像間のずれを補正させた小領域の画像を統合して前記複数枚の画像に再構成させ、該再構成させた複数の画像を重ね合わせて処理をさせることを特徴とするＳＥＭ装置。
【請求項７】
前記制御手段が前記画像処理手段を制御して補正する前記各小領域ごとの各画像間のずれが周期的に繰り返すジッター歪であることを特徴とする請求項６記載のＳＥＭ装置。
【請求項８】
前記走査型電子顕微鏡は、前記試料上に形成されたパターンのうちの隣接する同一形状のパターン又は隣接する領域の本来同一形状に形成されたパターンの画像を複数枚撮像し、
前記制御手段は前記画像処理手段を制御して前記走査型電子顕微鏡で撮像して得た前記複数枚の画像をそれぞれ小領域に分割して該小領域ごとに各画像間のずれを補正し統合して前記複数枚の画像に再構成させ、該再構成させた各画像を重ね合わせることにより前記隣接する同一形状のパターン又は隣接する領域の本来同一形状に形成されたパターンの画像間の差を抽出して欠陥を検出することを特徴とする請求項６又は７に記載のＳＥＭ装置。
【請求項９】
前記制御手段は前記画像処理手段を制御して前記再構成した複数の画像を重ね合わせ、該重ね合わせた画像間の差から欠陥の画像を抽出し、該抽出した欠陥の画像の特徴量を算出することを特徴とする請求項６又は７に記載のＳＥＭ装置。
【請求項１０】
前記走査型電子顕微鏡は前記試料上の同一の箇所を複数回撮像して該同一の箇所の複数枚の画像を取得し、前記制御手段は前記画像処理手段を制御して前記走査型電子顕微鏡で取得した前記試料上の同一の箇所の複数枚の画像をそれぞれ小領域に分割して該小領域ごとに各画像間のずれを補正し統合して前記複数枚の画像に再構成させ、該再構成させた各画像を重ね合わせることにより該重ね合わせた試料上の同一の箇所の画像からパターンを抽出し、該抽出したパターンの寸法を計測することを特徴とする請求項６又は７に記載のＳＥＭ装置。
【請求項１】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面に本来同一形状となるパターンが複数形成された試料に電子ビームを照射して走査することにより前記試料を撮像し、該撮像して得た本来同一形状となるパターンの画像を複数枚重ねて処理するＳＥＭを用いて取得した画像を処理する方法であって、
前記重ね合わせる複数枚の画像をそれぞれ前記電子ビームの走査方向に長い複数の小領域に分割するための前記走査方向に直角な方向の分割サイズを入力画面上で設定し、
該設定した分割サイズで前記複数枚の画像をそれぞれ複数の小領域に分割して各小領域ごとの前記複数枚の各画像間のずれを補正し、
該各画像間のずれを補正した複数の小領域の画像を統合して前記複数枚の画像を再構成し、
該再構成した複数の画像を重ね合わせて該重ね合わせた複数の画像を処理する
ことを特徴とするＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項２】
前記補正する各小領域ごとの各画像間のずれが周期的に繰り返すジッター歪であることを特徴とする請求項１記載のＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項３】
前記重ね合わせる複数枚の画像が、それぞれ前記試料上に形成されたパターンのうちの隣接する同一形状のパターン又は隣接する領域の本来同一形状に形成されたパターンの画像であり、前記再構成した複数の画像を重ね合わせて処理することが、該重ね合わせたパターンの画像間の差を抽出して欠陥を検出することであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項４】
前記再構成した複数の画像を重ね合わせて処理を施すことが、前記重ね合わせた画像間の差から欠陥の画像を抽出し、該抽出した欠陥の画像の特徴量を算出することであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項５】
前記重ね合わせる複数枚の画像が、前記試料上の同一の箇所の画像であり、前記再構成した複数の画像を重ね合わせて処理を施すことが、前記重ね合わせた試料上の同一の箇所の画像からパターンを抽出し、該抽出したパターンの寸法を計測することであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＥＭを用いて取得した画像の処理方法。
【請求項６】
収束させた電子ビームを試料に照射して走査することにより前記試料から発生する二次電子を検出して前記試料の画像を取得する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、該走査型電子顕微鏡で撮像して得た表面にパターンが形成された試料の画像を処理する画像処理手段と、前記走査型電子顕微鏡で前記試料を撮像する条件及び前記画像処理手段で画像を処理する条件を設定する条件設定手段と、前記走査型電子顕微鏡と前記画像処理手段と前記条件設定手段とを制御する制御手段とを備えたＳＥＭ装置であって、
前記条件設定手段は、前記走査型電子顕微鏡で撮像して得た前記試料の本来同一形状となるように形成されたパターンの複数枚の画像をそれぞれ前記電子ビームの走査方向に長い複数の小領域に分割するための前記走査方向に直角な方向の分割サイズを入力する入力画面を備え、
前記制御手段は、前記画像処理手段を制御して前記条件設定手段の入力画面から入力された前記小領域の分割サイズの情報に基づいて前記試料の本来同一形状となるように形成されたパターンの複数枚の画像をそれぞれ小領域に分割させ、該分割させたそれぞれの小領域ごとの画像間のずれを補正させ、該画像間のずれを補正させた小領域の画像を統合して前記複数枚の画像に再構成させ、該再構成させた複数の画像を重ね合わせて処理をさせることを特徴とするＳＥＭ装置。
【請求項７】
前記制御手段が前記画像処理手段を制御して補正する前記各小領域ごとの各画像間のずれが周期的に繰り返すジッター歪であることを特徴とする請求項６記載のＳＥＭ装置。
【請求項８】
前記走査型電子顕微鏡は、前記試料上に形成されたパターンのうちの隣接する同一形状のパターン又は隣接する領域の本来同一形状に形成されたパターンの画像を複数枚撮像し、
前記制御手段は前記画像処理手段を制御して前記走査型電子顕微鏡で撮像して得た前記複数枚の画像をそれぞれ小領域に分割して該小領域ごとに各画像間のずれを補正し統合して前記複数枚の画像に再構成させ、該再構成させた各画像を重ね合わせることにより前記隣接する同一形状のパターン又は隣接する領域の本来同一形状に形成されたパターンの画像間の差を抽出して欠陥を検出することを特徴とする請求項６又は７に記載のＳＥＭ装置。
【請求項９】
前記制御手段は前記画像処理手段を制御して前記再構成した複数の画像を重ね合わせ、該重ね合わせた画像間の差から欠陥の画像を抽出し、該抽出した欠陥の画像の特徴量を算出することを特徴とする請求項６又は７に記載のＳＥＭ装置。
【請求項１０】
前記走査型電子顕微鏡は前記試料上の同一の箇所を複数回撮像して該同一の箇所の複数枚の画像を取得し、前記制御手段は前記画像処理手段を制御して前記走査型電子顕微鏡で取得した前記試料上の同一の箇所の複数枚の画像をそれぞれ小領域に分割して該小領域ごとに各画像間のずれを補正し統合して前記複数枚の画像に再構成させ、該再構成させた各画像を重ね合わせることにより該重ね合わせた試料上の同一の箇所の画像からパターンを抽出し、該抽出したパターンの寸法を計測することを特徴とする請求項６又は７に記載のＳＥＭ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−４３４１３（Ｐ２０１１−４３４１３Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９１９６１（Ｐ２００９−１９１９６１）
【出願日】平成２１年８月２１日（２００９．８．２１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２１日（２００９．８．２１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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